Lần đầu tiên họ phá vỡ rào cản âm thanh. Rào cản âm thanh là gì. Phá vỡ rào cản âm thanh. Nhiệm vụ phức tạp của nhà thiết kế máy bay
Bản quyền hình ảnh SPL
Những bức ảnh ấn tượng về máy bay chiến đấu phản lực trong một hình nón dày đặc của hơi nước thường được cho là một chiếc máy bay đang phá vỡ rào cản âm thanh. Nhưng đó là một sai lầm. Người quan sát nói về lý do thực sự của hiện tượng.
Hiện tượng ngoạn mục này đã nhiều lần được các nhiếp ảnh gia và nhà quay phim chụp lại. Một máy bay phản lực quân sự bay trên mặt đất với tốc độ cao, vài trăm km một giờ.
Khi máy bay chiến đấu tăng tốc, một hình nón ngưng tụ dày đặc bắt đầu hình thành xung quanh nó; ấn tượng là máy bay nằm trong một đám mây nhỏ.
Những chú thích ám ảnh trí tưởng tượng dưới những bức ảnh như vậy thường khẳng định rằng chúng ta đã có bằng chứng trực quan về sự bùng nổ âm thanh khi một chiếc máy bay đạt tốc độ siêu âm.
Trên thực tế, điều này là không đúng sự thật. Chúng tôi quan sát cái gọi là hiệu ứng Prandtl-Glauert - một hiện tượng vật lý xảy ra khi máy bay tiếp cận với tốc độ âm thanh. Nó không liên quan đến việc phá vỡ rào cản âm thanh.
- Các bài báo khác của BBC Future bằng tiếng Nga
Với sự phát triển của chế tạo máy bay, các hình thức khí động học trở nên hợp lý hơn và tốc độ của máy bay tăng trưởng ổn định - máy bay bắt đầu làm những việc với không khí xung quanh chúng mà những người tiền nhiệm chậm hơn và cồng kềnh của chúng không thể làm được.
Sóng xung kích bí ẩn hình thành xung quanh máy bay bay thấp khi chúng tiếp cận tốc độ âm thanh và sau đó phá vỡ rào cản âm thanh cho thấy không khí ở tốc độ như vậy hoạt động theo một cách rất kỳ lạ.
Vậy những đám mây ngưng tụ bí ẩn này là gì?
Bản quyền hình ảnh Getty Chú thích hình ảnh Hiệu ứng Prandtl-Glauert rõ ràng nhất khi bay trong bầu không khí ấm, ẩmTheo Rod Irwin, chủ tịch nhóm khí động học của Hiệp hội Hàng không Vũ trụ Hoàng gia Anh, các điều kiện mà hình nón hơi nước xuất hiện ngay trước khi máy bay phá vỡ rào cản âm thanh. Tuy nhiên, hiện tượng này thường được chụp ở tốc độ nhỏ hơn một chút so với tốc độ âm thanh.
Các lớp không khí trên bề mặt dày đặc hơn khí quyển ở độ cao lớn. Khi bay ở độ cao thấp, lực ma sát và lực cản tăng lên.
Nhân tiện, phi công bị cấm vượt qua hàng rào âm thanh trên đất liền. Irwin giải thích: “Bạn có thể đi siêu âm trên đại dương, nhưng không phải trên bề mặt rắn. chỉ được phép phát triển tốc độ siêu âm trên mặt nước. ”.
Hơn nữa, rất khó để ghi nhận một cách trực quan sự bùng nổ âm thanh khi máy bay đi vào âm thanh siêu thanh. Bạn không thể nhìn thấy nó bằng mắt thường - chỉ với sự hỗ trợ của thiết bị đặc biệt.
Đối với ảnh chụp các mô hình được thổi với tốc độ siêu âm trong đường hầm gió, các gương đặc biệt thường được sử dụng để phát hiện sự khác biệt về phản xạ ánh sáng do sự hình thành của sóng xung kích.
Bản quyền hình ảnh Getty Chú thích hình ảnh Khi áp suất không khí giảm, nhiệt độ không khí giảm và độ ẩm chứa trong nó chuyển thành chất ngưng tụNhững bức ảnh thu được bằng cái gọi là phương pháp schlieren (hay phương pháp Tepler) được sử dụng để hình dung các sóng xung kích (hay còn được gọi là sóng xung kích) được tạo ra xung quanh mô hình.
Các nón ngưng tụ không được tạo ra xung quanh các mô hình trong quá trình thổi, vì không khí được sử dụng trong các đường hầm gió đã được làm khô trước.
Các hình nón hơi nước liên quan đến sóng xung kích (và có một số trong số chúng) hình thành xung quanh máy bay khi nó tăng tốc độ.
Khi tốc độ của máy bay tiếp cận với tốc độ âm thanh (khoảng 1234 km / h ở mực nước biển), có sự khác biệt về áp suất cục bộ và nhiệt độ trong không khí chảy xung quanh nó.
Kết quả là, không khí mất khả năng giữ ẩm và ngưng tụ hình thành ở dạng hình nón, giống như trên video này.
Irwin cho biết: “Hình nón có thể nhìn thấy được là do sóng xung kích, tạo ra chênh lệch áp suất và nhiệt độ trong không khí xung quanh máy bay.
Nhiều bức ảnh thành công nhất về hiện tượng này đã chụp được máy bay của Hải quân Hoa Kỳ, điều này không có gì đáng ngạc nhiên khi không khí ấm, ẩm gần bề mặt biển có xu hướng nâng cao hiệu ứng Prandtl-Glouert.
Những thủ đoạn như vậy thường được thực hiện bởi máy bay chiến đấu-ném bom F / A-18 Hornet, loại máy bay hoạt động trên boong chủ lực của lực lượng hàng không hải quân Mỹ.
Bản quyền hình ảnh SPL Chú thích hình ảnh Sốc nén khi máy bay phát ra âm thanh siêu thanh rất khó phát hiện bằng mắt thườngCác thành viên của đội nhào lộn trên không Blue Angels của Hải quân Hoa Kỳ bay trên cùng các phương tiện chiến đấu, thực hiện một cách thuần thục các thao tác trong đó một đám mây ngưng tụ hình thành xung quanh máy bay.
