Menschen hatten schon immer den unbestreitbaren Wunsch, größer, besser und schneller zu werden. Einst auf den Boden beschränkt, schauten die menschlichen Vorfahren in den Himmel und stellten sich das Fliegen vor. Über viele Jahre wurde die Idee entwickelt, bis die Menschen endlich die Welt verließenBoden über vor 100 Jahren.
Es dauerte nicht lange, bis die wissenschaftlichen Köpfe die Grenzen weiter trieben und nach den Sternen griffen und Raketen ins All schickten.. Bis heute verschieben Ingenieure und Wissenschaftler immer noch die Grenzen des Fluges, indem sie größere und schnellere Fahrzeuge bauen – zuletzt mit einem neuen Experimentaljet, der den Menschen den Hyperschallflügen einen Schritt näher bringen wird.
Frühere Experimente führten Wissenschaftler zu der Annahme, dass je schneller ein Objekt reist, desto mehr Luftwiderstand trifft es und drückt das Objekt zurück. Im Falle eines motorisierten Fahrzeugs würde dies bedeuten, dass je schneller ein Fahrzeug fährt, desto weniger Kraftstoff-effizient wird es. Doch als die ersten Propellerflugzeuge entwickelt waren, wollten die Ingenieure schneller fliegen.
In den frühen 1900er Jahren wurde ein neuer Motor entwickelt, der von arbeiteteVerbrennung von Kraftstoff in Luft, um heißes Abgas freizusetzen - das Düsentriebwerk. Wo ein Automotor nutzt die Explosionen von Abgasen, um seine Kolben zu drücken, ein Düsentriebwerk drückt das Gas an den Blättern eines windmühlenartigen Spinnrads einer Turbine vorbei und lässt es rotieren.
Das Konzept von Düsentriebwerken für den Flug
Das erste Turbojet-Triebwerk seiner Art wurde entwickelt von Frank Whittle, obwohl es einige Kontroversen darüber gibt, da es möglicherweise zuerst von entwickelt wurdeDr. Hans von Ohain zuerst, oder sie haben beide in den 1930er Jahren unabhängig voneinander Turbostrahltriebwerke entwickelt.
TDer Turbojet funktionierte, indem er Druckluft und Kraftstoff mischte und das Gemisch zündete, um heißes Gas zu erzeugen siehe Abbildung unten. Es wurde bald entdeckt, dass ein Turbojet eine optimale Geschwindigkeit dort hat, wo er am kraftstoffsparendsten ist, schneller oder langsamer und effizienterist stark betroffen.
Trotz der Treibstoffineffizienz haben Ingenieure und Wissenschaftler gleichermaßen die Grenzen der Luftfahrt und Geschwindigkeitsschwellen überschritten. Es war diese innovative Denkweise, die es ermöglichte, Flugzeuge sogar anzutreiben schneller, und ungewollt noch kraftstoffsparender. Mechanische Komponenten neigten dazu, bei Überschallgeschwindigkeiten in einem Düsentriebwerk zu versagen – offensichtlich keine großartige Situation. Ein neues Triebwerk wäre erforderlich, um Geschwindigkeiten über dem herkömmlichen Turbinentriebwerk zu erreichen.
Ramjet- und Scramjet-Antrieb
Es war in der Früh1900s dass Wissenschaftler begannen, Ideen zu entwickeln Staustrahlantrieb. Ramjets arbeiten, indem sie Luft mit relativ niedriger Geschwindigkeit ansaugen und die Luft mit einer höheren Geschwindigkeit ausstoßen. Der Geschwindigkeitsunterschied führt zu einem Vorwärtsschub und tHrust wird erzeugt, indem heiße Gase durch eine Düse geleitet werden.
Der brennende Kraftstoff erzeugt einen höheren Druck im Inneren des Triebwerks, was zu höheren Abgasgeschwindigkeiten führt. Der Schub des Triebwerks hängt jedoch vollständig davon ab, wie viel Luft durch ihn strömt. Um den Schub aufrechtzuerhalten, muss die Verbrennung auf einem Druckniveau bleiben, das höher ist als derDruck an der Austrittsdüse.
Im Fall eines Staustrahltriebwerks wird der Druck erzeugt, indem Außenluft mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in die Verbrennung gerammt wird, ähnlich wie Sie einen Müllsack aufblasen würden, indem Sie ihn bewegen, um Luft ins Innere zu drücken.
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Das Staustrahltriebwerk ist bemerkenswert einfach; es hat keine wirklich beweglichen Komponenten und ist unglaublich kraftstoffsparend, da es keine Turbinen, Kompressoren, Statoren oder andere Teile hat, die den Fluss des Triebwerks so gut wie nicht behinderttragen Sie eine Sauerstoffversorgung wie eine Rakete, wodurch das Gewicht und die Gefahren, die mit einer der brennbarsten Ladungen der Welt verbunden sind, erheblich reduziert werden.
Die ersten Staustrahltriebwerke wurden Ende der 1930er Jahre in der Sowjetunion entwickelt und die Der weltweit erste Flug mit einem Staustrahlflugzeug fand im Dezember 1940 statt.1949, die Leduc 010 bewies seine außergewöhnlichen Fähigkeiten beim ersten Flug, der ausschließlich von einem Staustrahltriebwerk angetrieben wurde. Der Jet musste reichen Mach 0,5bevor die Luft ausreichend komprimiert wurde, um dem Motor genügend Luft zum Starten der Verbrennung zu ermöglichen.
