ブーゼマン複葉機

ブーゼマン複葉機は、アドルフ・ブーゼマンが発明した理論上の航空機構成であり、 N 型衝撃波の形成を回避し、ソニックブームやそれに伴う造波抵抗を生じさせない。しかし、元の形状では揚力も発生しない。十分な揚力を提供し、波の強度と抵抗を減らすことはできるが、完全になくすことはできないブーゼマン複葉機のコンセプトは、「ブームのない」超音速輸送機として研究されてきた。

ブーゼマンのオリジナルの複葉機は、一定の距離を置いて配置された2枚の三角形の断面板で構成されており、平らな面は流体の流れと平行になっています。板間の間隔は十分に大きいため、流れが詰まらず、板の間で超音速の流れが維持されます。^[1]

従来の翼の周りの超音速流は、前縁と後縁に圧縮音速衝撃波を生成し、その間に膨張波が発生します。これらの衝撃波は、気流を妨げる圧力変化に対応しており、波抵抗と呼ばれます。Busemann 複葉機では、前方高圧衝撃波が内部で生成され、二重くさびの内面間で対称的に反射します。これらが干渉して、衝撃波自体と後続の衝撃波の両方を打ち消し、無限に伝播する外部波がなくなるため、波抵抗が回避されます。平らな上面と下面は、流れが平行であるため、衝撃波を生成しません。

衝撃波の内部整列は、ブゼマンの複葉機が最小限の波抵抗を生み出すことを意味します。^[2]しかし、平らな外部表面と内部の対称性は、ブゼマンの設計が衝撃と抗力を最適に低減する設計点で揚力を生成しないことも意味します。

設計巡航速度または迎え角から離れた場所での運航は建設的干渉を破壊し、ショックチョークとフローヒステリシス効果をもたらし、抗力を大幅に増加させます。^[3]ショックチョークでは、衝撃波はテーパード翼面で反射するたびに後方角度を減少させ、隙間を横切る衝撃壁を形成します。これにより圧力が蓄積され、流速が低下し、フローヒステリシスが発生します。このとき、空気の減速によりチョークは設計点を超えて持続し、航空機の速度が上昇すると解消されます。^[4]

ニュートンの運動の法則によれば、翼に上向きの揚力を発生させるには、その反応として翼上を通過する空気を下向きに偏向させる必要があります。超音速では、これにより少なくとも 1 つの衝撃波、場合によってはそれ以上の衝撃波が発生します。他の翼型と同様に、Busemann 複葉機にもこのようにして揚力を発生させるための小さな正の迎え角を与えることができますが、外部衝撃波も発生するようになります。

ブーゼマン複葉機の構成は、衝撃波のエネルギーとそれに伴う抗力を最小限に抑えるために依然として使用可能である。^{[3] [5]}

造波抵抗には2つの原因があり、1つは飛行機の体積または形状によるもので、もう1つは発生する揚力によるものです。Busemannのコンセプトは形状衝撃抵抗を排除できますが、揚力によるものは排除できません。Busemannの元の形状はすべての造波抵抗を排除し、したがって揚力も排除しました。現代のBusemannタイプの設計は、関連する衝撃波とともに揚力を生み出しながら、形状抵抗の大部分またはすべてを排除できるため、従来の設計に比べて効率が大幅に向上します。^[3]また、さまざまな速度と迎え角で十分な性能を発揮できます。

オフデザインチョークとヒステリシスの問題は、離着陸時に高揚力装置としても機能するフラップやスラットなどの可変形状装置の使用によって解決できます。^[3]別のアプローチは、最適設計点でもある程度の形状抵抗を犠牲にして、オフデザイン条件の範囲で許容できる性能を提供するために翼型の形状を変更することです。^{[5] [4]}

ブーゼマン複葉機のコンセプトは、「ブームレス」超音速輸送機のコンセプトとして研究されてきた。^[6]

• プラット・アンド・ホイットニー J58 は、不始動、つまり外部船首衝撃波を与える衝撃放出に敏感な構成である混合圧縮インレットを使用しました。
• いわゆるスプリットハル構造により造波抵抗が低減されたカタマランボート。

• ブゼマンの複葉機 - 説明と理論