Na šta pomislimo kada čujemo izraz "zvučna barijera"? Određena granica i koja može ozbiljno uticati na sluh i dobrobit. Obično je zvučna barijera u korelaciji sa osvajanjem vazdušnog prostora i
Prevladavanje ove barijere može izazvati razvoj kroničnih bolesti, sindroma boli i alergijskih reakcija. Da li su ove percepcije tačne ili su stereotipi? Imaju li činjeničnu osnovu? Šta je zvučna barijera? Kako i zašto nastaje? Sve to i neke dodatne nijanse, kao i istorijske činjenice povezano s ovim konceptom, pokušat ćemo saznati u ovom članku.
Ova misteriozna nauka je aerodinamika
U nauci o aerodinamici, dizajniranoj da objasni fenomene koji prate kretanje
aviona, postoji koncept "zvučne barijere". Ovo je niz pojava koje se javljaju tokom kretanja nadzvučnih letelica ili raketa koje se kreću brzinama bliskim brzini zvuka ili većom.
Šta je udarni talas?
U procesu nadzvučnog strujanja oko aparata, u aerotunelu nastaje udarni val. Njegovi tragovi se mogu vidjeti čak i golim okom. Na tlu su označene žutom linijom. Izvan konusa udarnog talasa, ispred žute linije, na zemlji, avion se i ne čuje. Pri brzini većoj od zvuka, tijela su podvrgnuta strujanju oko zvučnog toka, što za sobom povlači udarni val. Možda nije sama, ovisno o obliku tijela.
Transformacija udarnog talasa
Front udarnog vala, koji se ponekad naziva i udarni val, ima prilično malu debljinu, što ipak omogućava praćenje naglih promjena svojstava strujanja, smanjenja njegove brzine u odnosu na tijelo i odgovarajućeg povećanja pritisak i temperatura gasa u protoku. U ovom slučaju kinetička energija se djelimično pretvara u unutrašnju energiju plina. Broj ovih promjena direktno ovisi o brzini nadzvučnog toka. Kako se udarni val udaljava od aparata, padovi tlaka se smanjuju i udarni val se pretvara u zvuk. Ona može doći do vanjskog posmatrača koji će čuti karakterističan zvuk koji podsjeća na eksploziju. Postoji mišljenje da to ukazuje da je uređaj dostigao brzinu zvuka, kada je zvučna barijera ostala iza aviona.
Šta se zapravo dešava?
Takozvani trenutak prevladavanja zvučne barijere u praksi je prolazak udarnog vala uz sve jaču tutnjavu motora aviona. Sada je jedinica ispred pratećeg zvuka, pa će se nakon njega čuti brujanje motora. Približavanje brzine brzini zvuka postalo je moguće tokom Drugog svjetskog rata, ali su istovremeno piloti primijetili alarmne signale u radu aviona.
Nakon završetka rata, mnogi dizajneri aviona i piloti nastojali su postići brzinu zvuka i probiti zvučnu barijeru, ali su mnogi od tih pokušaja završili tragično. Pesimistični naučnici su tvrdili da se ova granica ne može preći. Nikako eksperimentalno, već naučno, bilo je moguće objasniti prirodu koncepta "zvučne barijere" i pronaći načine da se ona prevaziđe.
Sigurni letovi transzvučnim i nadzvučnim brzinama mogući su ako se izbjegne talasna kriza, čija pojava zavisi od aerodinamičkih parametara aviona i visine leta. Prijelaze s jednog nivoa brzine na drugi treba izvršiti što je brže moguće pomoću naknadnog sagorijevanja, što će pomoći da se izbjegne dug let u zoni talasne krize. Talasna kriza kao koncept proizašla je iz vodnog transporta. Nastala je u trenutku kretanja brodova brzinom bliskom brzini valova na površini vode. Ulazak u talasnu krizu povlači poteškoću u povećanju brzine, a ako je što jednostavnije prevladati talasnu krizu, onda možete ući u režim klizanja ili klizanja po površini vode.
Istorija upravljanja avionima
Prva osoba koja je postigla nadzvučnu brzinu leta u eksperimentalnom avionu je američki pilot Chuck Yeager. Njegovo dostignuće je zabeleženo u istoriji 14. oktobra 1947. godine. Na teritoriji SSSR-a zvučnu barijeru savladali su 26. decembra 1948. Sokolovsky i Fedorov, koji su upravljali iskusnim lovcem.
Od civila, putnički brod Douglas DC-8 probio je zvučnu barijeru, koji je 21. avgusta 1961. dostigao brzinu od 1,012 Maha, odnosno 1262 km/h. Misija je bila prikupljanje podataka za dizajn krila. Među avionima, svetski rekord je postavila hipersonična aerobalistička raketa vazduh-zemlja, koja je u upotrebi u ruskoj vojsci. Na visini od 31,2 kilometra, raketa je dostigla brzinu od 6389 km/h.
50 godina nakon što je probio zvučnu barijeru u zraku, Englez Andy Green napravio je slično postignuće u automobilu. U slobodnom padu rekord je pokušao oboriti Amerikanac Joe Kittinger, koji je osvojio visinu od 31,5 kilometara. Felix Baumgartner je danas, 14. oktobra 2012. godine, postavio svjetski rekord, bez pomoći vozila, u slobodnom padu sa visine od 39 kilometara, probivši zvučnu barijeru. Istovremeno, njegova brzina je dostigla 1342,8 kilometara na sat.
Najneobičnije probijanje zvučne barijere
Čudno je razmišljati, ali prvi izum na svijetu koji je prevazišao ovu granicu bio je obični bič, koji su izmislili stari Kinezi prije skoro 7 hiljada godina. Gotovo sve do izuma instant fotografije 1927. godine, niko nije sumnjao da je udarac biča minijaturni zvučni bum. Oštar zamah stvara petlju, a brzina se naglo povećava, što potvrđuje klik. Zvučna barijera se savladava pri brzini od oko 1200 km/h.
Misterija najbučnijeg grada
Nije ni čudo što su stanovnici malih gradova šokirani kada prvi put vide glavni grad. Obilje prevoza, stotine restorana i zabavnih centara zbunjuje i uznemirava. Početak proljeća u glavnom gradu obično se datira na april, a ne na buntovni mećavni mart. U aprilu je nebo vedro, potoci teku i pupoljci se otvaraju. Ljudi, umorni od duge zime, širom otvaraju prozore prema suncu, a ulična buka upada u kuće. Ptice zaglušno cvrkuću na ulici, umetnici pevaju, veseli učenici recituju pesme, a da ne govorimo o buci u saobraćajnim gužvama i metrou. Zaposleni u odjelima za higijenu napominju da je dugo boraviti u bučnom gradu nezdravo. Zvučnu pozadinu glavnog grada čine transport,
vazduhoplovna, industrijska i domaća buka. Najštetnija je upravo buka automobila, jer avioni lete dovoljno visoko, a buka preduzeća se rastvara u njihovim zgradama. Stalno brujanje automobila na posebno prometnim autoputevima prevazilazi sve dozvoljene norme dvaput. Kako se prevazilazi zvučna barijera u glavnom gradu? Moskva je opasna zbog obilja zvukova, pa stanovnici glavnog grada postavljaju prozore sa duplim staklima kako bi prigušili buku.
Kako se probija zvučna barijera?
