Cine a fost primul care a spart bariera sunetului? Ce se întâmplă atunci când un avion sparge bariera sunetului Primul lucru în care trebuie să spargeți viteza sunetului

Uneori, când un avion zboară pe cer, poți auzi un bubuitură puternic, care sună ca o explozie. Această „explozie” este rezultatul spargerii de către aeronava a barierei sunetului.

Ce este o barieră acustică și de ce auzim o explozie? ȘI care a spart primul bariera sunetului ? Vom lua în considerare aceste probleme mai jos.

Ce este o barieră acustică și cum se formează?

Bariera aerodinamică a sunetului este o serie de fenomene care însoțesc mișcarea oricăruia aeronave(aeronave, rachete etc.), a căror viteză este egală sau mai mare decât viteza sunetului. Cu alte cuvinte, o „barieră de sunet” aerodinamică este un salt brusc în rezistența aerului care are loc atunci când un avion atinge viteza sunetului.

Undele sonore călătoresc prin spațiu cu o viteză specifică care se modifică odată cu altitudinea, temperatura și presiunea. De exemplu, la nivelul mării viteza sunetului este de aproximativ 1220 km / h, la o altitudine de 15 mii m - până la 1000 km / h etc. Când viteza unui avion se apropie de viteza sunetului, i se aplică anumite sarcini. La viteze normale (subsonice), nasul aeronavei „conduce” un val de aer comprimat în fața sa, a cărui viteză corespunde vitezei sunetului. Viteza undei este mai mare decât viteza normală a unui avion. Ca rezultat, aerul curge liber pe întreaga suprafață a aeronavei.

Dar, dacă viteza aeronavei corespunde vitezei sunetului, unda de compresie nu se formează pe nas, ci în fața aripii. Ca urmare, se formează o undă de șoc, care crește sarcinile pe aripi.

Pentru ca aeronava să poată depăși bariera sonoră, pe lângă o anumită viteză, trebuie să aibă un design special. De aceea, designerii de aeronave au dezvoltat și aplicat în construcția de aeronave un profil special de aripă aerodinamică și alte trucuri. În momentul spargerii barierei sunetului, pilotul unei aeronave supersonice moderne simte vibrații, „sărituri” și „impact aerodinamic”, pe care le percepem la sol ca un pop sau explozie.

Cine a fost primul care a spart bariera sunetului?

Întrebarea „pionierii” barierei sunetului este aceeași cu întrebarea primilor cuceritori ai spațiului. La întrebarea „ Cine a fost primul care a depășit bariera supersonică ?" poti da raspunsuri diferite. Aceasta este prima persoană care sparge bariera sunetului și prima femeie și, în mod ciudat, primul dispozitiv...

Primul care a spart bariera sunetului a fost pilotul de testare Charles Edward Yeager (Chuck Yeager). Pe 14 octombrie 1947, aeronava sa experimentală Bell X-1, echipată cu un motor de rachetă, a intrat într-o scufundare ușoară de la o înălțime de 21379 m deasupra Victorville (California, SUA) și a atins viteza sunetului. Viteza aeronavei în acel moment era de 1207 km/h.

De-a lungul carierei sale, pilotul militar a avut o mare contribuție la dezvoltarea nu numai a aviației militare americane, ci și a astronauticii. Charles Elwood Yeager și-a încheiat cariera de general al forțelor aeriene, după ce a călătorit în multe părți ale lumii. Experiența unui pilot militar a fost utilă chiar și la Hollywood atunci când a pus în scenă cascadorii aeriene spectaculoase în lungmetrajul „Pilot”.

Povestea lui Chuck Yeager despre spargerea barierei sunetului este spusă de filmul „Guys That Needed”, care a câștigat patru premii Oscar în 1984.

Alți cuceritori ai barierei sunetului

Pe lângă Charles Yeager, care a spart primul bariera sunetului, au mai existat și alți deținători de recorduri.

Primul pilot de testare sovietic - Sokolovsky (26 decembrie 1948).
Prima femeie este americanca Jacqueline Cochran (18 mai 1953). Zburând peste baza Edwards Air Force (California, SUA), F-86-ul ei a spart bariera sunetului cu o viteză de 1223 km/h.
Prima aeronavă civilă a fost avionul american de pasageri Douglas DC-8 (21 august 1961). Zborul său, care a avut loc la o altitudine de aproximativ 12,5 mii de metri, a fost experimental și organizat cu scopul de a colecta date necesare pentru proiectarea viitoare a marginilor anterioare ale aripilor.
Prima mașină care a spart bariera sunetului a fost Thrust SSC (15 octombrie 1997).
Prima persoană care a spart bariera sunetului în cădere liberă a fost americanul Joe Kittinger (1960), care a sărit cu o parașută de la o înălțime de 31,5 km. Totuși, după el, zburând deasupra orașului american Roswell (New Mexico, SUA) pe 14 octombrie 2012, austriacul Felix Baumgartner a stabilit un record mondial, plecând balon cu parașuta la o altitudine de 39 km. În același timp, viteza sa a fost de aproximativ 1342,8 km/h, iar coborârea la sol, cea mai mare parte în cădere liberă, a durat doar 10 minute.
Recordul mondial pentru spargerea barierei sunetului cu o aeronavă aparține rachetei aerobalistice hipersonice aer-sol X-15 (1967), care este acum în serviciu cu armata rusă. Viteza rachetei la o altitudine de 31,2 km a fost de 6389 km/h. Aș dori să remarc faptul că viteza maximă posibilă a mișcării umane în istoria aeronavelor cu pilot este de 39897 km/h, care a fost atinsă în 1969 de către americanul. nava spatiala Apollo 10.

Prima invenție pentru a sparge bariera sunetului

Destul de ciudat, dar prima invenție care a spart bariera sunetului a fost... un simplu bici, inventat de vechii chinezi acum 7 mii de ani.

Până la inventarea fotografiei instantanee în 1927, nimeni nu s-ar fi gândit că pocnitul biciului nu era doar bubuitul curelei de pe mâner, ci o clipă supersonică în miniatură. În timpul unei balansări ascuțite, se formează o buclă, a cărei viteză crește de câteva zeci de ori și este însoțită de un clic. Bucla sparge bariera sonoră la o viteză de aproximativ 1200 km/h.

