Čo znamená švih v rýchlosti? Chôdza v piatich krokoch

Skunk Works Lockheed Martin potvrdil, že vyvíja špionážne lietadlo SR-72. Nástupca Mach 3,5 (2200 mph) SR-71 Blackbird, SR-72 bude hypersonické bezpilotné lietadlo, ktoré bude schopné Mach 6, alebo jednoducho 4500 mph. Pri hypersonickej rýchlosti bude SR-72 schopný prejsť cez ktorýkoľvek kontinent len ​​za hodinu. Ak sa teda nachádzajú na amerických strategických lietadlových lodiach po celom svete. budú môcť doraziť a zaútočiť na akýkoľvek bod na Zemi len za hodinu. Existujú podozrenia, že hypersonický motor SR-72 (niečo ako scramjet) sa zapojí do amerického vojenského programu High Speed ​​​​Strike Weapon (HSSW): rakety, ktoré môžu zasiahnuť kdekoľvek na planéte v priebehu niekoľkých minút.

SR-71 alebo Blackbird, ako pravdepodobne viete, bol vrcholom vojenských úspechov USA počas studenej vojny. Blackbird, ktorý bol predstavený v roku 1966, bol so svojimi hybridnými motormi najrýchlejším lietadlom poháňaným človekom až do jeho vyradenia v roku 1998. Napriek svojej obrovskej veľkosti (dĺžka 32 m, rozpätie krídel 17 m) sa v SR-71 mohli usadiť iba dvaja ľudia bol úplne neozbrojený (bol však vybavený kamerami, rádiovou anténou a ďalšími prvkami na prieskum). Kvôli vysokým prevádzkovým nákladom a sponzorovaniu pokročilejších projektov, ako sú UAV, bol SR-71 vyradený po 32 rokoch aktívnej služby. Z 32 vyrobených modelov sa 12 stratilo pri nehodách, ale žiadny nebol zostrelený alebo zajatý nepriateľom.

SR-71 Blackbird

SR-72 je napriek podobnému názvu úplne nové lietadlo. V tomto bode sa SR-72 stále považuje za koncept, aj keď Lockheed už bol schválený na aktívnu výrobu. Výstavba plne obsadenej verzie je naplánovaná na rok 2018, letové testovanie je naplánované na rok 2023. Ak všetko pôjde podľa plánu (sponzoring ešte nebol potvrdený), bude vyrobený a otestovaný SR-72 v plnej veľkosti (asi 30 m dlhý) v roku 2030. Na základe súčasného plánu bude SR-72 bez posádky. Bude to veľmi, veľmi veľký dron. S najväčšou pravdepodobnosťou bude tiež neozbrojený, ale vybavený kompletnou súpravou skutočného špióna. Aj keď je ešte priskoro robiť nejaké domnienky.

Pohľad z okna SR-71 v nadmorskej výške 21000 m. Mami, som vo vesmíre!

SR-72 bude nepochybne stelesnením tajnosti, pokrytý monolitickými titánovými kryštálmi pokrytými uhlíkovými vláknami. charakteristický znak rýchlosť bude 6 Mach (4567 mph alebo 7350 km/h). Pri tejto rýchlosti bude SR-72 schopný preletieť Atlantik (alebo Európu, alebo Čínu, alebo...) za približne hodinu, alebo obehnúť planétu za 6 hodín. V prevádzkovej výške 80 000 stôp (24 300 m) pri rýchlosti Mach 6 by SR-72 bolo prakticky nemožné zostreliť.

Aby sme dosiahli Mach 6, musíme urobiť trochu leteckej mágie, inak sme túto rýchlosť mohli dosiahnuť už pred rokmi. V princípe turboventilátorové motory (ako v každom veľkom lietadle) dokážu vyprodukovať iba Mach 2,5. Nápor môže zrýchliť pri najlepší možný scenár až Mach 4, ale potom aj oni strácajú výkonnosť. Na dosiahnutie Mach 6 spolupracuje Lockheed's Skunk Works (ktorý vyvinul také svietidlá ako U-2, SR-71, F-22 a F-35) s Aerojet Rocketdyne na vývoji hybridného prúdového/scramjetového motora, ktorý využíva turbínu pri nízke rýchlosti a scramjet pri vysokých rýchlostiach. Rovnako ako SR-71, aj tieto motory budú mať jednu trysku s nejakým druhom mechanického systému, ktorý usmerňuje prúdenie vzduchu medzi dve časti motora, čím sa mení rýchlosť. Motor dýchajúci vzduch spomaľuje prichádzajúci prúd vzduchu pri podzvukových rýchlostiach, zatiaľ čo scramjet ho zrýchľuje na nadzvukovú rýchlosť, čím sa otvára možnosť dosiahnutia vyšších rýchlostí. vysoké rýchlosti(nikto nevie ako vysoko, ale aspoň Mach 10).

