Za pierwszym razem przełamali barierę dźwięku. Czym jest bariera dźwięku. Przełamywanie bariery dźwięku. Złożone zadania konstruktorów samolotów

Prawa autorskie do zdjęć SPL

O imponujących zdjęciach myśliwców odrzutowych w gęstym stożku pary wodnej często mówi się, że to samolot przełamujący barierę dźwięku. Ale to błąd. Obserwator opowiada o prawdziwej przyczynie tego zjawiska.

To spektakularne zjawisko zostało wielokrotnie uchwycone przez fotografów i kamerzystów. Wojskowy samolot odrzutowy leci nad ziemią z dużą prędkością, kilkaset kilometrów na godzinę.

Gdy myśliwiec przyspiesza, wokół niego zaczyna tworzyć się gęsty stożek kondensacji; wrażenie jest takie, że samolot znajduje się w zwartej chmurze.

Podpisy, które prześladują wyobraźnię pod takimi zdjęciami, często mówią, że mamy przed sobą wizualne dowody na dźwiękowy huk, gdy samolot osiąga prędkość ponaddźwiękową.

W rzeczywistości to nieprawda. Obserwujemy tzw. efekt Prandtla-Glauerta – zjawisko fizyczne, które występuje, gdy samolot zbliża się do prędkości dźwięku. Nie wiąże się to z przełamaniem bariery dźwięku.

Inne artykuły BBC Future w języku rosyjskim

Wraz z rozwojem konstrukcji samolotów, aerodynamiczne formy stały się bardziej opływowe, a prędkość samolotu stale rosła - samoloty zaczęły robić z powietrzem wokół siebie rzeczy, do których nie byli w stanie ich wolniejsi i nieporęczni poprzednicy.

Tajemnicze fale uderzeniowe, które tworzą się wokół nisko lecącego samolotu, gdy zbliżają się do prędkości dźwięku, a następnie przełamują barierę dźwięku, wskazują, że powietrze przy takich prędkościach zachowuje się w bardzo dziwny sposób.

Czym więc są te tajemnicze obłoki kondensacji?

Prawa autorskie do zdjęć Getty Tytuł Zdjęcia Efekt Prandtla-Glauerta jest najbardziej widoczny podczas lotu w ciepłej, wilgotnej atmosferze

Według Roda Irwina, przewodniczącego grupy aerodynamicznej Królewskiego Towarzystwa Aeronautyki, warunki, w jakich powstaje stożek pary, bezpośrednio poprzedzają przekroczenie przez samolot bariery dźwięku. Zjawisko to jest jednak zwykle fotografowane z prędkością nieco mniejszą niż prędkość dźwięku.

Warstwy powierzchniowe powietrza są gęstsze niż atmosfera na dużych wysokościach. Podczas lotu na niskich wysokościach występuje zwiększone tarcie i opór.

Nawiasem mówiąc, piloci nie mogą przekraczać bariery dźwięku nad lądem. „Można lecieć do prędkości naddźwiękowej nad oceanem, ale nie nad twardą powierzchnią” – wyjaśnia Irwin. „Swoją drogą ta okoliczność była problemem dla naddźwiękowego liniowca pasażerskiego Concorde – zakaz wprowadzono już po jego uruchomieniu, a załoga pozwoliło rozwinąć prędkość ponaddźwiękową tylko nad wodą.powierzchnia”.

Co więcej, niezwykle trudno jest wizualnie zarejestrować uderzenie dźwiękowe, gdy samolot wchodzi w dźwięk naddźwiękowy. Nie widać go gołym okiem - tylko przy pomocy specjalnego sprzętu.

W przypadku zdjęć modeli wydmuchiwanych z prędkością ponaddźwiękową w tunelach aerodynamicznych zwykle stosuje się specjalne lustra do wykrywania różnicy w odbiciu światła spowodowanej powstawaniem fali uderzeniowej.

Prawa autorskie do zdjęć Getty Tytuł Zdjęcia Wraz ze spadkiem ciśnienia powietrza temperatura powietrza spada, a zawarta w nim wilgoć zamienia się w kondensat

Zdjęcia uzyskane tzw. metodą Schlierena (lub metodą Teplera) służą do wizualizacji fal uderzeniowych (lub, jak się je nazywa, fal uderzeniowych) generowanych wokół modelu.

Stożki kondensacyjne nie tworzą się wokół modeli podczas nadmuchu, ponieważ powietrze wykorzystywane w tunelach aerodynamicznych jest wstępnie suszone.

Stożki pary wodnej są związane z falami uderzeniowymi (a jest ich kilka), które tworzą się wokół samolotu, gdy nabiera on prędkości.

Gdy prędkość samolotu zbliża się do prędkości dźwięku (ok. 1234 km/h na poziomie morza), występuje różnica w lokalnym ciśnieniu i temperaturze w opływającym go powietrzu.

W rezultacie powietrze traci zdolność zatrzymywania wilgoci, a kondensacja tworzy się w postaci stożka, jak w tym filmie.

„Widoczny stożek pary jest spowodowany falą uderzeniową, która wytwarza różnicę ciśnień i temperatury w powietrzu wokół samolotu” – mówi Irwin.

Wiele z najbardziej udanych fotografii tego zjawiska uchwyciło samoloty marynarki wojennej Stanów Zjednoczonych - nic dziwnego, biorąc pod uwagę, że ciepłe, wilgotne powietrze w pobliżu powierzchni morza przyczynia się do bardziej wyraźnego efektu Prandtla-Glauerta.