De ce avionul trece peste bariera sunetului însoțit de o bubuitură explozivă? Și ce este o „barieră a sunetului”?

Există o neînțelegere cu „clap”, cauzată de o neînțelegere a termenului „barieră a sunetului”. Acest „clap” se numește corect „sonic boom”. Avionul care se deplasează din viteza supersonică, creează unde de șoc în aerul din jur, presiunea aerului crește. Simplificate, aceste unde pot fi imaginate sub forma unui con care însoțește zborul aeronavei, cu vârful, parcă, legat de nasul fuzelajului și generatrice îndreptate împotriva mișcării aeronavei și propagă destul de departe, de exemplu, la suprafața pământului.

Când granița acestui con imaginar, care indică partea din față a undei sonore principale, ajunge la urechea umană, atunci un salt brusc de presiune este perceput de ureche ca o bătaie din palme. Un boom sonic, ca unul legat, însoțește întregul zbor al aeronavei, cu condiția ca aeronava să se miște suficient de repede, deși cu o viteză constantă. O palmă, pe de altă parte, pare a fi trecerea undei principale a unui boom sonor peste un punct fix de pe suprafața pământului, unde, de exemplu, se află ascultătorul.

Cu alte cuvinte, dacă o aeronavă supersonică cu o viteză constantă, dar supersonică începea să zboare înainte și înapoi deasupra ascultătorului, zgomotul s-ar auzi de fiecare dată, la ceva timp după ce avionul a zburat deasupra ascultătorului la o distanță destul de apropiată.

O „barieră a sunetului” în aerodinamică este un salt brusc al rezistenței aerului care are loc atunci când aeronava atinge o anumită viteză la limită apropiată de viteza sunetului. Când se atinge această viteză, natura fluxului de aer din jurul aeronavei se schimbă dramatic, ceea ce la un moment dat a făcut foarte dificilă atingerea vitezelor supersonice. Un avion obișnuit, subsonic nu este capabil să zboare constant mai repede decât sunetul, indiferent cât de accelerat ar fi - pur și simplu își va pierde controlul și se va destrama.

Pentru a depăși bariera sunetului, oamenii de știință au fost nevoiți să dezvolte o aripă cu un profil aerodinamic special și să vină cu alte trucuri. Este interesant că pilotul unei aeronave supersonice moderne simte bine „depășirea” barierei sunetului de către aeronava lui: la trecerea la fluxul supersonic, se simt un „impact aerodinamic” și „sărituri” caracteristice în controlabilitate. Dar aceste procese nu sunt direct legate de „pops” de pe teren.

Înainte ca avionul să spargă bariera sunetului, se poate forma un nor neobișnuit, a cărui origine încă nu este clară. Conform celei mai populare ipoteze, o cădere de presiune are loc în apropierea avionului și o așa-numită Singularitatea Prandtl-Glauert urmată de condensarea picăturilor de apă din aerul umed. De fapt, vedeți condensul în imaginile de mai jos...

Click pe poza pentru a o mari.

O imagine neobișnuită poate fi observată uneori în timpul zborului avioanelor cu reacție, care par să iasă dintr-un nor de ceață. Acest fenomen se numește efect Prandtl-Glauert și constă în apariția unui nor în spatele unui obiect care se deplasează cu o viteză transsonică în condiții de umiditate ridicată.

Motivul acestui fenomen neobișnuit este că zborul mai departe de mare viteză aeronava creează o zonă de presiune a aerului crescută în fața sa și o zonă de presiune a aerului redusă în spate. După ce avionul a zburat, zona de presiune redusă începe să se umple cu aer ambiental. În acest caz, datorită inerției suficient de mare a maselor de aer, la început întreaga regiune de joasă presiune este umplută cu aer din regiunile apropiate adiacente regiunii de joasă presiune.

Acest proces este local un proces adiabatic, în care volumul ocupat de aer crește și temperatura acestuia scade. Dacă umiditatea aerului este suficient de mare, temperatura poate scădea la o astfel de valoare încât să fie sub punctul de rouă. Apoi vaporii de apă conținuti în aer se condensează în picături minuscule care formează un nor mic.

Se poate face clic 2600 px

Pe măsură ce presiunea aerului se normalizează, temperatura din acesta se uniformizează și crește din nou peste punctul de rouă, iar norul se dizolvă rapid în aer. De obicei, durata sa de viață nu depășește o fracțiune de secundă. Prin urmare, atunci când un avion zboară, se pare că norul îl urmează - datorită faptului că se formează constant imediat în spatele avionului, apoi dispare.

Există o concepție greșită obișnuită că apariția unui nor din cauza efectului Prandtl-Glauert înseamnă că în acest moment aeronava sparge bariera sunetului. In conditii de umiditate normala sau usor mare, un nor se formeaza doar la viteze mari, apropiate de viteza sunetului. În același timp, atunci când zboară la altitudine joasă și în condiții de umiditate foarte mare (de exemplu, peste ocean), acest efect poate fi observat și la viteze mult mai mici decât viteza sunetului.

Se poate face clic 2100 px

Există o neînțelegere cu „clap”, cauzată de o neînțelegere a termenului „barieră a sunetului”. Acest „clap” se numește corect „sonic boom”. O aeronavă care se deplasează cu viteză supersonică creează unde de șoc în aerul înconjurător, sare în presiunea aerului. Simplificate, aceste unde pot fi imaginate sub forma unui con care însoțește zborul aeronavei, cu vârful, parcă, legat de nasul fuzelajului și generatrice îndreptate împotriva mișcării aeronavei și propagă destul de departe, de exemplu, la suprafața pământului.

Klkiabelno 2500 px

Dar uite ce fotografie interesantă! Este prima dată când văd asta!

Se poate face clic 1920 px - cui pe masă!

Ce ne imaginăm când auzim expresia „barieră a sunetului”? O anumită limită și care poate afecta grav auzul și bunăstarea. De obicei, bariera sonoră este asociată cu cucerirea spațiu aerianși

Depășirea acestui obstacol poate provoca dezvoltarea unor boli cronice, sindroame dureroase și reacții alergice. Sunt aceste convingeri corecte sau sunt stereotipuri stabilite? Sunt ele faptice? Ce este o barieră de sunet? Cum și de ce apare? Toate acestea și câteva nuanțe suplimentare, precum și fapte istorice asociate cu acest concept, vom încerca să le aflăm în acest articol.