V pohyblivom prostredí – pomenované po nemeckom vedcovi Ernstovi Machovi (nem. E. Mach).

Historický odkaz

názov Machovo číslo a označenie M navrhol v roku 1929 Jacob Ackeret. Predtým sa názov objavil v literatúre Bairstowovo číslo (Bairstow, označenie B a (\displaystyle (\mathsf (Ba)))), a v sovietskej povojnovej vedeckej literatúre a najmä v sovietskych učebniciach 50-tych rokov - názov Maievského číslo (Mach - Maievského číslo) pomenovaná po zakladateľovi ruskej vedeckej školy balistiky, ktorý túto hodnotu používal spolu s týmto označením M (\displaystyle (\mathsf (M))) používané bez špeciálneho názvu.

Machovo číslo v dynamike plynu

Machovo číslo

M = v a , (\displaystyle (\mathsf (M))=(\frac (v)(a)),)

Kde v (\displaystyle v)- rýchlosť prúdenia a a (\displaystyle a)- miestna rýchlosť zvuku,

je mierou vplyvu stlačiteľnosti média pri prúdení danej rýchlosti na jeho správanie: zo stavovej rovnice ideálneho plynu vyplýva, že relatívna zmena hustoty (pri konštantnej teplote) je úmerná zmene v tlaku:

d ρ ρ ∼ d p p , (\displaystyle (\frac (d\rho )(\rho ))\sim (\frac (dp)(p)),)

z Bernoulliho zákona rozdiel tlakov v prietoku d p ​​​​∼ ρ v 2 (\displaystyle dp\sim \rho v^(2)), teda relatívna zmena hustoty:

d ρ ρ ∼ d p p ∼ ρ v 2 p. (\displaystyle (\frac (d\rho )(\rho ))\sim (\frac (dp)(p))\sim (\frac (\rho v^(2))(p)).)

Pretože rýchlosť zvuku a ∼ p / ρ (\displaystyle a\sim (\sqrt (p/\rho ))) potom je relatívna zmena hustoty v prúde plynu úmerná druhej mocnine Machovho čísla:

d ρ ρ ~ v2a2 = M2. (\displaystyle (\frac (d\rho )(\rho ))\sim (\frac (v^(2))(a^(2)))=(\mathsf (M))^(2.)

Spolu s Machovým číslom sa používajú aj ďalšie charakteristiky bezrozmernej rýchlosti prúdenia plynu:

rýchlostný koeficient

λ = v v K = γ + 1 2 M (1 + γ − 1 2 M 2) − 1 / 2 (\displaystyle \lambda =(\frac (v)(v_(K)))=(\sqrt (\frac (\gamma +1)(2)))(\mathsf (M))\vľavo(1+(\frac (\gamma -1)(2))(\mathsf (M))^(2)\vpravo) ^(-1/2))

a bezrozmerná rýchlosť

Λ = v v max = γ − 1 2 M (1 + γ − 1 2 M 2) − 1 / 2 , (\displaystyle \Lambda =(\frac (v)(v_(\max )))=(\sqrt ( \frac (\gamma -1)(2)))(\mathsf (M))\left(1+(\frac (\gamma -1)(2))(\mathsf (M))^(2)\ vpravo)^(-1/2),)

Kde v K (\displaystyle v_(K))- kritická rýchlosť,

v max (\displaystyle v_(\max ))- maximálna rýchlosť na plyn, γ = c p c v (\displaystyle \gamma =(\frac (c_(p))(c_(v))))- plynový adiabatický index, ktorý sa rovná pomeru špecifických tepelných kapacít plynu pri konštantnom tlaku a objeme.

Význam Machovho čísla

Dôležitosť Machovho čísla sa vysvetľuje tým, že určuje, či rýchlosť prúdenia plynného média (alebo pohybu telesa v plyne) presahuje rýchlosť zvuku alebo nie. Nadzvukové a podzvukové spôsoby pohybu majú zásadné rozdiely; pre letectvo je tento rozdiel vyjadrený tým, že pri nadzvukových režimoch vznikajú úzke vrstvy rýchlych výrazných zmien parametrov prúdenia (rázové vlny), čo vedie k zvýšeniu odporu telies pri pohybe, koncentrácii tepelných tokov na ich povrchu. a možnosť vyhorenia trupu tiel a pod.