Do tính chất ngoạn mục của hiện tượng, nó thường được sử dụng để phổ biến hàng không hải quân. Các phi công cố tình điều động trên biển, nơi các điều kiện để xảy ra hiệu ứng Prandtl-Glauert là tối ưu nhất, và các nhiếp ảnh gia hải quân chuyên nghiệp đang làm nhiệm vụ gần đó - xét cho cùng, không thể chụp được bức ảnh rõ ràng về một chiếc máy bay phản lực đang bay ở tốc độ 960 km / h với một chiếc điện thoại thông minh bình thường.
Các đám mây ngưng tụ trông ấn tượng nhất trong cái gọi là chế độ bay xuyên âm, khi không khí một phần chảy xung quanh máy bay ở tốc độ siêu âm và một phần ở tốc độ cận âm.
Irwin cho biết: “Máy bay không nhất thiết phải bay với tốc độ siêu thanh, nhưng luồng không khí xung quanh bề mặt trên cùng của cánh nó với tốc độ nhanh hơn so với mặt dưới, dẫn đến một sóng xung kích cục bộ.
Theo ông, để hiệu ứng Prandtl-Glauert xảy ra, cần phải có một số điều kiện khí hậu nhất định (cụ thể là không khí ấm và ẩm), điều mà các máy bay chiến đấu trên tàu sân bay gặp phải thường xuyên hơn các máy bay khác.
Tất cả những gì bạn phải làm là nhờ một nhiếp ảnh gia chuyên nghiệp cung cấp dịch vụ, và thì đấy! - Máy bay của bạn được chụp lại bởi một đám mây hơi nước ngoạn mục, mà nhiều người trong chúng ta lầm tưởng là dấu hiệu của máy bay siêu âm.
- Bạn có thể đọc nó trên trang web
Vật cản âm thanh là hiện tượng xảy ra trong quá trình bay của máy bay hoặc tên lửa tại thời điểm chuyển từ tốc độ bay cận âm sang siêu âm trong khí quyển. Khi tốc độ của máy bay tiến gần tới tốc độ âm thanh (1200 km / h), trước mặt nó xuất hiện một vùng mỏng, trong đó áp suất và mật độ môi trường không khí tăng mạnh. Sự nén chặt của không khí phía trước máy bay đang bay được gọi là sóng xung kích. Trên mặt đất, sự truyền đi của một làn sóng xung kích được coi là một tiếng bốp, tương tự như âm thanh của một cú bắn. Khi vượt quá tốc độ âm thanh, máy bay đi qua khu vực có mật độ không khí tăng lên này, như thể xuyên qua nó - nó vượt qua rào cản âm thanh. Từ lâu, việc vượt qua rào cản âm thanh dường như là một vấn đề nghiêm trọng trong quá trình phát triển của ngành hàng không. Để giải quyết vấn đề này, cần phải thay đổi hình dạng và hình dạng của cánh máy bay (nó trở nên mỏng hơn và xuôi hơn), để làm cho phần trước của thân máy bay nhọn hơn và cung cấp động cơ phản lực cho máy bay. Lần đầu tiên C.Yeager vượt tốc độ âm thanh vào năm 1947 trên động cơ tên lửa đẩy chất lỏng Bell X-1 (Mỹ) phóng từ máy bay Boeing B-29. Tại Nga, người đầu tiên vượt qua được rào cản âm thanh vào năm 1948 là phi công O. V. Sokolovsky trên chiếc máy bay La-176 thử nghiệm với một động cơ phản lực.
Băng hình.
Tốc độ âm thanh.
Tốc độ lan truyền (so với môi trường) của nhiễu loạn áp suất nhỏ. Trong một chất khí hoàn hảo (ví dụ, trong không khí ở nhiệt độ và áp suất vừa phải) C. h. không phụ thuộc vào bản chất của sự lan truyền nhiễu loạn nhỏ và giống nhau đối với các dao động đơn sắc có tần số khác nhau () và đối với sóng xung kích yếu. Trong một chất khí hoàn hảo tại điểm trong không gian đang xét, C. z. nhưng chỉ phụ thuộc vào thành phần của khí và nhiệt độ tuyệt đối T của nó:
a = (dp / d (()) 1/2 = ((() p / (()) 1/2 = ((() RT / (()) 1/2,
trong đó dp / d (() là đạo hàm của áp suất đối với mật độ đối với quá trình đẳng hướng, (-) là số mũ đoạn nhiệt, R là hằng số khí phổ quát, (-) là trọng lượng phân tử (trong không khí a 20.1T1 / 2 m / s. Ở 0 (°) C a = 332 m / s).
Trong chất khí có các biến đổi lý hóa, ví dụ, trong chất khí phân ly là C. z. sẽ phụ thuộc vào cách thức - ở trạng thái cân bằng hay không cân bằng - những quá trình này diễn ra trong làn sóng phẫn nộ. Ở trạng thái cân bằng nhiệt động S. z. chỉ phụ thuộc vào thành phần của chất khí, nhiệt độ và áp suất của nó. Với một quá trình không cân bằng của các quá trình hóa lý, sự phân tán của âm thanh diễn ra, tức là S. z. không chỉ phụ thuộc vào trạng thái của môi trường mà còn phụ thuộc vào tần số dao động (). Các dao động tần số cao ((mt), ()) - thời gian thư giãn) lan truyền từ S. z đông lạnh. aj, tần số thấp ((,) 0) - với S. z cân bằng. ae, và aj> ae. Sự khác biệt giữa aj và ai thường nhỏ (trong không khí ở T = 6000 (°) C và p = 105 Pa, nó là khoảng 15%). Trong chất lỏng của S. z. cao hơn nhiều so với trong khí (trong nước là 1500 m / s)
Hiện tại, vấn đề "phá vỡ rào cản âm thanh" dường như thực chất là nhiệm vụ của các động cơ công suất mạnh. Nếu có đủ lực đẩy để vượt qua sự gia tăng lực cản gặp phải trước đó và trực tiếp lên vật cản âm thanh để máy bay có thể nhanh chóng vượt qua phạm vi tốc độ tới hạn thì sẽ có ít khó khăn xảy ra. Máy bay có thể dễ dàng bay trong dải tốc độ siêu âm hơn là trong dải chuyển tiếp giữa tốc độ cận âm và siêu âm.