Această știință misterioasă este aerodinamica

În știința aerodinamicii, conceput pentru a explica fenomenele care însoțesc mișcarea
aeronave, există conceptul de „barieră fonică”. Aceasta este o serie de fenomene care apar atunci când aeronavele supersonice sau rachetele se deplasează la viteze apropiate de viteza sunetului sau mai mare.

Ce este o undă de șoc?

În procesul de curgere supersonică în jurul vehiculului, o undă de șoc apare în tunelul de vânt. Urmele sale pot fi văzute chiar și cu ochiul liber. La sol, acestea sunt reprezentate printr-o linie galbenă. În afara conului undei de șoc, în fața liniei galbene, la sol, avionul nici nu se aude. La o viteza ce depaseste viteza sunetului, corpurile sunt supuse unui flux de sunet, care atrage dupa sine o unda de soc. Ea poate să nu fie singură, în funcție de forma corpului.

Transformarea undelor de șoc

Partea frontală a undei de șoc, care este uneori numită undă de șoc, are o grosime destul de mică, ceea ce face totuși posibilă urmărirea modificărilor bruște ale proprietăților fluxului, o scădere a vitezei sale în raport cu corp și o corespunzătoare. creșterea presiunii și temperaturii gazului din flux. În acest caz, energia cinetică este parțial convertită în energia internă a gazului. Cantitatea acestor modificări depinde direct de viteza fluxului supersonic. Pe măsură ce unda de șoc se îndepărtează de vehicul, căderile de presiune scad și unda de șoc este transformată în sunet. Ea poate ajunge la un observator din exterior care aude un sunet distinctiv care seamănă cu o explozie. Se crede că acest lucru indică faptul că vehiculul a atins viteza sunetului atunci când avionul părăsește bariera acustică în urmă.

Ce se întâmplă cu adevărat?

Așa-numitul moment al spargerii barierei sunetului în practică este trecerea unei unde de șoc cu un zgomot tot mai mare al motoarelor de aeronave. Acum aparatul este înaintea sunetului care îl însoțește, așa că după el se va auzi zumzetul motorului. Apropierea vitezei de viteza sunetului a devenit posibilă în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, dar, în același timp, piloții au observat semnale alarmante în funcționarea aeronavei.

După sfârșitul războiului, mulți designeri și piloți de aeronave au căutat să atingă viteza sunetului și să depășească bariera sunetului, dar multe dintre aceste încercări s-au încheiat tragic. Oamenii de știință pesimiști au susținut că această limită nu poate fi depășită. În nici un caz experimental, ci științific, a fost posibil să explicăm natura conceptului de „barieră a sunetului” și să găsim modalități de a o depăși.

Zborurile sigure la viteze transonice și supersonice sunt posibile atunci când se evită o criză a valurilor, a cărei apariție depinde de parametrii aerodinamici ai aeronavei și de altitudinea zborului efectuat. Tranzițiile de la un nivel de viteză la altul ar trebui să fie efectuate cât mai repede posibil cu ajutorul postcombustionului, care va ajuta la evitarea unui zbor lung în zona de criză a valurilor. Criza valurilor ca concept a venit din transportul pe apă. A apărut atunci când navele se mișcau cu o viteză apropiată de viteza valurilor de la suprafața apei. Intrarea într-o criză a valurilor presupune o dificultate în creșterea vitezei, iar dacă este cât se poate de simplu să depășești criza valurilor, atunci poți intra în modul de rindeluire sau alunecare pe suprafața apei.

Istorie în controlul aeronavelor

Prima persoană care a atins viteza de zbor supersonică într-un avion experimental este pilotul american Chuck Yeager. Realizarea sa este remarcată în istorie pe 14 octombrie 1947. Pe teritoriul URSS, bariera sunetului a fost depășită la 26 decembrie 1948 de Sokolovsky și Fedorov, care zburau cu un luptător experimentat.

De la civili, linia de pasageri Douglas DC-8 a spart bariera sunetului, care la 21 august 1961 a atins o viteză de 1.012 M, sau 1262 km/h. Zborul a avut ca scop colectarea de date pentru proiectarea aripii. În rândul aeronavelor, recordul mondial a fost stabilit de o rachetă aerobalistică hipersonică aer-sol, care este în serviciu cu armata rusă. La o altitudine de 31,2 kilometri, racheta a dezvoltat o viteză de 6389 km/h.

La 50 de ani după ce a spart bariera sunetului din aer, englezul Andy Green a realizat o realizare similară într-o mașină. În cădere liberă, americanul Joe Kittinger a încercat să doboare recordul, care a cucerit o înălțime de 31,5 kilometri. Astăzi, pe 14 octombrie 2012, Felix Baumgartner a stabilit un record mondial, fără ajutorul transportului, la cădere liberă de la o înălțime de 39 de kilometri, rupând bariera sunetului. În același timp, viteza sa a atins 1342,8 kilometri pe oră.

Cea mai neobișnuită rupere a barierei de sunet

Este ciudat de gândit, dar prima invenție din lume care a depășit această limită a fost un bici obișnuit, care a fost inventat de vechii chinezi în urmă cu aproape 7 mii de ani. Aproape până la inventarea fotografiei instant în 1927, nimeni nu a bănuit că mișcarea de bici a fost un boom sonic în miniatură. Un leagăn ascuțit formează o buclă, iar viteza crește brusc, ceea ce este confirmat de un clic. Bariera sonoră este depășită la o viteză de aproximativ 1200 km/h.

