Apa yang kita bayangkan saat mendengar ungkapan “penghalang suara”? Batasan tertentu dapat berdampak serius pada pendengaran dan kesejahteraan. Biasanya hambatan suara berkorelasi dengan penaklukan wilayah udara dan
Mengatasi kendala ini dapat memicu berkembangnya penyakit lama, sindrom nyeri dan reaksi alergi. Apakah gagasan ini benar atau mewakili stereotip yang sudah ada? Apakah pernyataan-pernyataan tersebut mempunyai dasar faktual? Apa penghalang suara itu? Bagaimana dan mengapa hal itu muncul? Semua ini dan beberapa nuansa tambahan, serta fakta sejarah Kami akan mencoba mencari tahu apa yang terkait dengan konsep ini di artikel ini.
Ilmu misterius ini adalah aerodinamika
Dalam ilmu aerodinamika, dirancang untuk menjelaskan fenomena yang menyertai pergerakan
pesawat terbang, ada konsep “penghalang suara”. Ini adalah rangkaian fenomena yang terjadi pada saat pergerakan pesawat supersonik atau roket yang bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan suara atau lebih besar.
Apa itu gelombang kejut?
Saat aliran supersonik mengalir di sekitar kendaraan, gelombang kejut muncul di terowongan angin. Jejaknya bahkan bisa terlihat dengan mata telanjang. Di lapangan, mereka dinyatakan dengan garis kuning. Di luar kerucut gelombang kejut, di depan garis kuning, Anda bahkan tidak dapat mendengar suara pesawat di darat. Pada kecepatan yang melebihi kecepatan suara, benda-benda terkena aliran aliran suara, yang menimbulkan gelombang kejut. Mungkin ada lebih dari satu, tergantung bentuk tubuhnya.
Transformasi gelombang kejut
Muka gelombang kejut, yang kadang-kadang disebut gelombang kejut, memiliki ketebalan yang cukup kecil, namun memungkinkan untuk melacak perubahan mendadak pada sifat aliran, penurunan kecepatan relatif terhadap benda, dan peningkatan yang sesuai pada aliran. tekanan dan suhu gas dalam aliran. Dalam hal ini, sebagian energi kinetik diubah menjadi energi dalam gas. Banyaknya perubahan ini secara langsung bergantung pada kecepatan aliran supersonik. Ketika gelombang kejut menjauh dari peralatan, penurunan tekanan berkurang dan gelombang kejut diubah menjadi gelombang suara. Hal ini dapat menjangkau pengamat luar, yang akan mendengar suara khas yang menyerupai ledakan. Ada anggapan bahwa hal ini menandakan bahwa perangkat telah mencapai kecepatan suara, ketika pesawat meninggalkan penghalang suara.
Apa yang sebenarnya terjadi?
Apa yang disebut momen menembus penghalang suara dalam praktiknya mewakili berlalunya gelombang kejut dengan meningkatnya deru mesin pesawat. Kini perangkat tersebut mendahului suara pengiringnya, sehingga dengungan mesin akan terdengar setelahnya. Mendekati kecepatan suara menjadi mungkin selama Perang Dunia Kedua, tetapi pada saat yang sama pilot mencatat sinyal-sinyal yang mengkhawatirkan dalam pengoperasian pesawat.
Setelah perang berakhir, banyak perancang dan pilot pesawat berusaha mencapai kecepatan suara dan memecahkan hambatan suara, namun banyak dari upaya ini berakhir tragis. Ilmuwan yang pesimistis berpendapat bahwa batas ini tidak boleh dilampaui. Bukan berarti bersifat eksperimental, namun bersifat ilmiah, yang mampu menjelaskan sifat konsep “penghalang suara” dan menemukan cara untuk mengatasinya.
Penerbangan yang aman dengan kecepatan transonik dan supersonik dapat dilakukan dengan menghindari krisis gelombang, yang kejadiannya bergantung pada parameter aerodinamis pesawat dan ketinggian penerbangan. Transisi dari satu tingkat kecepatan ke tingkat kecepatan lainnya harus dilakukan secepat mungkin dengan menggunakan afterburner, yang akan membantu menghindari penerbangan jarak jauh di zona krisis gelombang. Konsep krisis gelombang berasal dari transportasi air. Hal itu muncul ketika kapal bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan gelombang di permukaan air. Masuk ke dalam krisis gelombang menyebabkan kesulitan dalam meningkatkan kecepatan, dan jika Anda mengatasi krisis gelombang sesederhana mungkin, maka Anda dapat memasuki mode meluncur atau meluncur di sepanjang permukaan air.
Sejarah dalam pengendalian pesawat
Orang pertama yang mencapai kecepatan penerbangan supersonik dengan pesawat eksperimental adalah pilot Amerika Chuck Yeager. Prestasinya tercatat dalam sejarah pada 14 Oktober 1947. Di wilayah Uni Soviet, penghalang suara dipecahkan pada 26 Desember 1948 oleh Sokolovsky dan Fedorov, yang menerbangkan pesawat tempur berpengalaman.
Di kalangan warga sipil, pesawat penumpang Douglas DC-8 memecahkan penghalang suara, yang pada 21 Agustus 1961 mencapai kecepatan 1,012 Mach, atau 1262 km/jam. Tujuan penerbangan ini adalah untuk mengumpulkan data untuk desain sayap. Di antara pesawat terbang, rekor dunia dibuat oleh rudal aerobalistik udara-ke-darat hipersonik, yang digunakan oleh tentara Rusia. Pada ketinggian 31,2 kilometer, roket mencapai kecepatan 6.389 km/jam.
50 tahun setelah memecahkan hambatan suara di udara, orang Inggris Andy Green mencapai prestasi serupa di dalam mobil. Joe Kittinger dari Amerika mencoba memecahkan rekor terjun bebas, mencapai ketinggian 31,5 kilometer. Hari ini, pada 14 Oktober 2012, Felix Baumgartner memecahkan rekor dunia, tanpa bantuan transportasi, dalam terjun bebas dari ketinggian 39 kilometer, memecahkan penghalang suara. Kecepatannya mencapai 1.342,8 kilometer per jam.
Penerobosan penghalang suara yang paling tidak biasa
Aneh untuk dipikirkan, tetapi penemuan pertama di dunia yang mampu mengatasi batas ini adalah cambuk biasa, yang ditemukan oleh orang Tiongkok kuno hampir 7 ribu tahun yang lalu. Hampir sampai ditemukannya fotografi instan pada tahun 1927, tidak ada yang menduga bahwa bunyi cambuk adalah miniatur ledakan sonik. Ayunan tajam membentuk lingkaran, dan kecepatan meningkat tajam, yang dibuktikan dengan bunyi klik. Penghalang suara ditembus dengan kecepatan sekitar 1200 km/jam.
Misteri kota paling berisik
Tak heran jika warga kota kecil kaget saat pertama kali melihat ibu kota. Banyaknya transportasi, ratusan restoran dan pusat hiburan membingungkan dan meresahkan Anda. Awal musim semi di ibu kota biasanya terjadi pada bulan April, bukan pada bulan Maret yang penuh pemberontakan dan badai salju. Pada bulan April, langit cerah, aliran sungai mengalir, dan kuncup bermekaran. Orang-orang, yang lelah karena musim dingin yang panjang, membuka jendela mereka lebar-lebar ke arah sinar matahari, dan kebisingan jalanan masuk ke dalam rumah mereka. Burung berkicau memekakkan telinga di jalan, artis bernyanyi, siswa ceria membacakan puisi, belum lagi kebisingan kemacetan lalu lintas dan kereta bawah tanah. Pegawai departemen kebersihan mencatat bahwa tinggal di kota yang bising dalam waktu lama berbahaya bagi kesehatan. Latar belakang suara ibu kota terdiri dari transportasi,
kebisingan penerbangan, industri dan rumah tangga. Yang paling berbahaya adalah kebisingan mobil, karena pesawat terbang cukup tinggi, dan kebisingan dari perusahaan larut dalam gedung mereka. Dengung mobil yang terus-menerus di jalan raya yang sibuk melebihi segalanya standar yang dapat diterima dua kali. Bagaimana ibu kota mengatasi hambatan suara? Moskow berbahaya karena banyaknya suara, sehingga penduduk ibu kota memasang jendela berlapis ganda untuk meredam kebisingan.
Bagaimana penghalang suara diserbu?