Do 1947. nije bilo stvarnih podataka o dobrobiti osobe u kokpitu aviona koji leti brže od zvuka. Kako se pokazalo, probijanje zvučne barijere zahtijeva određenu snagu i hrabrost. Tokom leta postaje jasno da nema garancija za preživljavanje. Čak ni profesionalni pilot ne može sa sigurnošću reći da li će dizajn aviona izdržati napad elemenata. Za nekoliko minuta, avion se jednostavno može raspasti. Šta ovo objašnjava? Treba napomenuti da kretanje podzvučnom brzinom stvara akustične valove koji se raspršuju poput krugova od palog kamena. Nadzvučna brzina pobuđuje udarne valove, a osoba koja stoji na tlu čuje zvuk sličan eksploziji. Bez moćnih kompjutera bilo je teško riješiti složene probleme i morali su se osloniti na modele puhanja u aerotunelima. Ponekad, pri nedovoljnom ubrzanju aviona, udarni val dostigne takvu snagu da iz kuća iznad kojih leti letjelica izlete prozori. Neće svi moći prevladati zvučnu barijeru, jer se u ovom trenutku cijela konstrukcija trese, pričvršćivanja uređaja mogu dobiti značajna oštećenja. Zato je to toliko važno za pilote dobro zdravlje i emocionalnu stabilnost. Ako je let glatko, a zvučna barijera savladana što je brže moguće, tada ni pilot ni mogući putnici neće osjetiti posebno neugodne senzacije. Posebno za osvajanje zvučne barijere napravljen je istraživački avion januara 1946. godine. Stvaranje mašine pokrenuto je naredbom Ministarstva odbrane, ali je umesto naoružanja napunjena naučnom opremom koja je pratila rad mehanizama i instrumenata. Ovaj avion je bio poput moderne krstareće rakete sa ugrađenim raketnim motorom. Avion je probio zvučnu barijeru pri maksimalnoj brzini od 2736 km/h.
Verbalni i materijalni spomenici osvajanju brzine zvuka
Postignuća u probijanju zvučne barijere danas su visoko cijenjena. Dakle, avion na kojem ga je Chuck Yeager prvi savladao sada je izložen u Nacionalnom muzeju vazduhoplovstva i svemira, koji se nalazi u Vašingtonu. Ali tehničke specifikacije ovaj ljudski izum bi malo vredeo bez zasluga samog pilota. Chuck Yeager je prošao školu letenja i borio se u Evropi, nakon čega se vratio u Englesku. Nepravedna suspenzija sa letenja nije slomila Yeagerov duh i on je dobio sastanak kod glavnog komandanta trupa Evrope. U godinama koje su preostale do kraja rata, Yeager je učestvovao u 64 leta, tokom kojih je oborio 13 aviona. Chuck Yeager se vratio u domovinu sa činom kapetana. Njegove karakteristike ukazuju na fenomenalnu intuiciju, nevjerovatnu staloženost i izdržljivost u kritičnim situacijama. Yeager je više puta postavljao rekorde u svom avionu. Njegova kasnija karijera bila je u ratnom vazduhoplovstvu, gde je obučavao pilote. IN zadnji put Chuck Yeager je probio zvučnu barijeru u 74. godini, što je bila pedeseta godišnjica njegove istorije letenja i 1997. godine.
Složeni zadaci kreatora aviona
Svjetski poznati avioni MiG-15 počeli su nastajati u trenutku kada su programeri shvatili da je nemoguće bazirati se samo na probijanju zvučne barijere, već treba riješiti složene tehničke probleme. Kao rezultat toga, mašina je stvorena toliko uspješno da su njene modifikacije usvojile različite zemlje. Nekoliko različitih dizajnerskih biroa ušlo je u svojevrsnu konkurentsku borbu, čija je nagrada bio patent za najuspješniji i najfunkcionalniji avion. Razvijeni avioni sa zamašenim krilima, što je bila revolucija u njihovom dizajnu. Idealan aparat bi morao biti snažan, brz i nevjerovatno otporan na bilo kakva vanjska oštećenja. Zakretna krila aviona postala su element koji im je pomogao da utrostruče brzinu zvuka. Nadalje, nastavio je rasti, što se objašnjava povećanjem snage motora, upotrebom inovativnih materijala i optimizacijom aerodinamičkih parametara. Prevazilaženje zvučne barijere postalo je moguće i realno čak i za neprofesionalca, ali od toga ne postaje manje opasno, pa svaki tragalac za ekstremima treba razumno procijeniti svoje snage prije nego što se odluči na ovakav eksperiment.
Dana 14. oktobra 1947. čovječanstvo je prešlo još jednu prekretnicu. Granica je prilično objektivna, izražena u određenoj fizičkoj veličini - brzini zvuka u zraku, koja u uvjetima zemljine atmosfere ovisi o njenoj temperaturi i pritisku u rasponu od 1100-1200 km / h. Nadzvučnu brzinu osvojio je američki pilot Chuck Yeager (Charles Elwood "Chuck" Yeager) - mladi veteran Drugog svjetskog rata, koji je imao izuzetnu hrabrost i odličnu fotogeničnost, zahvaljujući čemu je kao i 14 godina kasnije odmah postao popularan u svojoj domovini. - Jurij Gagarin.
I zaista je bila potrebna hrabrost da se prođe kroz zvučnu barijeru. Sovjetski pilot Ivan Fedorov, koji je ponovio Yeagerovo postignuće godinu dana kasnije, 1948., prisjetio se tada svojih osjećaja: „Prije letenja da se savlada zvučna barijera, postalo je očigledno da nema garancije da će preživjeti nakon nje. Niko praktično nije znao šta je to i da li će dizajn letelice izdržati pritisak elemenata. Ali trudili smo se da ne razmišljamo o tome.”
Zaista, nije bilo potpune jasnoće o tome kako će se automobil ponašati pri nadzvučnoj brzini. Konstruktorima aviona još uvijek su bili svježi u sjećanju na iznenadnu nesreću 1930-ih, kada je s porastom brzina aviona bilo potrebno hitno riješiti problem flutera – samooscilacija koje se javljaju kako u krutim konstrukcijama aviona tako iu u svojoj koži, raskomadajući avion za nekoliko minuta. Proces se razvijao poput lavine, brzo, piloti nisu imali vremena da promene režim leta, a automobili su se raspadali u vazduhu. Dosta dugo matematičari i konstruktori raznim zemljama borio da riješi ovaj problem. Na kraju, teoriju o fenomenu stvorio je tada mladi ruski matematičar Mstislav Vsevolodovič Keldiš (1911–1978), kasniji predsednik Akademije nauka SSSR-a. Uz pomoć ove teorije bilo je moguće pronaći način da se trajno riješite neugodne pojave.
Sasvim je razumljivo da su se od zvučne barijere očekivala podjednako neugodna iznenađenja. Numeričko rješavanje složenih diferencijalnih jednadžbi aerodinamike u nedostatku moćnih kompjutera bilo je nemoguće, pa se moralo osloniti na "čišćenje" modela u aerotunelima. Ali iz kvalitativnih razmatranja bilo je jasno da kada je brzina zvuka dostignuta, u blizini aviona se pojavio udarni talas. Najvažniji trenutak je prevazilaženje zvučne barijere, kada se brzina aviona uporedi sa brzinom zvuka. U ovom trenutku, razlika pritisaka na suprotnim stranama fronta talasa naglo raste, a ako trenutak potraje duže od jednog trenutka, avion se može raspasti ništa gore nego od lepršanja. Ponekad, prilikom probijanja zvučne barijere s nedovoljnim ubrzanjem, udarni val koji stvara avion čak izbija prozore na prozorima kuća na tlu ispod sebe.
Odnos brzine aviona i brzine zvuka naziva se Mahov broj (po čuvenom nemačkom mehaničaru i filozofu Ernstu Mahu). Prilikom prolaska zvučne barijere, pilotu se čini da broj M preskače jedan u skokovima: Chuck Yeager je vidio kako je igla okretomjera skočila sa 0,98 na 1,02, nakon čega je u kokpitu zavladala "božanska" tišina - zapravo , čini se: samo jedan nivo zvučnog pritiska u kokpitu pada nekoliko puta. Ovaj trenutak "čišćenja od zvuka" je vrlo podmukao, koštao je života mnoge testere. Ali opasnost da se raspadne za njegov avion X-1 bila je mala.
