عرض مصدر طيران فرط صوتي

{{لا صندوق معلومات}}
[[ملف:General_Bernard_A._Schriever_ICBM_Test_Vehicle_USAF_1959.jpg|تصغير|400x400بك|مركبة عودة [[دخول الغلاف الجوي]] بعد رحلة لمسافة 8000 كيلومتر (5000 ميل)، 1959. لاحظ الطرف الأسود للمركبة العائدة بسبب [[تسخين حركي هوائي|التسخين الحركي الهوائي]]. قارن ذلك بتأثير التسخين الحركي الهوائي على [[نيزك حديدي|النيزك الحديدي]] على اليمين.]]'''الطيران الفرط صوتي''' أو '''الطيران''' '''فائق الصوتية''' أو '''الطيران الفوق صوتي''' هو [[طيران|الطيران]] عبر الغلاف الجوي على ارتفاعات تقل عن 90 كيلومترًا تقريبا بسرعات تبلغ خمسة أضعاف سرعة الصوت،<ref>{{استشهاد بويب|عنوان=الصواريخ الفرط صوتية.. أسلحة أسرع من الصوت بأضعاف|مسار= https://www.aljazeera.net/amp/encyclopedia/2024/7/20/%D8%A7%D9%84%D8%B5%D9%88%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%AE-%D8%A7%D9%84%D9%81%D8%B1%D8%B7-%D8%B5%D9%88%D8%AA%D9%8A%D8%A9-%D8%A3%D8%B3%D9%84%D8%AD%D8%A9-%D8%A3%D8%B3%D8%B1%D8%B9-%D9%85%D9%86|تاريخ الوصول=2024-11-11|صحيفة=الجزيرة نت|لغة=ar|مسار أرشيف= http://web.archive.org/web/20241111180844/https://www.aljazeera.net/amp/encyclopedia/2024/7/20/%D8%A7%D9%84%D8%B5%D9%88%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%AE-%D8%A7%D9%84%D9%81%D8%B1%D8%B7-%D8%B5%D9%88%D8%AA%D9%8A%D8%A9-%D8%A3%D8%B3%D9%84%D8%AD%D8%A9-%D8%A3%D8%B3%D8%B1%D8%B9-%D9%85%D9%86|تاريخ أرشيف=2024-11-11}}</ref> أي تزيد عن 3000 ميل في الساعة حوالي 3800 ميل (6116 كم) في الساعة، [[عدد ماخ|وعدد ماخ]] إم أكبر من خمسة، إم > 5 (الصوت لديه سرعة ماخ 1)،<ref>{{استشهاد بويب|عنوان=Hypersonic Speed Explained: How Hypersonic Planes Work|مسار= https://science.howstuffworks.com/transport/flight/modern/hypersonic-plane.htm|تاريخ الوصول=2024-11-08|صحيفة=HowStuffWorks|تاريخ=1970-01-01|لغة=en-us|مسار أرشيف= http://web.archive.org/web/20241216181426/https://science.howstuffworks.com/transport/flight/modern/hypersonic-plane.htm|تاريخ أرشيف=2024-12-16}}</ref> وهي السرعة التي يبدأ فيها تفكك الهواء في أن يصبح مهمًا وتوجد [[حمل حراري|أحمال حرارية]] عالية. يعرّف النظام '''الفرط الصوتي المرتفع''' عند إم > 10 لمراعاة [[ديناميكا هوائية|الديناميكا الهوائية]] لإعادة [[دخول الغلاف الجوي|الدخول]]. السمة الرئيسة للديناميكا الهوائية الفرط صوتية هي أن درجة حرارة التدفق كبيرة جدًا لدرجة أنه يجب مراعاة كيمياء جزيئات الهواء ثنائية الذرة. عند السرعات الفرط صوتية المنخفضة، تهتز الروابط الجزيئية، مما يغير من حجم القوى التي يولدها الهواء على الطائرة. عند السرعات الفرط صوتية العالية، تتفكك الجزيئات وتنتج بلازما مشحونة كهربائيًا حول الطائرة. تحدث اختلافات كبيرة في كثافة الهواء والضغط بسبب [[موجة صادمة|موجات الصدمة]] والتمدد.<ref>{{استشهاد بويب|عنوان= https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/BGP/lowhyper.html|مسار= https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/BGP/lowhyper.html|مسار أرشيف= http://web.archive.org/web/20241025012728/https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/BGP/lowhyper.html|تاريخ أرشيف=2024-10-25}}</ref><ref>{{استشهاد بويب|عنوان= https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/lowhyper.html|مسار= https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/lowhyper.html|مسار أرشيف= http://web.archive.org/web/20241217163140/https://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/lowhyper.html|تاريخ أرشيف=2024-12-17}}</ref> حُققت سرعات تزيد عن 25 ماخ تحت الغلاف الحراري اعتبارًا من عام 2020. {{بحاجة لمصدر|date=March 2024}}