Do đó, tình hình tương tự như tình huống đã xảy ra vào đầu thế kỷ này, khi anh em nhà Wright có thể chứng minh khả năng bay hoạt động, bởi vì họ có một động cơ nhẹ với đủ lực đẩy. Nếu chúng ta có động cơ thích hợp, thì chuyến bay siêu thanh sẽ trở nên khá phổ biến. Cho đến gần đây, việc vượt qua rào cản âm thanh trong chuyến bay ngang chỉ được thực hiện với việc sử dụng các hệ thống đẩy không kinh tế, chẳng hạn như động cơ tên lửa và máy bay phản lực (ramjet) với mức tiêu hao nhiên liệu rất cao. Máy bay thử nghiệm như X-1 và Sky-rocket được trang bị động cơ tên lửa chỉ đáng tin cậy trong vài phút bay, hoặc động cơ phản lực có đốt sau, nhưng tại thời điểm viết bài này, có một số máy bay có thể bay với tốc độ siêu thanh. trong nửa giờ. Nếu bạn đọc trên báo rằng một chiếc máy bay “đã đi qua rào cản âm thanh”, điều đó thường có nghĩa là nó đã thực hiện như vậy khi đang lặn. Trong trường hợp này, trọng lực bổ sung cho việc thiếu lực kéo.
Có một hiện tượng kỳ lạ liên quan đến những pha nhào lộn trên không mà tôi muốn chỉ ra. Giả sử máy bay
tiếp cận người quan sát ở tốc độ cận âm, lặn xuống, đạt tốc độ siêu âm, sau đó thoát ra khỏi trạng thái lặn và tiếp tục bay ở tốc độ cận âm một lần nữa. Trong trường hợp này, người quan sát trên mặt đất thường nghe thấy hai tiếng nổ lớn, khá nhanh nối tiếp nhau: "Bùm, bùm!" Một số học giả đã đưa ra lời giải thích cho nguồn gốc của tiếng ồn kép. Akeret ở Zurich và Maurice Roy ở Paris đều cho rằng tiếng vo ve là do sự tích tụ của các xung âm thanh, chẳng hạn như tiếng ồn của động cơ, phát ra khi máy bay đang bay với tốc độ âm thanh. Nếu máy bay đang chuyển động về phía người quan sát, thì tiếng ồn do máy bay phát ra sẽ đến người quan sát trong một khoảng thời gian ngắn hơn so với khoảng thời gian nó phát ra. Do đó, luôn có một số xung âm tích tụ, miễn là nguồn âm thanh di chuyển về phía người quan sát. Tuy nhiên, nếu nguồn âm thanh chuyển động với tốc độ gần bằng tốc độ âm thanh, thì sự tích lũy được khuếch đại vô hạn. Điều này trở nên hiển nhiên nếu chúng ta giả định rằng tất cả âm thanh phát ra từ một nguồn chuyển động với tốc độ chính xác của âm thanh trực tiếp về phía người quan sát sẽ đến âm thanh sau đó trong một thời điểm ngắn, cụ thể là khi nguồn âm thanh đã đến gần vị trí của người quan sát. Nguyên nhân là do âm thanh và nguồn âm sẽ chuyển động cùng tốc độ. Nếu âm thanh di chuyển trong khoảng thời gian này với tốc độ siêu thanh, thì chuỗi các xung âm thanh nhận biết và phát ra sẽ bị đảo ngược; người quan sát sẽ phân biệt các tín hiệu phát ra muộn hơn, trước khi anh ta nhận biết các tín hiệu phát ra sớm hơn.
Quá trình hum kép, phù hợp với lý thuyết này, có thể được minh họa bằng sơ đồ trong Hình. 58. Giả sử rằng máy bay đang chuyển động thẳng về phía người quan sát, nhưng với tốc độ thay đổi. Đường cong AB biểu diễn chuyển động của máy bay theo thời gian. Góc nghiêng của tiếp tuyến với đường cong biểu thị tốc độ tức thời của máy bay. Các đường thẳng song song thể hiện trong sơ đồ cho biết sự truyền âm; góc nghiêng của các đường thẳng này tương ứng với tốc độ âm thanh. Đầu tiên, tốc độ của máy bay là cận âm trong phần, sau đó là siêu âm trong phần, và cuối cùng, trong phần, lại cận âm. Nếu người quan sát ở khoảng cách ban đầu D, thì các điểm hiển thị trên đường nằm ngang tương ứng với chuỗi nhận biết
Lúa gạo. 58. Biểu đồ quãng đường-thời gian của một máy bay đang bay với vận tốc thay đổi. Các đường thẳng song song với một góc nghiêng thể hiện sự truyền âm.
xung động âm thanh. Ta thấy rằng âm thanh do máy bay phát ra trong lần đi thứ hai của vật cản âm (điểm) đến người quan sát sớm hơn âm thanh phát ra trong lần đi qua vật (điểm) thứ nhất. Tại hai trường hợp này, người quan sát nhận thấy, ở một khoảng thời gian nhỏ vô hạn, các xung phát ra trong một khoảng thời gian giới hạn. Do đó, anh ta nghe thấy một tiếng ầm ầm như một vụ nổ. Giữa hai âm thanh vo ve, anh ta đồng thời cảm nhận được ba xung động do máy bay phát ra vào những thời điểm khác nhau.