Takie sztuczki często wykonują myśliwce-bombowce F/A-18 Hornet, główny typ samolotów pokładowych amerykańskiego lotnictwa morskiego.

Prawa autorskie do zdjęć SPL Tytuł Zdjęcia Wstrząs zagęszczający, gdy samolot wychodzi z dźwiękiem naddźwiękowym, jest trudny do wykrycia gołym okiem

Członkowie zespołu akrobacyjnego US Navy Blue Angels latają w tych samych pojazdach bojowych, umiejętnie wykonując manewry, w których wokół samolotu tworzy się kondensacyjna chmura.

Ze względu na spektakularny charakter zjawiska jest często wykorzystywany do popularyzacji lotnictwa morskiego. Piloci celowo manewrują nad morzem, gdzie warunki do wystąpienia efektu Prandtla-Glauerta są najbardziej optymalne, a w pobliżu dyżurują profesjonalni fotografowie marynarki wojennej – w końcu nie da się zrobić wyraźnego zdjęcia lecącego odrzutowca prędkość 960 km/h ze zwykłym smartfonem.

Chmury kondensacyjne wyglądają najbardziej imponująco w tzw. trybie lotu transsonicznego, kiedy powietrze częściowo opływa samolot z prędkością ponaddźwiękową, a częściowo z prędkością poddźwiękową.

„Samolot niekoniecznie leci z prędkością ponaddźwiękową, ale powietrze opływa górną powierzchnię skrzydła z większą prędkością niż dolną, co prowadzi do lokalnej fali uderzeniowej” – mówi Irwin.

Według niego, aby wystąpił efekt Prandtla-Glauerta, wymagane są określone warunki klimatyczne (a mianowicie ciepłe i wilgotne powietrze), z którymi myśliwce pokładowe spotykają się częściej niż inne samoloty.

Wystarczy poprosić profesjonalnego fotografa o usługę i voila! - Twój samolot został schwytany w otoczeniu spektakularnej chmury pary wodnej, którą wielu z nas myli ze znakiem przejścia w stan ponaddźwiękowy.

Możesz to przeczytać na stronie

Bariera dźwięku to zjawisko występujące podczas lotu samolotu lub rakiety w momencie przejścia z poddźwiękowej do naddźwiękowej prędkości lotu w atmosferze. Gdy prędkość samolotu zbliża się do prędkości dźwięku (1200 km/h), przed nim pojawia się cienki obszar, w którym następuje gwałtowny wzrost ciśnienia i gęstości środowiska powietrza. To zagęszczenie powietrza przed lecącym samolotem nazywa się falą uderzeniową. Na ziemi przejście fali uderzeniowej jest odbierane jako trzask, podobny do odgłosu wystrzału. Po przekroczeniu prędkości dźwięku samolot przechodzi przez ten obszar o zwiększonej gęstości powietrza, jakby go przebijał - pokonuje barierę dźwięku. Przez długi czas pokonanie bariery dźwięku wydawało się poważnym problemem w rozwoju lotnictwa. Aby go rozwiązać, konieczna była zmiana profilu i kształtu skrzydła samolotu (stał się cieńszy i wygięty), bardziej spiczasta przednia część kadłuba oraz zasilenie samolotu silnikami odrzutowymi. Po raz pierwszy prędkość dźwięku została przekroczona w 1947 r. przez C. Yeagera na silniku rakietowym Bell X-1 (USA) wystrzelonym z samolotu Boeing B-29. W Rosji jako pierwszy pokonał barierę dźwięku w 1948 r. Pilot O. V. Sokołowski na eksperymentalnym samolocie La-176 z silnikiem turboodrzutowym.

Wideo.

Prędkość dźwięku.

Szybkość propagacji (w stosunku do medium) małych zaburzeń ciśnienia. W doskonałym gazie (na przykład w powietrzu o umiarkowanych temperaturach i ciśnieniach) C. godz. nie zależy od charakteru propagujących się małych zaburzeń i jest taki sam zarówno dla oscylacji monochromatycznych o różnych częstotliwościach () jak i dla słabych fal uderzeniowych. W doskonałym gazie w rozważanym punkcie przestrzeni C. z. ale zależy tylko od składu gazu i jego temperatury bezwzględnej T:
a = (dp / d (()) 1/2 = ((() p / (()) 1/2 = ((() RT / (()) 1/2,
gdzie dp / d (() jest pochodną ciśnienia w funkcji gęstości dla procesu izentropowego, (-) jest wykładnikiem adiabatycznym, R jest uniwersalną stałą gazową, (-) jest masą cząsteczkową (w powietrzu a 20,1T1/ 2 m / s. przy 0 (°) C a = 332 m / s).
W gazie z przemianami fizykochemicznymi, na przykład w gazie dysocjującym, C.z. będzie zależeć od tego, jak - w równowadze lub nierównowadze - procesy te przebiegają na fali oburzenia. W równowadze termodynamicznej S. z. zależy tylko od składu gazu, jego temperatury i ciśnienia. Przy nierównowagowym przebiegu procesów fizykochemicznych następuje rozproszenie dźwięku, czyli S. z. zależy nie tylko od stanu środowiska, ale także od częstotliwości drgań (). Oscylacje o wysokiej częstotliwości ((mt), ()) - czas relaksacji) propagują się z zamrożonego S. z. aj, niska częstotliwość ((,) 0) - z równowagą S. z. ae i aj> ae. Różnica między aj i ai jest zwykle niewielka (w powietrzu przy T = 6000 (°) C i p = 105 Pa wynosi około 15%). W płynach S. z. znacznie wyższa niż w gazie (w wodzie 1500 m/s)