Misterul celui mai zgomotos oraș

Nu degeaba locuitorii orașelor mici sunt șocați când văd pentru prima dată capitala. O abundență de transport, sute de restaurante și centre de divertisment confuz și neliniştitor. Începutul primăverii în capitală este de obicei datat aprilie, și nu un viscol rebel de martie. În aprilie este cer senin, curg pâraie și muguri înfloresc. Oamenii obosiți de iarna lungă deschid ferestrele larg spre soare, iar zgomotul străzii le izbucnește în case. Pe stradă, păsările ciripesc asurzitor, artiștii cântă, elevii amuzanți recită poezii, ca să nu mai vorbim de zgomotul din ambuteiaj și din metrou. Angajații departamentelor de igienă notează că a fi într-un oraș zgomotos pentru o perioadă lungă de timp este nesănătos. Fundalul sonor al capitalei este format din transport,
zgomot aviatic, industrial și casnic. Cel mai dăunător este doar zgomotul mașinii, deoarece avioanele zboară suficient de sus, iar zgomotul de la întreprinderi se dizolvă în clădirile lor. Zumzetul constant al mașinilor pe autostrăzile deosebit de aglomerate dublează toate normele permise. Cum se depășește bariera sunetului în capitală? Moscova este periculoasă cu o abundență de sunete, așa că locuitorii capitalei instalează ferestre cu geam termopan pentru a înăbuși zgomotul.

Cum se efectuează asaltarea barierei sunetului?

Până în 1947, nu existau date reale despre bunăstarea unei persoane în cabina de pilotaj a unei aeronave care zboară mai repede decât sunetul. După cum sa dovedit, spargerea barierei sunetului necesită o anumită putere și curaj. În timpul zborului, devine clar că nu există garanții de supraviețuire. Nici măcar un pilot profesionist nu poate spune cu siguranță dacă structura unei aeronave va rezista unui atac al elementelor. În câteva minute, avionul se poate prăbuși pur și simplu. Cum poate fi explicat acest lucru? Trebuie remarcat faptul că mișcarea cu o viteză subsonică creează unde acustice care se împrăștie ca niște cercuri dintr-o piatră căzută. Viteza supersonică excită unde de șoc, iar o persoană care stă pe pământ aude un sunet care arată ca o explozie. Fără computere puternice, era dificil să rezolvi cele complexe și trebuia să se bazeze pe modele suflate în tunelurile de vânt. Uneori, cu o accelerație insuficientă a aeronavei, unda de șoc atinge o astfel de forță încât ferestrele zboară din casele peste care zboară aeronava. Nu toată lumea va putea depăși bariera de sunet, deoarece în acest moment întreaga structură tremură, suporturile dispozitivului pot suferi daune semnificative. Acesta este motivul pentru care sănătatea bună și stabilitatea emoțională sunt atât de importante pentru piloți. Dacă zborul este lin, iar bariera de sunet este depășită cât mai repede posibil, atunci nici pilotul, nici eventualii pasageri nu vor simți senzații deosebit de neplăcute. Un avion de cercetare a fost construit special pentru a cuceri bariera sunetului în ianuarie 1946. Crearea mașinii a fost inițiată printr-un ordin al Ministerului Apărării, dar în loc de arme, aceasta a fost umplută cu echipament științific care monitoriza modul de funcționare al mecanismelor și dispozitivelor. Acest avion era ca un modern rachetă de croazieră cu un motor rachetă încorporat. Aeronava a trecut bariera fonică cu o viteză maximă de 2736 km/h.

Monumente verbale și materiale ale cuceririi vitezei sunetului

Progresele în depășirea barierei sunetului sunt încă foarte apreciate astăzi. Așadar, avionul cu care Chuck Yeager l-a depășit pentru prima dată, este acum expus la Muzeul Național de Aeronautică și Spațiu, care se află în Washington. Dar parametrii tehnici ai acestei invenții umane ar valora puțin fără meritele pilotului însuși. Chuck Yeager a mers la școala de zbor și a luptat în Europa, după care s-a întors în Anglia. Suspendarea nedreaptă de la zboruri nu a rupt spiritul lui Yeager și a obținut o primire de la comandantul șef al trupelor Europei. În anii care au mai rămas până la sfârșitul războiului, Yeager a participat la 64 de ieșiri, în timpul cărora a doborât 13 avioane. Chuck Yeager s-a întors în patria sa cu gradul de căpitan. Caracteristicile sale indică o intuiție fenomenală, un calm incredibil și rezistență în situații critice. De mai multe ori, Yeager a stabilit recorduri în avionul său. A lui cariera in continuare a mers la unitățile Forțelor Aeriene, unde a efectuat pregătire pentru piloți. Ultima dată când Chuck Yeager a spart bariera sunetului a fost 74 de ani, care a căzut cu ocazia celei de-a cincizecea aniversări a istoriei sale de zbor și în 1997.

Sarcini complexe ale creatorilor de avioane

Renumitul avion MiG-15 a început să fie creat în momentul în care dezvoltatorii și-au dat seama că este imposibil să se bazeze doar pe depășirea barierei sunetului, dar complex sarcini tehnice... Drept urmare, o mașină a fost creată cu atâta succes încât modificările sale au fost puse în funcțiune. tari diferite... Mai multe birouri de proiectare diferite au fost implicate într-un fel de competiție, al cărui premiu a fost un brevet pentru cea mai de succes și funcțională aeronavă. Au fost dezvoltate avioane cu aripi înclinate, ceea ce a reprezentat o revoluție în designul lor. Mașina ideală ar fi puternică, rapidă și incredibil de rezistentă la orice daune externe. Aripile înclinate ale aeronavei au devenit un element care le-a ajutat să tripleze viteza sunetului. Apoi a continuat să crească, ceea ce s-a explicat prin creșterea puterii motorului, utilizarea materialelor inovatoare și optimizarea parametrilor aerodinamici. Depășirea barierei sunetului a devenit posibilă și reală chiar și pentru un neprofesionist, dar nu devine mai puțin periculoasă din această cauză, așa că orice extremă ar trebui să își evalueze în mod sensibil punctele forte înainte de a se decide asupra unui astfel de experiment.

Am trecut de bariera sunetului :-)...

Înainte de a începe conversații pe această temă, să aducem o oarecare claritate întrebării cu privire la acuratețea conceptelor (ceea ce îmi place mie :-)). Acum există doi termeni folosiți pe scară largă: bariera de sunetși barieră supersonică... Sună asemănător, dar nu la fel. Cu toate acestea, nu are sens să crești o rigoare deosebită: de fapt, sunt una și aceeași. Definiția barierei sunetului este folosită cel mai adesea de către persoanele care sunt mai bine informate și mai apropiate de aviație. Și a doua definiție este de obicei tuturor celorlalți.

