Der Mensch hatte schon immer den unbestreitbaren Wunsch, größer, besser und schneller zu werden. Einmal auf den Boden beschränkt, schauten die menschlichen Vorfahren zum Himmel und stellten sich einen Flug vor. Über viele Jahre hinweg wurde die Idee entwickelt, bis der Mensch endlich die Welt verließBoden über vor 100 Jahren .
Es dauerte nicht lange, bis die wissenschaftlichen Köpfe die Grenzen weiter überschritten und nach den Sternen griffen und Raketen in den Weltraum schickten. . Bis heute verschieben Ingenieure und Wissenschaftler die Grenzen des Fluges, indem sie größere und schnellere Fahrzeuge bauen - zuletzt mit einem neuen Experimentaljet, der den Menschen den Hyperschallflügen einen Schritt näher bringt.
Frühere Experimente haben Wissenschaftler zu der Annahme geführt, dass je schneller sich ein Objekt bewegt, desto mehr Luftwiderstand es erfährt und das Objekt zurückdrückt. Bei einem motorisierten Fahrzeug würde dies bedeuten, dass je schneller ein Fahrzeug fährt, desto weniger Kraftstoff-effizient wird es. Als jedoch die ersten Propellerflugzeuge entwickelt wurden, wollten die Ingenieure schneller fahren.
In den frühen 1900er Jahren wurde ein neuer Motor entwickelt, der von Verbrennung von Kraftstoff in Luft zur Freisetzung von heißem Abgas - das Strahltriebwerk. Wo Ein Automotor nutzt die Explosionen von Abgasen, um seine Kolben zu drücken. Ein Düsentriebwerk drückt das Gas an den Schaufeln eines windmühlenartigen Spinnrads einer Turbine vorbei und dreht es.
Das Konzept der Düsentriebwerke für den Flug
Das erste Turbostrahltriebwerk seiner Art wurde entwickelt von Frank Whittle obwohl es einige Kontroversen darüber gibt, wie es vielleicht zuerst von entwickelt wurde Dr. Hans von Ohain zuerst oder beide haben in den 1930er Jahren unabhängig voneinander Turbostrahltriebwerke entwickelt.
T Der Turbostrahl funktionierte, indem er Druckluft und Kraftstoff mischte und das Gemisch zündete, um heißes Gas zu erzeugen siehe Abbildung unten. Es wurde bald festgestellt, dass ein Turbostrahl eine optimale Geschwindigkeit hat, bei der er am sparsamsten ist, schneller oder langsamer und effizienterist stark betroffen.
Trotz Treibstoffineffizienzen haben Ingenieure und Wissenschaftler die Grenzen der Luftfahrt- und Geschwindigkeitsschwellen weiter überschritten. Es war diese innovative Denkweise, die es ermöglichte, Flugzeuge sogar anzutreiben. schneller, und ungewollt noch sparsamer . Mechanische Komponenten versagten bei Überschallgeschwindigkeiten innerhalb eines Strahltriebwerks - offensichtlich keine gute Situation. Ein neues Triebwerk wäre erforderlich, um Geschwindigkeiten über dem herkömmlichen Turbinentriebwerk zu erreichen.
Ramjet & Scramjet-Antrieb
Es war am Anfang 1900er Jahre dass Wissenschaftler anfingen, Ideen zu entwickeln Staustrahlantrieb . Ramjets arbeiten, indem sie Luft mit relativ niedriger Geschwindigkeit aufnehmen und die Luft mit einer höheren Geschwindigkeit ausstoßen. Der Geschwindigkeitsunterschied führt zu einem Vorwärtsschub und t Druck wird erzeugt, indem heiße Gase durch eine Düse geleitet werden.
Der brennende Kraftstoff erzeugt höhere Drücke im Motor, was zu höheren Abgasdrehzahlen führt. Der Schub des Motors hängt jedoch vollständig davon ab, wie viel Luft durch ihn strömt. Um den Schub aufrechtzuerhalten, muss die Verbrennung auf einem höheren Druckniveau als dem bleibenDruck an der Austrittsdüse.
Im Fall eines Staustrahls 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 nach innen zu drücken.
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Das Ramjet-Triebwerk ist bemerkenswert einfach; es hat keine wirklich beweglichen Komponenten und ist unglaublich sparsam im Kraftstoffverbrauch, da es keine Turbinen, Kompressoren, Statoren oder andere Teile enthält, die den Triebwerksfluss behindern und auch nicht müssenTragen Sie eine Sauerstoffversorgung wie eine Rakete, wodurch das Gewicht und die mit einer der brennbarsten Ladungen der Welt verbundenen Gefahren erheblich reduziert werden.
Die ersten Ramjet-Triebwerke wurden Ende der 1930er Jahre in der Sowjetunion entwickelt, und die Der weltweit erste Flugzeugflug mit Ramjet-Antrieb fand im Dezember 1940 statt. 1949 wurde die Leduc 010 bewies seine außergewöhnlichen Fähigkeiten mit dem ersten Flug, der ausschließlich von einem Staustrahltriebwerk angetrieben wurde. Der Jet musste erreichen Mach 0,5 bevor die Luft ausreichend komprimiert wurde, damit der Motor die Luft starten kann.