X-1, proizveden od strane Bell Aircrafta u januaru 1946. godine, bio je čisto istraživački avion dizajniran da probije zvučnu barijeru i ništa više. Uprkos činjenici da je automobil naručilo Ministarstvo odbrane, umjesto oružja, bio je punjen naučnom opremom koja prati režime rada komponenti, instrumenata i mehanizama. X-1 je bio poput moderne krstareće rakete. Imao je jedan raketni motor Reaction Motors sa potiskom od 2722 kg. Maksimalna poletna težina - 6078 kg. Dužina - 9,45 m, visina - 3,3 m, raspon krila - 8,53 m. Maksimalna brzina - na nadmorskoj visini od 18290 m 2736 km / h. Automobil je lansiran iz strateškog bombardera B-29, a sleteo je na čelične "skije" na presušeno slano jezero.
Ništa manje impresivni nisu ni "taktičko-tehnički parametri" njegovog pilota. Chuck Yeager je rođen 13. februara 1923. godine. Nakon škole, otišao je u školu letenja, a nakon diplomiranja otišao je da se bori u Evropi. Oborio jedan Meseršmit-109. I sam je oboren na nebu Francuske, ali su ga spasili partizani. Kao da se ništa nije dogodilo, vratio se u bazu u Engleskoj. Međutim, budna kontraobavještajna služba, ne vjerujući u čudesno izbavljenje iz zatočeništva, uklonila je pilota iz leta i poslala ga u pozadinu. Ambiciozni Yeager dobio je imenovanje kod glavnog komandanta savezničkih snaga u Evropi, generala Eisenhowera, koji je vjerovao Yeageru. I nije pogriješio - u šest mjeseci preostalih do kraja rata, mladi pilot je napravio 64 leta, oborio 13 neprijateljskih aviona i 4 u jednoj borbi. I vratio se u domovinu u činu kapetana sa odličnim dosijeom, koji je ukazivao da ima fenomenalnu letačku intuiciju, nevjerovatnu smirenost i nevjerovatnu izdržljivost u bilo kojem kritična situacija. Zahvaljujući ovoj osobini, ušao je u tim supersoničnih testera, koji su birani i trenirani jednako pažljivo kao i kasniji astronauti.
Preimenujući X-1 u "Glamurozni Glennis" u čast svoje supruge, Yeager je više puta postavio rekorde na njemu. Krajem oktobra 1947. pao je prethodni visinski rekord — 21.372 m. Osim toga, obavljena su ispitivanja brojnih lovaca lansiranih u seriju i naleta našeg MiG-a 15, zarobljenih i prevezenih u Ameriku tokom Korean War. Nakon toga, Yeager je komandovao raznim jedinicama za testiranje vazduhoplovnih snaga u Sjedinjenim Državama i američkim bazama u Evropi i Aziji, učestvovao je u borbama u Vijetnamu i obučavao pilote. Penzionisan je u februaru 1975. u činu brigadnog generala, naletevši 10 hiljada sati tokom svoje hrabre službe, vozeći 180 različitih supersoničnih modela i sakupivši jedinstvenu kolekciju ordena i medalja. Sredinom 80-ih snimljen je film prema biografiji hrabrog momka koji je prvi na svijetu probio zvučnu barijeru, a nakon toga Chuck Yeager nije postao čak ni heroj, već nacionalna relikvija. Poslednji put je leteo na F-16 14. oktobra 1997. i probio je zvučnu barijeru na pedesetu godišnjicu svog istorijskog leta. Yeager je tada imao 74 godine. Uopšte, kako je pesnik rekao, nokte treba praviti od ovih ljudi.
Ima mnogo takvih ljudi s druge strane okeana... Sovjetski dizajneri su počeli pokušavati da savladaju zvučnu barijeru u isto vrijeme kada i američki. Ali za njih to nije bio cilj sam po sebi, već potpuno pragmatičan čin. Ako je X-1 bio čisto istraživačka mašina, onda je naša zvučna barijera bila probijena na prototipove lovaca, koji su trebali biti stavljeni u seriju kako bi se njima opremile jedinice ratnog zrakoplovstva.
Konkurs je uključivao nekoliko projektantskih biroa - Dizajnerski biro Lavočkin, Dizajnerski biro Mikoyan i Dizajnerski biro Jakovljev - u kojima su se paralelno razvijali avioni sa zamašenim krilima, što je tada predstavljalo revolucionarno dizajnersko rješenje. Do supersonične završnice stigli su ovim redom: La-176 (1948), MiG-15 (1949), Jak-50 (1950). Međutim, tu je problem riješen u prilično složenom kontekstu: vojno vozilo mora imati ne samo veliku brzinu, već i mnoge druge kvalitete - upravljivost, preživljavanje, minimalno vrijeme pripreme prije leta, moćno oružje, impresivno opterećenje municije itd. itd. Također treba napomenuti da su u sovjetsko vrijeme na odluku državnih prijemnih komisija često utjecali ne samo objektivni faktori, već i subjektivni momenti povezani s političkim manevrima programera. Sav taj splet okolnosti doveo je do toga da je u seriju lansiran lovac MiG-15, koji se odlično pokazao u lokalnim arenama vojnih operacija 50-ih godina. Upravo ovaj automobil, uhvaćen u Koreji, kao što je gore spomenuto, Chuck Yeager je „vozio okolo“.
U La-176 je primijenjen zamah krila od 45 stepeni, što je rekord za ta vremena. Turbomlazni motor VK-1 davao je potisak od 2700 kg. Dužina - 10,97 m, raspon krila - 8,59 m, površina krila 18,26 m2. Uzletna težina - 4636 kg. Plafon - 15.000 m. Domet leta - 1.000 km. Naoružanje - jedan top kalibra 37 mm i dva topa kalibra 23 mm. Automobil je bio spreman u jesen 1948. godine, au decembru je započeo letne testove na Krimu na vojnom aerodromu u blizini grada Saki. Među onima koji su vodili testove bio je i budući akademik Vladimir Vasiljevič Struminski (1914-1998), piloti eksperimentalnog aviona bili su kapetan Oleg Sokolovski i pukovnik Ivan Fedorov, koji je kasnije dobio titulu heroja. Sovjetski savez. Sokolovski je, apsurdnom nesrećom, poginuo tokom četvrtog leta, zaboravivši da zatvori nadstrešnicu pilotske kabine.
Pukovnik Ivan Fedorov probio je zvučnu barijeru 26. decembra 1948. godine. Podignuvši se na visinu od 10 hiljada metara, odbio je kontrolni štap od sebe i počeo da ubrzava u zaronu. „Ubrzavam svoju 176. sa velike visine“, prisjetio se pilot. — Čuje se dosadan tihi zvižduk. Povećavajući brzinu, avion juri na zemlju. Na skali mačometra, strelica se mijenja iz trocifrenih brojeva u četverocifrene. Avion se trese kao u groznici. I odjednom - tišina! Zauzeli smo zvučnu barijeru. Naknadna interpretacija oscilograma pokazala je da je broj M premašio jedan. To se dogodilo na nadmorskoj visini od 7.000 metara, gdje je zabilježena brzina od 1,02 m.
U budućnosti je brzina letjelica s posadom nastavila da se stalno povećava zbog povećanja snage motora, upotrebe novih materijala i optimizacije aerodinamičkih parametara. Međutim, ovaj proces nije neograničen. S jedne strane, to je otežano razmatranjem racionalnosti, kada se uzmu u obzir potrošnja goriva, troškovi razvoja, sigurnost letenja i druga neprazna razmatranja. Pa čak i u vojnom vazduhoplovstvu, gde novac i bezbednost pilota nisu toliko značajni, brzine „najspretnijih“ automobila kreću se u rasponu od 1,5 do 3 miliona. Čini se da ne treba više. (Rekord brzine za vozila s posadom sa mlaznim motorima pripada američkom izviđačkom avionu SR-71 i iznosi 3,2 Maha.)
