Pernahkah Anda mendengar suara keras seperti ledakan saat pesawat jet terbang di atasnya? Suara ini terjadi ketika pesawat terbang menembus penghalang suara. Apa yang dimaksud dengan penghalang suara dan mengapa pesawat mengeluarkan suara seperti itu?
Seperti yang Anda ketahui, bunyi merambat dengan kecepatan tertentu. Kecepatan tergantung pada ketinggian. Di permukaan laut kecepatan suara kurang lebih 1.220 kilometer per jam, dan di ketinggian 11.000 meter - 1.060 kilometer per jam. Ketika sebuah pesawat terbang dengan kecepatan mendekati kecepatan suara, ia mengalami tekanan tertentu. Saat terbang dengan kecepatan normal (subsonik), bagian depan pesawat mendorong gelombang tekanan di depannya. Gelombang ini merambat dengan kecepatan suara.
Gelombang tekanan tersebut disebabkan oleh penumpukan partikel udara saat pesawat bergerak maju. Gelombang bergerak lebih cepat dibandingkan pesawat ketika pesawat terbang dengan kecepatan subsonik. Hasilnya, udara mengalir tanpa hambatan di atas permukaan sayap pesawat.
Sekarang mari kita lihat sebuah pesawat terbang yang terbang dengan kecepatan suara. Tidak ada gelombang tekanan di depan pesawat. Yang terjadi adalah gelombang tekanan terbentuk di depan sayap (karena pesawat dan gelombang tekanan bergerak dengan kecepatan yang sama).
Kini terbentuk gelombang kejut yang menimbulkan beban berat pada sayap pesawat. Ungkapan “penghalang suara” sudah ada sejak sebelum pesawat terbang bisa terbang dengan kecepatan suara—dan dianggap menggambarkan tekanan yang akan dialami pesawat terbang pada kecepatan tersebut. Hal ini dianggap sebagai "penghalang".
Namun kecepatan suara bukanlah penghalang sama sekali! Insinyur dan perancang pesawat mengatasi masalah muatan baru. Dan yang tersisa dari pandangan lama hanyalah bahwa dampaknya disebabkan oleh gelombang kejut saat pesawat terbang dengan kecepatan supersonik.
Istilah “penghalang suara” secara keliru menggambarkan kondisi yang terjadi ketika sebuah pesawat terbang dengan kecepatan tertentu. Orang mungkin berpikir bahwa ketika pesawat mencapai kecepatan suara, sesuatu seperti “penghalang” akan muncul - tetapi hal seperti itu tidak terjadi!
Untuk memahami semua ini, bayangkan sebuah pesawat terbang dengan kecepatan rendah dan normal. Saat pesawat bergerak maju, gelombang kompresi terbentuk di depan pesawat. Itu dibentuk oleh pesawat yang bergerak maju, yang memampatkan partikel udara.
Gelombang ini bergerak mendahului pesawat dengan kecepatan suara. Dan kecepatannya lebih tinggi dari kecepatan pesawat terbang, yang seperti telah kami katakan, terbang dengan kecepatan rendah. Bergerak di depan pesawat, gelombang ini memaksa arus udara mengalir di sekitar bidang pesawat.
Sekarang bayangkan pesawat itu terbang dengan kecepatan suara. Tidak ada gelombang kompresi yang terbentuk di depan bidang, karena bidang dan gelombang mempunyai kecepatan yang sama. Oleh karena itu, gelombang terbentuk di depan sayap.
Akibatnya muncul gelombang kejut yang menimbulkan beban besar pada sayap pesawat. Sebelum pesawat mencapai penghalang suara dan melampauinya, mereka percaya bahwa gelombang kejut dan beban berlebih akan menciptakan sesuatu seperti penghalang bagi pesawat – “penghalang suara”. Namun, tidak ada penghalang suara, karena para insinyur penerbangan mengembangkan desain pesawat khusus untuk ini.
Ngomong-ngomong, “pukulan” kuat yang kita dengar saat pesawat melewati “penghalang suara” adalah gelombang kejut yang telah kita bicarakan - ketika kecepatan pesawat dan gelombang kompresi sama.