Trong bộ lễ phục. 59 là một minh họa giản đồ về cường độ tiếng ồn có thể mong đợi trong trường hợp đơn giản hóa này. Cần lưu ý rằng sự tích tụ các xung âm thanh trong trường hợp nguồn âm thanh đến gần là quá trình tương tự được gọi là hiệu ứng Doppler; tuy nhiên, đặc điểm của hiệu ứng sau thường giới hạn ở sự thay đổi cao độ liên quan đến quá trình tích lũy. Cường độ của tiếng ồn cảm nhận được rất khó tính toán vì nó phụ thuộc vào cơ chế tạo ra âm thanh, điều này không được biết đến nhiều. Ngoài ra, quá trình này còn phức tạp bởi hình dạng của quỹ đạo, tiếng vang có thể xảy ra, cũng như các sóng xung kích quan sát thấy ở các bộ phận khác nhau của máy bay trong khi bay và năng lượng của chúng được chuyển đổi thành sóng âm thanh sau khi máy bay giảm tốc độ. Trong một số
Lúa gạo. 59. Biểu diễn giản đồ về cường độ của tiếng ồn mà người quan sát cảm nhận được.
trong các bài báo gần đây về chủ đề này, tiếng ồn gấp đôi, đôi khi gấp ba lần, quan sát được khi lặn với tốc độ cực cao, được cho là do những sóng xung kích này.
Vấn đề “phá vỡ rào cản âm thanh” hoặc “bức tường âm thanh” dường như đánh thức trí tưởng tượng của công chúng (bộ phim tiếng Anh Breaking the Sound Barrier cung cấp một số cái nhìn sâu sắc về những thách thức khi bay qua một Mach); phi công và kỹ sư thảo luận về vấn đề vừa nghiêm túc vừa đùa cợt. "Cuộc nói chuyện khoa học" sau đây về chuyến bay xuyên thanh thể hiện sự kết hợp tuyệt vời giữa kiến thức kỹ thuật và quyền tự do thơ mộng:
Chúng tôi lướt nhẹ nhàng trong không trung với vận tốc 540 dặm một giờ. Tôi luôn thích chiếc XP-AZ5601-NG nhỏ bé vì nó hoạt động dễ dàng và thực tế là chỉ báo Prandtl-Reynolds được ẩn ở góc bên phải trên đầu bảng điều khiển. Tôi đã kiểm tra các dụng cụ. Nước, nhiên liệu, vòng / phút, hiệu suất Carnot, tốc độ mặt đất, entanpi. Tất cả ok. Hướng đầu 270 °. Hiệu suất đốt cháy bình thường - 23 phần trăm. Động cơ tuốc bin phản lực cũ vẫn kêu êm đềm như mọi khi, và răng của Tony gần như không kêu khỏi 17 cửa của nó, thứ mà anh ném qua chiếc Schenectady. Chỉ một giọt dầu nhỏ rỉ ra từ động cơ. Đây là cuộc sống!
Tôi biết động cơ của máy bay tốt cho tốc độ cao hơn bất cứ thứ gì chúng tôi từng thử. Thời tiết quá trong xanh, bầu trời trong xanh, không khí êm đềm khiến tôi không thể cưỡng lại được mà tăng tốc độ. Tôi từ từ di chuyển cần gạt về phía trước một vị trí. Bộ điều chỉnh chỉ xoay nhẹ, và sau năm phút hoặc lâu hơn, mọi thứ đã bình tĩnh. 590 dặm / giờ. Tôi nhấn cần gạt một lần nữa. Chỉ có hai vòi phun bị tắc. Tôi đã nhấn Trình dọn dẹp lỗ hẹp. Đã mở lại. 640 dặm / giờ. Yên lặng. Ống xả gần như bị uốn cong, vài inch vuông vẫn lộ ra một bên. Tay tôi ngứa trên cần gạt, và tôi lại ấn vào. Máy bay tăng tốc lên 690 dặm một giờ, đi qua đoạn đường quan trọng mà không làm vỡ một cửa sổ nào. Buồng lái nóng dần lên, nên tôi thổi thêm một ít không khí vào giàn lạnh xoáy. Mach 0,9! Tôi chưa bao giờ bay nhanh hơn. Tôi có thể thấy một sự rung lắc nhẹ bên ngoài cửa sổ, vì vậy tôi đã điều chỉnh hình dạng của cánh và nó biến mất.
Lúc này Tony đang ngủ gật, và tôi thổi khói từ ống hút của anh ấy. Tôi không thể cưỡng lại và thêm một mức tốc độ khác. Trong đúng mười phút, chúng tôi đã bắt kịp tốc độ Mach 0,95. Phía sau trong các buồng đốt, tổng áp suất giảm xuống một cách quái ác. Đó là cuộc sống! Chỉ báo Pocket hiển thị màu đỏ, nhưng tôi không quan tâm. Ngọn nến của Tony vẫn cháy. Tôi biết gamma là 0, nhưng tôi không quan tâm.
Đầu tôi quay cuồng vì phấn khích. Nhiều thêm một chút! Tôi đặt tay lên cần gạt, nhưng ngay sau đó Tony đưa tay ra và đầu gối của anh ấy chạm vào tay tôi. Đòn bẩy đã tăng lên đến mười cấp! Mẹ kiếp! Chiếc máy bay nhỏ rung chuyển toàn bộ chiều dài của nó, và sự mất tốc độ lớn đã ném tôi và Tony lên bảng điều khiển. Cảm giác như chúng ta va phải một bức tường gạch vững chắc! Tôi có thể thấy rằng phần mũi của chiếc máy bay đã bị vò nát. Tôi nhìn vào máy đo tốc độ và đứng hình! 1,00! Chúa ơi, ngay lập tức tôi nghĩ, chúng ta đang ở mức tối đa! Nếu tôi không làm cho anh ta giảm tốc độ trước khi anh ta trượt chân, chúng tôi sẽ giảm dần sự chống cự! Quá muộn! Mach 1,01! 1,02! 1,03! 1,04! 1,06! 1,09! 1,13! 1,18! Tôi đã rất tuyệt vọng, nhưng Tony biết phải làm gì. Trong nháy mắt, anh đã trả lại
di chuyển! Không khí nóng tràn vào ống xả, nó được nén trong tuabin, lại xông vào các khoang, làm giãn nở máy nén. Nhiên liệu bắt đầu chảy vào các bồn chứa. Máy đo entropy quay về không. Mach 1,20! 1,19! 1,18! 1,17! Chúng tôi được cứu. Nó trượt về phía sau, nó lùi về phía sau trong khi tôi và Tony cầu nguyện rằng dải phân cách sẽ không bị dính. 1.10! 1,08! 1,05!
