El biplano Busemann es una configuración de aeronave teórica inventada por Adolf Busemann , que evita la formación de ondas de choque de tipo N y, por lo tanto, no crea un boom sónico o el arrastre de onda asociado . Sin embargo, en su forma original tampoco genera elevación . Un práctico diseño de biplano Busemann, que proporciona una sustentación adecuada, puede reducir la intensidad de las olas y el arrastre, pero no eliminarlos.
Orígenes
El biplano original de Busemann consta de dos placas triangulares de sección transversal a una cierta distancia, con los lados planos paralelos al flujo del fluido. El espacio entre las placas es lo suficientemente grande como para que el flujo no se ahogue y se mantenga un flujo supersónico entre ellas. [1]
El flujo supersónico alrededor de un ala convencional genera ondas de choque sónicas compresivas en los bordes delantero y trasero, con una onda de expansión entre ellos. Estas ondas de choque corresponden a cambios de presión que impiden el flujo de aire, lo que se conoce como arrastre de ondas . En el biplano Busemann, la onda de choque de alta presión delantera se crea internamente y se refleja simétricamente entre las superficies internas de doble cuña. Estos interfieren para cancelar tanto ellos mismos como las siguientes ondas de choque, sin dejar ninguna onda externa que se propague hasta el infinito y, por lo tanto, evitando el arrastre de la onda. Las superficies planas superior e inferior no generan ondas de choque porque el flujo es paralelo.
La alineación interna de las ondas de choque significa que el biplano de Busemann produce una resistencia de onda mínima . [2] Sin embargo, las superficies externas planas y la simetría interna también significan que el diseño de Busemann no produce ninguna elevación en el punto de diseño para una reducción óptima del impacto y la resistencia.
Condiciones fuera de diseño
El funcionamiento fuera de la velocidad de crucero de diseño o el ángulo de ataque destruye la interferencia constructiva y da como resultado efectos de estrangulamiento por choque e histéresis de flujo, que aumentan en gran medida la resistencia. [3] En el choque por asfixia, las ondas de choque reducen su ángulo hacia atrás con cada reflejo de las superficies ahusadas del ala hasta que forman una pared de choque a través del espacio. Esto provoca una acumulación de presión y una desaceleración de la velocidad del flujo, de modo que se produce una histéresis del flujo, en la que la desaceleración del aire hace que el estrangulamiento persista a través y más allá del punto de diseño antes de que desaparezca a una mayor velocidad de la aeronave. [4]
Levantamiento de biplanos Busemann
De acuerdo con las leyes del movimiento de Newton , para obtener la sustentación hacia arriba de las alas, en reacción, el aire que pasa sobre ellas debe desviarse hacia abajo. A velocidades supersónicas, esto crea al menos una onda de choque y posiblemente más. Como cualquier otro perfil aerodinámico, al biplano Busemann se le puede dar un pequeño ángulo de ataque positivo para generar sustentación de esta manera, sin embargo, ahora también generará ondas de choque externas.
La configuración del biplano Busemann todavía se puede utilizar para minimizar la energía de estas ondas de choque y el arrastre asociado. [3] [5]
El arrastre de las olas tiene dos causas, una debido al volumen o forma del avión y la otra debido a la sustentación generada. El concepto de Busemann puede eliminar la resistencia al impacto de la forma, pero no la debida a la sustentación. La geometría original de Busemann eliminó toda la resistencia de las olas y, por lo tanto, también la elevación. Los diseños modernos de tipo Busemann pueden crear sustentación, con su onda de choque asociada, al mismo tiempo que eliminan gran parte o toda la resistencia de la forma, logrando así mejoras considerables en la eficiencia con respecto a los diseños convencionales. [3] También pueden permitir un rendimiento adecuado en un rango de velocidades y ángulos de ataque.
Los problemas de estrangulamiento e histéresis fuera de diseño pueden resolverse mediante el uso de dispositivos de geometría variable, como flaps y listones, que también pueden servir como dispositivos de gran sustentación durante el despegue y el aterrizaje. [3] Otro enfoque es modificar la geometría del perfil aerodinámico para proporcionar un rendimiento aceptable en un rango de condiciones fuera de diseño, a expensas de cierta resistencia de forma incluso en el punto de diseño óptimo. [5] [4]
Ver también
- Pratt & Whitney J58 ; un motor de doble ciclo con geometría de admisión similarmente sensible a su punto de diseño.
- Los barcos catamarán están sujetos a flujos de fluidos subsónicos relacionados.
Referencias
- ^ Busemann, A. (1935). "Elevación aerodinámica a velocidades supersónicas", Luftfahrtforschung , 12ª ed., Nº 6, octubre de 1935, págs. 210–220.
- ^ (2006) "Biplano de Busemann", sitio web de la Universidad de Tohoku. "Copia archivada" . Archivado desde el original el 20 de junio de 2007 . Consultado el 11 de octubre de 2005 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ a b c d Kusunose, Matsushima y Maruyama. (2011). "Biplano supersónico - una revisión" . Progreso en Ciencias Aeroespaciales 47. pp.53–87.
- ^ a b Ma, Wang, Wu y Ye. (2020). "Evitar el flujo ahogado y la histéresis de flujo del biplano Busemann por enfoque escalonado" . Journal of Aircraft , volumen 57, número 3, mayo de 2020.
- ^ a b Wu, Jameson y Wang. (2012). "Optimización aerodinámica basada en adjuntos de superficies de sustentación biplano supersónico" . Journal of Aircraft , Vol.49, No.3. Mayo-junio de 2012. págs. 802 y siguientes.