Obecnie problem „przełamania bariery dźwięku” wydaje się być zasadniczo zadaniem potężnych silników energetycznych. Jeśli ciąg jest wystarczający, aby przezwyciężyć wzrost oporu napotykany przed i bezpośrednio na barierze dźwiękowej, tak aby samolot mógł szybko przekroczyć krytyczny zakres prędkości, należy spodziewać się niewielkich trudności. Samolotowi może być łatwiej latać w zakresie prędkości naddźwiękowych niż w zakresie przejściowym między prędkościami poddźwiękowymi i naddźwiękowymi.

Sytuacja jest więc nieco podobna do tej, jaka panowała na początku tego stulecia, kiedy bracia Wright potrafili udowodnić możliwość aktywnego lotu, ponieważ mieli lekki silnik o wystarczającym ciągu. Gdybyśmy mieli odpowiednie silniki, lot naddźwiękowy byłby dość powszechny. Do niedawna pokonywanie bariery dźwięku w locie poziomym odbywało się wyłącznie przy użyciu raczej nieekonomicznych układów napędowych, takich jak silniki rakietowe i strumieniowe (silniki strumieniowe) o bardzo wysokim zużyciu paliwa. Eksperymentalne samoloty, takie jak X-1 i Sky-rocket, są wyposażone w silniki rakietowe, które są niezawodne tylko przez kilka minut lotu lub silniki turboodrzutowe z dopalaczami, ale w chwili pisania tego tekstu istnieje kilka samolotów, które mogą latać z prędkością ponaddźwiękową przez pół godziny. Jeśli przeczytasz w gazecie, że samolot „przeleciał przez barierę dźwięku”, często oznacza to, że przeszedł przez nurkowanie. W tym przypadku grawitacja uzupełniała brak przyczepności.

Z tymi akrobacjami wiąże się dziwne zjawisko, na które chciałbym zwrócić uwagę. Załóżmy, że samolot

zbliża się do obserwatora z prędkością poddźwiękową, nurkuje, osiąga prędkość naddźwiękową, a następnie wychodzi z nurkowania i ponownie leci z prędkością poddźwiękową. W tym przypadku obserwator na ziemi często słyszy dwa głośne buczenie, dość szybko następujące po sobie: „Boom, boom!” Niektórzy uczeni zaproponowali wyjaśnienie pochodzenia podwójnego buczenia. Akeret w Zurychu i Maurice Roy w Paryżu sugerowali, że buczenie jest spowodowane nagromadzeniem impulsów dźwiękowych, takich jak hałas silnika, emitowanych, gdy samolot przelatuje z prędkością dźwięku. Jeżeli samolot zbliża się do obserwatora, to emitowany przez samolot hałas dotrze do obserwatora w krótszym czasie w porównaniu z interwałem, w którym został wydany. W ten sposób zawsze dochodzi do kumulacji impulsów dźwiękowych, pod warunkiem, że źródło dźwięku porusza się w kierunku obserwatora. Jeśli jednak źródło dźwięku porusza się z prędkością bliską prędkości dźwięku, akumulacja jest nieskończenie wzmacniana. Staje się to oczywiste, jeśli przyjmiemy, że cały dźwięk emitowany przez źródło poruszające się dokładnie z prędkością dźwięku bezpośrednio w kierunku obserwatora dotrze do niego w krótkim czasie, a mianowicie, gdy źródło dźwięku zbliży się do miejsca, w którym znajduje się obserwator. Powodem jest to, że dźwięk i źródło dźwięku poruszają się z tą samą prędkością. Gdyby dźwięk poruszał się w tym czasie z prędkością ponaddźwiękową, to kolejność odbieranych i emitowanych impulsów dźwiękowych byłaby odwrócona; obserwator odróżni sygnały wyemitowane później, zanim dostrzeże sygnały wyemitowane wcześniej.

Proces podwójnego buczenia, zgodnie z tą teorią, można zilustrować diagramem na ryc. 58. Załóżmy, że samolot porusza się bezpośrednio w kierunku obserwatora, ale ze zmienną prędkością. Krzywa AB pokazuje ruch samolotu w czasie. Kąt nachylenia stycznej do krzywej wskazuje na chwilową prędkość samolotu. Równoległe linie pokazane na schemacie wskazują propagację dźwięku; kąt nachylenia w tych prostych liniach odpowiada prędkości dźwięku. Najpierw prędkość samolotu jest poddźwiękowa w sekcji, następnie naddźwiękowa w sekcji, a na końcu ponownie poddźwiękowa w sekcji. Jeżeli obserwator znajduje się w początkowej odległości D, to punkty pokazane na linii poziomej odpowiadają sekwencji postrzeganej

Ryż. 58. Wykres odległość-czas samolotu lecącego ze zmienną prędkością. Równoległe linie o kącie nachylenia pokazują rozchodzenie się dźwięku.

impulsy dźwiękowe. Widzimy, że dźwięk emitowany przez samolot podczas drugiego przejścia bariery dźwiękowej (punkt) dociera do obserwatora wcześniej niż dźwięk emitowany podczas pierwszego przejścia (punkt). W tych dwóch momentach obserwator odbiera, w nieskończenie małym przedziale czasu, impulsy emitowane w ograniczonym okresie czasu. W konsekwencji słyszy huk przypominający eksplozję. Pomiędzy dwoma dźwiękami szumu odbiera jednocześnie trzy impulsy emitowane przez samolot w różnym czasie.

