Čo počuje pilot pri nadzvukovej rýchlosti? Prelomenie zvukovej bariéry

(niekedy aj viac ako jeden, v závislosti od tvaru tela). Fotografia vľavo ukazuje rázové vlny vytvorené na špičke trupu modelu, na nábežnej a odtokovej hrane krídla a na zadnom konci modelu.

Na čele rázovej vlny (niekedy nazývanej aj rázová vlna), ktorá má veľmi malú hrúbku (zlomky milimetra), dochádza takmer náhle ku kardinálnym zmenám vlastností prúdenia – jeho rýchlosť voči telu klesá a stáva sa podzvukovou, tlak v prúde a teplota plynu sa prudko zvýšia. Časť kinetickej energie prúdu sa premení na vnútornú energiu plynu. Všetky tieto zmeny sú tým väčšie, čím vyššia je rýchlosť nadzvukového prúdenia. Pri hypersonických rýchlostiach (Machovo číslo = 5 a vyššie) dosahuje teplota plynu niekoľko tisíc Kelvinov, čo spôsobuje vážne problémy vozidlám pohybujúcim sa takouto rýchlosťou (napríklad raketoplán Columbia skolaboval 1. februára 2003 v dôsledku poškodenia tepelnej ochrany škrupina, ktorá sa vyskytla počas letu).

Čelo rázovej vlny, keď sa vzďaľuje od aparatúry, postupne nadobúda takmer pravidelný kužeľovitý tvar, s rastúcou vzdialenosťou od vrcholu kužeľa pokles tlaku na nej klesá a rázová vlna sa mení na zvukovú vlnu. Uhol medzi osou a tvoriacou čiarou kužeľa α (\displaystyle \alpha ) súvisí s Machovým číslom vzťahom

sin ⁡ α = 1 M . (\displaystyle \sin \alpha =(\frac (1)(M)).)

Keď sa táto vlna dostane k pozorovateľovi nachádzajúcemu sa napríklad na Zemi, počuje hlasný zvuk, podobný výbuchu. Bežnou mylnou predstavou je, že ide o dôsledok toho, že lietadlo dosiahne rýchlosť zvuku alebo „prelomí zvukovú bariéru“. V skutočnosti v tomto momente prechádza okolo pozorovateľa rázová vlna, ktorá neustále sprevádza lietadlo pohybujúce sa nadzvukovou rýchlosťou. Zvyčajne ihneď po „puknutí“ môže pozorovateľ počuť bzučanie motorov lietadla, ktoré nie je počuť, kým neprejde rázová vlna, pretože lietadlo sa pohybuje rýchlejšie ako zvuky, ktoré vydáva. K veľmi podobnému pozorovaniu dochádza pri podzvukovom lete – lietadlo letiace nad pozorovateľom vo veľkej výške (viac ako 1 km) nie je počuť, respektíve ho počujeme s oneskorením: smer k zdroju zvuku sa nezhoduje so smerom do viditeľného lietadla pre pozorovateľa zo zeme.

Podobný jav možno pozorovať aj pri delostreleckej paľbe: pozorovateľ niekoľko kilometrov pred zbraňou môže najskôr vidieť záblesk výstrelu a po chvíli počuť „hrom“ letiaceho granátu (a niekoľko sekúnd potom hluk, ktorý vytvára).

Vlnová kríza

Vlnová kríza je zmena charakteru prúdenia vzduchu okolo lietadla, keď sa rýchlosť letu približuje k rýchlosti zvuku, sprevádzaná spravidla zhoršením aerodynamických charakteristík lietadla - zvýšením odporu vzduchu, znížením zdvih, výskyt vibrácií atď.

Už počas druhej svetovej vojny sa rýchlosť stíhačiek začala približovať rýchlosti zvuku. Zároveň začali piloti občas pozorovať, v tej dobe nepochopiteľné a hrozivé javy vyskytujúce sa na ich strojoch pri lietaní maximálnymi rýchlosťami. Zachovala sa emotívna správa od pilota amerického letectva jeho veliteľovi generálovi Arnoldovi:

Pane, naše lietadlá sú už veľmi prísne. Ak sa objavia autá s ešte vyššími rýchlosťami, nebudeme s nimi môcť lietať. Minulý týždeň som zložil Me-109 v mojom Mustangu. Moje lietadlo sa triaslo ako pneumatické kladivo a prestalo poslúchať kormidlá. Nemohol som ho dostať z ponoru. Len tristo metrov od zeme som mal problém vyrovnať auto...

Po vojne, keď sa mnoho leteckých konštruktérov a testovacích pilotov vytrvalo pokúšalo dosiahnuť psychologicky významnú hranicu - rýchlosť zvuku, sa tieto podivné javy stali normou a mnohé z týchto pokusov skončili tragicky. Vznikol tak mystický výraz „zvuková bariéra“ (franc. mur du son, nem. Schallmauer – zvuková stena). Pesimisti tvrdili, že túto hranicu nemožno prekročiť, hoci nadšenci, ktorí riskujú svoje životy, sa o to opakovane pokúšali. Rozvoj vedeckých myšlienok o pohybe nadzvukového plynu umožnil nielen vysvetliť povahu „zvukovej bariéry“, ale aj nájsť prostriedky na jej prekonanie.

Pri podzvukovom prúdení okolo trupu, krídla a chvosta lietadla sa na konvexných úsekoch ich obrysov objavujú zóny lokálneho zrýchlenia prúdenia. Keď sa rýchlosť letu lietadla blíži k rýchlosti zvuku, lokálna rýchlosť pohybu vzduchu v zónach zrýchlenia prúdenia môže mierne prekročiť rýchlosť zvuku (obr. 1a). Po prekročení akceleračnej zóny sa prúdenie spomaľuje s nevyhnutným vytvorením rázovej vlny (toto je vlastnosť nadzvukových tokov: prechod z nadzvukovej na podzvukovú rýchlosť vždy prebieha diskontinuálne - s tvorbou rázovej vlny). Intenzita týchto rázových vĺn je malá - pokles tlaku na ich čele je malý, ale objavujú sa vo veľkom počte naraz, na rôznych miestach povrchu vozidla a spoločne prudko menia charakter prúdenia okolo neho, so zhoršením jeho letových vlastností: vztlak krídla klesá, vzduchové kormidlá a krídelká strácajú účinnosť, vozidlo sa stáva neovládateľné a to všetko je extrémne nestabilné a dochádza k silným vibráciám. Tento jav sa nazýva vlnová kríza. Keď sa rýchlosť vozidla stane nadzvukovou ( > 1), prúdenie sa opäť ustáli, aj keď sa jeho charakter zásadne zmení (obr. 1b).