Cred că din punct de vedere al fizicii (și al limbii ruse :-)) este mai corect să spunem bariera sunetului. Iată o logică simplă. La urma urmei, există un concept al vitezei sunetului, dar, strict vorbind, nu există un concept fix al vitezei supersonice. Alergând puțin înaintea mea, voi spune că, atunci când o aeronavă zboară în supersonic, a trecut deja această barieră, iar când o depășește (depășește), atunci depășește o anumită valoare a vitezei de prag egală cu viteza sunetului (nu supersonic).

Ceva de genul:-). Mai mult, primul concept este folosit mult mai rar decât al doilea. Acest lucru se datorează, aparent, pentru că cuvântul supersonic sună mai exotic și mai atractiv. Și într-un zbor supersonic, exoticul este cu siguranță prezent și, în mod natural, atrage mulți. Cu toate acestea, nu toți oamenii care savurează cuvintele „ barieră supersonică„Ei chiar înțeleg ce este. Nu o dată m-am convins de asta uitându-mă pe forumuri, citind articole, chiar uitându-mă la televizor.

Această întrebare este de fapt destul de complicată din punct de vedere al fizicii. Dar noi, desigur, nu vom urca în dificultate. Să încercăm, ca de obicei, să clarificăm situația folosind principiul „explicarii aerodinamicii pe degete” :-).

Așadar, către bariera (sunetului :-))!... Un avion în zbor, acționând pe un mediu atât de elastic precum aerul, devine o sursă puternică de unde sonore. Cred că toată lumea știe ce sunt undele sonore din aer :-).

Unde sonore (diapază).

Aceasta este o alternanță de zone de compresie și rarefacție, răspândite în direcții diferite față de sursa sonoră. Aproximativ ca niște cercuri pe apă, care sunt și ele doar valuri (dar nu sunt sonore :-)). Aceste zone, care acționează asupra timpanului urechii, ne permit să auzim toate sunetele acestei lumi, de la șoaptele umane până la vuietul motoarelor cu reacție.

Un exemplu de unde sonore.

Punctele de propagare a undelor sonore pot fi diferite părți ale aeronavei. De exemplu, un motor (sunetul său este cunoscut de oricine :-)), sau părți ale corpului (de exemplu, nasul), care, comprimând aerul în fața lor atunci când se mișcă, creează un anumit tip de presiune (compresie) valuri alergând înainte.

Toate aceste unde sonore se propagă în aer cu viteza sunetului deja cunoscută nouă. Adică, dacă avionul este subsonic și chiar zboară cu viteză mică, atunci par să fugă de el. Drept urmare, atunci când o astfel de aeronavă se apropie, mai întâi îi auzim sunetul, apoi zboară de la sine.

Voi face totuși o rezervare că acest lucru este adevărat dacă avionul nu zboară foarte sus. La urma urmei, viteza sunetului nu este viteza luminii :-). Amploarea sa nu este atât de mare, iar undele sonore au nevoie de timp pentru a ajunge la ascultător. Prin urmare, ordinea în care sunetul apare pentru ascultător și avion, dacă zboară la o altitudine mare, se poate schimba.

Și din moment ce sunetul nu este atât de rapid, atunci cu o creștere a propriei viteze, avionul începe să ajungă din urmă cu undele emise de acesta. Adică, dacă ar fi nemișcat, atunci undele ar diverge de la el în formă cercuri concentrice ca cercuri pe apă dintr-o piatră aruncată. Și întrucât avionul se mișcă, atunci în sectorul acestor cercuri corespunzător direcției de zbor, limitele undelor (fronturile lor) încep să se apropie unele de altele.

Mișcarea subsonică a corpului.

În consecință, decalajul dintre aeronavă (nasul său) și partea din față a primului val (capul) (adică aceasta este zona în care există o decelerare treptată, într-o anumită măsură). flux care se apropie la întâlnirea cu nasul aeronavei (aripa, coada) și, ca urmare, creșterea presiunii și a temperaturii) începe să scadă și cu cât viteza de zbor este mai mare.

Vine un moment în care acest decalaj practic dispare (sau devine minim), transformându-se într-un tip special de regiune, care se numește unda de soc... Acest lucru se întâmplă atunci când viteza de zbor atinge viteza sunetului, adică avionul se mișcă cu aceeași viteză cu undele pe care le emite. În acest caz, numărul Mach este egal cu unu (M = 1).

Mișcarea sonoră a corpului (M = 1).

Soc de compactare, este o zonă foarte îngustă a mediului (aproximativ 10 -4 mm), la trecere prin care nu mai există o modificare treptată, ci o schimbare bruscă (abruptă) a parametrilor acestui mediu - viteza, presiunea, temperatura, densitatea... În cazul nostru, viteza scade, presiunea, temperatura și densitatea cresc. De aici și numele - undă de șoc.

Într-un mod oarecum simplificat, aș spune și eu despre toate acestea. Este imposibil să decelerati brusc fluxul supersonic, dar trebuie să facă acest lucru, deoarece nu mai există posibilitatea decelerării treptate a vitezei de curgere în fața chiar a nasului aeronavei, ca la viteze subsonice moderate. Se cam dă peste secțiunea subsonică din fața nasului aeronavei (sau a vârfului aripii) și se mototolește într-un salt îngust, transferându-i marea energie de mișcare pe care o posedă.

Apropo, se poate spune, și invers, că avionul își transferă o parte din energia la formarea undelor de șoc pentru a încetini fluxul supersonic.

Mișcarea supersonică a corpului.

Există un alt nume pentru unda de șoc. Deplasându-se cu aeronava în spațiu, este, de fapt, o față a unei schimbări bruște a parametrilor de mai sus ai mediului (adică fluxul de aer). Și aceasta este esența undei de șoc.

Soc de compactareși o undă de șoc, în general, sunt definiții egale, dar în aerodinamică prima este mai folosită.

Unda de șoc (sau unda de șoc) poate fi practic perpendiculară pe direcția de zbor, în acest caz ele iau aproximativ forma unui cerc în spațiu și se numesc linii drepte. Acest lucru se întâmplă de obicei în moduri apropiate de M = 1.

Moduri de mișcare a corpului. ! - subsonic, 2 - M = 1, supersonic, 4 - undă de șoc (undă de șoc).

