Si alguna vez has estado en un espectáculo aéreo, o vivía cerca de una base de la fuerza aérea, estás familiarizado con los boom sónicos.

Estos ruidos ensordecedores son creados por aviones que exceden la velocidad del sonido, aproximadamente 767 mph (1234 km / h). Ellos explican en parte, por qué los aviones de pasajeros surcan los cielos a velocidades más lentas y menos ofensivas desde el punto de vista auditivo.

El ingeniero aeroespacial de la Universidad de Buffalo, James Chen, está trabajando para resolver los problemas asociados con la superación de la barrera del sonido.

"Imagina volar desde la ciudad de Nueva York a Los Ángeles en una hora. Imagina vehículos aéreos no tripulados increíblemente rápidos que brindan información más actualizada y matizada sobre la atmósfera de la Tierra, que podría ayudarnos a predecir mejor las tormentas mortales, "dice Chen, Doctor., profesor adjunto del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la UB.

Chen es el autor correspondiente de un estudio publicado el 3 de enero en la Revista de matemáticas de ingeniería . El estudio pertenece a la teoría cinética clásica del físico austríaco Ludwig Boltzmann, que utiliza el movimiento de las moléculas de gas para explicar los fenómenos cotidianos, como temperatura y presión.

El trabajo de Chen extiende la teoría cinética clásica a la aerodinámica de alta velocidad, incluida la velocidad hipersónica, que comienza a las 3, 836 mph (6173 km / h) o aproximadamente cinco veces la velocidad del sonido. El nuevo estudio y otros de Chen en revistas académicas influyentes intentan resolver problemas de larga data asociados con la aerodinámica de alta velocidad.

Jets de pasajeros supersónicos

La idea de aviones de pasajeros supersónicos no es nueva. Quizás el más famoso es el Concorde, que voló desde 1976-2003. Si bien tiene éxito, estaba acosado por quejas por ruido y costosos costos operativos.

Más recientemente, Boeing anunció planes para un avión hipersónico y la NASA está trabajando en un proyecto supersónico llamado QueSST. abreviatura de Quiet Supersonic Technology.

"La reducción del notorio boom sónico es solo un comienzo. En vuelo supersónico, ahora debemos responder al último problema no resuelto de la física clásica:turbulencia, "dice Chen, cuyo trabajo está financiado por el Programa de Jóvenes Investigadores de la Fuerza Aérea de EE. UU., que apoya a ingenieros y científicos que muestran una capacidad excepcional y una promesa para realizar investigaciones básicas.

Para crear más eficiente, aviones menos costosos y silenciosos que superan la barrera del sonido, la comunidad de investigadores necesita comprender mejor lo que está sucediendo con el aire que rodea a estos vehículos.

"Hay tantas cosas que no sabemos sobre el flujo de aire cuando alcanzas velocidades hipersónicas. Por ejemplo, se forman remolinos alrededor de la aeronave que crean turbulencias que afectan la forma en que la aeronave maniobra a través de la atmósfera, " él dice.

Teoría del continuo morphing

Para resolver estos complejos problemas, los investigadores han utilizado históricamente túneles de viento, que son laboratorios de investigación que replican las condiciones que encuentran los vehículos mientras están en el aire o en el espacio. Si bien es efectivo, Estos laboratorios pueden ser costosos de operar y mantener.

Como resultado, muchos investigadores, incluido Chen, han pivotado hacia simulaciones numéricas directas (DNS).

"El DNS con computación de alto rendimiento puede ayudar a resolver los problemas de turbulencia. Pero las ecuaciones que hemos utilizado, basado en el trabajo de Navier y Stokes, son esencialmente inválidos a velocidades supersónicas e hipersónicas, "dice Chen.

Su trabajo en el Revista de matemáticas de ingeniería se centra en la teoría del continuo morphing (MCT), que se basa en los campos de la mecánica y la teoría cinética. MCT tiene como objetivo proporcionar a los investigadores ecuaciones computacionalmente amigables y una teoría para abordar problemas con turbulencia hipersónica.

"El Centro de Investigación Computacional de la UB proporciona una plataforma perfecta para mi equipo y para mí en el Laboratorio de Física Computacional Multiescala para abordar estos difíciles problemas de aerodinámica de alta velocidad con computación de alto rendimiento, "dice Chen.

Por último, el trabajo podría conducir a avances en cómo se diseñan los aviones supersónicos e hipersónicos, todo, desde la forma del vehículo hasta los materiales de los que está hecho. La meta, él dice, es una nueva clase de aviones que son más rápidos, más silencioso menos costoso de operar y más seguro.