Mimoriadne zjednodušené vysvetlenie Machovho čísla

Pre pochopenie Machovho čísla pre nešpecialistov môžeme veľmi jednoducho povedať, že číselné vyjadrenie Machovho čísla závisí predovšetkým od výšky letu (čím vyššia je nižšie rýchlosť zvuku a vyššie Machovo číslo). Machovo číslo je skutočná rýchlosť prúdenia hmoty (teda rýchlosť, ktorou vzduch obteká napr. lietadlo), vydelená rýchlosťou zvuku v tejto hmote za týchto podmienok. Na zemi by rýchlosť, pri ktorej by sa Machovo číslo rovnalo 1, bola približne 340 m/s (rýchlosť, ktorou ľudia odhadujú vzdialenosť k blížiacej sa búrke meraním času od záblesku blesku po úder hromu ) alebo 1224 km/h. Vo výške 11 km je v dôsledku poklesu teploty rýchlosť zvuku nižšia - asi 295 m/s alebo 1062 km/h.

Toto vysvetlenie nemožno použiť na žiadne matematické výpočty rýchlosti alebo iné matematické operácie v aerodynamike.

Ernst Mach. Idealista s materialistickými sklonmi :-).

V dnešnom krátkom článku si to trochu prejdeme teoretické základy a dotkneme sa jednej z najdôležitejších charakteristík letu lietadiel vysokou rýchlosťou, vrátane nadzvukových.

Nadzvukové a Machovo číslo... Tieto dva pojmy spolu dosť úzko súvisia a v našej dobe sa snáď nenájde jediný človek, ktorý by o tom či onom nepočul číslo M. Zvyčajne tento výraz sprevádza charakteristiky akéhokoľvek nadzvukového (a dokonca aj vysokorýchlostného) lietadla. Ale na svete je teraz veľa takýchto lietadiel a myslím, že ich počet sa pravdepodobne nezníži :-).

Ale nie je to tak dávno, čo teória nadzvukových tokov bola práve taká: teória, ktorá navyše urobila len prvé kroky. Základné princípy začala nadobúdať až asi pred 140 rokmi, keď nemecký vedec a filozof Ernst Mach začal skúmať aerodynamické procesy pri nadzvukovom pohybe telies. Počas tohto obdobia objavil a študoval niektoré fenomény nadzvukovej aerodynamiky, ktoré neskôr dostali svoje meno na jeho počesť. Medzi nimi je Machovo číslo.

Zaujímavosťou je, že v sovietskej vede (a vo vedeckej literatúre, najmä pred vojnou a bezprostredne po nej) sa tento výraz často používal buď bez dekódovania (len číslo M, slovo „Mach“ sa nepoužívalo), alebo pomocou druhé priezvisko - Maievsky . Teda Mach-Maievského číslo.

To všetko bolo dôsledkom nášho vtedajšieho ideologického stavu. Ernst Mach vo svojich filozofických názoroch (podľa V. I. Lenina „subjektívny idealista“) veľmi nezapadal do rámca marxisticko-leninskej filozofie a N. V. Maievskij bol ruský vedec, ktorý sa venoval najmä problémom tzv. vonkajšia balistika.

Vonkajšia balistika- veda, ktorá študuje pohyb telies po tom, ako vystúpia zo zariadenia, ktoré im tento pohyb udelilo, to znamená napríklad let strely po jej výstupe z hlavne delostreleckej zbrane. Projektil letí veľmi vysokou rýchlosťou, vrátane nadzvukových.

Je celkom prirodzené, že N. V. Maievsky vo svojom výskume a vývoji (na svoju dobu pokročilý a neskôr zásadný) operoval s koncepciou podobnou Machovo číslo, a to o 15 rokov skôr ako jeho nemecký kolega.

A najdôležitejšie (pre oficiálnu ideológiu :-)) bolo, že ruský vedec nebol filozof :) a nemal názory odporujúce marxisticko-leninskej vede :) ...

Nech je to však akokoľvek, dnes asi najdôležitejšia definícia pre nadzvuk nesie meno (presnejšie priezvisko :-)) Nemca Ernsta Macha. A toto slovo samotné už dávno prestalo byť len priezviskom. Mach, to je Mach :) Len rýchlosť, iba let :) ...

Vráťme sa však k konkrétnostiam. čo to vlastne je? M číslo, a prečo je to vlastne v letectve potrebné? Ľudia totiž kedysi lietali podzvukovou rýchlosťou bez akýchkoľvek Machových čísel a aj teraz je veľká väčšina lietadiel na zemi podzvuková. Nie všetko je však také jednoduché, ako to vyzerá :-).

Pri akomkoľvek lete dopravného prostriedku ťažšieho ako vzduch je jedným z jeho najdôležitejších parametrov . Dnes je vo všeobecnosti dosť spôsobov, ako merať rýchlosť :-). Napríklad sa dajú merať parametre pohybu lietadla voči vzduchu nasledujúcimi spôsobmi: ultrazvukové, termodynamické, tepelné, turbínové, manometrické.

A (teda rýchlosť voči zemi) možno merať dopplerovskými, korelačnými, radiačnými metódami, ako aj metódou pozorovania zemského povrchu.

