Biplan Busemann - Busemann biplane
.png)
Le biplan Busemann est une configuration d' avion théorique inventée par Adolf Busemann , qui évite la formation d' ondes de choc de type N et ne crée donc pas de bang sonique ni la traînée d'onde associée . Cependant, dans sa forme originale, il ne génère pas non plus de portance . Un concept de biplan Busemann, qui fournit une portance adéquate, et qui peut réduire l'intensité et la traînée des vagues mais pas les éliminer, a été étudié pour un transport supersonique « sans flèche ».
Origines
Le biplan original de Busemann se compose de deux plaques de section triangulaire à une certaine distance l'une de l'autre, avec les côtés plats parallèles à l'écoulement du fluide. L'espacement entre les plaques est suffisamment grand pour que le flux ne s'étouffe pas et qu'un flux supersonique soit maintenu entre elles.
Un écoulement supersonique autour d'une aile conventionnelle génère des ondes de choc sonores compressives sur les bords d'attaque et de fuite, avec une onde d'expansion entre eux. Ces ondes de choc correspondent à des changements de pression qui entravent le flux d'air, connus sous le nom de traînée d'onde . Dans le biplan Busemann, l'onde de choc à haute pression vers l'avant est créée à l'intérieur et se réfléchit symétriquement entre les surfaces intérieures à double coin. Ceux-ci interfèrent pour s'annuler eux-mêmes et les ondes de choc suivantes, ne laissant aucune onde externe se propager à l'infini et évitant ainsi la traînée des ondes. Les surfaces supérieures et inférieures plates ne génèrent aucune onde de choc car le flux est parallèle.
L'alignement interne des ondes de choc signifie que le biplan de Busemann produit une traînée d'onde minimale . Cependant, les surfaces externes plates et la symétrie interne signifient également que la conception de Busemann ne produit aucune portance au point de conception pour une réduction optimale des chocs et de la traînée.
Conditions hors conception
Le fonctionnement en dehors de la vitesse de croisière ou de l' angle d'attaque de conception détruit l'interférence constructive et entraîne des effets d'étouffement et d'hystérésis d'écoulement, qui augmentent considérablement la traînée. Dans l'étouffement par choc, les ondes de choc réduisent leur angle vers l'arrière à chaque réflexion sur les surfaces des ailes effilées jusqu'à ce qu'elles forment un mur de choc à travers l'espace. Cela provoque une accumulation de pression et un ralentissement de la vitesse d'écoulement, de sorte qu'une hystérésis d'écoulement se produit, dans laquelle le ralentissement de l'air fait persister l'étouffement à travers et au-delà du point de conception avant qu'il ne s'efface à une vitesse d'avion plus élevée.
Levage des biplans Busemann
Selon les lois du mouvement de Newton , afin d'obtenir une portance vers le haut sur les ailes, en réaction l'air passant au-dessus d'elles doit être dévié vers le bas. À des vitesses supersoniques, cela crée au moins une onde de choc et peut-être plus. Comme tout autre profil aérodynamique, le biplan Busemann peut recevoir un petit angle d'attaque positif pour générer de la portance de cette manière, mais il générera également désormais des ondes de choc externes.
La configuration biplan Busemann peut encore être utilisée pour minimiser l'énergie de ces ondes de choc et la traînée associée.
La traînée des vagues a deux causes, l'une due au volume ou à la forme de l'avion et l'autre à la portance générée. Le concept Busemann peut éliminer la traînée de choc de forme mais pas celle due à la portance. La géométrie originale de Busemann éliminait toute traînée des vagues et donc aussi la portance. Les conceptions modernes de type Busemann peuvent créer une portance, avec son onde de choc associée, tout en éliminant une grande partie ou la totalité de la traînée de forme, obtenant ainsi des améliorations considérables en termes d'efficacité par rapport aux conceptions conventionnelles. Ils peuvent également permettre des performances adéquates sur une plage de vitesses et d'angles d'attaque.
Les problèmes d'étouffement et d'hystérésis hors conception peuvent être résolus par l'utilisation de dispositifs à géométrie variable, tels que des volets et des becs qui peuvent également servir de dispositifs de haute portance pendant le décollage et l'atterrissage. Une autre approche consiste à modifier la géométrie du profil aérodynamique pour fournir des performances acceptables dans une gamme de conditions hors conception, au détriment d'une certaine traînée de forme même au point de conception optimal.
Le concept de biplan Busemann a été étudié en tant que concept de transport supersonique « sans flèche ».
Voir également
- Pratt & Whitney J58 utilisait une entrée à compression mixte, une configuration sensible aux désamorçages, c'est-à-dire à l'expulsion des chocs donnant une onde de choc d'étrave externe.
- Catamarans à résistance réduite aux vagues en raison de leur configuration dite à coque fendue.