تتمتع المركبات الفرط صوتية بالقدرة على المناورة عبر الغلاف الجوي في مسار غير مكافئ، ولكن الأحمال [[تسخين حركي هوائي|الحرارية الديناميكية الهوائية]] الخاصة بها تحتاج إلى إدارة.

== الفيزياء ==
{{مفصلة|سرعة فرط صوتية}}
=== نقطة الركود ===
[[نقطة ركود]] الهواء المتدفق حول الجسم هي النقطة التي تكون فيها سرعته المحلية صفرًا.<ref name="naca13822">Alfred J. Eggers, H. Julian Allen, Stanford Neice (10 December 1954), [https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19930093743/downloads/19930093743.pdf "A comparative analysis of the performance of long-range hypervelocity vehicles"], NACA report 1382, pp. 1141–1160 {{Webarchive|url=http://web.archive.org/web/20241203152245/https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19930093743/downloads/19930093743.pdf|date=2024-12-03}}</ref>عند هذه النقطة يتدفق الهواء حول هذا الموقع. تتشكل [[موجة صادمة|موجة صدمة]]، والتي [[انحراف (فيزياء)|تحرف]] الهواء عن نقطة الركود وتعزل الجسم الطائر عن الغلاف الجوي.<ref name="naca13822" />يمكن أن يؤثر هذا على قدرة رفع سطح الطيران التي تمكنه من مقاومة سحبه و<nowiki/>[[سقوط حر|سقوطه الحر]] اللاحق.<ref>{{استشهاد بويب|عنوان=MIT "Fluids" 1. Effects of Reynolds Number 2. Effects of Mach Number|مسار= https://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/fluids/Lectures/f05.pdf|تاريخ الوصول=9 October 2020|مسار أرشيف= http://web.archive.org/web/20230614200653/http://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/fluids/Lectures/f05.pdf|تاريخ أرشيف=2023-06-14}}</ref>{{ملا|Ning describes a method for interrelating Reynolds number with Mach number.<ref>{{استشهاد بويب|مسار= http://flowlab.groups.et.byu.net/me412/hw/ReMmatching.pdf |عنوان=Andrew Ning "Matching Mach and Reynolds Number"|تاريخ الوصول=9 October 2020|مسار أرشيف= http://web.archive.org/web/20211018122023/http://flowlab.groups.et.byu.net/me412/hw/ReMmatching.pdf|تاريخ أرشيف=2021-10-18}}</ref>|name=ning}}

من أجل المناورة في الغلاف الجوي بسرعات أسرع من السرعة فوق الصوتية، لا تزال أشكال [[دسر|الدسر]] قادرة على أن تكون [[محرك نفاث متنفس للهواء|أنظمة تنفس الهواء]]، لكن [[محرك نفاث تضاغطي|المحرك النفاث التضاغطي]] لا يكفي لكي يصل النظام إلى سرعة ماخ 5، حيث يبطئ المحرك النفاث التضاغطي تدفق الهواء إلى سرعة دون سرعة الصوت. تستخدم بعض الأنظمة ([[ويفرايدر]]) صاروخًا في المرحلة الأولى لدفع الجسم إلى نظام فرط صوتي. تستخدم أنظمة أخرى ([[مركبة انزلاق فرط صوتية|مركبات الانزلاق المعزز]]) [[محرك نفاث فرطي|المحركات النفاثة الفرطية]] بعد الانزلاق المعزز الأولي، حيث تظل سرعة الهواء المار عبر [[محرك نفاث فرطي|المحرك النفاث الفرطي]] الأسرع من الصوت. تستخدم الأنظمة الأخرى ([[ذخيرة|الذخائر]]) [[مدفع]]ًا لتعزيزها الأولي.<ref name="hvp">Jared Keller {{استشهاد بويب|عنوان=Watch the Air Force use a hypersonic bullet to blast a drone out of the sky|مسار= https://taskandpurpose.com/news/air-force-hypervelocity-projectile-test-video/|تاريخ=15 September 2020|مسار أرشيف= http://web.archive.org/web/20241116173526/https://taskandpurpose.com/news/air-force-hypervelocity-projectile-test-video/|تاريخ أرشيف=2024-11-16}}</ref>