La numerele M> 1, acestea sunt deja situate la un unghi față de direcția de zbor. Adică avionul își depășește deja propriul sunet. În acest caz, ele se numesc oblice și în spațiu iau forma unui con, care, apropo, se numește conul Mach, după numele unui om de știință care a studiat fluxurile supersonice (a menționat-o într-una dintre ele).

Con Mach.

Forma acestui con (așa-numita „armonie”) depinde doar de numărul M și este legată de acesta prin raportul: M = 1 / sin α, unde α este unghiul dintre axa conului și generatria acestuia. . Iar suprafața conică atinge fronturile tuturor undelor sonore, a căror sursă era aeronava și pe care le-a „depășit”, atingând viteza supersonică.

in afara de asta unde de soc poate, de asemenea atașat când se învecinează cu suprafața unui corp care se mișcă cu viteză supersonică sau când s-au îndepărtat, dacă nu sunt în contact cu corpul.

Tipuri de unde de șoc în flux supersonic în jurul corpurilor de diferite forme.

De obicei, salturile devin atașate dacă fluxul supersonic curge în jurul oricăror suprafețe ascuțite. Pentru o aeronavă, de exemplu, acesta poate fi un nas ascuțit, LDPE, o margine ascuțită a prizei de aer. În același timp, se spune „saritul se așează”, de exemplu, pe nas.

Un salt în retragere poate apărea atunci când curge în jurul suprafețelor rotunjite, de exemplu, marginea frontală rotunjită a unei aripi groase.

Diverse componente ale corpului aeronavei creează mai degrabă sistem complex unde de soc. Cu toate acestea, cele mai intense dintre ele sunt două. Un cap pe arc și al doilea pe coadă pe elementele ansamblului cozii. La o oarecare distanță de aeronavă, salturile intermediare fie îl prind pe cel de cap și se contopesc cu acesta, fie salturile de coadă îi depășesc.

Seal sari pe un model de avion în timpul suflarii într-un tunel de vânt (M = 2).

Ca urmare, rămân două sărituri, care, în general, sunt percepute de observatorul terestru ca una din cauza dimensiunii reduse a aeronavei în comparație cu altitudinea de zbor și, în consecință, a intervalului de timp mic dintre ele.

Intensitatea (cu alte cuvinte, energia) undei de șoc (unda de șoc) depinde de diverși parametri (viteza aeronavei, caracteristicile sale de proiectare, condițiile de mediu etc.) și este determinată de căderea de presiune din partea frontală a acesteia.

Pe măsură ce distanța de la vârful conului Mach, adică de la aeronavă, ca sursă de perturbări, unda de șoc slăbește, se transformă treptat într-o undă sonoră obișnuită și, în cele din urmă, dispare cu totul.

Și din ce grad de intensitate va avea unda de soc(sau unda de soc) care ajunge la sol depinde de efectul pe care il poate produce acolo. Nu este un secret pentru nimeni că cunoscutul „Concorde” a zburat în supersonic doar peste Atlantic, iar avioanele supersonice militare merg la supersonic la altitudini mari sau în zonele în care nu există. aşezări(cel putin se pare ca ar trebui sa o faca :-)).

Aceste restricții sunt foarte justificate. Pentru mine, de exemplu, însăși definiția unei unde de șoc este asociată cu o explozie. Și lucrurile pe care le poate face o undă de șoc suficient de intensă ar putea să corespundă cu aceasta. Cel puțin sticla de la ferestre poate ieși ușor. Există dovezi ample în acest sens (în special în istorie Aviația sovietică când era suficient de mare şi zborurile erau intense). Dar poți face lucruri mai rele. Trebuie doar să zbori mai jos :-)...

Cu toate acestea, în cea mai mare parte, ceea ce rămâne din undele de șoc când ajung la sol nu mai este periculos. Doar un observator din exterior la sol poate auzi un sunet similar cu un accident sau o explozie. Cu acest fapt este asociată o concepție greșită comună și destul de persistentă.

Oamenii care nu sunt prea sofisticați în știința aviației, auzind un astfel de sunet, spun că acest avion a depășit bariera de sunet (barieră supersonică). De fapt, acesta nu este cazul. Această afirmație nu are nimic de-a face cu realitatea din cel puțin două motive.

Unda de soc (unda de soc).

În primul rând, dacă o persoană de pe pământ aude un zgomot răsunător sus pe cer, atunci asta înseamnă doar (repet :-)) că a ajuns la urechi. front de șoc(sau unda de soc) dintr-un avion care zboară undeva. Acest avion zboară deja cu viteză supersonică și nu doar a trecut la ea.

Și dacă aceeași persoană s-ar putea găsi brusc cu câțiva kilometri în fața avionului, atunci ar auzi din nou același sunet din același avion, pentru că ar fi lovit de aceeași undă de șoc care se mișcă împreună cu avionul.

Se mișcă cu viteză supersonică și, prin urmare, se apropie în tăcere. Și după ce a avut efectul nu întotdeauna plăcut asupra timpanelor (bine, când doar pe ele :-)) și continuă în siguranță, zumzetul motoarelor de lucru devine audibil.

Modelul de zbor aproximativ al aeronavei la diferite valori ale numărului M folosind exemplul avionului de luptă Saab 35 „Draken”. Limba, din păcate, este germana, dar schema este în general clară.

Mai mult decât atât, trecerea la supersonic în sine nu este însoțită de niciun „bum”, pop-uri, explozii, etc. Pe o aeronavă supersonică modernă, pilotul învață cel mai adesea despre o astfel de tranziție numai din citirile instrumentelor. În acest caz, însă, are loc un anumit proces, dar este practic invizibil pentru el dacă sunt respectate anumite reguli de pilotaj.

Dar asta nu este tot :-). Voi spune mai multe. sub forma unui obstacol tangibil, greu, greu de trecut, de care se sprijină avionul și care trebuie „străpuns” (am auzit astfel de judecăți :-)) nu există.

Strict vorbind, nu există nicio barieră. Cândva, în zorii stăpânirii vitezei mari în aviație, acest concept s-a format mai degrabă ca o convingere psihologică cu privire la dificultatea de a trece la viteza supersonică și de a zbura cu ea. Au existat chiar și afirmații că acest lucru era în general imposibil, mai ales că condițiile prealabile pentru astfel de credințe și afirmații erau destul de specifice.