Na ryc. 59 jest schematyczną ilustracją natężenia hałasu, którego można by oczekiwać w tym uproszczonym przypadku. Należy zauważyć, że akumulacja impulsów dźwiękowych w przypadku zbliżającego się źródła dźwięku to ten sam proces, który jest znany jako efekt Dopplera; jednak charakterystyka tego ostatniego efektu jest zwykle ograniczona do zmiany wysokości tonu związanej z procesem akumulacji. Natężenie odbieranego hałasu jest trudne do obliczenia, ponieważ zależy od mechanizmu wytwarzania dźwięku, który nie jest zbyt dobrze poznany. Dodatkowo proces komplikuje kształt trajektorii, możliwe echa, a także fale uderzeniowe, które obserwowane są w różnych częściach samolotu podczas lotu i których energia zamieniana jest na fale dźwiękowe po zmniejszeniu prędkości samolotu. W niektórych

Ryż. 59. Schematyczne przedstawienie natężenia hałasu postrzeganego przez obserwatora.

w ostatnich artykułach na ten temat, falom uderzeniowym przypisuje się podwójny szum, czasem potrójny, obserwowany podczas nurkowań z ultraszybkimi prędkościami.

Problem „przełamania bariery dźwięku” lub „ściany dźwięku” wydaje się poruszyć wyobraźnię publiczności (angielski film Breaking the Sound Barrier dostarcza pewnego wglądu w wyzwania związane z przelatywaniem przez jednego Macha); piloci i inżynierowie omawiają problem zarówno poważnie, jak i żartobliwie. Poniższe „naukowe gadanie” o locie transonicznym ukazuje doskonałe połączenie wiedzy technicznej i swobód poetyckich:

Szybowaliśmy gładko w powietrzu z prędkością 540 mil na godzinę. Zawsze podobał mi się mały XP-AZ5601-NG za łatwość obsługi i fakt, że wskaźnik Prandtla-Reynoldsa jest ukryty w prawym rogu na górze panelu. Sprawdziłem instrumenty. Woda, paliwo, obroty na minutę, sprawność Carnota, prędkość jazdy, entalpia. Wszystko ok. Pozycja 270 °. Sprawność spalania jest normalna - 23 proc. Stary turboodrzutowy silnik jak zwykle szumiał spokojnie, a zęby Tony'ego ledwo zagrzechotały od 17 drzwi, które rzucił nad Schenectady. Z silnika wyciekała tylko cienka strużka oleju. To jest życie!

Wiedziałem, że silnik samolotu jest dobry do prędkości wyższych niż wszystko, co kiedykolwiek wypróbowaliśmy. Pogoda była tak przejrzysta, niebo tak błękitne, powietrze tak spokojne, że nie mogłem się oprzeć i zwiększyłem prędkość. Powoli przesunąłem dźwignię do przodu o jedną pozycję. Regulator tylko lekko się poruszył i po około pięciu minutach wszystko ucichło. 590 mil na godzinę. Ponownie nacisnąłem dźwignię. Zatkane są tylko dwie dysze. Nacisnąłem Narrow Hole Cleaner. Otwarte ponownie. 640 mil na godzinę. Cichy. Rura wydechowa prawie się wygięła, z jednej strony wciąż odsłonięte kilka cali kwadratowych. Ręce mnie swędziały na dźwigni i ponownie ją nacisnąłem. Samolot przyspieszył do 690 mil na godzinę, przelatując przez krytyczny segment bez rozbicia ani jednego okna. Kokpit robił się coraz cieplejszy, więc wdmuchnąłem trochę więcej powietrza do chłodnicy wirowej. Macha 0,9! Nigdy nie leciałem szybciej. Widziałem lekkie drżenie na zewnątrz iluminatora, więc poprawiłem kształt skrzydła i zniknęło.

Tony drzemał, a ja wypuściłem dym z jego fajki. Nie mogłem się oprzeć i dodałem kolejny poziom prędkości. Dokładnie w dziesięć minut dogoniliśmy 0.95 Macha. Za komorami spalania ciśnienie całkowite diabolicznie spadło. To było życie! Wskaźnik Pocket pokazywał się na czerwono, ale nie obchodziło mnie to. Świeczka Tony'ego wciąż się paliła. Wiedziałem, że gamma wynosi zero, ale nie obchodziło mnie to.