Hingga tahun 1947, belum ada data aktual mengenai kesejahteraan seseorang yang berada di kokpit pesawat yang terbang lebih cepat dari suara. Ternyata, mendobrak batasan suara membutuhkan kekuatan dan keberanian tertentu. Selama penerbangan, menjadi jelas bahwa tidak ada jaminan untuk selamat. Bahkan seorang pilot profesional pun tidak dapat mengatakan dengan pasti apakah desain pesawatnya akan tahan terhadap serangan cuaca. Dalam hitungan menit, pesawat bisa hancur begitu saja. Apa yang menjelaskan hal ini? Perlu dicatat bahwa pergerakan dengan kecepatan subsonik menciptakan gelombang akustik yang menyebar seperti lingkaran dari batu yang jatuh. Kecepatan supersonik menimbulkan gelombang kejut, dan seseorang yang berdiri di tanah mendengar suara yang mirip dengan ledakan. Tanpa komputer yang kuat, sulit untuk memecahkan masalah yang kompleks dan kita harus bergantung pada model hembusan angin di terowongan angin. Kadang-kadang, ketika akselerasi pesawat tidak mencukupi, gelombang kejut mencapai kekuatan sedemikian rupa sehingga jendela-jendela beterbangan ke luar rumah tempat pesawat terbang. Tidak semua orang dapat mengatasi penghalang suara, karena pada saat ini seluruh struktur berguncang, dan dudukan perangkat dapat mengalami kerusakan yang signifikan. Itu sebabnya ini sangat penting bagi pilot kesehatan yang baik dan stabilitas emosi. Jika penerbangan lancar dan penghalang suara diatasi secepat mungkin, baik pilot maupun penumpang tidak akan merasakan sensasi yang tidak menyenangkan. Sebuah pesawat penelitian dibangun khusus untuk memecahkan penghalang suara pada bulan Januari 1946. Penciptaan mesin ini diprakarsai atas perintah Kementerian Pertahanan, namun alih-alih senjata, mesin itu diisi dengan peralatan ilmiah yang memantau mode pengoperasian mekanisme dan instrumen. Pesawat ini seperti rudal jelajah modern dengan mesin roket bawaan. Pesawat menembus penghalang suara dengan kecepatan maksimum 2.736 km/jam.
Monumen verbal dan material untuk menaklukkan kecepatan suara
Prestasi dalam memecahkan hambatan suara masih sangat dihargai hingga saat ini. Nah, pesawat yang pertama kali ditumpangi Chuck Yeager itu kini dipajang di National Air and Space Museum yang berlokasi di Washington. Tetapi spesifikasi teknis penemuan manusia ini tidak akan berarti apa-apa tanpa manfaat dari pilotnya sendiri. Chuck Yeager menjalani sekolah penerbangan dan bertempur di Eropa, setelah itu dia kembali ke Inggris. Pengecualian yang tidak adil dari penerbangan tidak mematahkan semangat Yeager, dan dia mendapat sambutan dari panglima tertinggi pasukan Eropa. Pada tahun-tahun tersisa hingga akhir perang, Yeager mengambil bagian dalam 64 misi tempur, di mana ia menembak jatuh 13 pesawat. Chuck Yeager kembali ke tanah kelahirannya dengan pangkat kapten. Karakteristiknya menunjukkan intuisi yang fenomenal, ketenangan dan daya tahan yang luar biasa dalam situasi kritis. Lebih dari sekali Yeager mencetak rekor di pesawatnya. Karier selanjutnya adalah di unit Angkatan Udara, tempat ia melatih pilot. DI DALAM terakhir kali Chuck Yeager memecahkan hambatan suara pada usia 74 tahun, yang merupakan peringatan lima puluh tahun sejarah penerbangannya dan pada tahun 1997.
Tugas kompleks pembuat pesawat terbang
Pesawat MiG-15 yang terkenal di dunia mulai dibuat pada saat para pengembang menyadari bahwa tidak mungkin hanya mengandalkan pemecahan penghalang suara, tetapi masalah teknis yang rumit harus diselesaikan. Hasilnya, sebuah mesin diciptakan dengan sangat sukses sehingga modifikasinya mulai digunakan di berbagai negara. Beberapa biro desain yang berbeda mengadakan semacam persaingan, yang hadiahnya berupa paten untuk pesawat paling sukses dan fungsional. Pesawat dengan sayap menyapu dikembangkan, yang merupakan revolusi dalam desain mereka. Perangkat yang ideal harus kuat, cepat, dan sangat tahan terhadap kerusakan eksternal. Sayap pesawat yang menyapu menjadi elemen yang membantunya melipatgandakan kecepatan suara. Kemudian terus meningkat yang disebabkan oleh peningkatan tenaga mesin, penggunaan material inovatif dan optimalisasi parameter aerodinamis. Mengatasi hambatan suara telah menjadi mungkin dan nyata bahkan bagi non-profesional, namun hal ini tidak mengurangi bahayanya, jadi setiap penggemar olahraga ekstrem harus menilai kekuatan mereka dengan bijaksana sebelum memutuskan untuk melakukan eksperimen semacam itu.
Pada tanggal 14 Oktober 1947, umat manusia melewati tonggak sejarah lainnya. Batasannya cukup obyektif, dinyatakan dalam besaran fisis tertentu - cepat rambat bunyi di udara, yang dalam kondisi atmosfer bumi, bergantung pada suhu dan tekanannya, berada dalam kisaran 1100-1200 km/jam. Kecepatan supersonik ditaklukkan oleh pilot Amerika Chuck Yeager (Charles Elwood "Chuck" Yeager), seorang veteran muda Perang Dunia II, yang memiliki keberanian luar biasa dan fotogenisitas yang luar biasa, berkat itu ia segera menjadi populer di tanah airnya, seperti 14 tahun kemudian Yuri Gagarin.
Dan dibutuhkan keberanian untuk melewati penghalang suara. Pilot Soviet Ivan Fedorov, yang mengulangi pencapaian Yeager setahun kemudian, pada tahun 1948, mengenang perasaannya saat itu: “Sebelum penerbangan untuk menembus penghalang suara, menjadi jelas bahwa tidak ada jaminan untuk selamat setelahnya. Tidak ada seorang pun yang mengetahui secara praktis benda apa itu dan apakah desain pesawat tersebut mampu menahan unsur-unsur tersebut. Tapi kami berusaha untuk tidak memikirkannya.”
Memang, belum ada kejelasan lengkap mengenai bagaimana perilaku mobil pada kecepatan supersonik. Para perancang pesawat masih memiliki kenangan segar akan kemalangan yang tiba-tiba di tahun 30-an, ketika, dengan peningkatan kecepatan pesawat, mereka harus segera memecahkan masalah flutter - osilasi diri yang terjadi baik pada struktur kaku pesawat maupun pada strukturnya. kulit, merobek pesawat dalam hitungan menit. Prosesnya berkembang seperti longsoran salju, dengan cepat, pilot tidak sempat mengubah mode penerbangan, dan mesin-mesin hancur di udara. Sudah cukup lama para ahli matematika dan desainer terlibat berbagai negara berjuang untuk memecahkan masalah ini. Pada akhirnya, teori fenomena tersebut diciptakan oleh matematikawan muda Rusia Mstislav Vsevolodovich Keldysh (1911–1978), yang kemudian menjadi presiden Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet. Dengan bantuan teori ini, dimungkinkan untuk menemukan cara untuk menghilangkan fenomena yang tidak menyenangkan itu selamanya.
Jelas sekali bahwa kejutan yang sama tidak menyenangkannya diharapkan terjadi dari penghalang suara. Solusi numerik dari persamaan diferensial aerodinamika yang kompleks tanpa adanya komputer yang kuat tidak mungkin dilakukan, dan kita harus bergantung pada “meniup” model di terowongan angin. Namun dari pertimbangan kualitatif terlihat jelas bahwa ketika kecepatan suara tercapai, muncul gelombang kejut di dekat pesawat. Momen paling krusial adalah mendobrak penghalang suara, ketika kecepatan pesawat dibandingkan dengan kecepatan suara. Pada saat ini, perbedaan tekanan di berbagai sisi muka gelombang meningkat dengan cepat, dan jika momen tersebut berlangsung lebih dari satu saat, pesawat dapat hancur tidak lebih buruk dari pada bergetar. Kadang-kadang, ketika penghalang suara menembus dengan akselerasi yang tidak mencukupi, gelombang kejut yang diciptakan oleh pesawat bahkan merobohkan kaca dari jendela rumah di tanah di bawahnya.
Rasio kecepatan pesawat terhadap kecepatan suara disebut bilangan Mach (dinamai menurut nama mekanik dan filsuf terkenal Jerman Ernst Mach). Ketika melewati penghalang suara, pilot merasa bahwa angka M melompati satu dengan pesat: Chuck Yeager melihat bagaimana jarum speedometer melonjak dari 0,98 ke 1,02, setelah itu sebenarnya ada keheningan "ilahi" di kokpit, Jelas: hanya satu tingkat. Tekanan suara di kabin pesawat turun beberapa kali lipat. Momen “pemurnian dari suara” ini sangat berbahaya; menyebabkan banyak korban jiwa penguji. Namun tidak ada bahaya pesawat X-1 miliknya akan hancur.