Cu toate acestea, primul lucru mai întâi...

În aerodinamică, există un alt termen care descrie destul de precis procesul de interacțiune cu un flux de aer al unui corp care se mișcă în acest flux și se străduiește să treacă la supersonic. aceasta criza valului... El este cel care face unele dintre lucrurile rele care sunt asociate în mod tradițional cu conceptul bariera de sunet.

Deci ceva despre criza :-). Orice aeronavă constă din părți, fluxul de aer în jurul cărora în zbor poate să nu fie același. Luați, de exemplu, o aripă, sau mai degrabă un clasic obișnuit profil subsonic.

Din bazele cunoștințelor despre modul în care se formează forța de ridicare, știm bine că debitul în stratul adiacent al suprafeței curbe superioare a profilului este diferit. Acolo unde profilul este mai convex, acesta este mai mare decât debitul total, apoi, când profilul este aplatizat, acesta scade.

Când aripa se mișcă într-un flux la viteze apropiate de viteza sunetului, poate veni un moment în care, într-o astfel de regiune convexă, de exemplu, viteza stratului de aer, care este deja mai mare decât viteza totală a fluxului. , devine sonic și chiar supersonic.

Undă de șoc locală care apare la transsunete în timpul unei crize de unde.

Mai departe de-a lungul profilului, această viteză scade și la un moment dat devine din nou subsonică. Dar, așa cum am spus mai sus, un flux supersonic nu poate încetini rapid, prin urmare, apariția unda de soc.

Astfel de salturi apar în diferite părți ale suprafețelor raționalizate și inițial sunt destul de slabe, dar numărul lor poate fi mare și, odată cu creșterea vitezei totale a curgerii, zonele supersonice cresc, salturile „devin mai puternice” și se schimbă la marginea de fugă a profilului aerodinamic. Ulterior, pe suprafața inferioară a profilului apar aceleași unde de șoc.

Flux supersonic complet în jurul profilului aripii.

Cu ce sunt pline toate astea? Și iată ce. Primul Este semnificativ creșterea rezistenței aerodinamiceîn gama de viteze transonice (aproximativ M = 1, mai mult sau mai puțin). Această rezistență crește datorită creșterii puternice a uneia dintre componentele sale - rezistența la val... Cel de care nu am luat-o în calcul mai devreme când ne gândim la zborurile la viteze subsonice.

Pentru formarea a numeroase unde de șoc (sau unde de șoc) în timpul decelerarii unui flux supersonic, așa cum am spus mai sus, energia este cheltuită și este preluată din energia cinetică a mișcării aeronavei. Adică, avionul este pur și simplu încetinit (și foarte vizibil!). Asta e rezistența la val.

Mai mult decât atât, undele de șoc, datorită decelerarii bruște a curgerii în ele, contribuie la separarea stratului limită după sine și la transformarea lui din laminar în turbulent. Acest lucru crește și mai mult rezistența aerodinamică.

Umflarea profilului la diferite numere M. Salturi de compactare, zone supersonice locale, zone turbulente.

Al doilea... Datorită apariției zonelor supersonice locale pe profilul aripii și deplasarea lor ulterioară către coada profilului aerodinamic cu o creștere a vitezei de curgere și, prin urmare, o modificare a modelului de distribuție a presiunii pe profilul aerodinamic, punctul de aplicare a aerodinamicii forțele (centrul de presiune) se deplasează de asemenea către marginea de fugă. Rezultatul este moment de scufundare față de centrul de masă al aeronavei, determinând-o să-și coboare nasul.

Ce se traduce toate acestea în... Datorită unei creșteri destul de puternice a rezistenței aerodinamice, an rezerva de putere a motorului pentru a depăși zona de transă și a intra, ca să spunem așa, într-un adevărat supersonic.

O creștere bruscă a rezistenței aerodinamice pe transonic (criză a valurilor) datorită creșterii rezistenței valurilor. Сd este coeficientul de rezistență.

Mai departe. Datorită apariției momentului de scufundare, există dificultăți în controlul pasului. În plus, din cauza dezordinei și neuniformității proceselor asociate cu apariția zonelor supersonice locale cu unde de șoc, de asemenea greu de gestionat... De exemplu, pe rolă, datorită proceselor diferite în planul stâng și drept.

Plus apariția vibrațiilor, adesea destul de puternice din cauza turbulențelor locale.

În general, un set complet de plăceri care poartă numele criza valului... Dar, e adevărat, toate au loc (aveau, specific :-)) când se folosesc avioane subsonice tipice (cu profil gros de aripă dreaptă) pentru a atinge viteze supersonice.

Inițial, când încă nu existau suficiente cunoștințe și procesele de atingere a supersonicului nu au fost studiate cuprinzător, chiar acest set a fost considerat aproape fatal de nedepășit și a primit numele. bariera de sunet(sau barieră supersonică, dacă doriți să:-)).

Când s-a încercat să depășească viteza sunetului la aeronavele convenționale cu piston, au existat multe cazuri tragice. Vibrațiile puternice au dus uneori la daune structurale. Aeronava nu avea suficientă putere pentru accelerația necesară. În zborul la nivel, a fost imposibil din cauza unui efect de aceeași natură ca criza valului.

Prin urmare, o scufundare a fost folosită pentru overclocking. Dar poate fi foarte bine fatal. Momentul de scufundare care a apărut în timpul crizei valurilor a făcut ca vârful să se prelungească și uneori nu a existat nicio ieșire din el. Într-adevăr, pentru a restabili controlul și a elimina criza valurilor, a fost necesară stingerea vitezei. Dar a face acest lucru într-o scufundare este extrem de dificil (dacă nu imposibil).

Tragerea într-o scufundare din zbor orizontal este considerat unul dintre principalele motive pentru dezastrul din 27 mai 1943 din URSS, faimosul vânător experimental BI-1 cu un motor de rachetă cu combustibil lichid. Au fost efectuate teste pe viteza maxima zbor, iar conform estimărilor designerilor, viteza atinsă a fost mai mare de 800 km/h. Apoi a fost o întârziere în vârf, din care avionul nu a plecat.