=== تأثير درجات الحرارة المرتفعة ===
التدفق الفرط صوتي هو تدفق عالي الطاقة. <ref name="Anderson">Anderson, John (2016). Introduction to Flight (Eighth ed.) McGraw-Hill Education</ref>تزداد نسبة الطاقة الحركية إلى الطاقة الداخلية للغاز مع مربع [[عدد ماخ]]. عندما يدخل هذا التدفق [[طبقة حدية]]، تحدث تأثيرات لزوجة عالية بسبب الاحتكاك بين الهواء والجسم عالي السرعة. في هذه الحالة، يتم تحويل الطاقة الحركية العالية جزئيًا إلى طاقة داخلية وتكون طاقة الغاز [[تناسب (رياضيات)|متناسبة]] مع الطاقة الداخلية. لذلك، فإن [[طبقة حدية|الطبقات الحدية]] فوق الصوتية هي مناطق ذات درجات حرارة عالية بسبب [[تبدد|التبديد]] اللزج للطاقة الحركية للتدفق. منطقة أخرى من التدفق عالي الحرارة هي طبقة الصدمة خلف [[موجة صادمة|موجة]] [[انحناء صدمي|الصدمة المنحنية.]] في حالة طبقة الصدمة، تقل سرعة التدفق بشكل متقطع أثناء مروره عبر [[موجة صادمة|موجة الصدمة]]. يؤدي هذا إلى فقدان الطاقة الحركية واكتساب الطاقة الداخلية خلف موجة الصدمة. بسبب درجات الحرارة المرتفعة خلف موجة الصدمة، يصبح تفكك الجزيئات في الهواء نشطًا حراريًا. على سبيل المثال، بالنسبة للهواء عند درجة حرارة > 2000 كلفن (1730 درجة مئوية؛ 3140 درجة فهرنهايت)، يكون [[تفكك]] الأكسجين [[ثنائي الذرة]] إلى [[جذر كيميائي|جذور]] الأكسجين نشطًا: O<sub>2</sub> → 2O . بالنسبة لدرجة حرارة > 4000 كلفن (3730 درجة مئوية؛ 6740 درجة فهرنهايت)، يكون تفكك النيتروجين [[ثنائي الذرة]] إلى جذور النيتروجين نشطًا: N<sub>2</sub> → 2N   وبالتالي، في نطاق درجة الحرارة هذا، يشكل [[بلازما (فيزياء)|البلازما]]: - التفكك الجزيئي الذي يتبعه إعادة تركيب جذور الأكسجين والنيتروجين ينتج [[أحادي أكسيد النيتروجين|أكسيد النيتريك]]: N<sub>2</sub> + O<sub>2</sub> → 2NO، الذي يتفكك بعد ذلك ويعاد تركيبه لتكوين أيونات: N + O → NO<sup>+</sup> + -e.<ref name="tableOfBDEs2">B. deB. Darwent, National Bureau of Standards [https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/NSRDS/nbsnsrds31.pdf (Jan 1970) Table of Bond Dissociation Energies in Simple Molecules] BDE: bond dissociation enthalpy {{Webarchive|url=http://web.archive.org/web/20241203022537/https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/NSRDS/nbsnsrds31.pdf|date=2024-12-03}}</ref>{{صفحات مرجع|41}}<ref name="bondEnergies2">Jim Clark (12 Feb 2022)[https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Thermodynamics/Energies_and_Potentials/Enthalpy/Bond_Enthalpies Physical and Theoretical Chemistry Textbook Maps/Supplemental Modules (Physical and Theoretical Chemistry)/Thermodynamics/Energies and_Potentials/Enthalpy/Bond Bond Enthalpies ] {{Webarchive|url=http://web.archive.org/web/20240723203340/https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Thermodynamics/Energies_and_Potentials/Enthalpy/Bond_Enthalpies|date=2024-07-23}}</ref><ref name="ronStackExch2">Answered by ron, stack exchange [https://chemistry.stackexchange.com/questions/11173/will-heating-diatomic-oxygen-enough-break-the-o-o-bonds (29 May 2014) Will heating diatomic oxygen enough break the O=O bonds?] {{Webarchive|url=http://web.archive.org/web/20240229195609/https://chemistry.stackexchange.com/questions/11173/will-heating-diatomic-oxygen-enough-break-the-o-o-bonds|date=2024-02-29}}</ref> <ref name="tableOfBDEs2" />{{صفحات مرجع|39}} <ref name="aPlasmaForms2">Jan Tegler [https://issuu.com/faircountmedia/docs/defense-research-magazine/s/139231 (4 Oct 2019) Research at Hyper Speed: The Pentagon's Research Laboratories Are Working Flat Out to Develop Hypersonic Weapons Technology] operating at {{حول|8,000|K|abbr=on}} {{Webarchive|url=http://web.archive.org/web/20221014162028/https://issuu.com/faircountmedia/docs/defense-research-magazine/s/139231|date=2022-10-14}}</ref> <ref name="lossOfTelemetry2">Anthony Capaccio [https://www.bloomberg.com/news/articles/2023-03-28/lockheed-hypersonic-missile-test-marred-by-in-flight-data-loss?re_source=boa_related#xj4y7vzkg (28 Mar 2023) U.S. Hypersonic Missile Test Marred by In-Flight Data Loss] ARRW plagued by loss of telemetry data in the latest test</ref>