V prípade krídel s relatívne hrubým profilom sa v podmienkach vlnovej krízy stred tlaku prudko posúva dozadu, v dôsledku čoho sa nos lietadla stáva „ťažším“. Piloti piestových stíhačiek s takýmto krídlom, ktorí sa pokúšali dosiahnuť maximálnu rýchlosť pri ponore z vysokej nadmorskej výšky pri maximálnom výkone, keď sa priblížili k „zvukovej bariére“, sa stali obeťami vlnovej krízy - keď už v nej nebolo možné dostať sa von. ponoru bez zníženia rýchlosti, čo je zase pri ponore veľmi ťažké. Najznámejším prípadom vytiahnutia do strmhlavého letu z horizontálneho letu v histórii domáceho letectva je katastrofa Bachchivandzhi pri testovaní rakety BI-1 pri maximálnej rýchlosti. Najlepšie stíhačky 2. svetovej vojny s rovnými krídlami ako P-51 Mustang alebo Me-109 zažili vlnovú krízu vo veľkej výške pri rýchlostiach 700-750 km/h. Zároveň prúdové lietadlá Messerschmitt Me.262 a Me.163 z rovnakého obdobia disponovali šikmými krídlami, vďaka ktorým bez problémov dosahovali rýchlosť cez 800 km/h. Treba tiež poznamenať, že lietadlo s tradičnou vrtuľou v horizontálnom lete nemôže dosiahnuť rýchlosť blízku rýchlosti zvuku, pretože listy vrtule vstupujú do vlnovej krízovej zóny a strácajú účinnosť oveľa skôr ako lietadlo. Tento problém vedia vyriešiť nadzvukové vrtule so šabľovitými listami, no momentálne sú takéto vrtule príliš technicky zložité a veľmi hlučné, preto sa v praxi nepoužívajú.

Moderné podzvukové lietadlá s cestovnou rýchlosťou letu dosť blízkou rýchlosti zvuku (nad 800 km/h) sú zvyčajne konštruované so šikmými krídlami a tenkými profilovými chvostovými plochami, čo umožňuje posúvať rýchlosť, pri ktorej začína vlnová kríza, smerom k vyšším hodnotám. Nadzvukové lietadlá, ktoré pri naberaní nadzvukovej rýchlosti musia prejsť úsekom vlnovej krízy, majú konštrukčné odlišnosti od podzvukových, spojené jednak s charakteristikami nadzvukového prúdenia vzduchu, jednak s potrebou odolávať zaťaženiam vznikajúcim v podmienkach nadzvukového letu resp. vlnová kríza, najmä - trojuholníkový v pôdoryse krídla s kosoštvorcovým alebo trojuholníkovým profilom.

14. októbra 1947 ľudstvo prekročilo ďalší míľnik. Hranica je celkom objektívna, vyjadrená konkrétnou fyzikálnou veličinou - rýchlosťou zvuku vo vzduchu, ktorá sa v podmienkach zemskej atmosféry pohybuje v závislosti od jej teploty a tlaku v rozmedzí 1100-1200 km/h. Nadzvukovú rýchlosť si podmanil americký pilot Chuck Yeager (Charles Elwood "Chuck" Yeager), mladý veterán 2. svetovej vojny, ktorý mal mimoriadnu odvahu a výbornú fotogenickosť, vďaka ktorej sa okamžite stal populárnym vo svojej domovine, rovnako ako 14 rokov. neskôr Jurij Gagarin.

A prekonať zvukovú bariéru si vyžadovalo naozaj odvahu. Sovietsky pilot Ivan Fedorov, ktorý Yeagerov úspech zopakoval o rok neskôr, v roku 1948, si spomenul na svoje vtedajšie pocity: „Pred letom na prelomenie zvukovej bariéry sa ukázalo, že neexistuje žiadna záruka na prežitie. Nikto prakticky nevedel, čo to je a či dizajn lietadla dokáže odolať prvkom. Ale snažili sme sa na to nemyslieť."

V skutočnosti nebolo úplne jasné, ako sa bude auto správať pri nadzvukovej rýchlosti. Leteckí konštruktéri mali ešte v čerstvej pamäti náhle nešťastie z 30-tych rokov, keď so zvyšovaním rýchlostí lietadla museli urgentne riešiť problém flutteru - samokmitania, ktoré vznikajú ako v tuhých konštrukciách lietadla, tak aj v jeho kožu, roztrhanie lietadla na kusy v priebehu niekoľkých minút. Proces sa vyvíjal ako lavína, rýchlo, piloti nestihli zmeniť letový režim a stroje sa vo vzduchu rozpadli. Matematici a dizajnéri v rôznych krajinách sa pomerne dlho snažili vyriešiť tento problém. Nakoniec teóriu javu vytvoril vtedy mladý ruský matematik Mstislav Vsevolodovič Keldysh (1911–1978), neskorší prezident Akadémie vied ZSSR. Pomocou tejto teórie sa podarilo nájsť spôsob, ako sa nepríjemného javu navždy zbaviť.

Je úplne jasné, že od zvukovej bariéry sa očakávali rovnako nepríjemné prekvapenia. Numerické riešenie zložitých diferenciálnych rovníc aerodynamiky pri absencii výkonných počítačov nebolo možné a človek sa musel spoliehať na „fúkanie“ modelov v aerodynamických tuneloch. Ale z kvalitatívnych úvah bolo jasné, že pri dosiahnutí rýchlosti zvuku sa v blízkosti lietadla objavila rázová vlna. Najzásadnejším momentom je prelomenie zvukovej bariéry, kedy sa rýchlosť lietadla porovnáva s rýchlosťou zvuku. V tomto okamihu sa tlakový rozdiel na rôznych stranách čela vlny rýchlo zvyšuje a ak tento okamih trvá dlhšie ako okamih, lietadlo sa nemôže rozpadnúť horšie ako flutter. Niekedy pri prelomení zvukovej bariéry s nedostatočným zrýchlením nárazová vlna vytvorená lietadlom dokonca vyrazí sklá z okien domov na zemi pod ním.

Pomer rýchlosti lietadla k rýchlosti zvuku sa nazýva Machovo číslo (pomenované podľa slávneho nemeckého mechanika a filozofa Ernsta Macha). Pri prejazde zvukovej bariéry sa pilotovi zdá, že číslo M skokovo preskočí jedničku: Chuck Yeager videl, ako ručička rýchlomera vyskočila z 0,98 na 1,02, po čom bolo v kokpite skutočne „božské“ ticho, zdanlivý: len hladina Zvukový tlak v kabíne lietadla niekoľkokrát klesne. Tento moment „očistenia od zvuku“ je veľmi zákerný, stál život mnohých testerov. Ale nehrozilo, že by sa jeho lietadlo X-1 rozpadlo.

X-1, vyrobený spoločnosťou Bell Aircraft v januári 1946, bolo čisto výskumné lietadlo určené na prelomenie zvukovej bariéry a nič viac. Napriek tomu, že si vozidlo objednalo ministerstvo obrany, namiesto zbraní doň napchalo vedecké vybavenie, ktoré monitoruje prevádzkové režimy komponentov, prístrojov a mechanizmov. X-1 bola ako moderná riadená strela. Mal jeden raketový motor Reaction Motors s ťahom 2722 kg. Maximálna vzletová hmotnosť 6078 kg. Dĺžka 9,45 m, výška 3,3 m, rozpätie krídel 8,53 m Maximálna rýchlosť vo výške 18290 m 2736 km/h. Vozidlo odštartovalo zo strategického bombardéra B-29 a pristálo na oceľových „lyžiach“ na suchom slanom jazere.