Kręciło mi się w głowie z podniecenia. Trochę więcej! Położyłem rękę na dźwigni, ale właśnie wtedy Tony wyciągnął rękę i jego kolano otarło się o moją dłoń. Dźwignia przeskoczyła aż o dziesięć poziomów! Pierdolić! Mały samolot zatrząsł się na całej swojej długości, a kolosalna utrata prędkości rzuciła Tony'ego i mnie na panel. Czułem się, jakbyśmy uderzyli w solidną ceglaną ścianę! Widziałem, że nos samolotu był pognieciony. Spojrzałem na obrotomierz i zamarłem! 1.00! Boże, w jednej chwili pomyślałem, że jesteśmy na maksa! Jeśli nie każę mu zwolnić, zanim się ześlizgnie, będziemy mieli coraz mniejszy opór! Za późno! 1,01 Macha! 1,02! 1.03! 1.04! 1.06! 1.09! 1.13! 1.18! Byłem zdesperowany, ale Tony wiedział, co robić. W mgnieniu oka oddał

ruszaj się! Gorące powietrze wpadło do rury wydechowej, zostało sprężone w turbinie, ponownie wdarło się do komór, rozprężono sprężarkę. Paliwo zaczęło napływać do zbiorników. Miernik entropii wyskoczył na zero. 1,20 macha! 1.19! 1.18! 1.17! Jesteśmy zbawieni. Przesunęła się do tyłu, przesunęła się do tyłu, podczas gdy Tony i ja modliliśmy się, aby rozdzielacz przepływu się nie przykleił. 1.10! 1.08! 1.05!

Pierdolić! Trafiamy na drugą stronę ściany! Jesteśmy w pułapce! Za mało negatywnego ciągu, aby przebić się przez plecy!

Kiedy kuliliśmy się ze strachu przed ścianą, ogon małego samolotu rozpadł się i Tony krzyknął: „Zapal rakiety!” Ale skręcili w złym kierunku!

Tony wyciągnął rękę i pchnął je do przodu, linie Macha spływały z jego palców. Podpaliłem je! Cios był przytłaczający. Zemdlaliśmy.

Kiedy opamiętałem się, nasz mały samolot, cały pokręcony, właśnie przelatywał przez zero Macha! Wyciągnąłem Tony'ego i upadliśmy mocno na ziemię. Samolot zwolnił na wschodzie. Kilka sekund później usłyszeliśmy trzask, jakby uderzył w kolejną ścianę.

Nie znaleziono ani jednej śruby. Tony zaczął tkać siatkę, kiedy ja wędrowałem do MIT.

Bariera dźwięku

zjawisko występujące podczas lotu samolotu lub rakiety w momencie przejścia z prędkości poddźwiękowej do naddźwiękowej w atmosferze. Gdy prędkość samolotu zbliża się do prędkości dźwięku (1200 km/h), przed nim pojawia się cienki obszar, w którym następuje gwałtowny wzrost ciśnienia i gęstości środowiska powietrza. To zagęszczenie powietrza przed lecącym samolotem nazywa się falą uderzeniową. Na ziemi przejście fali uderzeniowej jest odbierane jako trzask, podobny do odgłosu wystrzału. Po przekroczeniu samolot przechodzi przez ten obszar o zwiększonej gęstości powietrza, jakby go przebijał - pokonuje barierę dźwięku. Przez długi czas pokonanie bariery dźwięku wydawało się poważnym problemem w rozwoju lotnictwa. Aby go rozwiązać, konieczna była zmiana profilu i kształtu skrzydła samolotu (stało się cieńsze i wygięte), bardziej spiczasta przednia część kadłuba oraz zasilenie samolotu silnikami odrzutowymi. Po raz pierwszy prędkość dźwięku została przekroczona w 1947 r. przez Ch. Yeagera na samolocie X-1 (USA) z silnikiem rakietowym na paliwo ciekłe wystrzelonym z samolotu B-29. W Rosji OV Sokolovsky jako pierwszy pokonał barierę dźwięku w 1948 roku na eksperymentalnym samolocie La-176 z silnikiem turboodrzutowym.

Encyklopedia „Technika”. - M.: Rosman. 2006 .

Bariera dźwięku

gwałtowny wzrost oporu samolotu aerodynamicznego przy liczbach lotu Mach M (∞), nieznacznie przekraczający liczbę krytyczną M *. Powodem jest to, że przy liczbach M (∞)> M * występuje wraz z pojawieniem się oporu falowego. Współczynnik oporu falowego samolotu rośnie bardzo szybko wraz ze wzrostem liczby M, zaczynając od M (∞) = M *.
Dostępność Z.b. utrudnia osiągnięcie prędkości lotu równej prędkości dźwięku, a następnie przejście do lotu naddźwiękowego. W tym celu konieczne okazało się stworzenie samolotu z cienkimi skośnymi skrzydłami, co pozwoliło znacznie zmniejszyć opór, oraz silników odrzutowych, w których ciąg rośnie wraz ze wzrostem prędkości.
W ZSRR prędkość równą prędkości dźwięku po raz pierwszy osiągnięto na samolocie La-176 w 1948 roku.

Lotnictwo: Encyklopedia. - M .: Wielka rosyjska encyklopedia. Redaktor naczelny G.P. Swiszczew. 1994 .