Der Jet wurde zuerst auf eine Rakete geschnallt, um ihn auf Geschwindigkeit zu beschleunigen, wurde aber später auf eine Languedoc 31 gesetzt, um ihn auf die entsprechende Höhe zu bringen, wo er sich lösen und fallen konnte, bis er die kritische Geschwindigkeit erreichte, bei der das Triebwerk starten konnteRamjet erwies sich als Meilenstein in der Avionik für Flüge bis Mach 5, aber bei höheren Geschwindigkeiten wurde ein großer Fehler entdeckt.
Die Verbrennung innerhalb eines Staustrahltriebwerks muss mit Unterschallgeschwindigkeit erfolgen. Bei einem Fahrzeug, das die Schallgeschwindigkeit überschreitet, wird die Luft aufgrund der starken Stoßwellen, die im Flugzeugeinlass erzeugt werden, auf Unterschallgeschwindigkeit abgebremst. Weit über Mach 5, die StoßwellenLeistungsverluste verursachen, die so groß sind, dass das Triebwerk keinen Schub erzeugt und den Jet zum Verlangsamen zwingt.
Bessere Designs für die Zukunft des Hyperschallflugs
Im 60er Jahre, Es wurde ein verbesserter Staustrahl entwickelt, bei dem der Brenner überschall funktionieren konnte. Der modifizierte Staustrahl, oder Scramjet, minimiert die Verluste aufgrund des Stoßwellen-Strömungsverlustes, so dass das Triebwerk genug Schub für Hyperschallfahrt oder Geschwindigkeiten bis zu erzeugen kann15. März.
Da der Scramjet Außenluft verwendet, um die Brennkammer anzutreiben, ist er viel effizienter als eine Rakete, die den gesamten Sauerstoff an Bord tragen muss. Scramjets sind für Hyperschallflüge optimiert und funktionieren nicht bei Geschwindigkeiten unter Mach 3, was einenRakete, um es auf kritische Motorabwürgegeschwindigkeiten zu beschleunigen.
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Der erste erfolgreiche Testflug eines Scramjets fand statt on 30. Juli 2002, vom Universität von Queenslands HyShot-Team und ihre internationalen Partner.
2004, NASA hat es demonstriertX-43A Scramjet-angetrieben Flugzeug, erreicht Geschwindigkeiten fast bei Mach 7. Jüngste Fortschritte in der Scramjet-Technologie haben die HIFiRE 5b Jet-Reise mit Mach 7,5. Obwohl Staujets und Scramjets immer noch eine immense Beschleunigung benötigen, um eine Zündung zu erreichen, entwickeln Wissenschaftler derzeit Triebwerke, die ein Turbinentriebwerk mit einziehbaren Schaufeln verwenden, die sich bei entsprechenden Geschwindigkeiten in einen Scramjet verwandeln können.
Ingenieure stoßen weiterhin an die Grenzen des Fliegens, von den ersten vorsichtigen Schritten in den 1900er Jahren bis hin zu Reisen mit mehr als siebenfacher Schallgeschwindigkeit heute. Die Luftfahrttechnik verbessert sich jedes Jahr, macht Jets treibstoffeffizienter und was noch wichtiger istschneller.Die Entwicklung von Scramjets könnte das Reisen mit äußerst effizienten Triebwerken, die in der Welt reisen können, erneut revolutionierenStunden.Obwohl die meisten modernen Scramjets noch nicht pilotiert sind, bleibt die Technologie für zukünftige Flugreisen vielversprechend.
Was ist Hyperschallflug?
Während wir über die Geschichte des Hyperschallflugs gesprochen haben, haben wir den Prozess nicht wirklich im Detail beschrieben oder was Hyperschallflug bedeutet. Hyperschallflug ist speziell ein Flug, der über Mach 5 oder 3836,35 Meilen pro Stunde stattfindet.Dieser Flug muss unten ungefähr stattfinden55 Meilen 90 km über der Erde, gut innerhalb der Atmosphäre, damit es als Hyperschallflug angesehen wird.
Bei diesen Geschwindigkeiten beginnt die Luft zu dissoziieren, und es entsteht eine massive Wärmebelastung des Flugzeugs. Wenn Flugzeuge mit Hyperschallgeschwindigkeit fliegen, entsteht ein Teil stagnierender Luft um das Flugzeug herum, der eine Geschwindigkeit von Null hat.
Die Luft, in die das Fahrzeug fliegt, muss sich um diese stehende Luft bewegen, die den Stoßwellenkegel bildet, den Sie oft bei Überschall- und Hyperschallfahrzeugen sehen. Dieser Kegel wird größer, wenn das Fahrzeug schneller und an einem Punkt bei Hyperschallgeschwindigkeiten fährt, dies beginnt, den Auftrieb oder die Flugfähigkeiten des Fahrzeugs ernsthaft zu beeinträchtigen.
Es ist dieses Problem der stehenden Luft, das darauf zurückzuführen ist, warum Staustrahltriebwerke keine Überschallgeschwindigkeiten erreichen können, sondern dafür Scramjet-Triebwerke benötigt werden. Ramjet-Triebwerke Verlangsamen Sie die Luft auf Unterschall, was dazu führen kann, dass das Fahrzeug bei Hyperschallgeschwindigkeiten zum Stillstand kommt.