Nemenej pôsobivé sú aj „taktické a technické parametre“ jeho pilota. Chuck Yeager sa narodil 13. februára 1923. Po škole som išiel do leteckej školy a po jej skončení som išiel bojovať do Európy. Zostrelil jeden Messerschmitt-109. Sám bol zostrelený na oblohe vo Francúzsku, ale zachránili ho partizáni. Akoby sa nič nestalo, vrátil sa na svoju základňu v Anglicku. Bdelá kontrarozviedka však neveriac v zázračné vyslobodenie zo zajatia pilota odstavila z lietania a poslala ho do tyla. Ambiciózny Yeager dosiahol prijatie u hlavného veliteľa spojeneckých síl v Európe generála Eisenhowera, ktorý Yeagerovi veril. A nemýlil sa - za šesť mesiacov zostávajúcich do konca vojny vykonal 64 bojových misií, zostrelil 13 nepriateľských lietadiel, 4 v jednej bitke. A vrátil sa do svojej vlasti s hodnosťou kapitána s vynikajúcou dokumentáciou, v ktorej sa uvádzalo, že má fenomenálnu leteckú intuíciu, neuveriteľný pokoj a úžasnú vytrvalosť v akejkoľvek kritickej situácii. Vďaka tejto vlastnosti bol zaradený do tímu nadzvukových testerov, ktorých vyberali a trénovali rovnako starostlivo ako neskorší astronauti.

Yeager premenoval X-1 na „Glamorous Glennis“ na počesť svojej manželky a vytvoril s ním rekordy viac ako raz. Koncom októbra 1947 padol doterajší výškový rekord 21 372 m. V decembri 1953 nová modifikácia stroja X-1A dosiahla rýchlosť 2,35 M a takmer 2800 km/h a o šesť mesiacov neskôr vzrástla do výšky 27 430 m. A pred Okrem toho prebehli skúšky množstva stíhačiek spustených do série a testovanie nášho MiGu-15, ukoristeného a prepraveného do Ameriky počas kórejskej vojny. Yeager následne velil rôznym testovacím jednotkám vzdušných síl v Spojených štátoch a na amerických základniach v Európe a Ázii, zúčastnil sa bojových operácií vo Vietname a cvičil pilotov. Vo februári 1975 odišiel do dôchodku v hodnosti brigádneho generála, pričom počas statočnej služby nalietal 10-tisíc hodín, otestoval 180 rôznych nadzvukových modelov a nazbieral unikátnu zbierku rádov a medailí. V polovici 80. rokov bol natočený film podľa životopisu odvážneho chlapíka, ktorý ako prvý na svete pokoril zvukovú bariéru, a potom sa Chuck Yeager nestal ani hrdinom, ale národnou relikviou. Na F-16 naposledy letel 14. októbra 1997, čím prelomil zvukovú bariéru pri päťdesiatom výročí svojho historického letu. Yeager mal vtedy 74 rokov. Vo všeobecnosti, ako povedal básnik, by sa z týchto ľudí mali robiť klince.

Na druhej strane oceánu je veľa takýchto ľudí Sovietski dizajnéri sa začali pokúšať dobyť zvukovú bariéru v rovnakom čase ako americkí. Pre nich to však nebol samoúčelný, ale úplne pragmatický čin. Ak bol X-1 čisto výskumným strojom, tak u nás bola zvuková bariéra búraná na prototypoch stíhačiek, ktoré mali byť uvedené do série na vybavenie jednotiek letectva.

Súťaže sa zúčastnilo niekoľko dizajnérskych kancelárií: Lavočkin Design Bureau, Mikoyan Design Bureau a Yakovlev Design Bureau, ktoré súčasne vyvíjali lietadlo so šikmými krídlami, čo bolo vtedy revolučné konštrukčné riešenie. Do nadzvukového cieľa sa dostali v tomto poradí: La-176 (1948), MiG-15 (1949), Jak-50 (1950). Tam sa však problém vyriešil v pomerne zložitom kontexte: vojenské vozidlo musí mať nielen vysokú rýchlosť, ale aj mnoho ďalších vlastností - manévrovateľnosť, schopnosť prežitia, minimálny čas predletovej prípravy, výkonné zbrane, pôsobivú muníciu atď. a tak ďalej. Treba tiež poznamenať, že v sovietskych časoch boli rozhodnutia štátnych akceptačných komisií často ovplyvnené nielen objektívnymi faktormi, ale aj subjektívnymi faktormi spojenými s politickými manévrami developerov. Celá táto séria okolností viedla k vypusteniu stíhačky MiG-15, ktorá sa v miestnych arénach vojenských operácií v 50. rokoch dobre darila. Práve toto auto, zachytené v Kórei, ako už bolo spomenuté vyššie, Chuck Yeager „jazdil okolo“.

La-176 použil v tom čase rekordný pohyb krídla, rovný 45 stupňom. Prúdový motor VK-1 poskytoval ťah 2700 kg. Dĺžka 10,97 m, rozpätie krídel 8,59 m, plocha krídla 18,26 m2. Vzletová hmotnosť 4636 kg. Strop 15 000 m. Dosah letu 1000 km. Výzbroj jedného 37 mm kanónu a dvoch 23 mm. Auto bolo hotové na jeseň 1948 a v decembri začali jeho letové skúšky na Kryme na vojenskom letisku pri meste Saki. Medzi tými, ktorí viedli testy, bol budúci akademik Vladimir Vasiljevič Struminsky (1914–1998), pilotmi experimentálneho lietadla boli kapitán Oleg Sokolovskij a plukovník Ivan Fedorov, ktorý neskôr získal titul Hrdina Sovietskeho zväzu. Sokolovsky absurdnou nehodou zomrel počas štvrtého letu, keď zabudol zavrieť kryt kabíny.

Plukovník Ivan Fedorov prelomil 26. decembra 1948 zvukovú bariéru. Keď sa zdvihol do výšky 10 000 metrov, otočil riadiacu páku od seba a začal zrýchľovať v skoku. "Zrýchľujem svoju 176 z veľkej výšky," pripomenul pilot. Ozve sa únavné tiché pískanie. Zvyšujúcou sa rýchlosťou sa lietadlo rúti smerom k zemi. Na stupnici rýchlomera sa ručička pohybuje z trojciferných čísel na štvorciferné. Lietadlo sa trasie ako v horúčke. A zrazu ticho! Zvuková bariéra bola odobratá. Následné dekódovanie oscilogramov ukázalo, že číslo M prekročilo jednu. Stalo sa tak vo výške 7000 metrov, kde bola zaznamenaná rýchlosť 1,02 M.

Následne sa rýchlosť pilotovaných lietadiel naďalej neustále zvyšovala vďaka zvyšovaniu výkonu motora, použitiu nových materiálov a optimalizácii aerodynamických parametrov. Tento proces však nie je neobmedzený. Na jednej strane je brzdený úvahami o racionalite, keď sa berie do úvahy spotreba paliva, náklady na vývoj, bezpečnosť letu a iné, nie nečinné úvahy. A dokonca aj vo vojenskom letectve, kde peniaze a bezpečnosť pilotov nie sú také významné, sú rýchlosti „najrýchlejších“ strojov v rozsahu od 1,5 M do 3 M. Zdá sa, že viac nie je potrebné. (Rýchlostný rekord pilotovaných lietadiel s prúdovými motormi patrí americkému prieskumnému lietadlu SR-71 a je 3,2 M.)

Na druhej strane je tu neprekonateľná tepelná bariéra: pri určitej rýchlosti dochádza k zahrievaniu karosérie trením vzduchom tak rýchlo, že nie je možné odobrať teplo z jej povrchu. Výpočty ukazujú, že pri normálnom tlaku by k tomu malo dôjsť pri rýchlosti rádovo 10 Machov.