S druge strane, postoji nepremostiva termička barijera: pri određenoj brzini, zagrijavanje tijela stroja trenjem o zrak se događa tako brzo da je nemoguće ukloniti toplinu s njegove površine. Proračuni pokazuju da bi se pri normalnom pritisku to trebalo dogoditi pri brzini od 10M.
Ipak, granica od 10M je i dalje dostignuta na istom poligonu Edwardsa. Desilo se to 2005. godine. Rekorder je bio raketni avion bez posade X-43A, proizveden u sklopu 7 godina starog Hiper-X grandioznog programa za razvoj novih vrsta tehnologija osmišljenih da radikalno promijene lice raketne i svemirske tehnologije budućnosti. Njegova cijena je 230 miliona dolara, a rekord je postavljen na visini od 33.000 metara. Koristi se u dronu novi sistem overclocking. Prvo se testira tradicionalna raketa na čvrsto gorivo, uz pomoć koje Kh-43A postiže brzinu od 7M, a zatim se uključuje novi tip motora - hipersonični ramjet motor (scramjet, ili scrumjet), u kojem Kao oksidator koristi se obični atmosferski zrak, a plinovito gorivo je vodik (prilično klasična shema nekontrolirane eksplozije).
U skladu sa programom izrađena su tri modela bez posade, koji su nakon obavljenog zadatka utopljeni u okean. Sljedeća faza uključuje stvaranje vozila s ljudskom posadom. Nakon njihovog testiranja, dobijeni rezultati će se uzeti u obzir pri kreiranju širokog spektra "korisnih" uređaja. Osim aviona za potrebe NASA-e, kreiraće se i hipersonična vojna vozila - bombarderi, izviđački avioni i transporteri. Boeing, koji učestvuje u programu Hiper-X, planira izgraditi hipersonični avion za 250 putnika do 2030.-2040. Sasvim je jasno da stakla koja razbijaju aerodinamiku pri takvim brzinama i ne izdržavaju termičko grijanje, neće. Umjesto prozora predviđeni su ekrani sa video snimkom oblaka koji prolaze.
Nema sumnje da će ova vrsta transporta biti tražena, jer što dalje vrijeme postaje sve skuplje, prilagođavajući sve više emocija, zarađenih dolara i drugih komponenti savremenog života po jedinici vremena. S tim u vezi, nema sumnje da će se ljudi jednog dana pretvoriti u jednodnevne leptire: jedan dan će biti zasićen kao i svi sadašnji (prije, jučerašnji) ljudski život. I može se pretpostaviti da neko ili nešto implementira Hiper-X program u odnosu na čovječanstvo.
Prošao zvučnu barijeru :-) ...
Prije nego što krenemo u razgovore o ovoj temi, hajde da malo razjasnimo pitanje tačnosti pojmova (ono što mi se sviđa :-)). Danas su u upotrebi dva termina: zvučna barijera I supersonic barijera . Zvuče slično, ali još uvijek nisu isto. Međutim, nema smisla to razvodnjavati posebnom strogošću: u stvari, to je jedna te ista stvar. Definiciju zvučne barijere najčešće koriste ljudi koji su upućeniji i bliži avijaciji. A druga definicija je obično sve ostalo.
Mislim da je sa stanovišta fizike (i ruskog jezika :-)) ispravnije reći zvučna barijera. Ovdje postoji jednostavna logika. Na kraju krajeva, postoji koncept brzine zvuka, ali ne postoji fiksni koncept brzine nadzvučnog, strogo govoreći. Gledajući malo unapred, reći ću da kada avion leti supersonično, on je već prošao ovu barijeru, a kada je prođe (savlada) onda pređe određenu graničnu vrednost brzine jednaku brzini zvuka (i ne nadzvučni).
Nešto slično tome:-). Štaviše, prvi koncept se koristi mnogo rjeđe od drugog. To je očigledno zato što riječ supersonic zvuči egzotičnije i privlačnije. A u nadzvučnom letu egzotika je svakako prisutna i, naravno, privlači mnoge. Međutim, nisu svi ljudi koji uživaju u riječima " supersonic barijera' zaista razumem šta je to. Više puta sam se uvjerio u to gledajući forume, čitajući članke, čak i gledajući TV.
Ovo pitanje je zapravo prilično komplikovano sa stanovišta fizike. Ali mi se, naravno, nećemo penjati u složenost. Samo ćemo pokušati, kao i obično, da razjasnimo situaciju koristeći princip "objašnjenja aerodinamike na prstima" :-).
Dakle, do barijere (zvučne :-))!... Zrakoplov u letu, djelujući na tako elastičan medij kao što je zrak, postaje moćan izvor zvučnih valova. Mislim da svi znaju šta su zvučni talasi u vazduhu :-).
Zvučni talasi (kamoton).
Ovo je izmjena područja kompresije i razrjeđivanja, koja se širi u različitim smjerovima od izvora zvuka. Otprilike kao krugovi na vodi, koji su također samo valovi (ali ne i zvuk :-)). Upravo ta područja, djelujući na bubnu opnu, omogućavaju nam da čujemo sve zvukove ovog svijeta, od ljudskog šapata do urlanja mlaznih motora.
Primjer zvučnih valova.
Tačke širenja zvučnih talasa mogu biti različiti čvorovi aviona. Na primjer, motor (njegov zvuk je svima poznat :-)), ili dijelovi tijela (na primjer, luk), koji kondenzacijom zraka ispred sebe prilikom kretanja stvaraju određenu vrstu tlačnog (kompresijskog) vala trčeći naprijed.
Svi ovi zvučni talasi se šire u vazduhu brzinom zvuka koju već poznajemo. Odnosno, ako je avion podzvučan, pa čak i leti malom brzinom, onda se čini da bježe od njega. Kao rezultat toga, kada se takva letjelica približi, prvo čujemo njen zvuk, a onda ona sama leti.
Rezervisaću, međutim, da je to tačno ako avion ne leti veoma visoko. Uostalom, brzina zvuka nije brzina svjetlosti :-). Njegova veličina nije tako velika i zvučnim talasima treba vremena da dođu do slušaoca. Dakle, redosled pojavljivanja zvuka za slušaoca i letelicu, ako leti velika visina može promijeniti.
A budući da zvuk nije tako brz, onda s povećanjem vlastite brzine, avion počinje sustizati valove koje emitira. Odnosno, da je nepomičan, tada bi se valovi odvojili od njega u obliku koncentrični krugovi kao krugovi na vodi od bačenog kamena. A budući da se avion kreće, tada u sektoru ovih krugova, koji odgovara smjeru leta, granice valova (njihove fronte) počinju se približavati jedna drugoj.
Podzvučno kretanje tijela.
Shodno tome, jaz između aviona (njenog nosa) i prednjeg dijela prvog (glavnog) vala (odnosno, ovo je područje u kojem se postepeno, u određenoj mjeri, koči nadolazeći tok pri susretu sa nosom aviona (krilo, rep) i, kao rezultat, povećanje pritiska i temperature) počinje da se smanjuje i što je brže, to je veća brzina leta.
Dolazi trenutak kada ovaj jaz praktički nestaje (ili postaje minimalan), pretvarajući se u posebnu vrstu područja, tzv. udarni talas. To se dešava kada brzina leta dostigne brzinu zvuka, odnosno letjelica se kreće istom brzinom kao i valovi koje emituje. Mahov broj u ovom slučaju je jednak jedan (M=1).
Zvučno kretanje tijela (M=1).
udarni talas, je vrlo usko područje medija (reda 10-4 mm), pri prolasku kroz koje više ne dolazi do postepene, već oštre (skokove) promjene parametara ovog medija - brzina, pritisak, temperatura, gustina. U našem slučaju, brzina pada, pritisak, temperatura i gustina se povećavaju. Otuda i naziv - udarni talas.
