在3,836英里每小时空气流动的方式是什么

航空航天工程师将经典动力学理论扩展到高速空气动力学，包括高速超音速，从3,836英里/小时开始，或大约是声速的五倍。这项新研究试图解决与高速空气动力学相关的长期问题。如果你去过航空展，或者住在空军基地附近，你就会熟悉音爆。这些震耳欲聋的声音是由超过声速的飞机造成的，大约是767英里每小时。他们在一定程度上解释了为什么乘客客机以较慢且较少听觉的攻击速度巡航天空。

布法罗大学的航空航天工程师詹姆斯·陈正在努力解决与超越声障相关的问题。

“想象一下，从一个小时内从纽约飞往洛杉矶。想象一下，快速无人驾驶飞行器可以提供更多关于地球大气层的更新和细致的信息，这可以帮助我们更好地预测致命的风暴，”该部助理教授陈博士说。 UB工程与应用科学学院机械与航空航天工程系。

Chen是1月3日发表在“工程数学杂志”上的一项研究的通讯作者。该研究涉及奥地利物理学家Ludwig Boltzmann的经典动力学理论，该理论利用气体分子的运动来解释日常现象，如温度和压力。

Chen的工作将经典动力学理论扩展到高速空气动力学，包括高超音速，从3,836英里/小时开始，或大约是声速的五倍。Chen和其他有影响力的学术期刊的研究试图解决与高速空气动力学相关的长期问题。

超音速客机

超音速客机的想法并不新鲜。也许最着名的是从1976年到2003年飞行的协和飞机。虽然成功，却受到噪音投诉和昂贵的运营成本的困扰。

最近，波音公司宣布了一架高超音速客机的计划，美国宇航局正在开展一项名为QueSST的超音速项目，这是Quiet Supersonic Technology的简称。

“减少臭名昭着的音爆只是一个开始。在超音速飞行中，我们现在必须回答经典物理学中最后一个未解决的问题：动荡，”陈说，他的工作由美国空军的青年研究员计划资助，该计划支持工程师和科学家表现出非凡的能力和承诺进行基础研究。

为了创造超越声障的更高效，更便宜和更安静的飞机，研究界需要更好地了解这些车辆周围的空气发生了什么。

“当你达到超音速时，我们对气流知之甚少。例如，飞机周围形成漩涡，产生湍流，影响飞机在大气层中的机动，”他说。

变形连续体理论

为了解决这些复杂问题，研究人员历来使用风洞，这些研究实验室复制了车辆在空中或太空中遇到的条件。虽然有效，但这些实验室的操作和维护成本很高。

因此，许多研究人员，包括陈，已转向直接数值模拟(DNS)。

“具有高性能计算的DNS可以帮助解决湍流问题。但我们使用的方程式，基于Navier和Stokes的工作，在超音速和高超音速下基本无效，”Chen说。

他在“工程数学期刊”上的工作主要集中在变形连续理论(MCT)，它基于力学和动力学理论领域。MCT旨在为研究人员提供计算友好的方程式和理论来解决高超音速湍流问题。

“UB计算研究中心为我的团队和我在多尺度计算物理实验室提供了一个完美的平台，可以通过高性能计算来解决这些困难的高速空气动力学问题，”Chen说。

最终，这项工作可以促进超音速和超音速飞机的设计，从车辆的形状到它的材料。他说，目标是一种新型飞机，它更快，更安静，操作更便宜，更安全。

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