Napriek tomu bola hranica 10M stále dosiahnutá na tom istom cvičisku Edwards. Stalo sa tak v roku 2005. Držiteľom rekordu sa stalo bezpilotné raketové lietadlo X-43A, vyrobené v rámci 7-ročného ambiciózneho programu Hiper-X na vývoj nového typu technológie, ktorá má radikálne zmeniť tvár budúcej raketovej a vesmírnej techniky. Jeho cena je 230 miliónov dolárov.Rekord bol stanovený v nadmorskej výške 33-tisíc metrov. Dron využíva nový systém zrýchlenia. Najprv sa odpáli tradičná raketa na tuhé palivo, pomocou ktorej X-43A dosiahne rýchlosť 7 Mach, a potom sa zapne nový typ motora - hypersonický náporový motor (scramjet, resp. scramjet), v r. ktorý sa ako okysličovadlo používa obyčajný atmosférický vzduch a ako okysličovadlo plynné palivo.vodík (celkom klasická schéma nekontrolovaného výbuchu).

V súlade s programom boli vyrobené tri bezpilotné modely, ktoré sa po splnení úlohy utopili v oceáne. Ďalšia fáza zahŕňa vytvorenie vozidiel s ľudskou posádkou. Po ich otestovaní sa získané výsledky zohľadnia pri vytváraní širokej škály „užitočných“ zariadení. Okrem lietadiel vzniknú pre potreby NASA aj hypersonické vojenské vozidlá – bombardéry, prieskumné lietadlá a dopravné lietadlá. Boeing, ktorý sa podieľa na programe Hiper-X, plánuje do rokov 2030-2040 vytvoriť hypersonické dopravné lietadlo pre 250 cestujúcich. Je úplne jasné, že tam nebudú okná, ktoré pri takých rýchlostiach rozbíjajú aerodynamiku a nevydržia tepelné zahrievanie. Namiesto okienok sú obrazovky s videozáznamami prechádzajúcich oblakov.

Niet pochýb o tom, že tento druh dopravy bude žiadaný, keďže čím ďalej, tým je čas drahší, čím viac emócií, zarobených dolárov a iných súčastí moderného života sa zmestí do jednotky času. V tomto ohľade niet pochýb o tom, že jedného dňa sa ľudia zmenia na jednodňové motýle: jeden deň bude rovnako bohatý na udalosti ako celý súčasný (alebo skôr včerajší) ľudský život. A dá sa predpokladať, že niekto alebo niečo implementuje program Hiper-X vo vzťahu k ľudstvu.

Prekonali zvukovú bariéru :-)...

Predtým, ako sa pustíme do témy, vnesme trochu jasnosti do otázky presnosti pojmov (čo sa mi páči :-)). V súčasnosti sa pomerne široko používajú dva pojmy: zvuková bariéra A nadzvuková bariéra. Znejú podobne, no stále nie rovnako. Nemá však zmysel byť obzvlášť prísny: v podstate ide o jednu a tú istú vec. Definíciu zvukovej bariéry najčastejšie používajú ľudia znalejší a bližšie k letectvu. A druhá definícia je zvyčajne každý iný.

Myslím, že z hľadiska fyziky (a ruského jazyka :-)) je správnejšie povedať zvuková bariéra. Je tu jednoduchá logika. Koniec koncov, existuje koncept rýchlosti zvuku, ale prísne vzaté, neexistuje žiadny pevný koncept nadzvukovej rýchlosti. Keď sa pozriem trochu dopredu, poviem, že keď lietadlo letí nadzvukovou rýchlosťou, túto bariéru už prekonalo, a keď ju minie (prekoná), potom prekročí určitú prahovú hodnotu rýchlosti rovnajúcu sa rýchlosti zvuku (a nie nadzvukový).

Niečo také:-). Okrem toho sa prvý koncept používa oveľa menej často ako druhý. Je to zrejme preto, že slovo nadzvuk znie exotickejšie a atraktívnejšie. A v nadzvukovom lete je exotika určite prítomná a, prirodzene, mnohých láka. Avšak nie všetci ľudia, ktorí majú radi slová „ nadzvuková bariéra„V skutočnosti rozumejú, čo to je. Už som sa o tom viackrát presvedčil, pozerajúc fóra, čítanie článkov, dokonca aj sledovanie televízie.

Táto otázka je v skutočnosti z fyzikálneho hľadiska dosť zložitá. Ale, samozrejme, nebudeme sa obťažovať zložitosťou. Pokúsime sa, ako obvykle, objasniť situáciu pomocou princípu „vysvetlenia aerodynamiky na prstoch“ :-).

Takže do bariéry (zvuku :-))!... Lietadlo počas letu, pôsobiace na také elastické médium, akým je vzduch, sa stáva silným zdrojom zvukových vĺn. Myslím, že každý vie, čo sú zvukové vlny vo vzduchu :-).

Zvukové vlny (ladička).

Ide o striedanie oblastí kompresie a riedenia, ktoré sa šíria rôznymi smermi od zdroja zvuku. Niečo ako kruhy na vode, čo sú tiež vlny (len nie zvukové :-)). Práve tieto oblasti, pôsobiace na bubienok ucha, nám umožňujú počuť všetky zvuky tohto sveta, od ľudského šepotu až po hukot prúdových motorov.

Príklad zvukových vĺn.

Miestami šírenia zvukových vĺn môžu byť rôzne komponenty lietadla. Napríklad motor (jeho zvuk pozná každý :-)) alebo časti tela (napríklad prova), ktoré pri pohybe stláčajú vzduch pred sebou a vytvárajú určitý druh tlaku ( kompresia) vlna prebiehajúca dopredu.

Všetky tieto zvukové vlny sa šíria vzduchom nám už známou rýchlosťou zvuku. To znamená, že ak je lietadlo podzvukové a dokonca letí nízkou rýchlosťou, zdá sa, že pred ním utekajú. Výsledkom je, že keď sa takéto lietadlo priblíži, najskôr počujeme jeho zvuk a potom samo preletí.

Urobím však výhradu, že je to pravda, ak lietadlo neletí príliš vysoko. Veď rýchlosť zvuku nie je rýchlosť svetla :-). Jeho veľkosť nie je taká veľká a zvukové vlny potrebujú čas, aby sa dostali k poslucháčovi. Preto sa poradie vzhľadu zvuku pre poslucháča a lietadlo, ak letí vo veľkej výške, môže zmeniť.

A keďže zvuk nie je taký rýchly, potom so zvýšením vlastnej rýchlosti lietadlo začne dobiehať vlny, ktoré vydáva. To znamená, že ak by bol nehybný, vlny by sa od neho vo forme rozchádzali sústredné kruhy ako vlnky na vode spôsobené hodeným kameňom. A keďže sa lietadlo pohybuje, v sektore týchto kružníc zodpovedajúcom smeru letu sa hranice vĺn (ich čelá) začnú k sebe približovať.

Podzvukový pohyb tela.

V súlade s tým je medzera medzi lietadlom (jeho nosom) a prednou časťou úplne prvej (hlavovej) vlny (to je oblasť, v ktorej dochádza do určitej miery k postupnému brzdeniu). bezplatný prúd pri stretnutí s nosom lietadla (krídlo, chvost) a v dôsledku toho zvýšenie tlaku a teploty) sa začne sťahovať a čím rýchlejšie, tým vyššia je rýchlosť letu.