Pomalo pojednostavljeno, rekao bih ovo o svemu ovome. Nemoguće je naglo usporiti nadzvučno strujanje, ali to se mora učiniti, jer više ne postoji mogućnost postepenog usporavanja na brzinu strujanja neposredno ispred nosa aviona, kao pri umjerenim podzvučnim brzinama. Čini se da naiđe na podzvučni dio ispred nosa aviona (ili prsta krila) i ruši se u uzak skok, prenoseći na njega veliku energiju kretanja koju posjeduje.
Inače, može se reći i obrnuto da avion dio svoje energije prenosi na formiranje udarnih valova kako bi usporio nadzvučni tok.
Nadzvučno kretanje tijela.
Postoji još jedan naziv za udarni talas. Krećući se zajedno sa letelicom u svemiru, to je, u stvari, front nagle promene gore navedenih parametara okoline (odnosno strujanja vazduha). A ovo je suština udarnog talasa.
udarni talas i udarni val, općenito, jednake su definicije, ali u aerodinamici se prvi češće koristi.
Udarni val (ili udarni val) može biti gotovo okomit na smjer leta, u tom slučaju poprimaju približno kružni oblik u prostoru i nazivaju se prave linije. To se obično dešava u modovima blizu M=1.
Načini kretanja tijela. ! - podzvučni, 2 - M=1, nadzvučni, 4 - udarni talas (udarni).
Kod brojeva M > 1, oni su već pod uglom u odnosu na smjer leta. Odnosno, avion već prestiže sopstveni zvuk. U ovom slučaju se nazivaju kosi i u svemiru poprimaju oblik stošca, koji se, inače, zove Mahov konus, po naučniku koji je proučavao nadzvučne tokove (spomenuo ga je u jednom od njih).
Mahov konus.
Oblik ovog stošca (njegova "vitkost", da tako kažem) zavisi samo od broja M i povezan je s njim relacijom: M = 1 / sin α, gdje je α ugao između ose stošca i njegove generatrix. A konusna površina dodiruje frontove svih zvučnih talasa, čiji je izvor bio letelica, a koje je „prestizao“, dostižući nadzvučnu brzinu.
Osim toga udarni talasi takođe može biti povezani, kada se nalaze uz površinu tijela koje se kreće nadzvučnom brzinom ili se povlači ako ne dodiruju tijelo.
Vrste udarnih valova u nadzvučnom strujanju oko tijela različitih oblika.
Obično se udari pričvršćuju ako nadzvučni tok teče oko bilo koje šiljate površine. Za avion, na primjer, to može biti šiljasti nos, PVD, oštra ivica otvora za usis zraka. Istovremeno, kažu "skok sjedi", na primjer, na nosu.
A udar od povlačenja može se postići kada se teče oko zaobljenih površina, na primjer, prednje zaobljene ivice debelog aerodinamičkog profila krila.
Različite komponente tijela aviona stvaraju prilično složen sistem udarnih valova u letu. Međutim, najintenzivnija od njih su dva. Jedna glava na pramcu, a druga rep na elementima repne jedinice. Na određenoj udaljenosti od letjelice srednji skokovi ili prestižu glavu i spajaju se s njom, ili ih pretiče repni.
Udarni talasi na modelu aviona pri duvanju u aerotunelu (M=2).
Kao rezultat, ostaju dva skoka, koja zemaljski posmatrač općenito doživljava kao jedan zbog male veličine aviona u odnosu na visinu leta i, shodno tome, kratkog vremenskog intervala između njih.
Intenzitet (drugim riječima, energija) udarnog vala (kompresijskog udara) zavisi od različitih parametara (brzine aviona, njegovih konstrukcijskih karakteristika, uslova okoline, itd.) i određen je padom pritiska na njegovoj prednjoj strani.
Udaljavanjem od vrha Mahovog konusa, odnosno od aviona, kao izvora smetnji, udarni val slabi, postepeno prelazi u običan zvučni val i na kraju potpuno nestaje.
I na kom stepenu će to imati udarni talas(ili udarni talas) koji dopire do tla zavisi od efekta koji on tamo može proizvesti. Nije tajna da je dobro poznati Concorde nadzvučno letio samo preko Atlantika, a vojni nadzvučni avioni idu nadzvučno na velikim visinama ili u područjima gdje ih nema naselja(barem se čini da bi to trebali učiniti :-)).
Ova ograničenja su vrlo opravdana. Za mene je, na primjer, sama definicija udarnog vala povezana s eksplozijom. A stvari koje dovoljno intenzivan udarni val može učiniti mogu biti u skladu sa tim. Barem staklo sa prozora može lako izletjeti. O tome ima dovoljno dokaza (posebno u istoriji sovjetske avijacije, kada je bila prilično brojna, a letovi intenzivni). Ali možete učiniti i gore stvari. Samo morate letjeti niže :-) ...
Međutim, uglavnom ono što ostane od udarnih talasa kada stignu do tla više nije opasno. Samo vanjski promatrač na tlu može u isto vrijeme čuti zvuk sličan tutnjavi ili eksploziji. S tom činjenicom je povezana jedna uobičajena i prilično uporna zabluda.
Ljudi koji nisu previše iskusni u avijaciji, čuvši takav zvuk, kažu da je ovaj avion savladao zvučna barijera (supersonic barijera). Zapravo nije. Ova izjava nema nikakve veze sa realnošću iz najmanje dva razloga.
Udarni val (kompresijski udar).
Prvo, ako osoba na tlu čuje grmljavinu visoko na nebu, onda to samo znači (ponavljam :-)) da su mu doprle uši front udarnog talasa(ili udarni talas) iz aviona koji negdje leti. Ovaj avion već leti nadzvučnom brzinom, a ne samo prešao na nju.
A ako bi ista osoba odjednom mogla biti nekoliko kilometara ispred letjelice, onda bi opet čula isti zvuk iz iste letjelice, jer bi na nju djelovao isti udarni talas koji se kreće zajedno sa letjelicom.
Kreće se nadzvučnim brzinama i stoga se nečujno približava. A nakon što je imao svoj ne uvijek prijatan učinak na bubne opne (pa, kad samo na njih :-)) i sigurno prođe, čuje se tutnjava upaljenih motora.
Približna šema leta aviona za različite vrijednosti M broja na primjeru lovca Saab 35 "Draken". Jezik je, nažalost, njemački, ali shema je općenito razumljiva.
Štaviše, sam prelazak na supersonic nije praćen nikakvim jednokratnim "bumovima", pucketanjem, eksplozijama itd. Na modernoj nadzvučnoj letjelici pilot najčešće saznaje o takvom prijelazu samo iz očitavanja instrumenata. U ovom slučaju, međutim, dolazi do određenog procesa, ali on podliježe određena pravila pilotiranje mu je praktično nevidljivo.
Ali to nije sve :-). Reći ću više. u vidu samo neke opipljive, teške, teško prohodne prepreke, uz koju se avion naslanja i koju treba "probiti" (čuo sam takve sudove :-)) ne postoji.
Strogo govoreći, barijera uopće ne postoji. Nekada davno, u zoru razvoja velikih brzina u avijaciji, ovaj koncept je formiran više kao psihološko ubeđivanje o težini prelaska na nadzvučnu brzinu i let na njoj. Bilo je čak i izjava da je to uopće nemoguće, pogotovo što su preduslovi za takva uvjerenja i izjave bili sasvim specifični.
Međutim, pre svega…
U aerodinamici postoji još jedan termin koji prilično precizno opisuje proces interakcije sa strujom zraka tijela koje se kreće u tom strujanju i nastoji da se prebaci na nadzvučni. Ovo talasna kriza. On je taj koji čini neke od loših stvari koje se tradicionalno povezuju s konceptom zvučna barijera.
