Si alguna vez has estado en un espectáculo aéreo o has vivido cerca de una base de la fuerza aérea, estás familiarizado con las explosiones sónicas.
Estos ruidos ensordecedores son creados por aviones que exceden la velocidad del sonido, aproximadamente 767 mph. Explican, en parte, por qué los aviones de pasajeros navegan por los cielos a velocidades más lentas y menos ofensivas para el público.
El ingeniero aeroespacial de la Universidad de Buffalo, James Chen, está trabajando para resolver los problemas asociados con exceder la barrera del sonido
"Imagine volar de la ciudad de Nueva York a Los Ángeles en una hora. Imagine vehículos aéreos no tripulados increíblemente rápidos que brindan información más actualizada y matizada sobre la atmósfera de la Tierra, lo que podría ayudarnos a predecir mejor las tormentas mortales", dice Chen, PhD, profesor asistente enDepartamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la UB.
Chen es el autor correspondiente de un estudio publicado el 3 de enero en el Revista de Matemáticas de Ingeniería . El estudio pertenece a la teoría cinética clásica del físico austríaco Ludwig Boltzmann, que utiliza el movimiento de las moléculas de gas para explicar los fenómenos cotidianos, como la temperatura y la presión.
El trabajo de Chen extiende la teoría cinética clásica a la aerodinámica de alta velocidad, incluida la velocidad hipersónica, que comienza a 3,836 mph o aproximadamente cinco veces la velocidad del sonido. El nuevo estudio y otros de Chen en revistas académicas influyentes intentan resolver problemas de larga data.asociado con la aerodinámica de alta velocidad.
aviones de pasajeros supersónicos
La idea de los aviones supersónicos de pasajeros no es nueva. Quizás el más famoso es el Concorde, que voló de 1976 a 2003. Aunque tuvo éxito, fue perseguido por las quejas de ruido y los costos de operación caros.
Más recientemente, Boeing anunció planes para un avión hipersónico y la NASA está trabajando en un proyecto supersónico llamado QueSST, abreviatura de Quiet Supersonic Technology.
"La reducción del notorio auge sónico es solo un comienzo. En el vuelo supersónico, ahora debemos responder al último problema no resuelto en física clásica: la turbulencia", dice Chen, cuyo trabajo es financiado por el Programa de Jóvenes Investigadores de la Fuerza Aérea de EE. UU.que respalda a ingenieros y científicos que muestran una habilidad excepcional y prometen para realizar investigaciones básicas
Para crear aviones más eficientes, menos costosos y más silenciosos que excedan la barrera del sonido, la comunidad de investigación necesita comprender mejor lo que está sucediendo con el aire que rodea estos vehículos.
"Hay tanto que no sabemos sobre el flujo de aire cuando alcanzas velocidades hipersónicas. Por ejemplo, se forman remolinos alrededor de la aeronave creando turbulencias que afectan la maniobra de la aeronave a través de la atmósfera", dice.
Teoría del continuo de transformación
Para resolver estos problemas complejos, los investigadores han usado históricamente túneles de viento, que son laboratorios de investigación que replican las condiciones que los vehículos encuentran mientras están en el aire o en el espacio. Aunque son efectivos, estos laboratorios pueden ser costosos de operar y mantener.
Como resultado, muchos investigadores, incluido Chen, han girado hacia simulaciones numéricas directas DNS.
"El DNS con computación de alto rendimiento puede ayudar a resolver problemas de turbulencia. Pero las ecuaciones que hemos usado, basadas en el trabajo de Navier y Stokes, son esencialmente inválidas a velocidades supersónicas e hipersónicas", dice Chen.
Su trabajo en el Revista de Matemáticas de Ingeniería se centra en la teoría del continuo de transformación MCT, que se basa en los campos de la mecánica y la teoría cinética. MCT tiene como objetivo proporcionar a los investigadores ecuaciones computacionalmente amigables y una teoría para abordar los problemas con la turbulencia hipersónica.
"El Centro de Investigación Computacional de la UB proporciona una plataforma perfecta para mi equipo y para mí en el Laboratorio de Física Computacional Multiescala para perseguir estos difíciles problemas aerodinámicos de alta velocidad con la informática de alto rendimiento", dice Chen.
En última instancia, el trabajo podría conducir a avances en la forma en que se diseñan los aviones supersónicos e hipersónicos, todo, desde la forma del vehículo hasta los materiales de los que está hecho. El objetivo, dice, es una nueva clase de aviones que sean más rápidos, más silenciosos,menos costoso de operar y más seguro.
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Materiales proporcionado por Universidad de Buffalo . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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