X-1, diproduksi oleh Bell Aircraft pada bulan Januari 1946, adalah pesawat penelitian murni yang dirancang untuk menembus penghalang suara dan tidak lebih. Terlepas dari kenyataan bahwa kendaraan itu dipesan oleh Kementerian Pertahanan, alih-alih senjata, kendaraan itu diisi dengan peralatan ilmiah yang memantau mode pengoperasian komponen, instrumen, dan mekanisme. X-1 seperti rudal jelajah modern. Ia memiliki satu mesin roket Reaction Motors dengan daya dorong 2.722 kg. Berat lepas landas maksimum 6078 kg. Panjang 9,45 m, tinggi 3,3 m, lebar sayap 8,53 m Kecepatan maksimum pada ketinggian 18290 m 2736 km/jam. Kendaraan tersebut diluncurkan dari pembom strategis B-29 dan mendarat di “ski” baja di danau garam yang kering.
“Parameter taktis dan teknis” dari pilotnya juga tidak kalah mengesankan. Chuck Yeager lahir pada tanggal 13 Februari 1923. Sepulang sekolah saya melanjutkan ke sekolah penerbangan, dan setelah lulus saya pergi berperang di Eropa. Menembak jatuh satu Messerschmitt-109. Dia sendiri ditembak jatuh di langit Perancis, namun diselamatkan oleh partisan. Seolah tidak terjadi apa-apa, dia kembali ke markasnya di Inggris. Namun, badan kontra-intelijen yang waspada, karena tidak mempercayai pembebasan ajaib dari penangkaran, mengeluarkan pilot dari penerbangan dan mengirimnya ke belakang. Yeager yang ambisius mendapat sambutan dari panglima tertinggi pasukan Sekutu di Eropa, Jenderal Eisenhower, yang mempercayai Yeager. Dan dia tidak salah - dalam enam bulan tersisa sebelum perang berakhir, dia melakukan 64 misi tempur, menembak jatuh 13 pesawat musuh, 4 dalam satu pertempuran. Dan dia kembali ke tanah airnya dengan pangkat kapten dengan berkas yang sangat bagus, yang menyatakan bahwa dia memiliki intuisi terbang yang fenomenal, ketenangan yang luar biasa dan daya tahan yang luar biasa dalam situasi apapun. situasi kritis. Berkat karakteristiknya tersebut, ia dimasukkan ke dalam tim penguji supersonik, yang dipilih dan dilatih dengan hati-hati seperti para astronot selanjutnya.
Mengganti nama X-1 menjadi “Glamor Glennis” untuk menghormati istrinya, Yeager mencetak rekor dengannya lebih dari sekali. Pada akhir Oktober 1947, rekor ketinggian sebelumnya yaitu 21.372 m turun.Pada bulan Desember 1953, modifikasi mesin baru, X-1A, mencapai kecepatan 2,35 M dan hampir 2.800 km/jam, dan enam bulan kemudian naik. hingga ketinggian 27.430 m Dan sebelumnya Selain itu, ada pengujian terhadap sejumlah pesawat tempur yang diluncurkan secara seri dan pengujian MiG-15 kami, ditangkap dan diangkut ke Amerika selama perang Korea. Yeager kemudian memimpin berbagai unit uji Angkatan Udara baik di Amerika Serikat maupun di pangkalan Amerika di Eropa dan Asia, mengambil bagian dalam operasi tempur di Vietnam, dan melatih pilot. Dia pensiun pada bulan Februari 1975 dengan pangkat brigadir jenderal, setelah terbang 10 ribu jam selama dinasnya yang gagah berani, menguji 180 model supersonik yang berbeda dan mengumpulkan koleksi pesanan dan medali yang unik. Pada pertengahan tahun 80-an, sebuah film dibuat berdasarkan biografi seorang pria pemberani yang pertama di dunia yang menaklukkan penghalang suara, dan setelah itu Chuck Yeager bahkan tidak menjadi pahlawan, melainkan peninggalan nasional. Dia menerbangkan F-16 untuk terakhir kalinya pada 14 Oktober 1997, memecahkan hambatan suara pada peringatan lima puluh tahun penerbangan bersejarahnya. Yeager saat itu berusia 74 tahun. Secara umum, seperti kata penyair, orang-orang ini harus dijadikan paku.
Ada banyak orang seperti itu di seberang lautan. Desainer Soviet mulai mencoba menaklukkan hambatan suara bersamaan dengan desainer Amerika. Namun bagi mereka ini bukanlah tujuan akhir, melainkan tindakan yang sepenuhnya pragmatis. Jika X-1 adalah mesin penelitian murni, maka di negara kita penghalang suara diserbu oleh pesawat tempur prototipe, yang seharusnya diluncurkan secara seri untuk melengkapi unit Angkatan Udara.
Beberapa biro desain ikut serta dalam kompetisi ini: Biro Desain Lavochkin, Biro Desain Mikoyan, dan Biro Desain Yakovlev, yang sekaligus mengembangkan pesawat dengan sayap menyapu, yang kemudian menjadi solusi desain revolusioner. Mereka mencapai penyelesaian supersonik dengan urutan sebagai berikut: La-176 (1948), MiG-15 (1949), Yak-50 (1950). Namun, di sana masalahnya diselesaikan dalam konteks yang agak rumit: kendaraan militer tidak hanya harus memiliki kecepatan tinggi, tetapi juga banyak kualitas lainnya - kemampuan manuver, kemampuan bertahan hidup, waktu persiapan pra-penerbangan yang minimal, senjata ampuh, amunisi yang mengesankan, dll. dan seterusnya. Perlu juga dicatat bahwa di masa Soviet, keputusan komisi penerimaan negara sering kali dipengaruhi tidak hanya oleh faktor objektif, tetapi juga oleh faktor subjektif yang terkait dengan manuver politik para pengembang. Seluruh rangkaian keadaan ini menyebabkan peluncuran pesawat tempur MiG-15, yang menunjukkan kinerja yang baik di arena operasi militer lokal pada tahun 50an. Mobil inilah, yang ditangkap di Korea, seperti disebutkan di atas, yang “dikendarai” oleh Chuck Yeager.
La-176 menggunakan rekor sapuan sayap pada saat itu, sebesar 45 derajat. Mesin turbojet VK-1 memberikan daya dorong 2.700 kg. Panjang 10,97 m, lebar sayap 8,59 m, luas sayap 18,26 m2. Berat lepas landas 4636 kg. Plafon 15.000 m Jangkauan penerbangan 1000 km. Persenjataan satu meriam 37 mm dan dua meriam 23 mm. Mobil itu siap pada musim gugur 1948, dan pada bulan Desember uji terbangnya dimulai di Krimea di lapangan terbang militer dekat kota Saki. Di antara mereka yang memimpin tes tersebut adalah akademisi masa depan Vladimir Vasilyevich Struminsky (1914–1998); pilot pesawat eksperimental tersebut adalah kapten Oleg Sokolovsky dan kolonel Ivan Fedorov, yang kemudian menerima gelar Pahlawan. Uni Soviet. Sokolovsky, karena kecelakaan yang tidak masuk akal, meninggal pada penerbangan keempat, karena lupa menutup kanopi kokpit.
Kolonel Ivan Fedorov memecahkan penghalang suara pada tanggal 26 Desember 1948. Setelah naik ke ketinggian 10 ribu meter, dia menjauhkan tongkat kendali dari dirinya dan mulai berakselerasi dalam menukik. “Saya mempercepat 176 saya dari ketinggian,” kenang pilot. Peluit rendah yang membosankan terdengar. Meningkatnya kecepatan, pesawat melaju menuju tanah. Pada skala speedometer, jarum bergerak dari angka tiga digit ke angka empat digit. Pesawat bergetar seperti sedang demam. Dan tiba-tiba terdiam! Penghalang suara telah diambil. Penguraian kode osilogram selanjutnya menunjukkan bahwa angka M telah melebihi satu.” Ini terjadi di ketinggian 7.000 meter, tercatat kecepatan 1,02 M.
Selanjutnya, kecepatan pesawat berawak terus meningkat karena peningkatan tenaga mesin, penggunaan material baru dan optimalisasi parameter aerodinamis. Namun, proses ini bukannya tidak terbatas. Di satu sisi terhambat oleh pertimbangan rasionalitas, ketika konsumsi bahan bakar, biaya pengembangan, keselamatan penerbangan dan pertimbangan lain yang tidak menganggur diperhitungkan. Dan bahkan dalam penerbangan militer, di mana uang dan keselamatan pilot tidak begitu penting, kecepatan mesin paling “cepat” berkisar antara 1,5M hingga 3M. Sepertinya tidak diperlukan lagi. (Rekor kecepatan pesawat berawak bermesin jet milik pesawat pengintai Amerika SR-71 adalah 3,2 M.)
Di sisi lain, terdapat penghalang termal yang tidak dapat diatasi: pada kecepatan tertentu, pemanasan bodi mobil akibat gesekan dengan udara terjadi begitu cepat sehingga tidak mungkin menghilangkan panas dari permukaannya. Perhitungan menunjukkan bahwa pada tekanan normal hal ini terjadi pada kecepatan sekitar 10 Mach.
Meski demikian, batas 10M masih tercapai di tempat latihan Edwards yang sama. Ini terjadi pada tahun 2005. Pemegang rekor adalah pesawat roket tak berawak X-43A, yang diproduksi sebagai bagian dari program ambisius Hiper-X selama 7 tahun untuk mengembangkan jenis teknologi baru yang dirancang untuk secara radikal mengubah wajah teknologi roket dan luar angkasa masa depan. Biayanya $230 juta, Rekor dibuat pada ketinggian 33 ribu meter. Digunakan di drone sistem baru percepatan Pertama, roket bahan bakar padat tradisional ditembakkan, dengan bantuan X-43A mencapai kecepatan 7 Mach, dan kemudian jenis mesin baru dihidupkan - mesin ramjet hipersonik (scramjet, atau scramjet), di dimana udara atmosfer biasa digunakan sebagai oksidator, dan bahan bakar gas digunakan sebagai oksidator hidrogen (skema klasik dari ledakan yang tidak terkendali).
Sesuai dengan program tersebut, tiga model tak berawak diproduksi, yang setelah menyelesaikan tugasnya, ditenggelamkan di laut. Tahap selanjutnya melibatkan pembuatan kendaraan berawak. Setelah mengujinya, hasil yang diperoleh akan diperhitungkan saat membuat berbagai macam perangkat yang “berguna”. Selain pesawat terbang, kendaraan militer hipersonik - pembom, pesawat pengintai, dan pesawat angkut - akan dibuat untuk kebutuhan NASA. Boeing, yang berpartisipasi dalam program Hiper-X, berencana membuat pesawat hipersonik untuk 250 penumpang pada tahun 2030-2040. Cukup jelas bahwa jendela, yang pada kecepatan seperti itu merusak aerodinamis dan tidak dapat menahannya pemanasan termal, itu tidak akan ada di dalamnya. Alih-alih lubang intip, ada layar dengan rekaman video awan yang lewat.
Tidak ada keraguan bahwa jenis transportasi ini akan diminati, karena semakin jauh Anda pergi, semakin mahal waktu, mengakomodasi semakin banyak emosi, pendapatan dolar, dan komponen kehidupan modern lainnya ke dalam satuan waktu. Dalam hal ini, tidak ada keraguan bahwa suatu hari nanti orang-orang akan berubah menjadi kupu-kupu satu hari: suatu hari akan sama pentingnya dengan hari ini (atau lebih tepatnya, hari kemarin). kehidupan manusia. Dan dapat diasumsikan bahwa seseorang atau sesuatu sedang melaksanakan program Hiper-X dalam kaitannya dengan kemanusiaan.
Melewati penghalang suara :-)...
Sebelum kita mulai membicarakan topik ini, mari kita perjelas pertanyaan tentang keakuratan konsep (yang saya suka :-)). Saat ini dua istilah digunakan cukup luas: penghalang suara Dan penghalang supersonik . Kedengarannya mirip, tapi tetap saja tidak sama. Namun, tidak ada gunanya bersikap terlalu ketat: pada dasarnya, keduanya adalah satu dan sama. Pengertian penghalang suara paling sering digunakan oleh orang-orang yang lebih berpengetahuan dan dekat dengan dunia penerbangan. Dan definisi kedua biasanya adalah orang lain.
Saya pikir dari sudut pandang fisika (dan bahasa Rusia :-)) lebih tepat dikatakan penghalang suara. Ada logika sederhana di sini. Bagaimanapun, ada konsep tentang kecepatan suara, tetapi sebenarnya, tidak ada konsep pasti tentang kecepatan supersonik. Sedikit ke depan, saya akan mengatakan bahwa ketika sebuah pesawat terbang dengan kecepatan supersonik, ia telah melewati penghalang ini, dan ketika ia melewati (mengatasinya), ia kemudian melewati nilai kecepatan ambang batas tertentu yang sama dengan kecepatan suara (dan bukan supersonik).
Sesuatu seperti itu:-). Selain itu, konsep pertama lebih jarang digunakan dibandingkan konsep kedua. Hal ini rupanya karena kata supersonik terdengar lebih eksotis dan menarik. Dan dalam penerbangan supersonik, hal-hal eksotik tentu saja hadir dan, tentu saja, menarik banyak orang. Namun, tidak semua orang menyukai kata-kata “ penghalang supersonik“Mereka sebenarnya paham apa itu. Saya sudah yakin akan hal ini lebih dari sekali, melihat forum, membaca artikel, bahkan menonton TV.
Pertanyaan ini sebenarnya cukup rumit dari sudut pandang fisika. Namun tentu saja kami tidak akan ambil pusing dengan kerumitannya. Kami akan mencoba, seperti biasa, memperjelas situasi dengan menggunakan prinsip “menjelaskan aerodinamika dengan jari” :-).
Jadi, ke penghalang (suara :-))!... Sebuah pesawat terbang, yang bekerja pada media elastis seperti udara, menjadi sumber gelombang suara yang kuat. Saya rasa semua orang tahu apa itu gelombang suara di udara :-).
Gelombang bunyi (garpu tala).
Ini adalah pergantian area kompresi dan penghalusan, menyebar ke berbagai arah dari sumber suara. Sesuatu seperti lingkaran di atas air, yang juga merupakan gelombang (hanya saja tidak bersuara :-)). Area inilah, yang bekerja pada gendang telinga, yang memungkinkan kita mendengar semua suara di dunia ini, mulai dari bisikan manusia hingga deru mesin jet.
Contoh gelombang bunyi.
Titik perambatan gelombang bunyi dapat bermacam-macam komponen pesawat. Misalnya, mesin (suaranya diketahui siapa pun :-)), atau bagian tubuh (misalnya, haluan), yang memadatkan udara di depannya saat bergerak, menciptakan jenis tekanan tertentu ( kompresi) gelombang berjalan maju.
Semua gelombang suara ini merambat di udara dengan kecepatan suara yang sudah kita ketahui. Artinya, jika pesawatnya subsonik, bahkan terbang dengan kecepatan rendah, maka mereka seolah-olah lari darinya. Akibatnya, ketika pesawat seperti itu mendekat, pertama-tama kita mendengar suaranya, lalu pesawat itu terbang lewat.
Namun saya akan membuat reservasi bahwa ini benar jika pesawat tidak terbang terlalu tinggi. Bagaimanapun, kecepatan suara bukanlah kecepatan cahaya :-). Besarannya tidak begitu besar dan gelombang suara memerlukan waktu untuk sampai ke pendengar. Oleh karena itu, urutan kemunculan bunyi bagi pendengar dan pesawat, jika terbang dataran tinggi bisa berubah.
Dan karena suaranya tidak begitu cepat, maka dengan bertambahnya kecepatannya, pesawat mulai mengejar gelombang yang dipancarkannya. Artinya, jika dia tidak bergerak, maka gelombang akan menyimpang darinya dalam bentuk lingkaran konsentris seperti riak air akibat lemparan batu. Dan karena pesawat bergerak, pada sektor lingkaran yang sesuai dengan arah penerbangan, batas-batas gelombang (bagian depannya) mulai saling mendekat.
Gerakan tubuh subsonik.
Oleh karena itu, jarak antara pesawat (hidungnya) dan bagian depan gelombang pertama (kepala) (yaitu, area di mana terjadi pengereman secara bertahap, sampai batas tertentu, aliran gratis ketika bertemu dengan hidung pesawat (sayap, ekor) dan, sebagai akibatnya, peningkatan tekanan dan suhu) mulai berkontraksi dan semakin cepat semakin tinggi kecepatan terbangnya.
Ada saatnya kesenjangan ini praktis menghilang (atau menjadi minimal), berubah menjadi area khusus yang disebut gelombang kejut. Hal ini terjadi ketika kecepatan terbang mencapai kecepatan suara, yaitu pesawat bergerak dengan kecepatan yang sama dengan gelombang yang dipancarkannya. Bilangan Mach sama dengan satuan (M=1).
Gerak bunyi benda (M=1).
Kejutan kejutan, adalah wilayah medium yang sangat sempit (sekitar 10 -4 mm), ketika melewatinya tidak ada lagi perubahan bertahap, tetapi perubahan tajam (seperti lompatan) pada parameter medium ini - kecepatan, tekanan, suhu, kepadatan. Dalam kasus kami, kecepatan menurun, tekanan, suhu, dan kepadatan meningkat. Oleh karena itu namanya - gelombang kejut.
Dengan cara yang agak disederhanakan, saya akan mengatakan ini tentang semua ini. Tidak mungkin untuk memperlambat aliran supersonik secara tiba-tiba, tetapi hal ini harus dilakukan, karena tidak ada lagi kemungkinan pengereman bertahap hingga kecepatan aliran di depan hidung pesawat, seperti pada kecepatan subsonik sedang. Tampaknya ia melintasi bagian subsonik di depan hidung pesawat (atau ujung sayap) dan runtuh menjadi lompatan sempit, mentransfer energi pergerakan besar yang dimilikinya.
Omong-omong, kita dapat mengatakan sebaliknya: pesawat mentransfer sebagian energinya ke pembentukan gelombang kejut untuk memperlambat aliran supersonik.
Gerakan tubuh supersonik.
Ada nama lain untuk gelombang kejut. Bergerak bersama pesawat di luar angkasa, ini pada dasarnya mewakili bagian depan dari perubahan tajam dalam parameter lingkungan yang disebutkan di atas (yaitu, aliran udara). Dan inilah inti dari gelombang kejut.
Kejutan kejutan dan gelombang kejut, secara umum, adalah definisi yang setara, tetapi dalam aerodinamika definisi pertama lebih banyak digunakan.
Gelombang kejut (atau gelombang kejut) bisa dibilang tegak lurus terhadap arah terbangnya, dalam hal ini bentuknya kira-kira seperti lingkaran di ruang angkasa dan disebut garis lurus. Ini biasanya terjadi pada mode yang mendekati M=1.
Mode pergerakan tubuh. ! - subsonik, 2 - M=1, supersonik, 4 - gelombang kejut (gelombang kejut).
Pada bilangan M > 1 letaknya sudah membentuk sudut terhadap arah terbang. Artinya, pesawat tersebut sudah melampaui suaranya sendiri. Dalam hal ini, mereka disebut miring dan di ruang angkasa mereka berbentuk kerucut, yang disebut kerucut Mach, dinamai menurut nama seorang ilmuwan yang mempelajari aliran supersonik (menyebutkannya di salah satunya).
Kerucut Mach.
Bentuk kerucut ini (“kerampingannya”) bergantung tepat pada bilangan M dan berhubungan dengannya melalui hubungan: M = 1/sin α, di mana α adalah sudut antara sumbu kerucut dan sumbunya. matriks generasi. Dan permukaan berbentuk kerucut menyentuh bagian depan semua gelombang suara, yang sumbernya adalah pesawat, dan yang “dinyalip”, mencapai kecepatan supersonik.
Di samping itu gelombang kejut mungkin juga dianeksasi, ketika mereka berdekatan dengan permukaan benda yang bergerak dengan kecepatan supersonik, atau menjauh, jika tidak bersentuhan dengan benda tersebut.
Jenis gelombang kejut pada aliran supersonik di sekitar benda dengan berbagai bentuk.
Biasanya guncangan terjadi jika aliran supersonik mengalir di sekitar permukaan runcing. Untuk pesawat terbang, misalnya, hidungnya bisa runcing, saluran masuk udara bertekanan tinggi, atau tepi saluran masuk udara yang tajam. Pada saat yang sama mereka mengatakan "lompatan itu duduk", misalnya, di hidung.
Dan guncangan terpisah dapat terjadi ketika mengalir di sekitar permukaan bulat, misalnya, tepi bulat terdepan dari airfoil sayap yang tebal.
Berbagai komponen badan pesawat menciptakan sistem gelombang kejut yang agak rumit dalam penerbangan. Namun, yang paling intens ada dua. Yang satu adalah kepala di haluan dan yang kedua adalah ekor di elemen ekor. Pada jarak tertentu dari pesawat, guncangan perantara akan mengejar guncangan kepala dan bergabung dengannya, atau guncangan ekor akan menyusulnya.
Guncangan kejut pada pesawat model selama pembersihan di terowongan angin (M=2).
Akibatnya, tersisa dua lompatan, yang, secara umum, dianggap oleh pengamat bumi sebagai satu lompatan karena ukuran pesawat yang kecil dibandingkan dengan ketinggian penerbangan dan, oleh karena itu, jangka waktu yang singkat di antara keduanya.
Intensitas (dengan kata lain energi) gelombang kejut (shock wave) bergantung pada berbagai parameter (kecepatan pesawat, fitur desainnya, kondisi lingkungan, dll) dan ditentukan oleh penurunan tekanan di bagian depannya.
Ketika menjauh dari puncak kerucut Mach, yaitu dari pesawat, sebagai sumber gangguan, gelombang kejut melemah, berangsur-angsur berubah menjadi gelombang suara biasa dan akhirnya hilang sama sekali.
Dan seberapa besar intensitasnya gelombang kejut(atau gelombang kejut) yang mencapai tanah bergantung pada efek yang dihasilkannya di sana. Bukan rahasia lagi bahwa Concorde yang terkenal hanya terbang supersonik di atas Atlantik, dan pesawat supersonik militer mencapai kecepatan supersonik di ketinggian atau di daerah yang tidak ada pemukiman(setidaknya sepertinya mereka harus melakukannya :-)).
Pembatasan ini sangat beralasan. Bagi saya, misalnya, definisi gelombang kejut diasosiasikan dengan ledakan. Dan hal-hal yang dapat dilakukan oleh gelombang kejut yang cukup kuat mungkin berhubungan dengan hal tersebut. Setidaknya kaca dari jendela bisa dengan mudah beterbangan. Ada cukup bukti mengenai hal ini (terutama dalam sejarah penerbangan Soviet, ketika jumlahnya cukup banyak dan penerbangannya padat). Tapi Anda bisa melakukan hal yang lebih buruk. Anda hanya perlu terbang lebih rendah :-)…
Namun, sebagian besar, sisa gelombang kejut saat mencapai tanah tidak lagi berbahaya. Hanya pengamat luar di darat yang dapat mendengar suara yang mirip dengan suara gemuruh atau ledakan. Dengan fakta inilah satu kesalahpahaman yang umum dan terus-menerus dikaitkan.
Orang yang belum terlalu berpengalaman dalam ilmu penerbangan, ketika mendengar suara seperti itu, mengatakan bahwa pesawat tersebut hilang penghalang suara (penghalang supersonik). Sebenarnya, hal ini tidak benar. Pernyataan ini tidak ada hubungannya dengan kenyataan setidaknya karena dua alasan.
Gelombang kejut (gelombang kejut).
Pertama, jika seseorang di tanah mendengar suara gemuruh yang keras di langit, maka ini hanya berarti (saya ulangi :-)) telinganya telah mencapai gelombang kejut depan(atau gelombang kejut) dari pesawat yang terbang ke suatu tempat. Pesawat ini sudah terbang dengan kecepatan supersonik, dan tidak hanya beralih ke kecepatan tersebut.
Dan jika orang yang sama ini tiba-tiba menemukan dirinya beberapa kilometer di depan pesawat, maka dia akan kembali mendengar suara yang sama dari pesawat yang sama, karena dia akan terkena gelombang kejut yang sama yang bergerak bersama pesawat.
Ia bergerak dengan kecepatan supersonik, dan karenanya mendekat secara diam-diam. Dan setelah itu tidak selalu memberikan efek yang menyenangkan pada gendang telinga (ada baiknya jika hanya pada gendang telinga :-)) dan berlalu dengan selamat, deru mesin yang sedang berjalan menjadi terdengar.
Perkiraan diagram penerbangan sebuah pesawat pada berbagai nilai bilangan Mach menggunakan contoh pesawat tempur Saab 35 "Draken". Sayangnya, bahasanya adalah bahasa Jerman, tetapi skemanya secara umum jelas.
Selain itu, transisi ke suara supersonik itu sendiri tidak disertai dengan “boom”, letupan, ledakan, dll. Pada pesawat supersonik modern, pilot paling sering mengetahui transisi seperti itu hanya dari pembacaan instrumen. Namun dalam hal ini, suatu proses tertentu terjadi, tetapi proses tersebut tunduk pada aturan tertentu uji coba praktis tidak terlihat olehnya.
Tapi bukan itu saja :-). Saya akan mengatakan lebih banyak. dalam bentuk hambatan yang nyata, berat, sulit dilintasi, tempat pesawat bersandar dan perlu “ditembus” (saya pernah mendengar penilaian seperti itu :-)) tidak ada.
Sebenarnya, tidak ada hambatan sama sekali. Dahulu kala, pada awal perkembangan kecepatan tinggi dalam penerbangan, konsep ini dibentuk sebagai keyakinan psikologis tentang sulitnya transisi ke kecepatan supersonik dan terbang dengan kecepatan tersebut. Bahkan ada pernyataan bahwa hal ini secara umum tidak mungkin, terutama karena prasyarat keyakinan dan pernyataan tersebut cukup spesifik.
Namun, hal pertama yang pertama...
Dalam aerodinamika, ada istilah lain yang cukup akurat untuk menggambarkan proses interaksi aliran udara suatu benda yang bergerak dalam aliran tersebut dan cenderung menuju supersonik. Ini krisis gelombang. Dialah yang melakukan beberapa hal buruk yang secara tradisional dikaitkan dengan konsep tersebut penghalang suara.
Jadi sesuatu tentang krisis :-). Setiap pesawat terbang terdiri dari bagian-bagian yang aliran udaranya selama penerbangan mungkin tidak sama. Mari kita ambil, misalnya, sayap, atau lebih tepatnya sayap klasik biasa profil subsonik.
Dari pengetahuan dasar tentang bagaimana gaya angkat dihasilkan, kita mengetahui dengan baik bahwa kecepatan aliran pada lapisan yang berdekatan pada permukaan lengkung atas profil berbeda-beda. Apabila profil lebih cembung maka lebih besar dari kecepatan aliran keseluruhan, kemudian bila profil diratakan maka berkurang.
Ketika sayap bergerak mengikuti arus dengan kecepatan mendekati kecepatan suara, mungkin akan tiba saatnya di daerah cembung tersebut, misalnya, kecepatan lapisan udara, yang sudah lebih besar dari kecepatan total aliran, menjadi sonik dan bahkan supersonik.
Gelombang kejut lokal yang terjadi pada transonik selama krisis gelombang.
Lebih jauh di sepanjang profil, kecepatan ini menurun dan pada titik tertentu kembali menjadi subsonik. Tapi, seperti yang kami katakan di atas, aliran supersonik tidak bisa melambat dengan cepat, sehingga muncullah gelombang kejut.
Guncangan semacam itu muncul di berbagai area permukaan yang ramping, dan awalnya cukup lemah, namun jumlahnya bisa besar, dan dengan peningkatan kecepatan aliran keseluruhan, zona supersonik meningkat, guncangan “menjadi lebih kuat” dan bergeser ke arah tepi belakang profil. Kemudian, gelombang kejut yang sama muncul di permukaan bawah profil.
Aliran supersonik penuh di sekitar profil sayap.
Apa maksudnya semua ini? Inilah yang terjadi. Pertama– ini penting peningkatan drag aerodinamis dalam rentang kecepatan transonik (sekitar M=1, kurang lebih). Resistensi ini tumbuh karena peningkatan tajam pada salah satu komponennya - resistensi gelombang. Hal yang sama yang sebelumnya tidak kami perhitungkan saat mempertimbangkan penerbangan dengan kecepatan subsonik.
Untuk pembentukan banyak gelombang kejut (atau gelombang kejut) selama perlambatan aliran supersonik, seperti yang saya katakan di atas, energi terbuang sia-sia, dan diambil dari energi kinetik pergerakan pesawat. Artinya, pesawat melambat (dan sangat terasa!). Begitulah adanya resistensi gelombang.
Selain itu, gelombang kejut, karena perlambatan tajam aliran di dalamnya, berkontribusi pada pemisahan lapisan batas di belakangnya dan transformasinya dari laminar menjadi turbulen. Hal ini semakin meningkatkan hambatan aerodinamis.
Pembengkakan profil kapan nomor yang berbeda M. Guncangan, zona supersonik lokal, zona turbulen.
Kedua. Karena munculnya zona supersonik lokal pada profil sayap dan pergeseran lebih lanjut ke bagian ekor profil dengan meningkatnya kecepatan aliran dan, dengan demikian, mengubah pola distribusi tekanan pada profil, titik penerapan gaya aerodinamis (pusat tekanan) juga bergeser ke tepi belakang. Akibatnya, hal itu muncul momen menyelam relatif terhadap pusat massa pesawat, menyebabkan pesawat menurunkan hidungnya.
Apa hasil dari semua ini... Karena peningkatan gaya hambat aerodinamis yang cukup tajam, pesawat memerlukan peningkatan yang nyata cadangan tenaga mesin untuk mengatasi zona transonik dan mencapai, bisa dikatakan, suara supersonik yang nyata.
Peningkatan tajam hambatan aerodinamis pada transonik (krisis gelombang) karena peningkatan hambatan gelombang. Cd - koefisien resistansi.
Lebih jauh. Akibat terjadinya momen menyelam, timbul kesulitan dalam pengendalian nada. Selain itu, karena ketidakteraturan dan ketidakrataan proses yang terkait dengan munculnya zona supersonik lokal dengan gelombang kejut, pengendalian menjadi sulit. Misalnya pada roll, karena adanya perbedaan proses pada bidang kiri dan kanan.
Selain itu, terjadi pula getaran yang seringkali cukup kuat akibat turbulensi lokal.
Secara umum, seperangkat kesenangan yang lengkap, yang disebut krisis gelombang. Namun kenyataannya, semuanya terjadi (had, konkret :-)) saat menggunakan pesawat subsonik biasa (dengan profil sayap lurus yang tebal) untuk mencapai kecepatan supersonik.
Awalnya, ketika pengetahuan belum cukup, dan proses mencapai supersonik belum dipelajari secara komprehensif, rangkaian ini dianggap hampir tidak dapat diatasi secara fatal dan disebut penghalang suara(atau penghalang supersonik, jika Anda menghendaki:-)).
Banyak kejadian tragis yang terjadi saat mencoba mengatasi kecepatan suara pada pesawat piston konvensional. Getaran yang kuat terkadang menyebabkan kerusakan struktural. Pesawat tidak memiliki tenaga yang cukup untuk melakukan akselerasi yang dibutuhkan. Dalam penerbangan horizontal, hal ini tidak mungkin dilakukan karena efeknya, yang sifatnya sama dengan krisis gelombang.
Oleh karena itu, penyelaman digunakan untuk mempercepat. Tapi hal itu bisa berakibat fatal. Momen penyelaman yang muncul saat krisis gelombang membuat penyelaman berlarut-larut, bahkan terkadang tidak ada jalan keluarnya. Lagi pula, untuk memulihkan kendali dan menghilangkan krisis gelombang, kecepatan perlu dikurangi. Namun melakukan hal ini dalam penyelaman sangatlah sulit (jika bukan tidak mungkin).
Tertariknya penerbangan horizontal dianggap sebagai salah satu alasan utama bencana di Uni Soviet pada 27 Mei 1943 dari pesawat tempur eksperimental terkenal BI-1 dengan mesin roket cair. Pengujian dilakukan untuk kecepatan penerbangan maksimum, dan menurut perkiraan perancang, kecepatan yang dicapai lebih dari 800 km/jam. Setelah itu terjadi penundaan dalam penyelaman, sehingga pesawat tidak dapat pulih.
Pesawat tempur eksperimental BI-1.
Di zaman kita krisis gelombang sudah dipelajari dan diatasi dengan cukup baik penghalang suara(jika diperlukan :-)) tidak sulit. Pada pesawat yang dirancang untuk terbang dengan kecepatan cukup tinggi, sudah pasti Keputusan yang konstruktif dan pembatasan yang memudahkan operasional penerbangan mereka.
Seperti diketahui, krisis gelombang dimulai pada angka M yang mendekati satu. Oleh karena itu, hampir semua pesawat jet subsonik (khususnya penumpang) memiliki penerbangan batas jumlah M. Biasanya berada di wilayah 0,8-0,9M. Pilot diinstruksikan untuk memantau hal ini. Selain itu, di banyak pesawat, ketika level batas tercapai, setelah itu kecepatan terbang harus dikurangi.
Hampir semua pesawat yang terbang dengan kecepatan minimal 800 km/jam ke atas memiliki sayap menyapu(setidaknya di sepanjang ujung tombak :-)). Ini memungkinkan Anda untuk menunda dimulainya serangan krisis gelombang hingga kecepatan yang sesuai dengan M=0,85-0,95.
Sayap menyapu. Tindakan dasar.
Alasan terjadinya efek ini dapat dijelaskan dengan cukup sederhana. Pada sayap lurus, aliran udara dengan kecepatan V mendekati sudut siku-siku, dan pada sayap menyapu (sudut sapuan χ) pada sudut luncur tertentu β. Kecepatan V dapat didekomposisi secara vektor menjadi dua aliran: Vτ dan Vn.
Aliran Vτ tidak mempengaruhi distribusi tekanan pada sayap, tetapi aliran Vn mempengaruhi, yang justru menentukan sifat penahan beban sayap. Dan jelas lebih kecil besarnya dari total aliran V. Oleh karena itu, pada sayap yang tersapu, timbulnya krisis gelombang dan peningkatan resistensi gelombang terjadi jauh lebih lambat dibandingkan pada sayap lurus pada kecepatan aliran bebas yang sama.