Pa nešto o krizi :-). Svaki avion se sastoji od dijelova, oko kojih strujanje zraka u letu možda nije isto. Uzmimo, na primjer, krilo, odnosno običan klasik podzvučni profil.
Iz osnova znanja o tome kako nastaje sila dizanja, dobro nam je poznato da je brzina strujanja u susjednom sloju gornje zakrivljene površine profila različita. Tamo gdje je profil konveksniji, veći je od ukupne brzine protoka, a kada se profil spljošti, ona se smanjuje.
Kada se krilo kreće u struji brzinama bliskim brzini zvuka, može doći trenutak kada, na primjer, u tako konveksnom području, brzina sloja zraka, koja je već veća od ukupne brzine strujanja, postane zvučni, pa čak i supersonični.
Lokalni šok koji se javlja na transoniku tokom talasne krize.
Dalje duž profila, ova brzina se smanjuje i u nekom trenutku ponovo postaje podzvučna. Ali, kao što smo već rekli, nadzvučni tok ne može brzo da se uspori, pa je pojava udarni talas.
Takvi udari se pojavljuju u različitim dijelovima aerodinamičnih površina i u početku su prilično slabi, ali njihov broj može biti velik, a s povećanjem ukupne brzine strujanja povećavaju se nadzvučne zone, udari se "jačaju" i kreću se prema zadnjoj ivici. aeroprofila. Kasnije se isti udarni valovi pojavljuju na donjoj površini profila.
Potpuni nadzvučni tok oko aeroprofila krila.
Koji je rizik od svega ovoga? Ali šta. Prvo- je značajno povećanje aerodinamičkog otpora u rasponu transzvučnih brzina (oko M=1, više ili manje). Ovaj otpor raste zbog naglog povećanja jedne od njegovih komponenti - talasni otpor. Isti onaj koji nismo uzeli u obzir kada smo razmatrali letove pri podzvučnim brzinama.
Za formiranje brojnih udarnih talasa (ili udarnih talasa) tokom usporavanja nadzvučnog toka, kao što sam već rekao, troši se energija, a uzima se iz kinetička energija kretanje aviona. Odnosno, avion jednostavno usporava (i to vrlo primjetno!). To je ono što je talasni otpor.
Štoviše, udarni valovi, zbog naglog usporavanja strujanja u njima, doprinose odvajanju graničnog sloja za sobom i njegovoj transformaciji iz laminarnog u turbulentan. Ovo dodatno povećava aerodinamički otpor.
Otok profila na razni brojevi M. Kompresijski udari, lokalne nadzvučne zone, turbulentne zone.
Sekunda. Usled pojave lokalnih nadzvučnih zona na profilu krila i njihovog daljeg pomeranja u repni deo profila sa povećanjem brzine strujanja i, samim tim, promenom obrasca raspodele pritiska na profilu, tačka primene aerodinamičke sile (centar pritiska) se takođe pomeraju na zadnju ivicu. Kao rezultat toga, pojavljuje se moment ronjenja u odnosu na centar mase aviona, što ga dovodi do spuštanja nosa.
Šta sve ovo rezultira... Zbog prilično oštrog povećanja aerodinamičkog otpora, avionu je potrebno značajno rezerva snage motora savladati transsoničnu zonu i dostići, da tako kažem, pravi supersonični.
Oštar porast aerodinamičkog otpora na transonic (talasna kriza) zbog povećanja otpora valova. Cd je koeficijent otpora.
Dalje. Zbog pojave momenta ronjenja nastaju poteškoće u kontroli terena. Osim toga, zbog neujednačenosti i neujednačenosti procesa povezanih sa nastankom lokalnih nadzvučnih zona sa udarnim talasima, takođe teško upravljati. Na primjer, na rolni, zbog različitih procesa na lijevoj i desnoj ravni.
Da, plus pojava vibracija, često prilično jakih zbog lokalnih turbulencija.
Općenito, kompletan skup užitaka, koji nosi ime talasna kriza. Ali, istina, sve se dešavaju (bilo ih je, specifičnih :-)) kada se koriste tipični podzvučni avioni (debelog profila pravog krila) za postizanje nadzvučnih brzina.
U početku, kada još nije bilo dovoljno znanja, a procesi dostizanja supersonike nisu bili sveobuhvatno proučavani, upravo se ovaj skup smatrao gotovo fatalno nepremostivim i nazivan je zvučna barijera(ili supersonic barijera, ako želiš:-)).
Prilikom pokušaja savladavanja brzine zvuka na konvencionalnim klipnim avionima, bilo je mnogo tragičnih slučajeva. Snažne vibracije ponekad su dovele do uništenja strukture. Avion nije imao dovoljno snage za potrebno ubrzanje. U ravnom letu, to je bilo nemoguće zbog efekta iste prirode kao talasna kriza.
Stoga je za ubrzanje korišten zaron. Ali to bi vrlo lako moglo biti fatalno. Trenutak ronjenja koji se pojavio tokom talasne krize učinio je zaron odugovlačen, a ponekad nije bilo izlaza iz njega. Zaista, da bi se povratila kontrola i eliminisala talasna kriza, bilo je neophodno ugasiti brzinu. Ali to učiniti u ronjenju je izuzetno teško (ako ne i nemoguće).
Uvlačenje u zaron iz nivoa leta smatra se jednim od glavnih uzroka katastrofe u SSSR-u 27. maja 1943. poznatog eksperimentalnog lovca BI-1 s raketnim motorom na tekuće gorivo. Provedena su ispitivanja za maksimalnu brzinu leta, a prema riječima dizajnera, postignuta brzina je bila veća od 800 km/h. Zatim je došlo do kašnjenja na vrhuncu sa kojeg avion nije izašao.
Eksperimentalni lovac BI-1.
Danas talasna kriza već dovoljno dobro proučeno i savladano zvučna barijera(ako je potrebno :-)) nije teško. Na avionima koji su projektovani da lete dovoljno velikim brzinama, izvesno Konstruktivne odluke i ograničenja kako bi se olakšao njihov let.
Kao što je poznato, talasna kriza počinje na brojevima M blizu jedinice. Stoga gotovo svi mlazni podzvučni brodovi (posebno putnički) imaju let ograničenje broja M. Obično je u području od 0,8-0,9M. Pilotu je naređeno da to prati. Osim toga, na mnogim avionima, kada se dostigne granični nivo, nakon čega se mora smanjiti brzina.
Gotovo svi avioni koji lete brzinom od najmanje 800 km/h i više imaju swept wing(barem na prednjoj ivici :-)). Omogućava vam da odmaknete početak ofanzive talasna kriza do brzina koje odgovaraju M=0,85-0,95.
Arrow wing. Fundamentalna akcija.
Razlog ovog efekta može se objasniti prilično jednostavno. Na ravnom krilu strujanje zraka brzine V teče gotovo pod pravim uglom, a na zamašenom krilu (ugao zamaha χ) pod određenim uglom klizanja β. Brzina V se može vektorski razložiti na dva toka: Vτ i Vn .
Protok Vτ ne utiče na raspodelu pritiska na krilu, ali utiče na protok Vn, koji određuje nosivost krila. I očito je manji po veličini ukupnog protoka V. Dakle, na zamašenom krilu, nastanak talasne krize i rast talasni otpor javlja se znatno kasnije nego na ravnom krilu pri istoj brzini slobodnog toka.
Eksperimentalni lovac E-2A (prethodnik MIG-21). Tipično zamašeno krilo.
Jedna od modifikacija zamašenog krila bilo je krilo sa superkritični profil(spomenuo ga). Takođe vam omogućava da pomerite početak talasne krize velikim brzinama, osim toga, omogućava vam da povećate efikasnost, što je važno za putničke brodove.
SuperJet 100. Superkritično zamašeno krilo.