=== تدفق منخفض الكثافة ===
في حالة مستوى سطح البحر القياسية للهواء، يكون متوسط المسار الحر لجزيئات الهواء حوالي <math>\lambda = 68 \,\mathrm{nm}</math>. على ارتفاع {{حول|104|km|abbr=on}}, حيث يكون الهواء أرق، يكون متوسط المسار الحر هو <math>\lambda = 1 \, \mathrm{ft} = 0.305 \, \mathrm{m}</math>. وبسبب هذا المسار الحر المتوسط الكبير، تبدأ المفاهيم والمعادلات والنتائج الديناميكية الهوائية القائمة على افتراض الاستمرارية في الانهيار، وبالتالي يجب النظر إلى الديناميكا الهوائية من خلال النظرية الحركية. يُطلق على نظام الديناميكا الهوائية هذا اسم التدفق منخفض الكثافة. بالنسبة لحالة ديناميكية هوائية معينة، تعتمد التأثيرات منخفضة الكثافة على قيمة [[وسيط (رياضيات)|معلمة]] [[كمية لا بعدية|غير بعدية]] تسمى [[عدد كنودسن]] <math>\mathrm{Kn}</math>, تم تعريفه على أنه <math>\mathrm{Kn}=\frac{\lambda}{l}</math> حيث <math>l</math> هي مقياس الطول النموذجي للجسم الذي تم أخذه في الاعتبار. قيمة عدد كنودسن بناءً على نصف قطر [[مخروط المقدمة]]، <math>\mathrm{Kn}=\frac{\lambda}{R}</math>, يمكن أن يكون قريب للواحد.

غالبًا ما تحلق المركبات الأسرع من الصوت على ارتفاعات عالية جدًا وبالتالي تواجه ظروفًا ذات كثافة منخفضة. وبالتالي، يتطلب تصميم وتحليل المركبات الفرط صوتية أحيانًا مراعاة التدفق منخفض الكثافة. قد تقضي الأجيال الجديدة من الطائرات الفرط صوتية جزءًا كبيرًا من مهمتها على ارتفاعات عالية، وبالنسبة لهذه المركبات، ستصبح تأثيرات الكثافة المنخفضة أكثر أهمية.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة|عنوان=Introduction to Flight — Third edition. J. D. Anderson. McGraw-Hill Book Company (UK) Limited, Maidenhead. 1989. 616 pp. Illustrated. £33.95.|صحيفة=The Aeronautical Journal|مسار=http://dx.doi.org/10.1017/s0001924000023022|مؤلف=Henderson|الأول=J. F.|تاريخ=1990-09|المجلد=94|العدد=937|صفحات=265–265|issn=0001-9240|دوي=10.1017/s0001924000023022}}</ref>