Terkadang saat pesawat jet terbang di angkasa, terdengar suara dentuman keras yang terdengar seperti ledakan. "Ledakan" ini disebabkan oleh pesawat yang menembus penghalang suara.
Apa yang dimaksud dengan penghalang suara dan mengapa kita mendengar ledakan? DAN siapa orang pertama yang memecahkan penghalang suara ? Kami akan mempertimbangkan pertanyaan-pertanyaan ini di bawah.
Apa yang dimaksud dengan penghalang suara dan bagaimana pembentukannya?
Penghalang suara aerodinamis adalah serangkaian fenomena yang menyertai pergerakan suatu pesawat terbang (pesawat terbang, roket, dll) yang kecepatannya sama dengan atau melebihi kecepatan suara. Dengan kata lain, “penghalang suara” aerodinamis adalah lompatan tajam hambatan udara yang terjadi ketika pesawat mencapai kecepatan suara.
Gelombang suara merambat melalui ruang angkasa dengan kecepatan tertentu, yang bervariasi bergantung pada ketinggian, suhu, dan tekanan. Misalnya, di permukaan laut kecepatan suara kira-kira 1220 km/jam, di ketinggian 15 ribu m – hingga 1000 km/jam, dll. Ketika kecepatan pesawat mendekati kecepatan suara, beban tertentu diterapkan padanya. Pada kecepatan normal (subsonik), hidung pesawat “menggerakkan” gelombang udara terkompresi di depannya, yang kecepatannya sesuai dengan kecepatan suara. Kecepatan gelombang lebih besar dari kecepatan normal pesawat. Alhasil, udara mengalir bebas ke seluruh permukaan pesawat.
Namun, jika kecepatan pesawat sesuai dengan kecepatan suara, maka gelombang kompresi yang terbentuk bukan di hidung, melainkan di depan sayap. Akibatnya, gelombang kejut terbentuk, menambah beban pada sayap.
Agar sebuah pesawat dapat mengatasi hambatan suara, selain kecepatan tertentu, harus memiliki desain khusus. Itulah sebabnya perancang pesawat mengembangkan dan menggunakan profil sayap aerodinamis khusus dan trik lain dalam konstruksi pesawat. Pada saat penghalang suara menembus, pilot pesawat supersonik modern merasakan getaran, “lompatan” dan “guncangan aerodinamis”, yang di darat kita anggap sebagai letupan atau ledakan.
Siapa yang pertama kali mendobrak penghalang suara?
Pertanyaan tentang “pelopor” penghalang suara sama dengan pertanyaan tentang penjelajah luar angkasa pertama. Untuk pertanyaan “ Siapa yang pertama kali mendobrak penghalang supersonik? ? Anda dapat memberikan jawaban yang berbeda. Ini adalah orang pertama yang memecahkan penghalang suara, dan wanita pertama, dan, anehnya, perangkat pertama...
Orang pertama yang memecahkan penghalang suara adalah pilot penguji Charles Edward Yeager (Chuck Yeager). Pada tanggal 14 Oktober 1947, pesawat eksperimental Bell X-1 miliknya, yang dilengkapi dengan mesin roket, melakukan penyelaman dangkal dari ketinggian 21.379 m di atas Victorville (California, AS), dan mencapai kecepatan suara. Kecepatan pesawat saat itu adalah 1207 km/jam.
Sepanjang karirnya, pilot militer memberikan kontribusi besar tidak hanya terhadap pengembangan penerbangan militer Amerika, tetapi juga astronotika. Charles Elwood Yeager mengakhiri karirnya sebagai jenderal di Angkatan Udara AS, setelah mengunjungi banyak belahan dunia. Pengalaman seorang pilot militer sangat berguna bahkan di Hollywood ketika melakukan aksi udara spektakuler dalam film “The Pilot.”
Kisah Chuck Yeager dalam mendobrak batasan suara diceritakan dalam film "The Right Guys" yang memenangkan empat Oscar pada tahun 1984.
"Penakluk" penghalang suara lainnya
Selain Charles Yeager, orang pertama yang memecahkan hambatan suara, ada pemegang rekor lainnya.
- Pilot uji Soviet pertama - Sokolovsky (26 Desember 1948).