Ako je avion namijenjen tranzitu zvučna barijera(prolazi i talasna kriza također :-)) i nadzvučni let, onda se obično uvijek razlikuje u određenim karakteristike dizajna. Konkretno, obično ima tanak profil krila i perja sa oštrim ivicama(uključujući u obliku dijamanta ili trokuta) i određeni oblik krila u planu (na primjer, trokutasta ili trapezoidna s prilivom, itd.).
Supersonični MIG-21. Pratilac E-2A. Tipično trouglasto krilo.
MIG-25. Primjer tipične letjelice dizajnirane za nadzvučni let. Tanki profili krila i perja, oštrih rubova. Trapezoidno krilo. profil
Prolazeći ozloglašeni zvučna barijera, odnosno takvi avioni vrše prelazak na nadzvučnu brzinu na rad motora sa naknadnim sagorevanjem zbog povećanja aerodinamičkog otpora, i, naravno, u cilju brzog prolaska kroz zonu talasna kriza. A sam trenutak ove tranzicije najčešće ni na koji način ne osjeti (ponavljam :-)) ni pilot (on može samo smanjiti nivo zvučnog pritiska u kokpitu), ni vanjski posmatrač, ako, naravno , mogao je to primijetiti :-).
Međutim, ovdje je vrijedno spomenuti još jednu zabludu, vezanu za spoljne posmatrače. Sigurno su mnogi vidjeli ovakve fotografije, ispod kojih stoji da je ovo trenutak savladavanja aviona zvučna barijera da tako kažem, vizuelno.
Prandtl-Gloert efekat. Nije vezano za prolazak zvučne barijere.
Prvo, već znamo da zvučna barijera, kao takva, ne postoji, a sam prelazak na nadzvučni nije praćen ničim tako izvanrednim (uključujući pljesak ili eksploziju).
Drugo. Ono što smo vidjeli na fotografiji je tzv Prandtl-Gloert efekat. Već sam pisao o njemu. To ni na koji način nije direktno povezano sa prelaskom na supersonični. Samo što pri velikim brzinama (podzvučnim, usput :-)) avion, pokrećući određenu masu zraka ispred sebe, stvara neku područje razrjeđivanja. Odmah nakon prolaza, ovo područje počinje da se puni zrakom iz obližnjeg prostora prirodnim povećanje volumena i oštar pad temperature.
Ako vlažnost vazduha je dovoljna i tada temperatura padne ispod tačke rose okolnog vazduha kondenzacija vlage od vodene pare u obliku magle, koju vidimo. Čim se uslovi vrate na prvobitni, ova magla odmah nestaje. Cijeli ovaj proces je prilično kratak.
Takav proces pri velikim transzvučnim brzinama može biti olakšan lokalnim prenapona Ja, ponekad pomažem u formiranju nečeg sličnog nježnom konusu oko aviona.
Velike brzine pogoduju ovom fenomenu, međutim, ako je vlažnost zraka dovoljna, onda se može dogoditi (i javlja se) pri prilično malim brzinama. Na primjer, iznad površine vodenih tijela. Usput, većina prelepe fotografije ove prirode napravljene su na nosaču aviona, odnosno u dovoljno vlažnom vazduhu.
Tako to funkcionira. Snimci su, naravno, cool, spektakl je spektakularan :-), ali to uopće nije tako kako se to najčešće naziva. nema veze s tim (i supersonic barijera također:-)). I ovo je dobro, mislim, inače posmatrači koji snimaju ovakvu fotografiju i video možda ne bi bili dobri. udarni talas, znaš li:-)…
U zaključku, jedan video (ja sam ga već koristio), čiji autori prikazuju efekat udarnog talasa iz aviona koji leti na maloj visini superzvučnom brzinom. Ima tu, naravno, određenog preterivanja :-), ali generalni princip je jasan. I opet, neverovatno je :-)
I to je sve za danas. Hvala što ste pročitali članak do kraja :-). Sve dok ponovo ne sretnemo…
Fotografije se mogu kliknuti.
Autorsko pravo na sliku SPL
Za impresivne fotografije mlaznih lovaca u gustom stošcu vodene pare se često kaže da su avion koji probija zvučnu barijeru. Ali ovo je greška. Pretraživač govori o pravom uzroku ove pojave.
Ovaj spektakularni fenomen više puta su snimali fotografi i videografi. Vojni mlazni avion prolazi iznad zemlje velika brzina nekoliko stotina kilometara na sat.
Kako borac ubrzava, oko njega počinje da se formira gusti stožac kondenzacije; čini se da je avion unutar kompaktnog oblaka.
Uzbudljivi fantazijski natpisi ispod ovakvih fotografija često tvrde da imamo pred sobom - vizuelni dokaz zvučnog udara kada letelica dostigne nadzvučnu brzinu.
Zapravo to nije istina. Uočavamo takozvani Prandtl-Gloert efekat - fizički fenomen koji se javlja kada se avion približi brzini zvuka. To nema nikakve veze sa probijanjem zvučne barijere.
- Ostali BBC Future članci na ruskom
Kako se industrija aviona razvijala, aerodinamički oblici su postajali sve aerodinamičniji, a brzina aviona se stalno povećavala - avioni su počeli da rade stvari sa vazduhom oko sebe koje njihovi sporiji i glomazniji prethodnici nisu mogli.
Misteriozni udarni talasi koji se formiraju oko niskoletećih letelica kako se približavaju brzini zvuka, a zatim probijaju zvučnu barijeru, ukazuju da se vazduh pri takvim brzinama ponaša na veoma čudan način.
Pa šta su ovi misteriozni oblaci kondenzata?
Autorsko pravo na sliku getty Naslov slike Prandtl-Gloert efekat je najizraženiji kada se leti u toploj, vlažnoj atmosferi.Prema Rodu Irvinu, predsedniku grupe za aerodinamiku u Kraljevskom aeronautičkom društvu, uslovi pod kojima se pojavljuje konus pare neposredno prethode avionu koji probija zvučnu barijeru. Međutim, ovaj fenomen se obično fotografiše pri brzinama nešto manjim od brzine zvuka.
Površinski slojevi vazduha su gušći od atmosfere na velikim visinama. Prilikom letenja na malim visinama dolazi do povećanog trenja i otpora.
Inače, pilotima je zabranjeno da probijaju zvučnu barijeru iznad kopna. "Možete ići supersonično preko okeana, ali ne i preko čvrste površine", objašnjava Irwin. "Inače, ova okolnost je bila problem za Concorde supersonični putnički brod - zabrana je uvedena nakon što je pušten u rad, a posadi je bilo dozvoljeno da razvije nadzvučnu brzinu samo iznad površine vode".
Štaviše, izuzetno je teško vizuelno registrovati zvučni udar kada avion dostigne nadzvučnu brzinu. Ne može se vidjeti golim okom - samo uz pomoć posebne opreme.
Za fotografisanje modela koji se puše nadzvučnim brzinama u aerotunelima, obično se koriste posebna ogledala za otkrivanje razlike u refleksiji svjetlosti uzrokovane formiranjem udarnog vala.
Autorsko pravo na sliku getty Naslov slike Kada tlak zraka padne, temperatura zraka se smanjuje, a vlaga koja se nalazi u njemu pretvara se u kondenzat.Fotografije dobijene takozvanom Schlieren metodom (ili Toepler metodom) koriste se za vizualizaciju udarnih valova (ili, kako ih još nazivaju, udarnih valova) koji se formiraju oko modela.
Prilikom izduvavanja oko modela se ne stvaraju konusi kondenzata, jer se vazduh koji se koristi u aerotunelima prethodno suši.
Konusi vodene pare povezani su sa udarnim talasima (a ima ih nekoliko) koji se formiraju oko letelice dok povećava brzinu.
Kada se brzina aviona približi brzini zvuka (oko 1234 km/h na nivou mora), dolazi do razlike u lokalnom pritisku i temperaturi u zraku koji struji oko njega.