Ale najviac, takpovediac, jednoduchá a logická, dlho používaná, a teda, prirodzene, dobre vyvinutá a známa, no aerometrická (presnejšie aerodynamická) metóda. S jeho pomocou sa meria rýchlosť letu lietadla a Machovo číslo.

Táto metóda má však určité nevýhody. Samotný jeho princíp je pomerne jednoduchý a už sme o ňom hovorili. Vzduch prúdiaci smerom k lietadlu v dôsledku jeho pohybu má určitú kinetickú energiu alebo jednoducho povedané rýchlostný tlak ( ρV²/2).

Keď je v prijímači tlaku vzduchu ( alebo), spomalí sa a jeho tlak sa zmení na tlak na membránu ukazovacieho zariadenia. Čím rýchlejšie lietadlo letí, tým väčší je rýchlostný tlak, tým väčšiu rýchlosť ukazuje ručička prístroja. To znamená, že všetko ide podľa nôt.

Ale to tam nebolo :-). Pokiaľ lietadlo neletí príliš rýchlo (do cca 400 km/h) a nie príliš vysoko (do 2,3 tisíc), všetko sa skutočne odvíja jednoducho a prirodzene. A potom poznámky začnú klamať :-)…

Vzduch interaguje s aerodynamickými plochami lietadla, čím určuje jeho letové parametre. A tieto parametre závisia od parametrov stavu vzduchu ako plynu, ktoré samozrejme závisia od podmienok, v ktorých sa daný objem plynu nachádza.

Napríklad s výškou klesajú. A čím nižšia je hustota, tým nižší je rýchlostný tlak, ktorým prichádzajúci prúd tlačí na membránu indikátora rýchlosti.

To znamená, že sa ukáže, že ak prístroj v kabíne ukazuje rovnakú rýchlosť vo výškach, napríklad 2 000 m a 10 000 m (), potom to v skutočnosti znamená, že lietadlo je 10 000 m vzhľadom na vzduch (a zem , samozrejme, tiež:-)) sa pohybuje oveľa rýchlejšie (). Je to spôsobené tým, že vzduch je vo výške riedky.

Navyše je tu aj niečo, čo nie je celkom, mierne povedané, vhodné na lietanie, nazývané stlačiteľnosť. Vzduch je plyn a ako každý plyn môže byť určité podmienky komprimovať, čím sa menia parametre jeho stavu. Takéto podmienky nastávajú pri obtekaní aerodynamických plôch pri dostatočne vysokých rýchlostiach letu (formálne odpočítavanie začína pri 400 km/h).

Vzduch prestáva byť homogénnym médiom, identickým vo všetkých smeroch, ako sa (aj keď dosť približne) u nízkorýchlostných lietadiel uvažuje. Vytvárajú sa podmienky pre vznik takzvaných rázových vĺn, mení sa rýchlosť prúdenia vzduchu na rôznych častiach aerodynamickej plochy (napríklad profil krídla), posúva sa miesto pôsobenia aerodynamických síl, teda samotná povaha sa mení prietok a v konečnom dôsledku aj parametre ovládateľnosti lietadla. To znamená, že povedané v „inteligentných“ podmienkach nadzvukovej teórie :-), začína vlnová kríza.

O tom si však povieme neskôr. Medzitým možno poznamenať, že všetky tieto procesy závisia od parametrov vzdušného prostredia a technických a konštrukčných vlastností samotného lietadla.

Na popísanie aerodynamických vlastností lietadla v interakcii s prostredím nestačí len rýchlosť. Koniec koncov, jeho nameraná hodnota, ktorá sama o sebe kvalitatívne závisí od parametrov tohto média, nie vždy charakterizuje skutočný obraz toku (ako v príklade vyššie).

Tu je potrebné kritérium, ktoré by zohľadňovalo parametre prúdenia „sám o sebe“ a na základe ktorého by bolo možné vždy správne charakterizovať aerodynamické vlastnosti lietadla bez ohľadu na letové podmienky.

Keď to hovorím, presne to mám na mysli M číslo. A slovo „kritérium“ používam z nejakého dôvodu. Faktom je, že Machovo číslo- toto, povedané jazykom fyziky, je jedným z kritériá podobnosti v dynamike plynu.

Význam tohto mierne spletitého názvu je vlastne jednoduchý a je taký, že ak sú dva alebo viac fyzické systémy majú kritériá podobnosti rovnakého typu, rovnakej veľkosti, to znamená, že uvažované systémy sú podobné, teda podobné alebo, zjednodušene povedané (:-)) rovnaké.

Vo vzťahu k našej leteckej kauze to môže vyzerať napríklad takto. Prúdenie vzduchu v dvoch rôznych nadmorských výškach (povedzme rovnakých 2000 a 10 000 m), v interakcii s našimi lietadlami – to sú dva fyzikálne systémy.