Prichádza moment, keď táto medzera prakticky zmizne (alebo sa stane minimálnou) a zmení sa na špeciálny druh oblasti tzv rázová vlna. Stáva sa to vtedy, keď rýchlosť letu dosiahne rýchlosť zvuku, to znamená, že lietadlo sa pohybuje rovnakou rýchlosťou ako vlny, ktoré vydáva. Machovo číslo sa rovná jednotke (M=1).

Zvukový pohyb tela (M=1).

Šokový šok, je veľmi úzka oblasť média (asi 10 -4 mm), pri prechode ktorou už nedochádza k pozvoľnej, ale k prudkej (skokovej) zmene parametrov tohto média - rýchlosť, tlak, teplota, hustota. V našom prípade klesá rýchlosť, zvyšuje sa tlak, teplota a hustota. Odtiaľ pochádza názov – rázová vlna.

Trochu zjednodušene by som o tomto všetkom povedal toto. Nie je možné prudko spomaliť nadzvukové prúdenie, ale musí to urobiť, pretože už neexistuje možnosť postupného brzdenia na rýchlosť prúdenia pred samotným nosom lietadla, ako pri miernych podzvukových rýchlostiach. Zdá sa, že narazí na podzvukovú časť pred nosom lietadla (alebo špičkou krídla) a zrúti sa do úzkeho skoku, čím sa naň prenesie veľká energia pohybu, ktorú má.

Mimochodom, môžeme to povedať aj naopak: lietadlo odovzdá časť svojej energie vzniku rázových vĺn, aby spomalilo nadzvukové prúdenie.

Nadzvukový pohyb tela.

Rázová vlna má aj iný názov. Pohybuje sa s lietadlom v priestore v podstate predstavuje predok prudkej zmeny vyššie uvedených parametrov prostredia (teda prúdenia vzduchu). A to je podstata rázovej vlny.

Šokový šok a rázová vlna sú vo všeobecnosti ekvivalentné definície, ale v aerodynamike sa viac používa prvá z nich.

Rázová vlna (alebo rázová vlna) môže byť prakticky kolmá na smer letu, v takom prípade nadobúdajú v priestore približne tvar kruhu a nazývajú sa priamky. To sa zvyčajne deje v režimoch blízkych M=1.

Režimy pohybu tela. ! - podzvuková, 2 - M=1, nadzvuková, 4 - rázová vlna (rázová vlna).

Pri číslach M > 1 sú už umiestnené pod uhlom k smeru letu. To znamená, že lietadlo už prekonáva svoj vlastný zvuk. V tomto prípade sa nazývajú šikmé a v priestore nadobúdajú tvar kužeľa, ktorý sa mimochodom nazýva Machov kužeľ, pomenovaný po vedcovi, ktorý študoval nadzvukové prúdenie (spomenul ho v jednom z nich).

Machov kužeľ.

Tvar tohto kužeľa (jeho takpovediac „štíhlosť“) závisí práve od čísla M a súvisí s ním vzťahom: M = 1/sin α, kde α je uhol medzi osou kužeľa a jeho generatrix. A kužeľová plocha sa dotýka čela všetkých zvukových vĺn, ktorých zdrojom bolo lietadlo a ktoré „predbehlo“ dosahujúc nadzvukovú rýchlosť.

Okrem toho rázové vlny môže byť tiež pripojený, keď susedia s povrchom telesa pohybujúceho sa nadzvukovou rýchlosťou, alebo sa vzďaľujú, ak nie sú v kontakte s telesom.

Typy rázových vĺn pri nadzvukovom prúdení okolo telies rôznych tvarov.

Výboje sa zvyčajne prichytia, ak nadzvukový tok obteká akékoľvek špicaté povrchy. Napríklad v lietadle to môže byť špicatý nos, vysokotlakový prívod vzduchu alebo ostrá hrana prívodu vzduchu. Zároveň hovoria „skok sedí“, napríklad na nos.

A oddelený šok môže nastať pri obtekaní zaoblených plôch, napríklad nábežnej zaoblenej hrany hrubého profilu krídla.

Rôzne komponenty tela lietadla vytvárajú počas letu pomerne zložitý systém rázových vĺn. Najintenzívnejšie z nich sú však dve. Jedna je hlavová na prove a druhá je chvostová na chvostových prvkoch. V určitej vzdialenosti od lietadla medziľahlé rázy buď dobiehajú hlavový a splývajú s ním, alebo ich dobieha chvostový.

Otrasy na modeli lietadla počas čistenia vo veternom tuneli (M=2).

V dôsledku toho zostávajú dva skoky, ktoré vo všeobecnosti pozemský pozorovateľ vníma ako jeden z dôvodu malých rozmerov lietadla v porovnaní s výškou letu, a teda aj krátkeho časového úseku medzi nimi.

Intenzita (inými slovami energia) rázovej vlny (rázovej vlny) závisí od rôznych parametrov (rýchlosť lietadla, jeho konštrukčné vlastnosti, podmienky prostredia atď.) a je určená poklesom tlaku na jeho prednej strane.

Keď sa ako zdroj rušenia vzďaľuje od vrcholu Machovho kužeľa, teda od lietadla, rázová vlna slabne, postupne sa mení na obyčajnú zvukovú vlnu a nakoniec úplne zmizne.

A na aký stupeň intenzity bude mať rázová vlna(alebo rázová vlna) dosiahnutia zeme závisí od účinku, ktorý tam môže vyvolať. Nie je žiadnym tajomstvom, že známy Concorde lietal nadzvukovou rýchlosťou len nad Atlantikom a vojenské nadzvukové lietadlá lietajú nadzvukovo vo veľkých výškach alebo v oblastiach, kde nie sú obývané oblasti (aspoň sa zdá, že to robia :-) ).

Tieto obmedzenia sú veľmi opodstatnené. Pre mňa je napríklad samotná definícia rázovej vlny spojená s výbuchom. A tomu môžu dobre zodpovedať veci, ktoré dokáže dostatočne intenzívna rázová vlna. Sklá z okien môžu aspoň ľahko vyletieť. Dôkazov o tom je dosť (najmä v histórii sovietskeho letectva, keď bolo dosť početné a lety boli intenzívne). Môžete však robiť aj horšie veci. Len treba letieť nižšie :-)…

Z väčšej časti však to, čo zostane z rázových vĺn, keď sa dostanú na zem, už nie je nebezpečné. Len vonkajší pozorovateľ na zemi môže počuť zvuk podobný hukotu alebo výbuchu. Práve s týmto faktom sa spája jeden bežný a dosť pretrvávajúci omyl.

Ľudia, ktorí nie sú príliš skúsení v leteckej vede, keď počujú taký zvuk, hovoria, že lietadlo prekonalo zvuková bariéra (nadzvuková bariéra). V skutočnosti to nie je pravda. Toto tvrdenie nemá nič spoločné s realitou minimálne z dvoch dôvodov.

Rázová vlna (rázová vlna).

Po prvé, ak človek na zemi počuje hlasný hukot vysoko na oblohe, potom to znamená (opakujem :-)) iba to, že jeho uši dosiahli čelo rázovej vlny(alebo rázová vlna) z niekde letiaceho lietadla. Toto lietadlo už letí nadzvukovou rýchlosťou a nie práve naň prešlo.

