在3836英里每小时的速度下，空气向哪个方向流动?

在3836英里每小时的速度下，空气向哪个方向流动?

如果你去过航空展，或者住在空军基地附近，你一定对音爆很熟悉。这些震耳欲聋的噪音是由超过音速的飞机发出的，大约每小时767英里。它们在一定程度上解释了为什么客机以较慢且不那么令人讨厌的速度在空中飞行。布法罗大学航空航天工程师詹姆斯·陈正在努力解决与超过音障有关的问题。

想象一下，一个小时后从纽约飞往洛杉矶。想象一下速度快得令人难以置信的无人机，它们提供了更多关于地球大气层的更新和细微差别的信息，这可以帮助我们更好地预测致命的风暴。

这项研究属于奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼的经典动力学理论，该理论利用气体分子的运动来解释诸如温度和压力等日常现象。将古典动力学理论扩展到高速空气动力学，包括高超音速，它的起始速度为3836英里/小时，大约是音速的5倍。陈

超音速客机的想法并不新鲜。也许最著名的是协和式飞机，它从1976年到2003年飞行。虽然取得了成功，但噪音投诉和昂贵的运营成本一直困扰着它。最近，波音公司宣布了一种超音速客机的计划，美国宇航局正在进行一个名为奎斯特(QueSST)的超音速项目。奎斯特是“安静超音速技术”(Quiet超音速Technology)的缩写。降低音爆只是一个开始。在超音速飞行中，我们现在必须解决经典物理学中最后一个尚未解决的问题:湍流。

为了制造出更高效、更便宜、更安静、能超越音障的飞机，研究人员需要更好地了解这些飞行器周围的空气状况。当你达到高超音速时，我们对气流知之甚少。例如，涡旋在飞机周围形成，产生湍流，影响飞机在大气层中的飞行。为了解决这些复杂的问题，研究人员历来使用风洞，风洞是研究实验室，可以复制车辆在空中或太空中遇到的条件。虽然这些实验室很有效，但是操作和维护起来却很昂贵。因此，许多研究人员已经转向直接数值模拟(DNS)。

高性能计算的DNS可以帮助解决湍流问题。但是我们使用的基于纳维和斯托克斯的方程，在超音速和高超音速下基本上是无效的。最终，这项工作可能会推动超音速和高超音速飞机的设计，从飞行器的形状到它的材料。他说，他们的目标是研制出一种速度更快、噪音更小、操作成本更低、更安全的新型飞机。