Ak sú však v týchto výškach rovnaké, vôbec to neznamená, že rovnaká bude aj naznačená interakcia, skôr naopak. To znamená, že rýchlosť nemôže byť kritériom podobnosti a tieto dva systémy v takejto situácii nie sú vôbec podobné.

Ak však hovoríme o tom, že lietadlo letí v rôznych výškach (a všeobecne za rôznych podmienok) s rovnakým Machovým číslom, potom je celkom legitímne povedať, že podmienky prúdenia a aerodynamické vlastnosti v týchto výškach (za týchto podmienok ) bude rovnaký.

Tu sa určite oplatí povedať, že toto tvrdenie je napriek svojej správnosti založené na značných zjednodušeniach. Prvá vec je, že Machovo číslo, aj keď je pre nás hlavným kritériom podobnosti dynamika plynu, nie je jediným. A druhá pochádza zo samotnej definície čísla M.

Ernst Mach pri svojom výskume takmer ani nepomyslel na uplatnenie ich výsledkov v letectve :-). Vtedy jednoducho neexistovala. Definícia bola čisto vedecká a fyzikálne presná. Machovo číslo je bezrozmerná veličina rovnajúca sa pomeru rýchlosti prúdenia v danom bode v pohybujúcom sa plynnom prostredí k rýchlosti zvuku v tomto bode.

Teda M = V/a, kde V je rýchlosť prúdenia v m/s a je rýchlosť zvuku v m/s. Zdá sa teda, že číslo M zohľadňuje rýchlosť pohybu plus zmenu parametrov vzdušného prostredia prostredníctvom rýchlosti zvuku, ktorá závisí práve od týchto parametrov.

Machovo číslo bezrozmerné množstvo. Nie je možné ju vyjadriť v jednotkách rýchlosti a jej prevod na lineárnu rýchlosť je nepraktický kvôli premenlivosti rýchlosti zvuku. Použitie rýchlosti lietadla M číslo, možno vyjadriť len kvalitatívne, teda odhadom, koľkokrát je rýchlosť lietadla väčšia alebo menšia ako rýchlosť zvuku.

V tomto prípade môže byť formát na zaznamenávanie hodnôt buď pomocou znamienka rovnosti, alebo bez neho. Napríklad označenie M3 (rovnako ako M=3) môže znamenať, že rýchlosť lietadla trikrát prekročila rýchlosť zvuku.

Zjednodušenia vo vzťahu k letectvu spočívajú v tom, že rýchlosť prúdenia je nahradená rýchlosťou pohybu fyzického telesa v plynnom prostredí, čiže sa myslí pohyb lietadla. Rýchlosť zvuku sa považuje za rýchlosť zvuku vo výške letu. Neberie sa však do úvahy, že prúdenie v blízkosti telesa zložitého tvaru, akým je lietadlo :-), môže mať veľmi rozdielne hodnoty v blízkosti rôznych častí povrchu tohto telesa.

Indikátor čísla M na prístrojovej doske nadzvukového Concordu (pravý dolný roh). Nad ním je ukazovateľ rýchlosti.

Napriek dosť nesprávnym zjednodušeniam je však pojem Mahanashlovo číslo v letectve veľmi rozšírený. A to nielen na nadzvukových lietadlách, pre ktoré informácie o číslo M, sú takpovediac životne dôležité :-), ale aj na mnohých podzvukových moderných lietadlách.

Koniec koncov, ich rýchlosti, aj keď sú podzvukové, sú dosť vysoké. Navyše, praktické výšky letu sú tiež dosť vysoké. Keďže rýchlosť zvuku s nadmorskou výškou výrazne klesá, odporúča sa používať pri pilotovaní vo veľkých výškach Machovo číslo.

Sú na to minimálne dva dôvody. Jednak kvôli veľkému rozdielu, ktorý som spomínal vyššie (chyby navyše, ktoré sú navyše veľmi citeľné, nikto nepotrebuje :-)) a jednak vedieť posúdiť blížiacu sa vlnovú krízu.

Faktom je, že pre každý typ lietadla sa jeho prejavy odohrávajú pri určitých hodnotách Machovho čísla Hranice Machovho čísla zabezpečiť udržateľné hospodárenie. Pilot pri riadení lietadla dbá na to, aby tento limit nebol prekročený.

Indikátor indikovanej rýchlosti a Machovho čísla (v strede) na prístrojovej doske lietadla Jak-42.

Indikátor skutočnej rýchlosti letu a Machovho čísla (v strede) na prístrojovej doske Boeingu 747.

Teda M číslo- nie je to rýchlosť v jej čistej forme, ale napriek tomu je to dôležitý parameter, ktorý umožňuje posádke správne posúdiť letové podmienky a vykonávať bezpečnú a presnú kontrolu lietadla.