Kao rezultat, zrak gubi sposobnost zadržavanja vlage, a kondenzacija se formira u obliku stošca, kao na ovom videu.
„Vidljivi konus pare je uzrokovan udarnim talasom, koji stvara razliku u pritisku i temperaturi između vazduha oko aviona“, kaže Irvin.
Mnoge od najboljih fotografija ovog fenomena su sa aviona američke mornarice - što nije iznenađujuće, s obzirom na to da topao, vlažan zrak u blizini površine mora preuveličava Prandtl-Gloert efekat.
Takve vratolomije često izvode lovci-bombarderi F/A-18 Hornet, glavni tip američke pomorske avijacije baziran na nosačima.
Autorsko pravo na sliku SPL Naslov slike Udarni val na izlasku iz aviona u supersonic teško je otkriti golim okomČlanovi akrobatskog tima američke mornarice Plavi anđeli lete u istim borbenim vozilima, majstorski izvodeći manevre u kojima se oko letjelice formira kondenzacijski oblak.
Zbog spektakularne prirode fenomena, često se koristi za popularizaciju pomorske avijacije. Piloti namjerno manevrišu iznad mora, gdje su najoptimalniji uvjeti za nastanak Prandtl-Gloert efekta, a u blizini dežuraju profesionalni pomorski fotografi - uostalom, nemoguće je napraviti jasnu sliku mlaznog aviona koji leti pri brzini od 960 km/h na običnom pametnom telefonu.
Kondenzacioni oblaci izgledaju najimpresivnije u takozvanom transzvučnom režimu leta, kada vazduh delimično struji oko aviona nadzvučnom brzinom, a delimično podzvučnom.
„Let ne mora nužno da leti nadzvučnim brzinama, ali zrak struji oko gornje površine njegovog krila većom brzinom od donje, što dovodi do lokalnog šoka“, kaže Irwin.
Prema njegovim riječima, da bi nastao Prandtl-Gloert efekat, potrebni su određeni klimatski uslovi (to jest, topao i vlažan vazduh), sa kojima se borbeni avioni na nosačima susreću češće od drugih aviona.
Sve što trebate učiniti je zatražiti uslugu od profesionalnog fotografa i voila! - vaš avion je zarobljen okružen spektakularnim oblakom vodene pare, što mnogi od nas pogrešno shvataju kao znak dostizanja nadzvučnog.
- Možete ga pročitati na web stranici
zvučna barijera
Zvučna barijera
pojava koja se javlja tokom leta aviona ili rakete u trenutku prelaska sa podzvučne na nadzvučnu brzinu leta u atmosferi. Kada se brzina aviona približi brzini zvuka (1200 km/h), u vazduhu se ispred njega pojavljuje tanka oblast u kojoj dolazi do naglog povećanja pritiska i gustine vazduha. Ovo zbijanje vazduha ispred letećeg aviona naziva se udarni talas. Na tlu se prolazak udarnog vala percipira kao pucanje, slično zvuku pucnja. Nakon prekoračenja, avion prolazi kroz ovo područje povećane gustine zraka, kao da ga probija - savladava zvučnu barijeru. Dugo vrijeme prevazilaženje zvučne barijere predstavljalo je ozbiljan problem u razvoju avijacije. Da bi se to riješilo, bilo je potrebno promijeniti profil i oblik krila aviona (postao je tanji i zamašen), učiniti prednji dio trupa zašiljenijim i opremiti avion mlaznim motorima. Prvi put je brzinu zvuka premašio 1947. C. Yeager na avionu X-1 (SAD) sa raketnim motorom na tečno gorivo lansiranim iz aviona B-29. U Rusiji je prvi savladao zvučnu barijeru 1948. godine O. V. Sokolovsky na eksperimentalnom avionu La-176 sa turbomlaznim motorom.
Enciklopedija "Tehnologija". - M.: Rosman. 2006 .
zvučna barijera
naglo povećanje otpora aerodinamičkog aviona pri letu Mahovim brojevima M(∞) koji neznatno premašuju kritični broj M*. Razlog je što kod brojeva M(∞) > M* dolazi, praćeno pojavom valnog otpora. Koeficijent otpora talasa aviona raste veoma brzo sa povećanjem broja M, počevši od M(∞) = M*.
Prisustvo Z. b. otežava postizanje brzine leta jednake brzini zvuka i kasniji prelazak na nadzvučni let. Za to se pokazalo da je potrebno stvoriti zrakoplove s tankim zamašenim krilima, što je omogućilo značajno smanjenje otpora, i mlazne motore, u kojima se potisak povećava s povećanjem brzine.
U SSSR-u je brzina jednaka brzini zvuka prvi put postignuta na avionu La-176 1948. godine.
Vazduhoplovstvo: Enciklopedija. - M.: Velika ruska enciklopedija. Glavni urednik G.P. Svishchev. 1994 .
Pogledajte šta je "zvučna barijera" u drugim rječnicima:
Zvučna barijera u aerodinamici naziv je niza pojava koje prate kretanje zrakoplova (na primjer, nadzvučne letjelice, rakete) pri brzinama bliskim ili većim od brzine zvuka. Sadržaj 1 Udarni talas, ... ... Wikipedia
ZVUČNA BARIJERA, uzrok poteškoća u avijaciji pri povećanju brzine leta iznad brzine zvuka (NADZVUČNA BRZINA). Približavajući se brzini zvuka, letjelica doživljava neočekivano povećanje otpora i gubitak aerodinamičkog LIFT-a ... ... Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik
zvučna barijera- garso barjeras statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. zvučna barijera; zvučna barijera vok. Schallbarriere, f; Schallmauer, f rus. zvučna barijera, m pranc. barrière sonique, f; frontiere sonique, f; mur de son, m … Fizikos terminų žodynas
zvučna barijera- garso barjeras statusas T sritis Energetika apibrėžtis Staigus aerodinaminio pasipriešinimo padidėjimas, kai orlaivio greitis tampa garso greičiu (viršijama kritinė Macho skaičiaus vertė). Aiškinamas bangų krize dėl staiga padidėjusio… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
Oštar porast aerodinamičkog otpora kada se brzina leta aviona približi brzini zvuka (prema kritičnoj vrijednosti Mahovog broja leta). Objašnjava se talasnom krizom, praćenom povećanjem talasnog otpora. Savladati 3.…… Veliki enciklopedijski politehnički rječnik
zvučna barijera- naglo povećanje otpora vazdušnog okruženja na kretanje aviona na. približavanje brzinama bliskim brzini širenja zvuka. Prevazilaženje 3. b. omogućeno poboljšanjem aerodinamičkih oblika aviona i upotrebom moćnih ... ... Rječnik vojnih pojmova
zvučna barijera- zvučna barijera - naglo povećanje otpora aerodinamičkog aviona pri Mahovim brojevima leta M∞, neznatno premašujući kritični broj M*. Razlog je taj što za brojeve M∞ > Enciklopedija "Vazduhoplovstvo"
zvučna barijera- zvučna barijera - naglo povećanje otpora aerodinamičkog aviona pri Mahovim brojevima leta M∞, neznatno premašujući kritični broj M*. Razlog je taj što kod brojeva M∞ > M* dolazi do talasne krize,… … Enciklopedija "Vazduhoplovstvo"
- (Francuska barijerna ispostava). 1) kapije u tvrđavama. 2) u arenama i cirkusima, ograda, balvan, motka kroz koju skače konj. 3) znak koji borci posežu u duelu. 4) ograda, rešetka. Rječnik stranih riječi uključenih u ... ... Rečnik stranih reči ruskog jezika
BARIJERA, muž. 1. Prepreka (vrsta zida, prečka) postavljena na putu (za vrijeme skokova, trčanja). Uzmi b. (preboli). 2. Ograda, ograda. B. lože, balkoni. 3. trans. Prepreka, prepreka nečemu. Prirodna rijeka b. za… … Rječnik Ozhegov