- Wanita pertama adalah Jacqueline Cochran dari Amerika (18 Mei 1953). Terbang di atas Pangkalan Angkatan Udara Edwards (California, AS), pesawat F-86 miliknya memecahkan penghalang suara dengan kecepatan 1223 km/jam.
- Pesawat sipil pertama adalah pesawat penumpang Amerika Douglas DC-8 (21 Agustus 1961). Penerbangannya, yang dilakukan pada ketinggian sekitar 12,5 ribu m, bersifat eksperimental dan diselenggarakan dengan tujuan mengumpulkan data yang diperlukan untuk desain tepi depan sayap di masa depan.
- Mobil pertama yang menembus penghalang suara - Thrust SSC (15 Oktober 1997).
- Orang pertama yang memecahkan hambatan suara dalam terjun bebas adalah orang Amerika Joe Kittinger (1960), yang terjun payung dari ketinggian 31,5 km. Namun, setelah itu, terbang di atas kota Roswell di Amerika (New Mexico, AS) pada 14 Oktober 2012, Felix Baumgartner dari Austria memecahkan rekor dunia dengan meninggalkan balon dengan parasut di ketinggian 39 km. Kecepatannya sekitar 1342,8 km/jam, dan penurunannya ke tanah, yang sebagian besar dilakukan dengan terjun bebas, hanya membutuhkan waktu 10 menit.
- Rekor dunia untuk memecahkan penghalang suara dengan pesawat terbang dimiliki oleh rudal aerobalistik hipersonik udara-ke-darat X-15 (1967), yang saat ini beroperasi. tentara Rusia. Kecepatan roket pada ketinggian 31,2 km adalah 6389 km/jam. Saya ingin mencatat bahwa kecepatan maksimum pergerakan manusia dalam sejarah pesawat berawak adalah 39.897 km/jam, yang dicapai pada tahun 1969 oleh Amerika. pesawat ruang angkasa"Apollo 10".
Penemuan pertama yang mendobrak penghalang suara
Anehnya, penemuan pertama yang memecahkan penghalang suara adalah... cambuk sederhana, ditemukan oleh orang Tiongkok kuno 7 ribu tahun yang lalu.
Sebelum ditemukannya fotografi instan pada tahun 1927, tidak ada yang menyangka bahwa bunyi cambuk bukan sekedar tali yang mengenai gagangnya, melainkan bunyi klik supersonik mini. Selama ayunan tajam, sebuah lingkaran terbentuk, yang kecepatannya meningkat beberapa puluh kali lipat dan disertai dengan bunyi klik. Lingkaran tersebut menembus penghalang suara dengan kecepatan sekitar 1200 km/jam.
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 terjadi? 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. Banyak transportasi, ratusan restoran dan pusat hiburan membingungkan dan meresahkan Anda dari kebiasaan Anda yang biasa. 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. Di jalan, burung berkicau memekakkan telinga, 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 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. Terakhir kali Chuck Yeager memecahkan penghalang suara adalah pada usia 74 tahun, yaitu pada 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 dijelaskan oleh peningkatan tenaga mesin, penggunaan bahan inovatif dan optimalisasi parameter aerodinamis. Mengatasi hambatan suara telah menjadi mungkin dan nyata bahkan bagi non-profesional, tetapi hal ini tidak mengurangi bahayanya, jadi setiap penggemar olahraga ekstrem harus menilai kekuatan mereka dengan bijaksana sebelum memutuskan eksperimen semacam itu.
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 saja :-)), atau bagian tubuh (misalnya haluan), yang memadatkan udara di depannya saat bergerak, menimbulkan tipe tertentu gelombang tekanan (kompresi) bergerak 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 kerucut menyentuh bagian depan semua gelombang suara, yang sumbernya adalah pesawat, dan yang “dinyalip”, menuju ke atas. kecepatan suara.
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 membuat badan pesawat cukup indah sistem yang kompleks gelombang kejut. 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, jarak 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 terbang supersonik hanya 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 pola penerbangan pesawat di arti yang berbeda Nomor M 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 menjadi 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 terbang yang dirancang untuk terbang dengan kecepatan cukup tinggi, solusi dan batasan desain tertentu diterapkan untuk memfasilitasi pengoperasian penerbangannya.