Pre informácie o Machovo číslo Takmer všetky moderné vysokorýchlostné lietadlá majú v kabíne ukazovateľ Machovho čísla. V bežnej reči sa mu niekedy hovorí machmeter. Vo väčšine prípadov ide o číselník podobný ukazovateľu rýchlosti. Takéto zariadenia môžu poskytovať buď iba hodnoty Machových čísel, alebo môžu byť kombinované (kombinované) s indikátorom rýchlosti, pravdivým alebo indikovaným.

Indikátor čísla M.

Ukazovateľ rýchlosti US-1600.

Indikátor skutočnej rýchlosti USIM-I a čísla M. Tento typ indikátora je na lietadle MIG-25.

Indikátor skutočnej rýchlosti a Machovho čísla (vľavo hore) na prístrojovej doske nadzvukového MIG-25.

Indikátory čísla M sa často vykonávajú s špeciálne signalizačné zariadenie, ktorý v správnom momente vydá výstrahu posádke o prekročení akejkoľvek prahovej hodnoty tohto čísla.

MS-1. Indikátor čísla M s elektrickým alarmom.

Podľa jeho konštrukcie a princípu činnosti ukazovateľ čísla M vo všeobecnosti podobné. Ale aby sa zohľadnili zmeny podmienok s nadmorskou výškou, pribudlo aneroidný box reaguje na zmeny tlaku.

Kinematický diagram indikátora čísla M.

Prevažná väčšina moderných lietadiel stále lieta na podzvukových úrovniach. Tento režim zodpovedá Machovo číslo menej ako 0,8. Nasledujúce letové režimy, v ktorých M nadobúda hodnoty od 0,8 do 1,2, sú kombinované pod názvom transonic. A keď sa Machovo číslo zmení z 1,0 na 5,0, potom ide o čistý nadzvuk, nadzvukovú letovú zónu moderných vojenských lietadiel.

Existujú však príklady, ktoré priamo nesúvisia s armádou, navyše dosahujú rýchlosti, pri ktorých; Machovo číslo presahuje päť jednotiek. Toto je už hypersonická zóna. O týchto poloexotických zariadeniach a ich letových režimoch si však povieme v nasledujúcich článkoch na všeobecnú tému venovanú nadzvukom.

Uvídime sa znovu :-).

Na fotografie sa dá kliknúť.

Hypersonická rýchlosť, „hypersound“ - dnes v oblasti rakiet a letectva je to najmódnejšie slovo. Ako všade pred desiatimi rokmi „nanotechnológia“. Čo je však „nadosobný zvuk“ a ako sa meria?

Od podzvukového k nadzvukovému

Rýchlosť zvuku vo vzduchu je už dlho akceptovaná ako určitý referenčný bod pre rôzne vedecké a praktické merania. Aristoteles ako prvý spomenul túto veličinu ako pomerne stabilnú. Používal ho na porovnávanie a charakterizáciu pohybu telies. Prvý človek v histórii, ktorý prekonal zvuková bariéra, sa v roku 1947 stal americký testovací pilot Charles Yeager na experimentálnom lietadle Bell X-1. Prvý sovietsky pilot, kapitán Oleg Sokolovsky, dosiahol rýchlosť zvuku o rok neskôr – na La-176, tiež experimentálnom.

Je pravda, že nadzvukové lety v polovici dvadsiateho storočia boli podľa súčasných koncepcií veľmi podmienené. La-176 dosahoval rýchlosť zvuku len v jemnom ponore a Bell X-1 sa na tento účel nevzniesol na oblohu sám, ale s pomocou nosného lietadla, aby nepremárnil všetky palivo pri vzlete.

Nadzvukový sa zvyčajne nazýva rozsah od 1 do 5 rýchlostí zvuku, ale 5 „zvukových“ rýchlostí a viac sú tie isté „nadzvukové“, o ktorých sa dnes toľko hovorí. Pravda, zatiaľ sa to najčastejšie spomína v súvislosti s raketovými zbraňami, pretože pilotované a bezpilotné lietadlo, pohybujúce sa takými rýchlosťami, z väčšej časti predstavujú modelové testovacie kusy.

Najtypickejším predstaviteľom tejto kategórie lietajúcich strojov je americká NASA X-43, ktorá sa v prvej polovici minulého desaťročia stala pomerne otvorenou kompiláciou všetkých podobných tajných vojenských vývojov Ruska a USA, ktoré sa začali v 50. rokoch minulého storočia. Tento malý dron dosiahol takmer desať rýchlostí zvuku. Pravda, aby to urobil, (ako ten istý Bell X-1 v roku 1947!) najprv vzlietol do vzduchu, bol pripevnený ku krídlu bombardéra B-52, potom na desať sekúnd naberal rýchlosť pomocou prúdového motora, po ktorom sa v rovnakom čase plánovalo a skončilo utopením v oceáne...