A ak by sa tá istá osoba mohla náhle ocitnúť niekoľko kilometrov pred lietadlom, potom by znova počula rovnaký zvuk z toho istého lietadla, pretože by bola vystavená rovnakej rázovej vlne, ktorá by sa pohybovala s lietadlom.

Pohybuje sa nadzvukovou rýchlosťou, a preto sa približuje ticho. A po tom, čo zapôsobí nie vždy príjemne na ušné bubienky (dobre, keď len na ne :-)) a bezpečne prejde, je počuť hukot bežiacich motorov.

Približný letový diagram lietadla pri rôznych hodnotách Machovho čísla na príklade stíhačky Saab 35 "Draken". Jazykom je, žiaľ, nemčina, ale schéma je vo všeobecnosti jasná.

Samotný prechod na nadzvukový zvuk navyše nie je sprevádzaný žiadnymi jednorazovými „bummi“, praskaním, výbuchmi atď. Na modernom nadzvukovom lietadle sa pilot o takomto prechode najčastejšie dozvie len z údajov prístrojov. V tomto prípade však k určitému procesu dochádza, no pri dodržaní určitých pravidiel pilotáže je pre neho prakticky neviditeľný.

Ale to nie je všetko :-). poviem viac. v podobe nejakej hmatateľnej, ťažkej, ťažko prekonateľnej prekážky, o ktorú sa lietadlo opiera a ktorú treba “prepichnúť” (počul som také súdy :-)) neexistuje.

Presne povedané, neexistuje žiadna prekážka. Kedysi, na úsvite rozvoja vysokých rýchlostí v letectve, sa tento koncept formoval skôr ako psychologické presvedčenie o náročnosti prechodu na nadzvukovú rýchlosť a lietania pri nej. Objavili sa dokonca tvrdenia, že je to vo všeobecnosti nemožné, najmä preto, že predpoklady pre takéto presvedčenia a vyhlásenia boli dosť špecifické.

Najprv však...

V aerodynamike existuje ďalší pojem, ktorý celkom presne popisuje proces interakcie s prúdením vzduchu telesa pohybujúceho sa v tomto prúde a tendenciu prejsť do nadzvuku. Toto vlnová kríza. Je to on, kto robí nejaké zlé veci, ktoré sa tradične spájajú s týmto konceptom zvuková bariéra.

Tak niečo o kríze :-). Každé lietadlo sa skladá z častí, ktorých prúdenie vzduchu počas letu nemusí byť rovnaké. Vezmime si napríklad krídlo, alebo skôr obyčajnú klasiku podzvukový profil.

Zo základných poznatkov o tom, ako vzniká vztlak, dobre vieme, že rýchlosť prúdenia v priľahlej vrstve hornej zakrivenej plochy profilu je rôzna. Ak je profil konvexnejší, je väčší ako celková rýchlosť prúdenia, potom, keď je profil sploštený, klesá.

Keď sa krídlo pohybuje v prúdení rýchlosťou blízkou rýchlosti zvuku, môže nastať moment, keď sa v takejto vypuklé oblasti stane napríklad rýchlosť vzduchovej vrstvy, ktorá je už väčšia ako celková rýchlosť prúdenia. zvukové a dokonca nadzvukové.

Lokálna rázová vlna, ktorá sa vyskytuje pri transonics počas vlnovej krízy.

Ďalej v profile táto rýchlosť klesá a v určitom bode sa opäť stáva podzvukovou. Ale, ako sme povedali vyššie, nadzvukový tok nemôže rýchlo spomaliť, takže vznik rázová vlna.

Takéto rázy sa objavujú v rôznych oblastiach prúdnicových povrchov a spočiatku sú dosť slabé, ale ich počet môže byť veľký a so zvýšením celkovej rýchlosti prúdenia sa nadzvukové zóny zväčšujú, rázy „zosilňujú“ a posúvajú sa smerom k zadná hrana profilu. Neskôr sa na spodnej ploche profilu objavia rovnaké rázové vlny.

Plné nadzvukové prúdenie okolo profilu krídla.

Čo to všetko znamená? Tu je čo. najprv– to je významné zvýšenie aerodynamického odporu v rozsahu transsonických rýchlostí (asi M=1, viac alebo menej). Tento odpor rastie v dôsledku prudkého nárastu jednej z jeho zložiek - vlnový odpor. To isté, čo sme predtým nebrali do úvahy pri zvažovaní letov podzvukovou rýchlosťou.

Na vytvorenie početných rázových vĺn (alebo rázových vĺn) počas spomaľovania nadzvukového toku, ako som povedal vyššie, sa plytvá energiou a berie sa z kinetickej energie pohybu lietadla. To znamená, že lietadlo jednoducho spomalí (a veľmi citeľne!). Tak to je vlnový odpor.

Navyše rázové vlny v dôsledku prudkého spomalenia prúdenia v nich prispievajú k oddeleniu hraničnej vrstvy za sebou a jej transformácii z laminárnej na turbulentnú. To ďalej zvyšuje aerodynamický odpor.

Nafúknutie profilu pri rôznych Machových číslach Rázové šoky, lokálne nadzvukové zóny, turbulentné zóny.

Po druhé. V dôsledku objavenia sa lokálnych nadzvukových zón na profile krídla a ich ďalšieho posunu do chvostovej časti profilu so zvyšujúcou sa rýchlosťou prúdenia a tým aj zmenou vzoru rozloženia tlaku na profil, je miesto pôsobenia aerodynamických síl (stred tlaku) sa tiež posunie k odtokovej hrane. V dôsledku toho sa objaví moment ponoru vzhľadom na ťažisko lietadla, čo spôsobí, že sklopí nos.

Čo z toho všetkého vyplýva... Vzhľadom na dosť prudký nárast aerodynamického odporu si lietadlo vyžaduje citeľný výkonová rezerva motora prekonať transsonickú zónu a dosiahnuť takpovediac skutočný nadzvukový zvuk.

Prudký nárast aerodynamického odporu pri transonics (vlnová kríza) v dôsledku zvýšenia odporu vĺn. Сd - koeficient odporu.

Ďalej. V dôsledku výskytu potápačského momentu vznikajú ťažkosti pri kontrole sklonu. Navyše v dôsledku poruchy a nerovnomernosti procesov spojených so vznikom lokálnych nadzvukových zón s rázovými vlnami, kontrola sa stáva ťažkou. Napríklad v kotúči, kvôli rôznym procesom v ľavej a pravej rovine.

Okrem toho sa vyskytujú vibrácie, často dosť silné v dôsledku miestnych turbulencií.

Všeobecne platí, že kompletný súbor potešení, ktorý je tzv vlnová kríza. Ale pravdou je, že všetky sa odohrávajú (mali, betón :-)) pri použití typických podzvukových lietadiel (s hrubým rovným profilom krídla) za účelom dosiahnutia nadzvukových rýchlostí.

Spočiatku, keď ešte nebolo dostatok vedomostí a procesy dosiahnutia nadzvuku neboli komplexne študované, bola práve táto množina považovaná za takmer smrteľne neprekonateľnú a bola tzv. zvuková bariéra(alebo nadzvuková bariéra, Ak chceš:-)).