Zobacz, czym jest „bariera dźwięku” w innych słownikach:

Szlaban - wszystkie rabaty robocze Szlaban w kategorii Dom i domek

Bariera dźwięku w aerodynamice to nazwa szeregu zjawisk towarzyszących ruchowi statku powietrznego (np. samolot naddźwiękowy, rakieta) z prędkością bliską lub przekraczającą prędkość dźwięku. Spis treści 1 Shockwave, ... ... Wikipedia

BARIERA DŹWIĘKU, przyczyna utrudnień w lotnictwie przy wzroście prędkości lotu powyżej prędkości dźwięku (PRĘDKOŚĆ SUPERSONIC). Zbliżając się do prędkości dźwięku, samolot doświadcza nieoczekiwanego wzrostu oporu i utraty aerodynamicznego PODNOSZENIA ... ... Naukowy i techniczny słownik encyklopedyczny

bariera dźwięku- garso barjeras statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. bariera dźwiękowa; bariera dźwięku vok. Schallbarriere, f; Schallmauer, fr. bariera dźwiękowa, m pranc. barrière sonique, f; frontière sonique, f; mur de son, m ... Fizikos terminų žodynas

bariera dźwięku- garso barjeras statusas T sritis Energetika apibrėžtis Staigus aerodinaminio pasipriešinimo padidėjimas, kai orlaivio greitis tampa garso greičiu (viršijama kritinė Macho skaičiaus vertė). Aiškinamas bangų krize dėl staiga padidėjusio ... ... Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Gwałtowny wzrost oporu aerodynamicznego, gdy prędkość lotu samolotu zbliża się do prędkości dźwięku (przekroczenie krytycznej liczby Macha liczby lotu). Wyjaśnia to kryzys falowy, któremu towarzyszy wzrost oporu falowego. Pokonaj 3. ... ... Wielki encyklopedyczny słownik politechniczny

Bariera dźwięku- gwałtowny wzrost oporu powietrza na ruch samolotu o godz. zbliżanie się do prędkości bliskich prędkości propagacji dźwięku. Pokonanie 3.b. stało się możliwe dzięki ulepszeniu aerodynamicznych form samolotów i zastosowaniu potężnych ... ... Słownik terminów wojskowych

bariera dźwięku- bariera dźwięku - gwałtowny wzrost oporu samolotu aerodynamicznego przy numerach lotu M∞ M∞, nieznacznie przekraczający liczbę krytyczną M*. Powodem jest to, że dla liczb M∞> Encyklopedia „Lotnictwo”

- (francuski posterunek barierowy). 1) bramy w fortecach. 2) na arenach i cyrkach płot, kłoda, drąg, przez który przeskakuje koń. 3) znak, że wojownicy sięgają w pojedynek. 4) balustrady, kraty. Słownik wyrazów obcych zawartych w ... ... Słownik wyrazów obcych języka rosyjskiego

BARIERA, ach, mąż. 1. Przeszkoda (rodzaj ściany, poprzeczka), umieszczona na drodze (podczas wyścigu, biegu). Weź b. (Pogódź się z tym). 2. Ogrodzenie, ogrodzenie. B. boksy, balkony. 3. transfer. Przeszkoda, przeszkoda, dla której n. Naturalna rzeka b. dla… … Słownik wyjaśniający Ożegowa

Książki

Vegas: prawdziwa historia (DVD), Naderi Amir. Niektórzy szukają „amerykańskiego snu” w najdziwniejszych miejscach… Kiedyś Eddie Parker i jego żona Tracy byli zapalonymi hazardzistami, co nie jest zaskakujące: mieszkają w Las Vegas, gdzie wszyscy grają…

Co wyobrażamy sobie, gdy słyszymy wyrażenie „bariera dźwięku”? Pewna granica, która może poważnie wpłynąć na słuch i samopoczucie. Zazwyczaj bariera dźwięku związana jest z podbojem przestrzeni powietrznej i

Pokonanie tej przeszkody może wywołać rozwój chorób przewlekłych, zespołów bólowych i reakcji alergicznych. Czy te przekonania są poprawne, czy też są to utrwalone stereotypy? Czy są one oparte na faktach? Czym jest bariera dźwięku? Jak i dlaczego powstaje? Wszystko to i kilka dodatkowych niuansów, a także fakty historyczne związane z tą koncepcją, postaramy się dowiedzieć w tym artykule.

Ta tajemnicza nauka to aerodynamika

W nauce aerodynamiki ma na celu wyjaśnienie zjawisk towarzyszących ruchowi
samolotów, istnieje pojęcie „bariery dźwięku”. Jest to seria zjawisk, które występują, gdy naddźwiękowe samoloty lub rakiety poruszają się z prędkością bliską prędkości dźwięku lub większą.

Czym jest fala uderzeniowa?

W trakcie przepływu naddźwiękowego wokół pojazdu w tunelu aerodynamicznym powstaje fala uderzeniowa. Jego ślady widać nawet gołym okiem. Na ziemi oznaczono je żółtą linią. Poza stożkiem fali uderzeniowej, przed żółtą linią, na ziemi, samolot nawet nie jest słyszalny. Przy prędkości przekraczającej prędkość dźwięku ciała poddawane są przepływowi dźwięku wokół nich, co pociąga za sobą falę uderzeniową. Może nie być sama, w zależności od kształtu ciała.

Transformacja fali uderzeniowej

Czoło fali uderzeniowej, zwanej czasem falą uderzeniową, ma dość małą grubość, co jednak umożliwia śledzenie nagłych zmian właściwości przepływu, spadku jego prędkości względem ciała i odpowiedniego wzrost ciśnienia i temperatury gazu w przepływie. W tym przypadku energia kinetyczna jest częściowo zamieniana na energię wewnętrzną gazu. Wielkość tych zmian zależy bezpośrednio od prędkości przepływu naddźwiękowego. Gdy fala uderzeniowa oddala się od urządzenia, spadki ciśnienia maleją i fala uderzeniowa jest przekształcana w dźwięk. Potrafi dotrzeć do zewnętrznego obserwatora, który usłyszy charakterystyczny dźwięk przypominający eksplozję. Istnieje opinia, że świadczy to o tym, że pojazd osiągnął prędkość dźwięku, gdy samolot opuści barierę dźwięku.