Mẹ kiếp! Chúng tôi đã đánh vào phía bên kia của bức tường! Chúng tôi bị mắc kẹt! Không đủ lực đẩy tiêu cực để vượt qua trở lại!
Trong khi chúng tôi co rúm người lại vì sợ bức tường, phần đuôi của chiếc máy bay nhỏ bị rơi ra và Tony hét lên, "Hãy châm ngòi cho tên lửa đẩy!" Nhưng họ đã rẽ sai hướng!
Tony đưa tay ra và đẩy chúng về phía trước, những dòng chữ Mach chảy ra từ ngón tay anh. Tôi đốt chúng! Cú đánh dồn dập. Chúng tôi đã ngất đi.
Khi tôi tỉnh lại, chiếc máy bay nhỏ của chúng tôi, tất cả đều xoắn lại, chỉ đang bay qua không Mach! Tôi kéo Tony ra và chúng tôi rơi mạnh xuống đất. Máy bay giảm tốc độ theo hướng đông. Vài giây sau, chúng tôi nghe thấy một tiếng va chạm, như thể nó đã va vào một bức tường khác.
Không một con ốc vít nào được tìm thấy. Tony bắt đầu đan lưới trong khi tôi đi lang thang đến MIT.
Rào cản âm thanh
Rào cản âm thanh
hiện tượng xảy ra trong quá trình bay của máy bay hoặc tên lửa tại thời điểm chuyển từ tốc độ bay cận âm sang siêu âm trong khí quyển. Khi tốc độ của máy bay tiến gần tới tốc độ âm thanh (1200 km / h), trước mặt nó xuất hiện một vùng mỏng, trong đó áp suất và mật độ môi trường không khí tăng mạnh. Sự nén chặt của không khí phía trước máy bay đang bay được gọi là sóng xung kích. Trên mặt đất, sự truyền đi của một làn sóng xung kích được coi là một tiếng bốp, tương tự như âm thanh của một cú bắn. Sau khi vượt quá, máy bay đi qua khu vực có mật độ không khí tăng lên này, như thể xuyên qua nó - nó vượt qua rào cản âm thanh. Từ lâu, việc vượt qua rào cản âm thanh dường như là một vấn đề nghiêm trọng trong quá trình phát triển của ngành hàng không. Để giải quyết vấn đề này, cần phải thay đổi hình dạng và hình dạng của cánh máy bay (nó trở nên mỏng hơn và xuôi hơn), để làm cho phần trước của thân máy bay nhọn hơn và cung cấp động cơ phản lực cho máy bay. Lần đầu tiên Ch. Yeager vượt tốc độ âm thanh vào năm 1947 trên máy bay X-1 (Mỹ) với động cơ tên lửa đẩy chất lỏng phóng từ máy bay B-29. Tại Nga, OV Sokolovsky là người đầu tiên vượt qua được rào cản âm thanh vào năm 1948 trên chiếc máy bay La-176 thử nghiệm với một động cơ tuốc bin phản lực.
Bách khoa toàn thư "Kỹ thuật học". - M .: Rosman. 2006 .
Rào cản âm thanh
tăng mạnh lực cản của một máy bay khí động học ở số chuyến bay Mach M (∞), vượt quá số tới hạn M * một chút. Nguyên nhân là tại các số M (∞)> M * xảy ra, kèm theo sự xuất hiện của lực cản sóng. Hệ số cản sóng của máy bay tăng rất nhanh khi số lượng M tăng lên, bắt đầu từ M (∞) = M *.
Tính sẵn có của Z. b. khiến nó khó đạt được tốc độ bay bằng tốc độ âm thanh, và sau đó sẽ chuyển sang bay siêu thanh. Vì vậy, hóa ra là cần thiết phải tạo ra máy bay có cánh xuôi mỏng, giúp giảm đáng kể lực cản và động cơ phản lực, trong đó lực đẩy tăng khi tốc độ tăng.
Ở Liên Xô, tốc độ bằng tốc độ âm thanh lần đầu tiên đạt được trên máy bay La-176 vào năm 1948.
Hàng không: Bách khoa toàn thư. - M .: Bách khoa toàn thư lớn của Nga. Tổng biên tập G.P. Svishchev. 1994 .
Xem "rào cản âm thanh" là gì trong các từ điển khác:
Rào cản - giảm giá tất cả các công việc Rào cản trong danh mục Nhà và nhà nhỏ
Rào cản âm thanh trong khí động học là tên gọi của một số hiện tượng đi kèm với chuyển động của máy bay (ví dụ, máy bay siêu thanh, tên lửa) ở tốc độ gần bằng hoặc vượt tốc độ âm thanh. Nội dung 1 Shockwave, ... ... Wikipedia
RÀO CẢN ÂM THANH, nguyên nhân gây ra khó khăn trong ngành hàng không với sự gia tăng tốc độ bay trên tốc độ âm thanh (SUPERSONIC SPEED). Đang đạt tới tốc độ âm thanh, máy bay trải qua sự gia tăng bất ngờ về lực cản và mất TĂNG khí động học ... ... Từ điển bách khoa khoa học và kỹ thuật
rào cản âm thanh- garso barjeras statusas T sitis fizika atitikmenys: angl. rào cản âm thanh; cản âm vok. Schallbarriere, f; Schallmauer, f rus. rào cản âm thanh, m pranc. barrière sonique, f; frontière sonique, f; Mur de son, m ... Fizikos terminų žodynas
rào cản âm thanh- garso barjeras statusas T s viêm Energetika apibrėžtis Staigus aerodinaminio pasipriešinimo padidėjimas, kai orlaivio viêm mỡ tampa garso greičiu (viršijama kritinė Macho skaičiaus vertė). Aiškinamas bangų krize dėl staiga padidėjusio ... ... Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės koskos ga cuốių žodynas
Lực cản khí động học tăng mạnh khi tốc độ bay của máy bay tiếp cận với tốc độ âm thanh (vượt quá giá trị Mach tới hạn của số chuyến bay). Nó được giải thích bởi một cuộc khủng hoảng sóng, kèm theo sự gia tăng sức cản của sóng. Vượt qua 3. ... ... Từ điển Bách khoa Bách khoa Lớn
Rào cản âm thanh- sự gia tăng đáng kể lực cản của không khí đối với chuyển động của máy bay lúc. tiệm cận với tốc độ gần bằng tốc độ truyền âm. Vượt qua 3. b. trở nên khả thi do sự cải tiến của các hình thức khí động học của máy bay và việc sử dụng ... ... Từ điển thuật ngữ quân sự
rào cản âm thanh- rào cản âm thanh - sự gia tăng mạnh sức cản của máy bay khí động học ở số chuyến bay Mach M∞, vượt quá con số tới hạn M * một chút. Lý do là vì số M∞> Bách khoa toàn thư "Hàng không"
rào cản âm thanh- rào cản âm thanh - sự gia tăng mạnh sức cản của máy bay khí động học ở số chuyến bay Mach M∞, vượt quá con số tới hạn M * một chút. Lý do là đối với các số M∞> M *, một cuộc khủng hoảng sóng xảy ra, ... ... Bách khoa toàn thư "Hàng không"
- (Tiền đồn barriere của Pháp). 1) cổng trong pháo đài. 2) trong đấu trường và rạp xiếc, một hàng rào, một khúc gỗ, một cây cột để ngựa nhảy qua. 3) một dấu hiệu mà các võ sĩ đạt được trong một cuộc đấu tay đôi. 4) lan can, mạng tinh thể. Từ điển từ nước ngoài có trong ... ... Từ điển các từ nước ngoài của tiếng Nga
BARRIER, ah, chồng. 1. Vật cản (loại tường, xà ngang), đặt cản đường (khi đua, chạy). Lấy b. (vượt qua nó). 2. Hàng rào, hàng rào. B. ô, ban công. 3. chuyển nhượng. Chướng ngại vật, chướng ngại vật for which n. Dòng sông tự nhiên b. vì… … Từ điển giải thích của Ozhegov
Sách
- Vegas: A True Story (DVD), Naderi Amir. Một số người tìm kiếm "Giấc mơ Mỹ" ở những nơi kỳ lạ nhất ... Từng có thời Eddie Parker và vợ Tracy là những con bạc ham chơi, điều này không có gì đáng ngạc nhiên: họ sống ở Las Vegas, nơi mọi người chơi ...
Chúng ta tưởng tượng điều gì khi nghe thấy cụm từ "rào cản âm thanh"? Một giới hạn nhất định và có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến thính giác và sức khỏe. Thông thường, rào cản âm thanh có liên quan đến việc chinh phục không phận và
Vượt qua trở ngại này có thể kích thích sự phát triển của các bệnh mãn tính, hội chứng đau và phản ứng dị ứng. Những niềm tin này là đúng hay chúng là những khuôn mẫu đã được thiết lập? Chúng có thực tế không? Rào cản âm thanh là gì? Làm thế nào và tại sao nó phát sinh? Tất cả điều này và một số sắc thái bổ sung, cũng như các sự kiện lịch sử liên quan đến khái niệm này, chúng tôi sẽ cố gắng tìm hiểu trong bài viết này.
Khoa học bí ẩn này là khí động học
Trong khoa học khí động học, được thiết kế để giải thích các hiện tượng đi kèm với chuyển động
máy bay, có khái niệm "rào cản âm thanh". Đây là một loạt các hiện tượng xảy ra khi máy bay hoặc tên lửa siêu thanh di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ âm thanh hoặc lớn hơn.
Sóng xung kích là gì?
Trong quá trình dòng chảy siêu âm xung quanh xe, một sóng xung kích phát sinh trong đường hầm gió. Dấu vết của nó có thể được nhìn thấy ngay cả bằng mắt thường. Trên mặt đất, chúng được hiển thị bằng một đường màu vàng. Bên ngoài hình nón sóng xung kích, phía trước vạch vàng, trên mặt đất thậm chí không có nghe thấy tiếng máy bay. Ở tốc độ vượt quá tốc độ âm thanh, các vật thể phải chịu một luồng âm thanh xung quanh chúng, kéo theo một sóng xung kích. Cô ấy có thể không đơn độc, tùy thuộc vào hình dạng của cơ thể.
Biến đổi sóng xung kích
Mặt trước của sóng xung kích, đôi khi được gọi là sóng xung kích, có độ dày khá nhỏ, tuy nhiên, nó có thể theo dõi những thay đổi đột ngột trong các đặc tính của dòng chảy, sự giảm vận tốc của nó so với cơ thể và tăng áp suất và nhiệt độ của chất khí trong dòng chảy. Trong trường hợp này, động năng được biến đổi một phần thành nội năng của chất khí. Số lượng của những thay đổi này trực tiếp phụ thuộc vào tốc độ của dòng siêu âm. Khi sóng xung kích di chuyển ra khỏi thiết bị, áp suất giảm và sóng xung kích được chuyển thành âm thanh. Cô ấy có thể tiếp cận một người quan sát bên ngoài, người nghe thấy một âm thanh đặc biệt giống như một vụ nổ. Có ý kiến cho rằng điều này cho thấy phương tiện đã đạt tốc độ âm thanh khi máy bay rời vật cản âm thanh phía sau.
Điều gì đang thực sự xảy ra?
Cái gọi là thời điểm phá vỡ rào cản âm thanh trong thực tế là sự đi qua của một làn sóng xung kích với tiếng ầm ầm ngày càng tăng của động cơ máy bay. Bây giờ bộ máy đi trước âm thanh đi kèm, vì vậy tiếng ồn của động cơ sẽ được nghe thấy sau nó. Việc tiếp cận tốc độ với tốc độ âm thanh đã trở nên khả thi trong Chiến tranh thế giới thứ hai, nhưng đồng thời, các phi công cũng ghi nhận những tín hiệu đáng báo động trong hoạt động của máy bay.
Sau khi chiến tranh kết thúc, nhiều nhà thiết kế và phi công máy bay đã tìm cách đạt được tốc độ âm thanh và vượt qua rào cản âm thanh, nhưng nhiều nỗ lực trong số đó đã kết thúc một cách bi thảm. Các nhà khoa học bi quan cho rằng không thể vượt quá giới hạn này. Không có nghĩa là thực nghiệm, mà là khoa học, người ta có thể giải thích bản chất của khái niệm "rào cản âm thanh" và tìm cách khắc phục nó.
Có thể thực hiện các chuyến bay an toàn ở tốc độ siêu thanh và siêu âm khi tránh được khủng hoảng sóng, sự cố xảy ra phụ thuộc vào các thông số khí động học của máy bay và độ cao của chuyến bay đang thực hiện. Việc chuyển đổi từ mức tốc độ này sang mức tốc độ khác phải được thực hiện càng nhanh càng tốt với việc sử dụng bộ đốt sau, điều này sẽ giúp tránh một chuyến bay dài trong vùng khủng hoảng sóng. Khủng hoảng sóng như một khái niệm đến từ vận tải thủy. Nó phát sinh tại thời điểm chuyển động của những con tàu với tốc độ gần bằng tốc độ của sóng trên mặt nước. Gặp phải khủng hoảng sóng kéo theo khó khăn trong việc tăng tốc độ, và nếu việc vượt qua khủng hoảng sóng càng đơn giản càng tốt thì bạn có thể vào chế độ bào hoặc trượt trên mặt nước.
Lịch sử điều khiển máy bay
Người đầu tiên đạt tốc độ bay siêu âm trong một chiếc máy bay thử nghiệm là phi công người Mỹ Chuck Yeager. Thành tích của ông được lịch sử ghi nhận vào ngày 14/10/1947. Trên lãnh thổ của Liên Xô, rào cản âm thanh đã được vượt qua vào ngày 26 tháng 12 năm 1948 bởi Sokolovsky và Fedorov, những người đang lái máy bay chiến đấu giàu kinh nghiệm.
Của dân thường, tàu chở khách Douglas DC-8 đã phá vỡ rào cản âm thanh, vào ngày 21 tháng 8 năm 1961, nó đạt tốc độ 1.012 M, hay 1262 km / h. Chuyến bay nhằm thu thập dữ liệu cho việc thiết kế cánh máy bay. Trong số các máy bay, kỷ lục thế giới được thiết lập bởi một tên lửa không đối đất siêu âm, đang phục vụ cho quân đội Nga. Ở độ cao 31,2 km, tên lửa đạt tốc độ 6389 km / h.
50 năm sau khi phá vỡ rào cản âm thanh trong không khí, người Anh Andy Green đã lập được thành tích tương tự trên một chiếc ô tô. Khi rơi tự do, Joe Kittinger người Mỹ đã cố gắng phá kỷ lục, người đã chinh phục độ cao 31,5 km. Hôm nay, ngày 14 tháng 10 năm 2012, Felix Baumgartner đã lập kỷ lục thế giới mà không cần sự hỗ trợ của phương tiện giao thông, khi rơi tự do từ độ cao 39 km, phá vỡ rào cản âm thanh. Đồng thời, tốc độ của nó đạt 1342,8 km / h.
Sự phá vỡ rào cản âm thanh bất thường nhất
Nghĩ thì thật kỳ lạ, nhưng phát minh đầu tiên trên thế giới để vượt qua giới hạn này là một chiếc roi thông thường, được người Trung Quốc cổ đại phát minh ra cách đây gần 7 nghìn năm. Hầu như cho đến khi phát minh ra tính năng chụp ảnh lấy liền vào năm 1927, không ai nghi ngờ rằng cú đánh của roi là một sự bùng nổ âm thanh thu nhỏ. Một cú xoay mạnh tạo thành một vòng và tốc độ tăng mạnh, được xác nhận bằng một cú nhấp chuột. Rào cản âm thanh được vượt qua với tốc độ khoảng 1200 km / h.
Bí ẩn của thành phố ồn ào nhất
Không có gì là không có gì mà cư dân của các thị trấn nhỏ bị sốc khi họ nhìn thấy thủ đô lần đầu tiên. Phương tiện giao thông tràn lan, hàng trăm nhà hàng, trung tâm vui chơi giải trí khiến người dân hoang mang, bất an. Thời điểm bắt đầu mùa xuân ở thủ đô thường là vào tháng 4, chứ không phải là tháng 3 bão tuyết nổi loạn. Vào tháng Tư trời trong xanh, suối chảy róc rách, nụ hoa đua nở. Mọi người, mệt mỏi vì mùa đông dài, mở toang cửa sổ để đón nắng, và tiếng ồn đường phố tràn vào nhà của họ. Ngoài đường, tiếng chim hót chói tai, nghệ sĩ ca hát, học sinh vui nhộn ngâm thơ, chưa kể tiếng ồn ào trong tắc đường và tàu điện ngầm. Nhân viên của bộ phận vệ sinh lưu ý rằng ở thành phố ồn ào trong thời gian dài là không tốt cho sức khỏe. Nền âm thanh của thủ đô bao gồm giao thông,
tiếng ồn hàng không, công nghiệp và sinh hoạt. Tai hại nhất chỉ là tiếng ồn của ô tô, vì máy bay bay đủ cao, và tiếng ồn từ các xí nghiệp hòa tan trong các tòa nhà của họ. Tiếng ồn ào liên tục của ô tô trên các tuyến đường cao tốc đặc biệt đông đúc làm tăng gấp đôi tất cả các chỉ tiêu cho phép. Làm thế nào để vượt qua rào cản âm thanh ở thủ đô? Mátxcơva nguy hiểm với vô số âm thanh, vì vậy người dân thủ đô lắp đặt cửa sổ lắp kính hai lớp để giảm bớt tiếng ồn.