Luptător experimental BI-1.

In zilele de azi criza valului deja bine înțeles și depășitor bariera de sunet(dacă este necesar :-)) munca speciala nu se ridică. Pe avioanele care sunt proiectate să zboare la viteze suficient de mari, anumite soluții de proiectare și restricții sunt aplicate pentru a facilita operarea zborului acestora.

După cum știți, o criză de val începe atunci când numerele M sunt aproape de unitate. Prin urmare, aproape toate navele subsonice cu reacție (pasager, în special) au un zbor restricție privind numărul de M... De obicei este în regiunea 0,8-0,9M. Pilotul este instruit să monitorizeze acest lucru. În plus, pe multe aeronave, când se atinge nivelul limită, după care viteza de zbor trebuie redusă.

Aproape toate aeronavele care zboară la viteze de cel puțin 800 km/h și peste au aripă măturată(cel putin de-a lungul marginii de conducere :-)). Vă permite să amânați începutul ofensivei criza valului la viteze corespunzătoare lui M = 0,85-0,95.

Aripă măturată. Acțiunea principală.

Motivul acestui efect poate fi explicat destul de simplu. Pe o aripă dreaptă, fluxul de aer la o viteză V circulă aproape în unghi drept, iar pe o aripă înclinată (unghiul de baleiaj χ) la un anumit unghi de alunecare β. Viteza V poate fi descompusă în două fluxuri în termeni vectoriali: Vτ și Vn.

Fluxul Vτ nu afectează distribuția presiunii pe aripă, dar face fluxul Vn, care determină proprietățile lagărului aripii. Și este, evident, mai puțin în ceea ce privește valoarea debitului total V. Prin urmare, pe aripa măturată, declanșarea unei crize de val și creștere rezistența la val apare vizibil mai târziu decât pe o aripă dreaptă la aceeași viteză a curgerii de intrare.

Luptător experimental E-2A (predecesorul MiG-21). Aripă înclinată tipică.

Una dintre modificările aripii măturate a fost o aripă cu profil supercritic(l-a menționat). De asemenea, vă permite să mutați începutul crizei valurilor la viteze mari, în plus, vă permite să creșteți eficiența, ceea ce este important pentru navele de pasageri.

SuperJet 100. Aripă înclinată supercritică.

Dacă avionul este destinat să plece bariera de sunet(trecând și criza valului de asemenea :-)) și zborul supersonic, atunci de obicei are întotdeauna anumite caracteristici de design. În special, de obicei are profil subțire de aripă și coadă cu margini ascuțite(inclusiv diamant sau triunghiular) și o anumită formă de aripă în plan (de exemplu, triunghiulară sau trapezoidală cu o scădere etc.).

Supersonic MIG-21. Emisarul E-2A. Aripă tipică triunghiulară în plan.

MIG-25. Un exemplu de avion tipic proiectat pentru zbor supersonic. Profile subțiri ale aripilor și ale cozii, margini ascuțite. Aripă trapezoidală. profil

Trecerea notoriului bariera de sunet, adică trecerea la viteza supersonică se realizează astfel de aeronave postcombustie motor datorită creșterii rezistenței aerodinamice și, bineînțeles, pentru a trece rapid zona criza valului... Iar chiar momentul acestei tranziții nu este resimțit de cele mai multe ori în niciun fel (repet :-)) nici de către pilot (cu excepția faptului că nivelul presiunii sonore în cockpit poate scădea), nici de un observator din exterior, dacă, bineînțeles , a putut observa asta :-).

Cu toate acestea, aici merită menționat încă o iluzie asociată cu observatorii din afară. Cu siguranță mulți au văzut astfel de fotografii, legendele sub care spun că acesta este momentul depășirii avionului bariera de sunet, ca să spunem așa, vizual.

Efectul Prandtl-Gloert. Nu este asociat cu trecerea barierei sunetului.

La început, știm deja că nu există barieră a sunetului, ca atare, iar trecerea la supersonic nu este însoțită de nimic atât de extraordinar (inclusiv un pop sau o explozie).

În al doilea rând... Ceea ce am văzut în fotografie este așa-zisul Efectul Prandtl-Glauert... Am scris deja despre asta. Nu are nicio legătură cu trecerea la supersonic. Doar la viteze mari (subsonic, apropo :-)) avionul, mișcând o anumită masă de aer în fața lui, creează niște zona de rarefiere... Imediat după zbor, această zonă începe să se umple cu aer dintr-un spațiu din apropiere cu natural o creștere a volumului și o scădere bruscă a temperaturii.

Dacă umiditatea aerului este suficientă și temperatura scade sub punctul de rouă al aerului ambiant, atunci condensarea umezelii de la vaporii de apă sub formă de ceață, pe care o vedem. De îndată ce condițiile sunt readuse la condițiile inițiale, această ceață dispare imediat. Tot acest proces este destul de de scurtă durată.

Acest proces la viteze transonice mari poate fi facilitat de local unde de soc Eu, uneori, ajutând să modelez ceva ca un con blând în jurul avionului.

Vitezele mari favorizează acest fenomen, totuși, dacă umiditatea aerului este suficientă, atunci poate (și are) să apară la viteze destul de mici. De exemplu, peste suprafața corpurilor de apă. Cele mai multe, apropo, fotografii frumoase de această natură au fost făcute de pe un portavion, adică într-un aer destul de umed.

Și așa se dovedește. Fotografiile, desigur, sunt misto, spectacolul este spectaculos :-), dar nu este deloc cum se numește cel mai des. nu are nimic de-a face cu asta (și barieră supersonică de asemenea:-)). Și asta e bine, cred, altfel observatorii care fac astfel de fotografii și videoclipuri s-ar putea să nu fie fericiți. Unda de soc, tu stii:-)…

În concluzie, un videoclip (l-am folosit deja înainte), ai cărui autori arată efectul unei unde de șoc de la o aeronavă care zboară la altitudine joasă cu viteză supersonică. Există o anumită exagerare, desigur :-), dar principiu general de inteles. Și din nou, spectaculos :-)...

Și asta e tot pentru azi. Mulțumesc că ai citit articolul până la sfârșit :-). Pana data viitoare ...

Pozele se pot face clic.

Ar putea fi util să citiți: