在3836英里每小時的速度下，空氣向哪個方向流動？

如果你去過航空展，或者住在空軍基地附近，你一定對音爆很熟悉。這些震耳欲聾的噪音是由超過音速的飛機發出的，大約每小時767英里。它們在一定程度上解釋了為什麼客機以較慢且不那麼令人討厭的速度在空中飛行。布法羅大學航空航天工程師詹姆斯·陳正在努力解決與超過音障有關的問題。

想像一下，一個小時後從紐約飛往洛杉磯。想像一下速度快得令人難以置信的無人機，它們提供了更多關於地球大氣層的更新和細微差別的信息，這可以幫助我們更好地預測致命的風暴。

這項研究屬於奧地利物理學家路德維希·玻爾茲曼的經典動力學理論，該理論利用氣體分子的運動來解釋諸如溫度和壓力等日常現象。將古典動力學理論擴展到高速空氣動力學，包括高超音速，它的起始速度為3836英里/小時，大約是音速的5倍。陳

超音速客機的想法並不新鮮。也許最著名的是協和式飛機，它從1976年到2003年飛行。雖然取得了成功，但噪音投訴和昂貴的運營成本一直困擾著它。最近，波音公司宣布了一種超音速客機的計劃，美國宇航局正在進行一個名為奎斯特(QueSST)的超音速項目。奎斯特是「安靜超音速技術」(Quiet超音速Technology)的縮寫。降低音爆只是一個開始。在超音速飛行中，我們現在必須解決經典物理學中最後一個尚未解決的問題:湍流。

為了製造出更高效、更便宜、更安靜、能超越音障的飛機，研究人員需要更好地了解這些飛行器周圍的空氣狀況。當你達到高超音速時，我們對氣流知之甚少。例如，渦旋在飛機周圍形成，產生湍流，影響飛機在大氣層中的飛行。為了解決這些複雜的問題，研究人員歷來使用風洞，風洞是研究實驗室，可以複製車輛在空中或太空中遇到的條件。雖然這些實驗室很有效，但是操作和維護起來卻很昂貴。因此，許多研究人員已經轉向直接數值模擬(DNS)。

高性能計算的DNS可以幫助解決湍流問題。但是我們使用的基於納維和斯托克斯的方程，在超音速和高超音速下基本上是無效的。最終，這項工作可能會推動超音速和高超音速飛機的設計，從飛行器的形狀到它的材料。他說，他們的目標是研製出一種速度更快、噪音更小、操作成本更低、更安全的新型飛機。

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