=== طبقة الصدمة الرقيقة ===
يُطلق على مجال التدفق بين موجة الصدمة وسطح الجسم اسم طبقة الصدمة. ومع زيادة [[عدد ماخ]] M، تقل زاوية موجة الصدمة الناتجة. تؤدي أعداد ماخ الأعلى إلى وضع موجة الصدمة بالقرب من سطح الجسم، وبالتالي عند السرعات الفائقة للصوت، تقع موجة الصدمة بالقرب الشديد من سطح الجسم، مما يؤدي إلى طبقة صدمة رقيقة. عند [[عدد رينولدز]] المنخفض، تصبح [[طبقة حدية|الطبقة الحدية]] سميكة للغاية وتندمج مع موجة الصدمة، مما يؤدي إلى طبقة صدمة لزجة تمامًا.<ref>{{استشهاد بويب|عنوان=Mach Angle|مسار= https://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/machang.html|ناشر=Glenn Research Center, NASA|تاريخ=6 April 2018 <!-- updated date, could change -->|مسار أرشيف= https://archive.today/20120801142032/http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/machang.html|تاريخ أرشيف=2012-08-01}}</ref>

=== التفاعل اللزج ===
تزداد [[طبقة حدية|طبقة حدود]] التدفق القابلة للضغط بشكل متناسب مع مربع [[عدد ماخ]]، وعكسيًا مع الجذر التربيعي [[عدد رينولدز|لعدد رينولدز]].

عند السرعات فوق الصوتية، يصبح هذا التأثير أكثر وضوحًا، بسبب الاعتماد الأسي على عدد ماخ. نظرًا لأن [[طبقة حدية|طبقة الحدود]] تصبح كبيرة جدًا، فإنها تتفاعل بشكل أكثر لزوجة مع التدفق المحيط. يتمثل التأثير الإجمالي لهذا التفاعل في خلق احتكاك جلدي أعلى بكثير من المعتاد، مما يتسبب في [[تدفق حراري]] أكبر على السطح. بالإضافة إلى ذلك، ترتفع ضغوط السطح فجأة، مما يؤدي إلى [[معامل السحب|معامل سحب]] [[ديناميكا هوائية|ديناميكي هوائي]] أكبر بكثير. يكون هذا التأثير شديدًا عند [[حافة متقدمة|الحافة الأمامية]] وينخفض [[دالة|كدالة]] للطول مقابل السطح.<ref name="Anderson" />

=== طبقة الإنتروبيا ===
طبقة الإنتروبيا هي منطقة ذات تدرجات سرعة كبيرة ناجمة عن [[انحناء (رياضيات)|الانحناء]] القوي [[موجة صادمة|لموجة الصدمة]]. تبدأ طبقة الإنتروبيا عند [[مخروط المقدمة|مخروط مقدمة]] الطائرة وتمتد باتجاه التيار بالقرب من سطح الجسم. في اتجاه مجرى [[مخروط المقدمة]]، تتفاعل طبقة الإنتروبيا مع [[طبقة حدية|الطبقة الحدية]] مما يتسبب في زيادة [[تسخين حركي هوائي|التسخين الديناميكي الهوائي]] على سطح الجسم. وعلى الرغم من أن موجة الصدمة عند المخروط عند السرعات فوق الصوتية منحنية أيضًا، إلا أن طبقة الإنتروبيا لا تُلاحظ إلا عند السرعات فوق الصوتية لأن حجم المنحنى يكون أكبر بكثير عند السرعات فوق الصوتية.<ref name="Anderson" />

== المراجع ==
{{مراجع}}

== للاستزادة ==

* David Wright and Cameron Tracy, "Over-hyped: Physics dictates that [[سلاح فرط صوتي|hypersonic weapons]] cannot live up to the grand promises made on their behalf", ''[[مجلة العلوم الأمريكية]]'', vol. 325, no. 2 (August 2021), pp.&nbsp;64–71. Quote from p.&nbsp;71: "Failure to fully assess [the potential benefits and costs of hypersonic weapons] is a recipe for wasteful spending and increased global risk."

== وصلات خارجية ==
{{صندوق مصادر مكتبية}}

* [http://naca.central.cranfield.ac.uk/reports/1958/naca-report-1382.pdf A comparative analysis of the performance of long-range hypervelocity vehicles]
* [https://www.japcc.org/keywords/hypersonic-vehicles/ (2022) Joint Air Power Competence Centre] (JAPCC)
{{شريط بوابات|أسلحة|علوم عسكرية}}

[[تصنيف:ديناميكا هوائية]]
[[تصنيف:سرعة الهواء]]
[[تصنيف:هندسة الطيران والفضاء]]