Der Jet wurde zuerst auf eine Rakete geschnallt, um sie auf Geschwindigkeit zu beschleunigen, wurde aber später auf ein Languedoc 31 gesetzt, um ihn auf die entsprechende Höhe zu bringen, in der er sich ablösen und fallen würde, bis er die kritische Geschwindigkeit erreicht hatte, mit der der Motor starten konnteramjet erwies sich als Meilenstein in der Avionik für Flüge bis Mach 5, aber ein größerer Fehler wurde bei schnelleren Geschwindigkeiten entdeckt.
Die Verbrennung in einem Staustrahl muss bei Unterschallgeschwindigkeit erfolgen. Bei einem Fahrzeug, das die Schallgeschwindigkeit überschreitet, wird die Luft aufgrund der im Flugzeugeinlass erzeugten intensiven Stoßwellen auf Unterschallgeschwindigkeit verlangsamt. Weit über Mach 5 liegen die Stoßwellen vorverursachen Leistungsverluste, die so groß sind, dass der Motor keinen Schub erzeugt und den Jet zum Verlangsamen zwingt.
Bessere Designs für die Zukunft des Hyperschallfluges
In der 1960er Jahre , Es wurde ein verbesserter Staustrahl entwickelt, bei dem der Brenner Überschallfunktion haben kann. Der modifizierte Ramjet oder Scramjet minimiert die Verluste aufgrund des Strömungsverlusts der Stoßwelle, sodass der Motor genügend Schub für Hyperschallfahrten oder Geschwindigkeiten bis zu erzeugen kann Mach 15 .
Da der Scramjet die Brennkammer mit externer Luft antreibt, ist er viel effizienter als eine Rakete, die ihren gesamten Sauerstoff an Bord transportieren muss. Scramjets sind für den Hyperschallflug optimiert und funktionieren nicht bei Geschwindigkeiten unter Mach 3, was a erfordertRakete, um es auf kritische Motorstillstandsgeschwindigkeiten zu beschleunigen.
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Der erste erfolgreiche Testflug eines Scramjets fand statt o n 30. Juli 2002, von der Universität von Queensland HyShot-Team und seine internationalen Partner.
2004 NASA hat es demonstriert X-43A Scramjet - mit Strom versorgt Flugzeuge, die fast Geschwindigkeiten erreichen Mach 7 . Jüngste Fortschritte in der Scramjet-Technologie haben die gesehen HIFiRE 5b Jet Travel bei Mach 7.5. Obwohl Ramjets und Scramjets immer noch eine immense Beschleunigung erfordern, um eine Zündung zu erreichen, entwickeln Wissenschaftler derzeit Triebwerke, die ein Turbinentriebwerk mit einziehbaren Schaufeln verwenden, die sich bei angemessenen Geschwindigkeiten in einen Scramjet verwandeln können.
Die Ingenieure gehen weiterhin an die Grenzen des Fluges, von den ersten vorläufigen Schritten in den 1900er Jahren bis hin zur heutigen siebenfachen Schallgeschwindigkeit. Die Luftfahrttechnik verbessert sich jedes Jahr, wodurch die Jets sparsamer und vor allem sparsamer werden. schneller. Die Entwicklung von Scramjets könnte das Reisen mit hervorragend effizienten Motoren, die in der Lage sind, um die Welt zu reisen, erneut revolutionieren. Stunden Obwohl die meisten modernen Scramjets nicht pilotiert sind, bleibt die Technologie für zukünftige Flugreisen vielversprechend.
Was ist Hyperschallflug?
Während wir über die Geschichte des Hyperschallfluges gesprochen haben, haben wir den Prozess nicht wirklich detailliert 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 stattfinden 90 km über der Erde, gut in der Atmosphäre, damit es als Hyperschallflug betrachtet werden kann.
Bei diesen Geschwindigkeiten beginnt sich die Luft zu lösen und es entsteht eine massive Wärmebelastung des Flugzeugs. Wenn Flugzeuge mit Überschallgeschwindigkeit fliegen, wird ein Teil der stehenden Luft um das Flugzeug herum mit einer Geschwindigkeit von Null.
Die Luft, in die das Fahrzeug fliegt, muss sich um diese stagnierende Luft bewegen, die den Stoßwellenkegel bildet, den Sie häufig beim Überschall- und Hyperschallfahrzeug sehen. Dieser Kegel wird größer, wenn das Fahrzeug schneller und zu einem bestimmten Zeitpunkt mit Überschallgeschwindigkeit fährtDies beginnt den Auftrieb oder die Flugfähigkeiten des Fahrzeugs stark zu behindern.
Dieses Problem der stehenden Luft hängt damit zusammen, warum Ramjet-Triebwerke keine Überschallgeschwindigkeit erreichen können, sondern Scramjet-Triebwerke erforderlich sind. Ramjet-Triebwerke Verlangsamen Sie die Luft auf Unterschall, was dazu führen kann, dass das Fahrzeug bei Überschallgeschwindigkeit zum Stillstand kommt.