Rýchlosť zvuku a Machovo číslo

Pokiaľ ide o nadzvukové alebo nadzvukové rýchlosti, namiesto kilometrov (alebo míľ) za hodinu, ktoré sú známe väčšine ľudí, sa začnú objavovať podivné „Machy“. Napríklad - „rýchlosť lietadla presiahla Mach 5,2“. Čo je táto merná jednotka a ako ju vnímať?

Takzvané „Machovo číslo“ je pomenované po Ernstovi Machovi, rakúskom fyzikovi. Ako jeden zo zakladateľov plynovej mechaniky, ktorý ukončil svoj život v ére prvých lietajúcich „whatnotov“, „nebeských spomaľovačov“, si to už koncom 40. rokov nevedel ani predstaviť. prúdové stíhačky sa priblížia k zvukovej bariére a po nej pomenovaná jednotka rýchlosti sa dostane do každodenného používania letcami.

Machovo číslo alebo M číslo, ako sa tiež nazýva, nie je najzreteľnejšia vec na pochopenie. Jedna z kanonických interpretácií znie takto: „pomer rýchlosti prúdenia v danom bode prúdenia plynu k lokálnej rýchlosti šírenia zvuku v pohybujúcom sa médiu“... Skúsme to však vysvetliť zrozumiteľnými slovami, „na prstoch“.

Mimoriadne zjednodušeným (a veľmi nesprávnym!) spôsobom môžeme povedať, že jednotkou Machovho čísla je rýchlosť zvuku. Inými slovami, Mach 1 sa bežne rovná 340 metrom za sekundu alebo 1224 km/h. V súlade s tým je Mach 2 konvenčne 680 metrov za sekundu alebo 2448 km/h a potom podľa toho. Každý učiteľ dynamiky plynov vám však na takéto vysvetlenie poskytne plnohodnotného „pražma“ s Abramovičovou učebnicou. Machovo číslo totiž nie je rýchlosť v klasickom zmysle – vo forme prejdenej vzdialenosti za určité časové obdobie. Táto bezrozmerná jednotka, aj keď je úzko spätá s rýchlosťou zvuku vo vzduchu, berie do úvahy fakt, že rýchlosť zvuku nie je vôbec konštantná hodnota!

Väčšina ľudí verí, že rýchlosť zvuku vo vzduchu je 340 metrov za sekundu. Ale vlastnosti vzduchu môžu byť rôzne. To znamená, že aj rýchlosť šírenia zvuku v ňom je iná! V prízemnej vrstve je to skutočne rovných 340 metrov za sekundu, ale napríklad vo výškach okolo desať kilometrov je rýchlosť v dôsledku riedkeho vzduchu a nízkych teplôt iná a je už okolo 300 metrov za sekundu.

Na prelomenie zvukovej bariéry priamo nad zemou potrebuje lietadlo dosiahnuť rýchlosť 1224 km/h a vo výške desaťtisíc metrov mu na to stačí rýchlosť 1076 km/h - o 148 km/h menej. Rozdiel okolo 13 – 14 percent je dosť významný a má významné dôsledky pre inžinierov, ktorí navrhujú lietadlo, ako aj pre pilotov, ktorí s ním lietajú. Inými slovami, Mach 1 je rýchlosť zvuku pri špecifických parametroch nadmorskej výšky a teploty, v ktorej lietadlo letí, „tu a teraz“.

Prečo potrebujete merať rýchlosť v Mach?

Slovo „MACH“ alebo písmeno „M“ sa objavuje na špeciálnych ukazovateľoch rýchlosti v pilotnej kabíne – tieto zariadenia sú často doplnené prístrojovými meračmi rýchlosti av leteckom žargóne sa im hovorí „machometre“. Číselník „machometra“ je označený v konvenčných jednotkách – relatívne povedané, ak jeho ručička ukazuje na číslo 1, lietadlo letí rýchlosťou zvuku v danom čase a v danej výške. Ak je let, predpokladajme, nízko nad zemou, potom skutočná rýchlosť pri Mach 1 bude 1224 km/h, ak vo výške desaťtisíc metrov bude 1076 km/h.

Vynára sa však prirodzená otázka - prečo pilot potrebuje údaje o rýchlosti z „machometra“? Faktom je, že moment prekročenia zvukovej bariéry je spojený s náhlymi zmenami aerodynamickej rovnováhy lietadla a vyžaduje si zvýšenú pozornosť pri riadení. A tento moment presne indikuje „machometer“.

V budúcnosti je toto zariadenie po „prejazde jedným“ nevyhnutné aj na posúdenie reálnej situácie, ako sa hovorí „online“, pretože za hranicou zvuku sa auto správa úplne inak ako doteraz. No a nakoniec, údaj o skutočnej rýchlosti v Mach je potrebný na sledovanie Machovho čísla, ktoré tvorcovia lietadla určili ako konštrukčnú hranicu jeho sily.