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 transisi pesawat 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, 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 :-), tapi prinsip umum bisa dimengerti. Dan sekali lagi mengesankan :-)…
Itu saja untuk hari ini. Terima kasih telah membaca artikel sampai akhir :-). Sampai Lain waktu...
Foto dapat diklik.
Saat ini, masalah "menembus penghalang suara" tampaknya menjadi masalah utama bagi mesin propulsi berdaya tinggi. Jika terdapat daya dorong yang cukup untuk mengatasi peningkatan hambatan yang terjadi hingga dan segera pada penghalang suara, sehingga pesawat dapat melewati rentang kecepatan kritis dengan cepat, maka tidak ada kesulitan khusus yang diharapkan. Mungkin lebih mudah bagi pesawat untuk terbang dalam rentang kecepatan supersonik dibandingkan dalam rentang transisi antara kecepatan subsonik dan supersonik.
Situasinya agak mirip dengan apa yang terjadi pada awal abad ini, ketika Wright bersaudara mampu membuktikan kemungkinan penerbangan bertenaga karena mereka mempunyai mesin ringan dengan daya dorong yang cukup. Jika kita memiliki mesin yang tepat, penerbangan supersonik akan menjadi hal yang umum. Sampai saat ini, memecahkan hambatan suara dalam penerbangan horizontal hanya dapat dilakukan dengan menggunakan sistem propulsi yang tidak ekonomis, seperti mesin roket dan ramjet dengan konsumsi bahan bakar yang sangat tinggi. Pesawat eksperimental seperti X-1 dan Sky-rocket dilengkapi dengan mesin roket yang hanya dapat diandalkan untuk beberapa menit penerbangan, atau mesin turbojet dengan afterburner, namun pada saat artikel ini ditulis hanya ada sedikit pesawat yang dapat terbang dengan kecepatan supersonik. selama setengah jam. Jika Anda membaca di surat kabar bahwa sebuah pesawat "melewati penghalang suara", itu sering kali berarti pesawat tersebut melakukannya dengan menyelam. Dalam hal ini, gravitasi menambah gaya traksi yang tidak mencukupi.
Ada fenomena aneh terkait dengan manuver aerobatik inilah yang ingin saya kemukakan. Anggap saja itu pesawat
mendekati pengamat dengan kecepatan subsonik, menyelam, mencapai kecepatan supersonik, lalu keluar dari penyelaman dan kembali melanjutkan terbang dengan kecepatan subsonik. Dalam hal ini, pengamat di darat sering mendengar dua suara dentuman keras yang saling mengikuti dengan cepat: “Boom, boom!” Beberapa ilmuwan telah mengajukan penjelasan tentang asal usul dengungan ganda. Ackeret di Zurich dan Maurice Roy di Paris keduanya berpendapat bahwa dengungan tersebut disebabkan oleh akumulasi gelombang suara, seperti kebisingan mesin, yang dipancarkan saat pesawat melewati kecepatan suara. Jika sebuah pesawat terbang bergerak menuju pengamat, maka kebisingan yang dihasilkan pesawat tersebut akan sampai ke pengamat dalam waktu yang lebih singkat dibandingkan dengan interval emisinya. Jadi, selalu ada akumulasi pulsa suara, asalkan sumber suara bergerak menuju pengamat. Namun, jika sumber bunyi bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan bunyi, maka akumulasinya akan meningkat tanpa batas. Hal ini menjadi jelas jika kita menganggap bahwa semua bunyi yang dipancarkan oleh suatu sumber yang bergerak tepat dengan kecepatan bunyi yang langsung menuju pengamat akan mencapai pengamat dalam waktu yang singkat, yaitu ketika sumber bunyi mendekati lokasi pengamat. Alasannya adalah bunyi dan sumber bunyi akan merambat dengan kecepatan yang sama. Jika suara bergerak dengan kecepatan supersonik selama periode waktu ini, maka urutan gelombang suara yang dirasakan dan dipancarkan akan dibalik; pengamat akan membedakan sinyal yang dipancarkan kemudian sebelum ia merasakan sinyal yang dipancarkan sebelumnya.
Proses terjadinya double hum menurut teori ini dapat diilustrasikan dengan diagram pada Gambar. 58. Misalkan sebuah pesawat bergerak lurus ke arah pengamat, tetapi dengan kecepatan yang bervariasi. Kurva AB menunjukkan pergerakan pesawat sebagai fungsi waktu. Sudut garis singgung kurva menunjukkan kecepatan sesaat pesawat. Garis sejajar yang ditunjukkan pada diagram menunjukkan perambatan bunyi; sudut kemiringan garis lurus ini sesuai dengan kecepatan suara. Pertama, pada segmen kecepatan pesawat subsonik, kemudian pada segmen supersonik, dan terakhir pada segmen subsonik lagi. Jika pengamat berada pada jarak awal D, maka titik-titik tersebut ditunjukkan pada garis horisontal sesuai dengan urutan yang dirasakan
Beras. 58. Diagram jarak-waktu sebuah pesawat terbang dengan kecepatan variabel. Garis sejajar dengan sudut kemiringan menunjukkan rambat bunyi.
impuls suara. Kita melihat bahwa bunyi yang dihasilkan oleh pesawat pada lintasan kedua penghalang bunyi (titik ) mencapai pengamat lebih awal daripada bunyi yang dihasilkan pada lintasan pertama (titik). Selama dua momen ini, pengamat merasakan, melalui interval waktu yang sangat kecil, impuls yang dipancarkan selama periode waktu terbatas. Akibatnya, dia mendengar dentuman seperti ledakan. Di antara dua suara senandung, dia secara bersamaan merasakan tiga impuls yang masuk waktu yang berbeda dengan pesawat.
Pada Gambar. Gambar 59 secara skematis menunjukkan intensitas kebisingan yang diperkirakan terjadi dalam kasus yang disederhanakan ini. Perlu dicatat bahwa akumulasi pulsa suara jika ada sumber suara yang mendekat adalah proses yang sama yang dikenal sebagai efek Doppler; namun, karakteristik efek terakhir biasanya terbatas pada perubahan nada yang terkait dengan proses akumulasi. Intensitas kebisingan yang dirasakan sulit dihitung karena bergantung pada mekanisme produksi suara yang belum banyak diketahui. Selain itu, prosesnya diperumit oleh bentuk lintasan, kemungkinan gema, serta gelombang kejut yang teramati berbagai bagian pesawat selama penerbangan dan yang energinya diubah menjadi gelombang suara setelah pesawat mengurangi kecepatan. Dalam beberapa
Beras. 59. Representasi skema intensitas kebisingan yang dirasakan oleh pengamat.
Artikel terbaru tentang topik ini mengaitkan fenomena dengungan ganda, terkadang tiga kali lipat, yang diamati dalam penyelaman berkecepatan tinggi dengan gelombang kejut ini.
Masalah "menembus penghalang suara" atau "dinding suara" tampaknya menangkap imajinasi publik (film berbahasa Inggris berjudul "Breaking the Sound Barrier" memberikan gambaran tentang tantangan yang terkait dengan penerbangan Mach 1); pilot dan insinyur mendiskusikan masalah ini dengan serius dan bercanda. "Laporan ilmiah" penerbangan transonik berikut ini menunjukkan kombinasi yang bagus antara pengetahuan teknis dan lisensi puitis:
Kami meluncur mulus di udara dengan kecepatan 540 mil per jam. Saya selalu menyukai XP-AZ5601-NG kecil karena kontrolnya yang sederhana dan fakta bahwa indikator Prandtl-Reynolds terletak di sudut kanan atas panel. Saya memeriksa instrumennya. Air, bahan bakar, putaran per menit, efisiensi Carnot, kecepatan gerak, entalpi. Semuanya baik-baik saja. Kursus 270°. Efisiensi pembakarannya normal - 23 persen. Mesin turbojet tua mendengkur dengan tenang seperti biasanya, dan gigi Tony nyaris tidak berbunyi klik dari 17 pintunya, terlempar ke atas Schenectady. Hanya sedikit oli yang bocor dari mesin. Ini adalah kehidupan!