Co się naprawdę dzieje?

Tzw. momentem przełamania bariery dźwięku w praktyce jest przejście fali uderzeniowej wraz z narastającym dudnieniem silników lotniczych. Teraz aparat wyprzedza towarzyszący dźwięk, więc po nim będzie słychać buczenie silnika. Zbliżanie prędkości do prędkości dźwięku stało się możliwe w czasie II wojny światowej, ale jednocześnie piloci zauważyli alarmujące sygnały w pracy samolotu.

Po zakończeniu wojny wielu konstruktorów samolotów i pilotów dążyło do osiągnięcia prędkości dźwięku i pokonania bariery dźwięku, ale wiele z tych prób zakończyło się tragicznie. Pesymistyczni naukowcy argumentowali, że tego limitu nie można przekroczyć. W żaden sposób nie eksperymentalny, ale naukowy, udało się wyjaśnić naturę pojęcia „bariery dźwięku” i znaleźć sposoby na jej pokonanie.

Bezpieczne loty przy prędkościach transsonicznych i naddźwiękowych są możliwe przy unikaniu kryzysu falowego, którego wystąpienie uzależnione jest od parametrów aerodynamicznych samolotu oraz wysokości wykonywanego lotu. Przejścia z jednego poziomu prędkości na drugi należy wykonywać jak najszybciej za pomocą dopalacza, co pozwoli uniknąć długiego lotu w strefie kryzysu falowego. Kryzys falowy jako koncepcja wywodzi się z transportu wodnego. Powstał, gdy statki poruszały się z prędkością zbliżoną do prędkości fal na powierzchni wody. Wejście w kryzys falowy pociąga za sobą trudność w zwiększeniu prędkości, a jeśli pokonanie kryzysu falowego jest tak proste, jak to możliwe, możesz wejść w tryb ślizgania się lub ślizgania na powierzchni wody.

Historia w sterowaniu samolotami

Pierwszą osobą, która osiągnęła prędkość ponaddźwiękową w eksperymentalnym samolocie jest amerykański pilot Chuck Yeager. Jego osiągnięcie zapisało się w historii 14 października 1947 roku. Na terytorium ZSRR barierę dźwięku pokonali 26 grudnia 1948 r. Sokołowski i Fiodorow, którzy latali doświadczonym myśliwcem.

Z cywilów barierę dźwięku złamał liniowiec pasażerski Douglas DC-8, który 21 sierpnia 1961 osiągnął prędkość 1,012 M, czyli 1262 km/h. Lot miał na celu zebranie danych do projektu skrzydła. Wśród samolotów rekord świata ustanowiła hipersoniczna aerobalistyczna rakieta powietrze-ziemia, będąca na uzbrojeniu rosyjskiej armii. Na wysokości 31,2 km rakieta rozwinęła prędkość 6389 km/h.

50 lat po przełamaniu bariery dźwięku w powietrzu, Anglik Andy Green dokonał podobnego wyczynu w samochodzie. W swobodnym spadku próbował pobić rekord Amerykanin Joe Kittinger, który pokonał wysokość 31,5 kilometra. Dzisiaj, 14 października 2012 roku, Felix Baumgartner ustanowił rekord świata, bez pomocy transportu, w swobodnym spadku z wysokości 39 kilometrów, przełamując barierę dźwięku. W tym samym czasie jego prędkość osiągnęła 1342,8 kilometrów na godzinę.

Przełamanie najbardziej niezwykłej bariery dźwięku

Dziwnie pomyśleć, ale pierwszym wynalazkiem na świecie, który przezwyciężył tę granicę, był zwykły bicz, wynaleziony przez starożytnych Chińczyków prawie 7 tysięcy lat temu. Niemal do czasu wynalezienia fotografii błyskawicznej w 1927 roku nikt nie podejrzewał, że pstryknięcie bata jest miniaturowym grzmotem dźwiękowym. Ostry zamach tworzy pętlę, a prędkość gwałtownie rośnie, co potwierdza kliknięcie. Bariera dźwięku pokonywana jest z prędkością około 1200 km/h.

Tajemnica najgłośniejszego miasta

Nie bez powodu mieszkańcy małych miasteczek są w szoku, gdy po raz pierwszy widzą stolicę. Obfitość transportu, setki restauracji i centrów rozrywki są zagmatwane i niepokojące. Początek wiosny w stolicy zwykle datowany jest na kwiecień, a nie buntowniczy marzec zamieci. W kwietniu niebo jest czyste, płyną strumienie i kwitną pąki. Zmęczeni długą zimą ludzie otwierają szeroko okna na słońce, a do ich domów wdziera się uliczny hałas. Na ulicy ogłuszająco ćwierkają ptaki, śpiewają artyści, śmieszni studenci recytują poezję, nie mówiąc już o hałasie w korkach i metrze. Pracownicy działów higieny zauważają, że przebywanie w hałaśliwym mieście przez długi czas jest niezdrowe. Na dźwiękowe zaplecze stolicy składa się transport,
hałas lotniczy, przemysłowy i domowy. Najbardziej szkodliwy jest właśnie hałas samochodowy, ponieważ samoloty latają wystarczająco wysoko, a hałas z przedsiębiorstw rozpuszcza się w ich budynkach. Nieustanny szum samochodów na szczególnie ruchliwych autostradach podwaja wszystkie dopuszczalne normy. Jak pokonuje się barierę dźwięku w stolicy? Moskwa jest niebezpieczna z dużą ilością dźwięków, więc mieszkańcy stolicy instalują okna z podwójnymi szybami, aby stłumić hałas.