Pri pokuse o prekonanie rýchlosti zvuku na konvenčných piestových lietadlách došlo k mnohým tragickým incidentom. Silné vibrácie niekedy viedli k poškodeniu konštrukcie. Lietadlá nemali dostatok výkonu na požadované zrýchlenie. V horizontálnom lete to bolo nemožné kvôli efektu, ktorý má rovnakú povahu ako vlnová kríza.

Preto sa na zrýchlenie použil ponor. Ale pokojne sa to mohlo stať osudným. Moment potápania, ktorý sa objavil počas vlnovej krízy, spôsobil, že ponor sa predĺžil a niekedy z neho nebolo východiska. Koniec koncov, na obnovenie kontroly a odstránenie vlnovej krízy bolo potrebné znížiť rýchlosť. Ale urobiť to pri ponore je mimoriadne ťažké (ak nie nemožné).

Vytiahnutie do strmého letu z horizontálneho letu sa považuje za jednu z hlavných príčin katastrofy v ZSSR 27. mája 1943 slávnej experimentálnej stíhačky BI-1 s kvapalným raketovým motorom. Skúšky boli vykonané na maximálnu rýchlosť letu a podľa odhadov konštruktérov bola dosiahnutá rýchlosť viac ako 800 km/h. Po ktorom došlo k oneskoreniu ponoru, z ktorého sa lietadlo už nespamätalo.

Experimentálna stíhačka BI-1.

V našej dobe vlnová kríza je už celkom dobre naštudovaný a prekonaný zvuková bariéra(ak je to potrebné :-)) nie je ťažké. Na lietadlách, ktoré sú navrhnuté tak, aby lietali pomerne vysokou rýchlosťou, sa uplatňujú určité konštrukčné riešenia a obmedzenia na uľahčenie ich letovej prevádzky.

Ako je známe, vlnová kríza začína pri M číslach blízko jednej. Preto takmer všetky podzvukové prúdové dopravné lietadlá (najmä tie osobné) majú let obmedzenie počtu M. Zvyčajne je to v oblasti 0,8-0,9M. Pilot dostane pokyn, aby to sledoval. Navyše, na mnohých lietadlách, keď je dosiahnutá limitná hladina, po ktorej musí byť rýchlosť letu znížená.

Takmer všetky lietadlá letiace rýchlosťou aspoň 800 km/h a vyššou majú pozametané krídlo(aspoň po nábežnej hrane :-)). Umožňuje oddialiť začiatok ofenzívy vlnová kríza až po otáčky zodpovedajúce M=0,85-0,95.

Zametené krídlo. Základná akcia.

Dôvod tohto efektu možno vysvetliť celkom jednoducho. Na priamom krídle sa prúdenie vzduchu rýchlosťou V približuje takmer v pravom uhle a na šikmom krídle (uhol sklonu χ) pod určitým uhlom kĺzania β. Rýchlosť V možno vektorovo rozložiť na dva toky: Vτ a Vn.

Prietok Vτ neovplyvňuje rozloženie tlaku na krídle, ale prietok Vn, ktorý presne určuje nosné vlastnosti krídla. A je evidentne menšia čo do veľkosti celkového prietoku V. Preto na vyšvihnutom krídle nástup vlnovej krízy a nárast vlnový odpor dochádza podstatne neskôr ako na priamom krídle pri rovnakej rýchlosti voľného prúdu.

Experimentálna stíhačka E-2A (predchodca MIG-21). Typické zametané krídlo.

Jednou z úprav zameteného krídla bolo krídlo s nadkritický profil(spomenul ho). Umožňuje tiež posunúť nástup vlnovej krízy do vyšších rýchlostí a navyše umožňuje zvýšiť efektivitu, ktorá je dôležitá pre osobné lietadlá.

SuperJet 100. Šikmé krídlo s nadkritickým profilom.

Ak je lietadlo určené na prelet zvuková bariéra(prechádzanie a vlnová kríza tiež :-)) a nadzvukový let, ten sa väčšinou vždy líši v určitých konštrukčných vlastnostiach. Najmä zvyčajne má tenký profil krídla a ostroh s ostrými hranami(vrátane kosoštvorcového alebo trojuholníkového tvaru) a určitý tvar krídla v pôdoryse (napríklad trojuholníkové alebo lichobežníkové s prepadom atď.).

Nadzvukový MIG-21. Následník E-2A. Typické delta krídlo.

MIG-25. Príklad typického lietadla určeného na nadzvukový let. Tenké profily krídla a chvosta, ostré hrany. Lichobežníkové krídlo. profilu

Absolvovanie povestného zvuková bariéra, to znamená, že takéto lietadlá vykonávajú prechod na nadzvukovú rýchlosť pri prevádzka motora s prídavným spaľovaním z dôvodu zvýšenia aerodynamického odporu, a samozrejme, aby rýchlo prešiel zónou vlnová kríza. A práve moment tohto prechodu najčastejšie nijako nepocíti (opakujem :-)) ani pilot (môže pocítiť len pokles hladiny akustického tlaku v kabíne), ani vonkajší pozorovateľ, ak , samozrejme, mohol to odpozorovať :-).

Tu však stojí za zmienku ešte jedna mylná predstava spojená s vonkajšími pozorovateľmi. Určite mnohí videli fotografie tohto druhu, ktorých titulky hovoria, že toto je moment, keď lietadlo prekonáva zvuková bariéra, takpovediac vizuálne.

Prandtl-Gloertov efekt. Nezahŕňa prelomenie zvukovej bariéry.

Po prvé, už vieme, že zvuková bariéra ako taká neexistuje a samotný prechod na nadzvuk nesprevádza nič mimoriadne (vrátane tresku či výbuchu).

Po druhé. To čo sme videli na fotke je tzv Prandtl-Gloertov efekt. Už som o ňom písal. V žiadnom prípade to priamo nesúvisí s prechodom na nadzvuk. Ide len o to, že pri vysokých rýchlostiach (mimochodom podzvukových :-)) lietadlo, pohybujúce určitú masu vzduchu pred sebou, vytvára určité množstvo vzduchu za sebou. oblasť zriedkavosti. Ihneď po lete sa táto oblasť začne napĺňať vzduchom z blízkeho prírodného priestoru. zvýšenie objemu a prudký pokles teploty.

Ak vlhkosť vzduchu dostatočné a teplota klesne pod rosný bod okolitého vzduchu, potom kondenzácii vlhkosti z vodnej pary vo forme hmly, ktorú vidíme. Akonáhle sa podmienky obnovia na pôvodnú úroveň, táto hmla okamžite zmizne. Celý tento proces je dosť krátkodobý.

Tento proces pri vysokých transsonických rýchlostiach môže byť uľahčený lokálnymi rázové vlny Ja občas pomáham vytvárať niečo ako jemný kužeľ okolo lietadla.

Vysoké rýchlosti podporujú tento jav, ak je však vzdušná vlhkosť dostatočná, môže (a dochádza) k nemu pri pomerne nízkych rýchlostiach. Napríklad nad hladinou nádrží. Mimochodom, väčšina krásnych fotiek tejto prírody vznikla z paluby lietadlovej lode, teda v dosť vlhkom vzduchu.

Takto to funguje. Stopáž je samozrejme v pohode, podívaná je veľkolepá :-), ale takto sa to vôbec najčastejšie nazýva. nemá s tým vôbec nič spoločné (a nadzvuková bariéra To isté :-)). A to je, myslím si, dobre, inak by pozorovatelia, ktorí fotia a natáčajú tento druh videa, nemuseli byť spokojní. Rázová vlna, vieš:-)…

Na záver je tu jedno video (už som ho použil), ktorého autori ukazujú efekt rázovej vlny z lietadla letiaceho v malej výške nadzvukovou rýchlosťou. Isté preháňanie tam samozrejme je :-), ale všeobecný princíp je jasný. A opäť pôsobivé :-)...

To je na dnes všetko. Ďakujem, že ste si článok prečítali až do konca :-). Dobudúcna...

Fotky sú klikateľné.

Zvuková bariéra je jav, ktorý vzniká pri lete lietadla alebo rakety v momente prechodu z podzvukovej na nadzvukovú rýchlosť letu v atmosfére. Keď sa rýchlosť lietadla blíži k rýchlosti zvuku (1200 km/h), vo vzduchu pred ním sa objaví tenká oblasť, v ktorej dochádza k prudkému zvýšeniu tlaku a hustoty vzduchu. Toto zhutnenie vzduchu pred letiacim lietadlom sa nazýva rázová vlna. Na zemi je prechod rázovej vlny vnímaný ako rana, podobne ako zvuk výstrelu. Po prekročení rýchlosti zvuku lietadlo prechádza cez túto oblasť so zvýšenou hustotou vzduchu, akoby ju prepichlo - prelomilo zvukovú bariéru. Prelomenie zvukovej bariéry sa dlho zdalo byť vážnym problémom vo vývoji letectva. Na jeho vyriešenie bolo potrebné zmeniť profil a tvar krídla lietadla (stenšie a posunuté dozadu), zašpicatú prednú časť trupu a vybaviť lietadlo prúdovými motormi. Prvýkrát rýchlosť zvuku prekonal v roku 1947 Charles Yeager na lietadle Bell X-1 (USA) s kvapalným raketovým motorom štartovaným z lietadla Boeing B-29. V Rusku ako prvý prelomil zvukovú bariéru v roku 1948 pilot O.V.Sokolovský na experimentálnom lietadle La-176 s prúdovým motorom.

Video.

Rýchlosť zvuku.

Rýchlosť šírenia (vzhľadom na médium) malých tlakových porúch. V dokonalom plyne (napríklad vo vzduchu pri miernych teplotách a tlaku) S. z. nezávisí od charakteru šíriacej sa malej poruchy a je rovnaká ako pre monochromatické kmity rôznych frekvencií (), tak aj pre slabé rázové vlny. V dokonalom plyne v uvažovanom bode v priestore sa S. z. a závisí len od zloženia plynu a jeho absolútnej teploty T:
a = (dp/d(())1/2 = ((()p/(())1/2 = ((()RT/(())1/2,
kde dp/d(() - derivácia tlaku vzhľadom na hustotu pre izoentropický proces, (-) - adiabatický exponent, R - univerzálna plynová konštanta, (-) - molekulová hmotnosť (vo vzduchu a 20,1T1/2 m/s pri 0 (°)C a = 332 m/s).
V plyne s fyzikálno-chemickými premenami, napríklad v disociačnom plyne, S. z. bude závisieť od toho, ako - rovnovážne alebo nerovnovážne - tieto procesy prebiehajú v poruchovej vlne. Pri termodynamickej rovnováhe S. z. závisí len od zloženia plynu, jeho teploty a tlaku. Keď fyzikálno-chemické procesy prebiehajú nerovnovážnym spôsobom, dochádza k rozptylu zvuku, teda k rozptylu zvuku. závisí nielen od stavu média, ale aj od frekvencie kmitov (). Zo zamrznutej slnečnej sústavy sa šíria vysokofrekvenčné oscilácie ((tm), ()) - relaxačný čas. aj, nízkofrekvenčný ((,) 0) - s rovnováhou S. z. ae, a aj > ae. Rozdiel medzi aj a ai je spravidla malý (vo vzduchu pri T = 6000(°)C a p = 105 Pa je to asi 15%). V kvapalinách S. z. výrazne vyššia ako v plyne (vo vode 1500 m/s)

Prečo lietadlo prelomí zvukovú bariéru výbušným treskom? A čo je to „zvuková bariéra“?

Existuje nedorozumenie s výrazom „pop“ spôsobené nepochopením pojmu „zvuková bariéra“. Tento „pop“ sa správne nazýva „zvukový tresk“. Lietadlo pohybujúce sa nadzvukovou rýchlosťou vytvára rázové vlny a tlakové rázy vzduchu v okolitom vzduchu. Zjednodušene si tieto vlny možno predstaviť ako kužeľ sprevádzajúci let lietadla, ktorého vrchol je akoby priviazaný k nosu trupu a tvoriace priamky smerujú proti pohybu lietadla a šíria sa dosť ďaleko. napríklad na povrch zeme.

Keď hranica tohto pomyselného kužeľa, ktorý označuje prednú časť hlavnej zvukovej vlny, dosiahne ľudské ucho, zaznie prudký skok v tlaku ako tlieskanie. Sonický tresk, akoby pripútaný, sprevádza celý let lietadla za predpokladu, že sa lietadlo pohybuje dostatočne rýchlo, hoci konštantnou rýchlosťou. Klapka sa zdá byť prechodom hlavnej vlny sonického tresku cez pevný bod na povrchu zeme, kde sa nachádza napríklad poslucháč.

Inými slovami, ak by nadzvukové lietadlo začalo lietať tam a späť nad poslucháčom konštantnou, ale nadzvukovou rýchlosťou, potom by bol tresk počuť zakaždým, nejaký čas po tom, čo lietadlo preletelo nad poslucháčom v pomerne malej vzdialenosti.

A „zvuková bariéra“ v aerodynamike je prudký skok v odpore vzduchu, ku ktorému dochádza, keď lietadlo dosiahne určitú hraničnú rýchlosť blízku rýchlosti zvuku. Po dosiahnutí tejto rýchlosti sa povaha prúdenia vzduchu okolo lietadla dramaticky zmení, čo svojho času veľmi sťažovalo dosahovanie nadzvukových rýchlostí. Bežné, podzvukové lietadlo nie je schopné lietať stále rýchlejšie ako zvuk, bez ohľadu na to, ako veľmi je zrýchlené - jednoducho stratí kontrolu a rozpadne sa.

Na prekonanie zvukovej bariéry museli vedci vyvinúť krídlo so špeciálnym aerodynamickým profilom a vymyslieť ďalšie triky. Je zaujímavé, že pilot moderného nadzvukového lietadla má dobrý zmysel pre „prekonanie“ zvukovej bariéry so svojím lietadlom: pri prepnutí na nadzvukové prúdenie je cítiť „aerodynamický šok“ a charakteristické „skoky“ v ovládateľnosti. Tieto procesy však priamo nesúvisia s „tlieskaním“ na zemi.

Predtým, ako lietadlo prelomí zvukovú bariéru, môže vzniknúť nezvyčajný oblak, ktorého pôvod je stále nejasný. Podľa najpopulárnejšej hypotézy dochádza v blízkosti lietadla k poklesu tlaku a k tzv Prandtl-Glauertova singularita nasleduje kondenzácia kvapiek vody z vlhkého vzduchu. V skutočnosti vidíte kondenzáciu na fotografiách nižšie...

Kliknutím na obrázok ho zväčšíte.