Pesawat tempur eksperimental E-2A (pendahulu MIG-21). Sayap menyapu yang khas.
Salah satu modifikasi sayap sapuan adalah sayap dengan profil superkritis(menyebutnya). Hal ini juga memungkinkan untuk mengalihkan permulaan krisis gelombang ke kecepatan yang lebih tinggi, dan sebagai tambahan, meningkatkan efisiensi, yang penting bagi pesawat penumpang.
SuperJet 100. Sayap menyapu dengan profil superkritis.
Jika pesawat dimaksudkan untuk melintas penghalang suara(melewati dan krisis gelombang juga :-)) dan penerbangan supersonik, biasanya selalu berbeda pada hal tertentu fitur desain. Secara khusus, biasanya demikian profil sayap tipis dan bulu dengan tepi tajam(termasuk berbentuk berlian atau segitiga) dan suatu bentuk tertentu denah sayap (misalnya segitiga atau trapesium dengan luapan, dll.).
MIG-21 Supersonik. Pengikut E-2A. Sayap delta yang khas.
MIG-25. Contoh pesawat khas yang dirancang untuk penerbangan supersonik. Profil sayap dan ekor tipis, tepi tajam. Sayap trapesium. Profil
Melewati pepatah penghalang suara, yaitu, pesawat tersebut melakukan transisi ke kecepatan supersonik di pengoperasian mesin afterburner karena peningkatan hambatan aerodinamis, dan tentunya agar dapat dengan cepat melewati zona tersebut krisis gelombang. Dan momen transisi ini paling sering tidak dirasakan sama sekali (saya ulangi :-)) baik oleh pilot (dia mungkin hanya mengalami penurunan tingkat tekanan suara di kokpit), atau oleh pengamat luar, jika , tentu saja dia bisa mengamatinya :-).
Namun, di sini perlu disebutkan kesalahpahaman lain yang terkait dengan pengamat luar. Pasti sudah banyak yang melihat foto-foto semacam ini, dengan caption di bawahnya tertulis bahwa inilah momen pesawat tersebut mengatasi penghalang suara, bisa dikatakan, secara visual.
Efek Prandtl-Gloert. Tidak melibatkan pemecahan penghalang suara.
Pertama, kita sudah tahu bahwa tidak ada penghalang suara, dan peralihan ke supersonik itu sendiri tidak disertai dengan sesuatu yang luar biasa (termasuk ledakan atau ledakan).
Kedua. Apa yang kita lihat di foto itulah yang disebut Efek Prandtl-Gloert. Saya sudah menulis tentang dia. Ini sama sekali tidak terkait langsung dengan transisi ke supersonik. Hanya saja pada kecepatan tinggi (subsonik :-)), pesawat yang menggerakkan massa udara tertentu di depannya menciptakan sejumlah udara di belakangnya. wilayah penghalusan. Segera setelah penerbangan, area ini mulai terisi udara dari ruang alami terdekat. peningkatan volume dan penurunan suhu yang tajam.
Jika kelembaban udara cukup dan suhu turun di bawah titik embun udara di sekitarnya kondensasi kelembaban dari uap air berupa kabut yang kita lihat. Segera setelah kondisi kembali ke tingkat semula, kabut ini segera menghilang. Keseluruhan proses ini berumur pendek.
Proses pada kecepatan transonik tinggi ini dapat difasilitasi oleh lokal gelombang kejut Saya, terkadang membantu membentuk sesuatu seperti kerucut lembut di sekitar pesawat.
Kecepatan tinggi mendukung fenomena ini, namun jika kelembapan udara cukup, hal ini dapat (dan memang) terjadi pada kecepatan yang cukup rendah. Misalnya saja di atas permukaan waduk. Omong-omong, sebagian besar foto yang bagus seperti ini dibuat di atas kapal induk, yaitu di udara yang cukup lembab.
Begini Cara kerjanya. Rekamannya tentu saja keren, tontonannya spektakuler :-), tapi bukan itu yang paling sering disebut. tidak ada hubungannya sama sekali (dan penghalang supersonik Sama:-)). Dan ini bagus menurut saya, kalau tidak, pengamat yang mengambil foto dan video seperti ini mungkin tidak akan senang. Gelombang kejut, tahukah kamu :-)…
Kesimpulannya, ada satu video (saya sudah pernah menggunakannya sebelumnya), yang penulisnya menunjukkan efek gelombang kejut dari pesawat yang terbang di ketinggian rendah dengan kecepatan supersonik. Tentu saja ada yang dilebih-lebihkan :-), tetapi prinsip umumnya jelas. Dan sekali lagi mengesankan :-)…
Itu saja untuk hari ini. Terima kasih telah membaca artikel sampai akhir :-). Sampai Lain waktu...
Foto dapat diklik.
Hak cipta ilustrasi SPL
Foto-foto spektakuler jet tempur di dalam kerucut uap air yang padat sering kali diklaim mewakili pesawat yang menembus penghalang suara. Tapi ini adalah sebuah kesalahan. Kolumnis tersebut berbicara tentang alasan sebenarnya dari fenomena tersebut.
Fenomena spektakuler ini telah berulang kali diabadikan oleh para fotografer dan videografer. Sebuah pesawat jet militer melintas di atas tanah kecepatan tinggi, beberapa ratus kilometer per jam.
Saat pesawat tempur berakselerasi, kerucut kondensasi padat mulai terbentuk di sekitarnya; sepertinya pesawat itu berada di dalam awan padat.
Keterangan imajinatif di bawah foto-foto tersebut sering menyatakan bahwa ini adalah bukti visual ledakan sonik ketika sebuah pesawat mencapai kecepatan supersonik.
Sebenarnya, hal ini tidak benar. Kami mengamati apa yang disebut efek Prandtl-Glauert - sebuah fenomena fisik yang terjadi ketika sebuah pesawat mendekati kecepatan suara. Ini tidak ada hubungannya dengan memecahkan penghalang suara.
- Artikel lain di situs BBC Future dalam bahasa Rusia
Seiring berkembangnya manufaktur pesawat terbang, bentuk aerodinamis menjadi semakin ramping, dan kecepatan pesawat terus meningkat - pesawat mulai melakukan hal-hal dengan udara di sekitarnya yang tidak mampu dilakukan oleh pendahulunya yang lebih lambat dan lebih besar.
Gelombang kejut misterius yang terbentuk di sekitar pesawat yang terbang rendah saat mereka mendekat dan kemudian menembus penghalang suara menunjukkan bahwa udara berperilaku aneh pada kecepatan tersebut.
Jadi apa sajakah awan kondensasi misterius ini?
Hak cipta ilustrasi Getty Keterangan gambar Efek Prandtl-Gloert paling terasa saat terbang di atmosfer yang hangat dan lembab.Menurut Rod Irwin, ketua kelompok aerodinamika di Royal Aeronautical Society, kondisi di mana terjadinya kerucut uap terjadi tepat sebelum pesawat menembus penghalang suara. Namun, fenomena ini biasanya difoto pada kecepatan yang sedikit lebih rendah dari kecepatan suara.
Lapisan permukaan udara lebih padat dibandingkan atmosfer di dataran tinggi. Saat terbang di ketinggian rendah, terjadi peningkatan gesekan dan hambatan.
Omong-omong, pilot dilarang memecahkan penghalang suara di darat. “Anda bisa melakukan perjalanan supersonik di atas lautan, tetapi tidak di permukaan padat,” jelas Irwin. “Ngomong-ngomong, keadaan ini merupakan masalah bagi kapal penumpang supersonik Concorde - larangan tersebut diberlakukan setelah dioperasikan, dan kru diizinkan untuk mengembangkan kecepatan supersonik hanya di atas permukaan air".
Selain itu, sangat sulit untuk mendeteksi ledakan sonik secara visual ketika sebuah pesawat mencapai kecepatan supersonik. Itu tidak bisa dilihat dengan mata telanjang - hanya dengan bantuan peralatan khusus.
Untuk memotret model yang tertiup dengan kecepatan supersonik di terowongan angin, biasanya digunakan cermin khusus untuk mendeteksi perbedaan pantulan cahaya yang disebabkan oleh pembentukan gelombang kejut.
Hak cipta ilustrasi Getty Keterangan gambar Ketika tekanan udara berubah, suhu udara turun dan uap air yang dikandungnya berubah menjadi kondensasi.Foto-foto yang diperoleh dengan metode Schlieren (atau metode Toepler) digunakan untuk memvisualisasikan gelombang kejut (atau disebut juga gelombang kejut) yang terbentuk di sekitar model.
Selama peniupan, tidak ada kerucut kondensasi yang tercipta di sekitar model, karena udara yang digunakan dalam terowongan angin telah dikeringkan sebelumnya.