Jak przebiega szturm na barierę dźwięku?

Do 1947 r. nie było rzeczywistych danych na temat samopoczucia osoby w kokpicie samolotu, który leci szybciej niż dźwięk. Jak się okazało, przełamanie bariery dźwięku wymaga pewnej siły i odwagi. Podczas lotu staje się jasne, że nie ma gwarancji przeżycia. Nawet zawodowy pilot nie może powiedzieć z całą pewnością, czy konstrukcja samolotu wytrzyma atak żywiołów. W ciągu kilku minut samolot może się po prostu rozpaść. Jak można to wyjaśnić? Należy zauważyć, że ruch z prędkością poddźwiękową wytwarza fale akustyczne, które rozpraszają się jak kręgi z upadłego kamienia. Prędkość naddźwiękowa wzbudza fale uderzeniowe, a osoba stojąca na ziemi słyszy dźwięk przypominający eksplozję. Bez potężnych komputerów trudno było rozwiązywać złożone i musiałem polegać na dmuchaniu modeli w tunelach aerodynamicznych. Czasami przy niewystarczającym przyspieszeniu samolotu fala uderzeniowa osiąga taką siłę, że okna wylatują z domów, nad którymi przelatuje samolot. Nie każdy będzie w stanie pokonać barierę dźwięku, ponieważ w tym momencie cała konstrukcja się trzęsie, mocowania aparatów mogą ulec znacznemu uszkodzeniu. To dlatego dobre zdrowie i stabilność emocjonalna są tak ważne dla pilotów. Jeśli lot będzie płynny, a bariera dźwięku pokonana jak najszybciej, to ani pilot, ani potencjalni pasażerowie nie odczują szczególnie nieprzyjemnych wrażeń. Samolot badawczy został zbudowany specjalnie w celu pokonania bariery dźwięku w styczniu 1946 roku. Stworzenie maszyny zostało zainicjowane rozkazem Ministerstwa Obrony, ale zamiast broni wypchano ją sprzętem naukowym, który monitorował tryb działania mechanizmów i urządzeń. Ten samolot był jak nowoczesny pocisk manewrujący ze zintegrowanym silnikiem rakietowym. Samolot przekroczył barierę dźwięku z maksymalną prędkością 2736 km/h.

Werbalne i materialne pomniki podboju prędkości dźwięku

Postępy w przełamywaniu bariery dźwięku są do dziś wysoko cenione. Tak więc samolot, którym Chuck Yeager po raz pierwszy pokonał go, jest teraz wystawiony w Narodowym Muzeum Aeronautyki i Kosmosu, które znajduje się w Waszyngtonie. Ale parametry techniczne tego ludzkiego wynalazku byłyby niewiele warte bez zasług samego pilota. Chuck Yeager przeszedł szkołę lotniczą i walczył w Europie, po czym wrócił do Anglii. Niesprawiedliwe zawieszenie lotów nie złamało ducha Yeagera i został on przyjęty przez głównodowodzącego wojsk Europy. W latach pozostałych do końca wojny Yeager brał udział w 64 wypadach, podczas których zestrzelił 13 samolotów. Chuck Yeager wrócił do ojczyzny w randze kapitana. Jego cechy świadczą o fenomenalnej intuicji, niesamowitym opanowaniu i wytrzymałości w krytycznych sytuacjach. Niejednokrotnie Yeager ustanowił rekordy w swoim samolocie. Jego dalsza kariera odbyła się w Siłach Powietrznych, gdzie przeprowadzał szkolenie pilotów. Ostatni raz Chuck Yeager przełamał barierę dźwięku miał 74 lata, co przypadało na pięćdziesiątą rocznicę jego latania oraz w 1997 roku.

Złożone zadania konstruktorów samolotów

Światowej sławy samolot MiG-15 zaczął powstawać w momencie, gdy twórcy zdali sobie sprawę, że nie można polegać tylko na pokonaniu bariery dźwięku, ale trzeba rozwiązać złożone problemy techniczne. W efekcie powstała maszyna tak udana, że jej modyfikacje zostały przyjęte przez różne kraje. Kilka różnych biur projektowych przystąpiło do swego rodzaju konkursu, w którym nagrodą był patent na najbardziej udany i funkcjonalny samolot. Opracowano samoloty ze skośnymi skrzydłami, co było rewolucją w ich konstrukcji. Idealny aparat byłby potężny, szybki i niewiarygodnie odporny na wszelkie uszkodzenia zewnętrzne. Skośne skrzydła samolotu stały się elementem, który pomógł im potroić prędkość dźwięku. Następnie dalej rosła, co tłumaczyło się wzrostem mocy silnika, zastosowaniem innowacyjnych materiałów oraz optymalizacją parametrów aerodynamicznych. Pokonanie bariery dźwięku stało się możliwe i realne nawet dla laika, ale nie staje się przez to mniej niebezpieczne, dlatego każda skrajność powinna rozsądnie ocenić swoje mocne strony przed podjęciem decyzji o takim eksperymencie.

Kategorie

Wybór redaktorów