Làm thế nào để làm tan băng cản âm thanh được thực hiện?
Cho đến năm 1947, không có dữ liệu thực tế nào về sức khỏe của một người trong buồng lái của một chiếc máy bay bay nhanh hơn âm thanh. Hóa ra, việc phá vỡ rào cản âm thanh đòi hỏi sức mạnh và lòng dũng cảm nhất định. Trong suốt chuyến bay, rõ ràng là không có gì đảm bảo cho sự sống sót. Ngay cả một phi công chuyên nghiệp cũng không thể nói chắc chắn liệu cấu trúc của một chiếc máy bay có chịu được sự tấn công của các yếu tố hay không. Trong vài phút, chiếc máy bay có thể rơi xuống một cách đơn giản. Việc này được giải thích như thế nào? Cần lưu ý rằng chuyển động với tốc độ cận âm tạo ra các sóng âm thanh tán xạ giống như các vòng tròn từ một viên đá rơi. Tốc độ siêu âm kích thích sóng xung kích, và một người đứng trên mặt đất nghe thấy âm thanh giống như một vụ nổ. Nếu không có máy tính mạnh, rất khó để giải quyết những vấn đề phức tạp và phải dựa vào các mô hình thổi trong các đường hầm gió. Đôi khi, với gia tốc máy bay không đủ, sóng xung kích đạt đến sức mạnh đến mức cửa sổ bay ra khỏi các ngôi nhà mà máy bay bay qua. Không phải ai cũng có thể vượt qua được rào cản âm thanh, vì lúc này toàn bộ cấu trúc đang rung chuyển, các bộ phận gắn bộ máy có thể bị hư hại đáng kể. Đây là lý do tại sao sức khỏe tốt và sự ổn định về cảm xúc rất quan trọng đối với các phi công. Nếu chuyến bay suôn sẻ và rào cản âm thanh được vượt qua càng nhanh càng tốt, thì cả phi công và hành khách tiềm năng sẽ không cảm thấy cảm giác đặc biệt khó chịu. Một máy bay nghiên cứu được chế tạo đặc biệt để chinh phục rào cản âm thanh vào tháng 1 năm 1946. Việc chế tạo ra cỗ máy được khởi xướng theo đơn đặt hàng của Bộ Quốc phòng, nhưng thay vì vũ khí, nó được nhồi các thiết bị khoa học giám sát phương thức hoạt động của các cơ chế và thiết bị. Máy bay này giống như một tên lửa hành trình hiện đại với một động cơ tên lửa tích hợp. Máy bay vượt qua hàng rào âm thanh với tốc độ tối đa 2736 km / h.
Tượng đài bằng lời nói và vật chất cho sự chinh phục tốc độ âm thanh
Những tiến bộ trong việc phá vỡ rào cản âm thanh vẫn được đánh giá cao cho đến ngày nay. Vì vậy, chiếc máy bay mà Chuck Yeager đã vượt qua nó lần đầu tiên, hiện đang được trưng bày tại Bảo tàng Hàng không và Vũ trụ Quốc gia, đặt tại Washington. Nhưng các thông số kỹ thuật của phát minh con người này sẽ chẳng có giá trị gì nếu không có công của chính người phi công. Chuck Yeager đã học qua trường dạy bay và chiến đấu ở Châu Âu, sau đó anh trở về Anh. Việc đình chỉ các chuyến bay một cách bất công không làm mất đi tinh thần của Yeager, và ông đã đạt được sự tiếp đón từ Tổng tư lệnh quân đội châu Âu. Trong những năm còn lại cho đến khi chiến tranh kết thúc, Yeager đã tham gia 64 lần xuất kích, trong đó ông đã bắn rơi 13 máy bay. Chuck Yeager trở về quê hương với quân hàm đại úy. Những đặc điểm của anh ấy cho thấy trực giác phi thường, sự điềm tĩnh và sức chịu đựng đáng kinh ngạc trong những tình huống nguy cấp. Trong nhiều lần, Yeager đã lập kỷ lục trên chiếc máy bay của mình. Sự nghiệp xa hơn của ông là trong Lực lượng Không quân, nơi ông thực hiện khóa đào tạo phi công. Lần cuối cùng Chuck Yeager phá vỡ rào cản âm thanh là năm 74 tuổi, rơi vào dịp kỷ niệm 50 năm lịch sử bay của ông và vào năm 1997.
Nhiệm vụ phức tạp của nhà thiết kế máy bay
Máy bay MiG-15 nổi tiếng thế giới bắt đầu được tạo ra vào thời điểm các nhà phát triển nhận ra rằng không thể chỉ dựa vào việc vượt qua rào cản âm thanh mà phải giải quyết các vấn đề kỹ thuật phức tạp. Kết quả là, một cỗ máy đã được tạo ra thành công đến mức những sửa đổi của nó đã được các quốc gia khác nhau áp dụng. Một số phòng thiết kế khác nhau đã tham gia vào một loại cuộc thi, trong đó giải thưởng là bằng sáng chế cho chiếc máy bay hoạt động và thành công nhất. Máy bay cánh đuôi được phát triển, đó là một cuộc cách mạng trong thiết kế của chúng. Bộ máy lý tưởng sẽ mạnh mẽ, nhanh chóng và có khả năng chống lại mọi tác hại bên ngoài một cách đáng kinh ngạc. Cánh quét của máy bay trở thành một yếu tố giúp chúng tăng gấp ba lần tốc độ âm thanh. Sau đó, nó tiếp tục phát triển, điều này được giải thích là do công suất động cơ tăng lên, sử dụng các vật liệu cải tiến và tối ưu hóa các thông số khí động học. Vượt qua rào cản âm thanh đã trở nên khả thi và thực tế ngay cả đối với những người không chuyên nghiệp, nhưng nó không trở nên ít nguy hiểm hơn vì điều này, vì vậy bất kỳ thái độ nào cũng nên đánh giá hợp lý điểm mạnh của họ trước khi quyết định thử nghiệm như vậy.