Saya tahu mesin pesawat bagus untuk kecepatan lebih tinggi dari yang pernah kami coba. Cuacanya sangat cerah, langitnya sangat biru, udaranya sangat tenang sehingga aku tidak bisa menahan diri dan menambah kecepatanku. Saya perlahan-lahan menggerakkan tuas ke depan satu posisi. Regulator hanya bergerak sedikit, dan setelah sekitar lima menit semuanya menjadi tenang. 590 mph. Aku menekan tuasnya lagi. Hanya dua nozel yang tersumbat. Saya menekan pembersih lubang sempit. Buka lagi. 640 mph. Diam. Pipa knalpot hampir seluruhnya bengkok, dengan beberapa inci persegi masih terlihat di satu sisi. Tanganku gatal untuk memegang tuasnya, jadi aku menekannya lagi. Pesawat berakselerasi hingga 690 mil per jam, melewati segmen kritis tanpa memecahkan satu jendela pun. Kabin menjadi hangat, jadi saya menambahkan lebih banyak udara ke pendingin pusaran. Mach 0,9! Saya belum pernah terbang lebih cepat. Saya bisa melihat sedikit guncangan di luar jendela kapal jadi saya menyesuaikan bentuk sayapnya dan itu hilang.
Tony sedang tertidur sekarang, dan aku mengembuskan asap dari pipanya. Saya tidak dapat menahan diri dan meningkatkan kecepatan satu tingkat lagi. Tepat sepuluh menit kami mencapai Mach 0,95. Di bagian belakang, di ruang bakar, tekanan keseluruhan turun drastis. Inilah hidup! Indikator Pocket menunjukkan warna merah, tapi saya tidak peduli. Lilin Tony masih menyala. Aku tahu gammanya nol, tapi aku tidak peduli.
Saya pusing karena kegembiraan. Sedikit lagi! Saya meletakkan tangan saya pada tuasnya, tetapi pada saat itu Tony mengulurkan tangan dan lututnya mengenai tangan saya. Tuasnya melonjak sepuluh tingkat! Persetan! Pesawat kecil itu bergetar sepanjang pesawat, dan kehilangan kecepatan yang sangat besar membuat saya dan Tony terlempar ke panel. Rasanya seperti kami telah menabrak tembok bata yang kokoh! Saya bisa melihat hidung pesawat hancur. Saya melihat speedometer dan membeku! 1,00! Ya Tuhan, seketika saya berpikir, kita sudah maksimal! Jika saya tidak membuatnya melambat sebelum dia terpeleset, hambatan kita akan berkurang! Sangat terlambat! Mach 1,01! 1,02! 1,03! 1,04! 1,06! 1,09! 1.13! 1.18! Saya putus asa, tetapi Tony tahu apa yang harus dilakukan. Dalam sekejap mata dia mundur
bergerak! Udara panas mengalir ke pipa knalpot, dikompresi di turbin, kembali masuk ke ruang-ruang, dan memperluas kompresor. Bahan bakar mulai mengalir ke tangki. Pengukur entropi berayun ke nol. Mach 1,20! 1.19! 1.18! 1.17! Kita diselamatkan. Ia meluncur mundur, meluncur kembali, sementara Tony dan saya berdoa agar pembatas aliran itu tidak menempel. 1.10! 1,08! 1,05!
Persetan! Kami menabrak sisi lain tembok! Kami terjebak! Dorongan negatif yang ada tidak cukup untuk melawan!
Saat kami meringkuk ketakutan terhadap tembok, ekor pesawat kecil itu hancur dan Tony berteriak, “Nyalakan pendorong roketnya!” Namun mereka berbelok ke arah yang salah!
Tony mengulurkan tangan dan mendorong mereka ke depan, garis-garis Mach mengalir dari jari-jarinya. Aku membakarnya! Pukulan itu sungguh menakjubkan. Kami kehilangan kesadaran.
Ketika saya sadar, pesawat kecil kami, semuanya hancur, baru saja melewati nol Mach! Saya menarik Tony keluar dan kami terjatuh ke tanah. Pesawat itu melambat ke arah timur. Beberapa detik kemudian kami mendengar suara benturan, seolah-olah dia menabrak tembok lain.
Tidak ada satu pun sekrup yang ditemukan. Tony mulai menenun jaring dan saya berangkat ke MIT.