Kerucut uap air diasosiasikan dengan gelombang kejut (ada beberapa di antaranya) yang terbentuk di sekitar pesawat seiring bertambahnya kecepatan.
Ketika kecepatan pesawat mendekati kecepatan suara (sekitar 1234 km/jam di permukaan laut), terjadi perbedaan tekanan dan suhu lokal pada udara yang mengalir di sekitarnya.
Akibatnya, udara kehilangan kemampuannya untuk mempertahankan kelembapan, dan kondensasi terbentuk dalam bentuk kerucut, seperti di video ini.
“Kerucut uap yang terlihat disebabkan oleh gelombang kejut, yang menimbulkan perbedaan tekanan dan suhu di udara sekitar pesawat,” kata Irwin.
Banyak foto terbaik dari fenomena ini diambil dari pesawat Angkatan Laut AS. Hal ini tidak mengherankan, mengingat udara hangat dan lembab di dekat permukaan laut cenderung membuat efek Prandtl-Glauert lebih terasa.
Aksi seperti ini sering dilakukan oleh pesawat pembom tempur F/A-18 Hornet, jenis utama pesawat berbasis kapal induk dalam penerbangan angkatan laut Amerika.
Hak cipta ilustrasi SPL Keterangan gambar Guncangan saat pesawat mencapai kecepatan supersonik sulit dideteksi dengan mata telanjang.Kendaraan tempur yang sama digunakan oleh anggota tim aerobatik Angkatan Laut AS Blue Angels, yang dengan terampil melakukan manuver di mana awan kondensasi terbentuk di sekitar pesawat.
Karena fenomenanya yang spektakuler, sering digunakan untuk mempopulerkan penerbangan angkatan laut. Para pilot sengaja bermanuver di atas laut, di mana kondisi terjadinya efek Prandtl-Gloert paling optimal, dan fotografer angkatan laut profesional sedang bertugas di dekatnya - lagipula, tidak mungkin mengambil gambar yang jelas dari sebuah pesawat jet yang terbang di kecepatan 960 km/jam dengan smartphone biasa.
Awan kondensasi terlihat paling mengesankan dalam mode penerbangan transonik, ketika sebagian udara mengalir di sekitar pesawat dengan kecepatan supersonik, dan sebagian lagi dengan kecepatan subsonik.
“Pesawat tidak harus terbang dengan kecepatan supersonik, tetapi udara mengalir di permukaan atas sayap dengan kecepatan lebih tinggi daripada permukaan bawah, sehingga menimbulkan gelombang kejut lokal,” kata Irwin.
Menurutnya, agar efek Prandtl-Glauert dapat terjadi, diperlukan kondisi iklim tertentu (yaitu udara hangat dan lembab), yang lebih sering ditemui oleh pesawat tempur berbasis kapal induk dibandingkan pesawat lain.
Yang perlu Anda lakukan hanyalah meminta layanan fotografer profesional, dan voila! - pesawat Anda ditangkap dikelilingi oleh awan uap air yang spektakuler, yang banyak dari kita salah mengira sebagai tanda mencapai kecepatan supersonik.
- Anda dapat membacanya di situs web
Penghalang suara
Penghalang suara
sebuah fenomena yang terjadi pada saat penerbangan pesawat atau roket pada saat peralihan dari kecepatan penerbangan subsonik ke supersonik di atmosfer. Saat kecepatan pesawat mendekati kecepatan suara (1200 km/jam), wilayah tipis muncul di udara di depannya, di mana terjadi peningkatan tajam dalam tekanan dan kepadatan udara. Pemadatan udara di depan pesawat terbang disebut gelombang kejut. Di darat, lewatnya gelombang kejut dianggap sebagai ledakan, mirip dengan suara tembakan. Setelah melampaui , pesawat melewati area dengan kepadatan udara yang meningkat ini, seolah-olah menembusnya - memecahkan penghalang suara. Untuk waktu yang lama memecahkan hambatan suara tampaknya menjadi masalah serius dalam perkembangan penerbangan. Untuk mengatasinya perlu dilakukan perubahan profil dan bentuk sayap pesawat (menjadi lebih tipis dan menyapu ke belakang), membuat bagian depan badan pesawat lebih runcing dan melengkapi pesawat dengan mesin jet. Kecepatan suara pertama kali dilampaui pada tahun 1947 oleh Charles Yeager dengan pesawat X-1 (AS) dengan mesin roket cair yang diluncurkan dari pesawat B-29. Di Rusia, O.V. Sokolovsky adalah orang pertama yang memecahkan penghalang suara pada tahun 1948 dengan pesawat eksperimental La-176 dengan mesin turbojet.
Ensiklopedia "Teknologi". - M.: Rosman. 2006 .
Penghalang suara
peningkatan tajam dalam gaya hambat pesawat aerodinamis pada penerbangan dengan bilangan Mach M(∞), sedikit melebihi bilangan kritis M*. Penyebabnya adalah pada angka M(∞) > M* datang disertai munculnya hambatan gelombang. Koefisien hambatan gelombang pesawat meningkat sangat cepat dengan bertambahnya angka M, dimulai dari M(∞) = M*.
Ketersediaan Z. b. mempersulit pencapaian kecepatan terbang yang sama dengan kecepatan suara dan transisi selanjutnya ke penerbangan supersonik. Untuk melakukan ini, ternyata perlu untuk membuat pesawat dengan sayap menyapu tipis, yang memungkinkan pengurangan hambatan secara signifikan, dan mesin jet, di mana daya dorong meningkat seiring dengan meningkatnya kecepatan.
Di Uni Soviet, kecepatan yang setara dengan kecepatan suara pertama kali dicapai pada pesawat La-176 pada tahun 1948.
Penerbangan: Ensiklopedia. - M.: Ensiklopedia Besar Rusia. Kepala editor GP Svishchev. 1994 .
Lihat apa itu “penghalang suara” di kamus lain:
Penghalang bunyi dalam aerodinamika adalah sebutan untuk sejumlah fenomena yang menyertai pergerakan suatu pesawat terbang (misalnya pesawat supersonik, roket) dengan kecepatan mendekati atau melebihi kecepatan suara. Isi 1 Gelombang kejut, ... ... Wikipedia
SOUND BARRIER, penyebab kesulitan dalam penerbangan ketika meningkatkan kecepatan terbang diatas kecepatan suara (SUPERSONIC SPEED). Mendekati kecepatan suara, pesawat mengalami peningkatan hambatan yang tidak terduga dan hilangnya daya angkat aerodinamis... ... Kamus ensiklopedis ilmiah dan teknis
penghalang suara- garso barjeras statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. penghalang sonik penghalang suara vok. Schallbarriere, f; Schallmauer, dari Rusia. penghalang suara, m pranc. penghalang sonique, f; frontière sonique, f; mur de son, m… Fizikos terminų žodynas
penghalang suara- 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
Peningkatan tajam gaya hambat aerodinamis saat kecepatan terbang pesawat mendekati kecepatan suara (melebihi nilai kritis angka Mach penerbangan). Dijelaskan oleh krisis gelombang yang disertai dengan peningkatan hambatan gelombang. Mengatasi 3.… … Kamus Besar Ensiklopedis Politeknik
Penghalang suara- peningkatan tajam hambatan udara terhadap pergerakan pesawat di. mendekati kecepatan mendekati kecepatan suara. Mengatasi 3.b. menjadi mungkin karena peningkatan bentuk aerodinamis pesawat dan penggunaan... ... Glosarium istilah militer
penghalang suara- penghalang suara peningkatan tajam dalam hambatan aerodinamis pesawat pada penerbangan nomor Mach M∞, sedikit melebihi angka kritis M*. Alasannya adalah untuk bilangan M∞ > Ensiklopedia "Penerbangan"
penghalang suara- penghalang suara peningkatan tajam dalam hambatan aerodinamis pesawat pada penerbangan nomor Mach M∞, sedikit melebihi angka kritis M*. Penyebabnya adalah pada bilangan M∞ > M* terjadi krisis gelombang,... ... Ensiklopedia "Penerbangan"
- (Pos terdepan penghalang Perancis). 1) gerbang di benteng. 2) di arena dan sirkus ada pagar, batang kayu, tiang tempat kuda melompat. 3) tanda yang dicapai para pesilat dalam suatu duel. 4) pagar, kisi-kisi. Kamus kata-kata asing yang termasuk dalam... ... Kamus kata-kata asing dari bahasa Rusia
PENGHALANG, ah, suami. 1. Sebuah rintangan (sejenis tembok, palang) yang ditempatkan pada lintasan (saat melompat, berlari). Ambil b. (mengatasinya). 2. Pagar, pagar. B. kotak, balkon. 3. pemindahan Hambatan, hambatan untuk apa n. Sungai alami b. Untuk… … Kamus Ozhegov