Nie každé lietadlo má však „machometer“. V skutočnosti sa všeobecne uznáva, že pre lietajúce stroje, ktoré neprekračujú rýchlosť okolo 400 km/h a nadmorské výšky okolo 2–3 tisíc kilometrov, je prevod rýchlosti na číslo M irelevantný – lietadlo sa v štandardnom podzvukovom rozsahu prevádzkových rýchlostí správa celkom lineárne a predvídateľne.

Zvuk sa šíri vo vzduchu rýchlosťou 1 224 km/h. Tento indikátor Lietadlá boli schopné prekonať rýchlosti už pomerne dávno. Ďalším ambicióznym míľnikom pre inžinierov bolo svojho času zdolanie rýchlosti 2 Mach alebo 2448 km/h. A tento míľnik bol dosiahnutý. Dodnes ho dokázalo prekonať už viac ako jedno lietadlo. Väčšina z nich má vojenský účel absolútnymi rýchlostnými rekordérmi však zostávajú najmä výskumné vozidlá.

1. Su-27

Sovietske lietadlo Su-27 dosahuje rýchlosť 2,3 Mach alebo 2876,4 km/h. Lietadlo má dva motory a riadiaci systém fly-by-wire. Svojho času auto vzniklo ako protiváha amerického F-15 Eagle. Mimochodom, napriek tomu, že má 35 rokov, Su-27 je stále relevantným lietadlom a je v prevádzke.

2. General Dynamics F-111

Taktický bombardér, ktorý dosahuje rýchlosť 2,5 Mach (3060 km/h). Stroj bol vytvorený v roku 1998. Do vzduchu je schopný zdvihnúť až 14 300 kg. Nesie konvenčné aj jadrové bomby. Inými slovami, toto je veľmi vážne zariadenie!

3. McDonnell Douglas F-15 Eagle

Americká stíhačka do každého počasia. Bez problémov dosahuje vo vzduchu rýchlosť 3065 km/h. Podľa najnovších údajov Pentagon predpokladá, že toto vozidlo udrží v prevádzke do roku 2025 a až potom ho nahradí niečím pokročilejším.

4. Mig 31

Domáce lietadlo, ktoré vďaka dvom neskutočne výkonným motorom dosahuje rýchlosť 2,83 Mach, čo je 3463,92 km/h. Mimochodom, zariadenie môže dosiahnuť nadzvukovú rýchlosť v malých aj veľkých nadmorských výškach.

5. XB-70 Valkýra

Ďalšie dieťa studenej vojny. S hmotnosťou 240 ton dosahuje XB-70 Valkyrie rýchlosť 3 Mach alebo 3672 km/h. To všetko robí pomocou svojich šiestich výkonných motorov. Táto rýchlosť bola lietadlu udelená, aby uniklo nielen zo sovietskych stíhačiek, ale aj z postihnutej oblasti jadrového výbuchu. A to všetko preto strategický bombardér s rezervou chodu 6900 km.

6. Bell X-2 Starbuster

Ďalšie americké lietadlo - tentoraz nie vojenské, ale experimentálne. Zrýchľuje na 3911,9 km/h. Prvý let stroja sa uskutočnil v roku 1954. Program bol zrušený po incidente počas testovania.

7. MiG-25

Americký prieskumný stíhač. Presne takto bol kedysi umiestnený MiG-25. Maximálna rýchlosť Toto auto má 3,2-násobok rýchlosti zvuku a je 3916,8 km/h. Je iróniou, že 25. jednotka počas celého svojho obdobia nezachytila ​​ani jedného prieskumného dôstojníka, ale v niekoľkých ozbrojených konfliktoch sa ukázala ako vynikajúca.

8. Lockheed YF-12

Toto lietadlo by sa nemalo zamieňať s Blackbirdom. Tento stroj bol vyvinutý výhradne ako prototyp na preberanie nových rýchlostných limitov vo vzduchu. Maximálna rýchlosť je Mach 3,35 alebo 4100 km/h.

9. SR-71 Blackbird

SR-71 Blackbird, ktorý netreba bližšie predstavovať, slúžil americkým vzdušným silám a neskôr bol presunutý do NASA na vedecký výskum. Celkovo sa ich vyrobilo 32 kusov. Mimochodom, toto bolo prvé lietadlo s technológiou stealth. Maximálna rýchlosť – 4102,8 km/h.

10. Severná Amerika X-15

Najrýchlejšie pilotované lietadlo na svete. Maximálna rýchlosť na oblohe dosahuje Mach 6,7 (8200 km/h). Stroj bol vytvorený pre vedecké experimenty.

Na svete je toľko zaujímavých vecí. A tiež hrozné, bohužiaľ. Tu sú aspoň niektoré, ktoré budú zaujímavé pre každého človeka.