Umesikia sauti kubwa kama mlipuko wakati ndege ya jeti inaruka juu? Sauti hii hutokea wakati ndege inapovunja kizuizi cha sauti. Kizuizi cha sauti ni nini na kwa nini ndege hutoa sauti kama hiyo?
Kama unavyojua, sauti husafiri kwa kasi fulani. Kasi inategemea urefu. Katika usawa wa bahari, kasi ya sauti ni takriban kilomita 1220 kwa saa, na kwa urefu wa mita 11,000 - kilomita 1060 kwa saa. Wakati ndege inaruka kwa kasi karibu na kasi ya sauti, inakabiliwa na mikazo fulani. Inaporuka kwa kasi ya kawaida (subsonic), sehemu ya mbele ya ndege inasukuma wimbi la shinikizo mbele yake. Wimbi hili husafiri kwa kasi ya sauti.
Wimbi la shinikizo husababishwa na mkusanyiko wa chembe za hewa wakati ndege inasonga mbele. Wimbi husonga kwa kasi zaidi kuliko ndege wakati ndege inaruka kwa kasi ndogo. Na matokeo yake, zinageuka kuwa hewa hupita bila kizuizi juu ya nyuso za mbawa za ndege.
Sasa hebu tuangalie ndege inayoruka kwa kasi ya sauti. Hakuna wimbi la shinikizo mbele ya ndege. Kinachotokea badala yake ni kwamba wimbi la shinikizo linaunda mbele ya mrengo (kwani ndege na wimbi la shinikizo zinasonga kwa kasi sawa).
Sasa wimbi la mshtuko linaundwa, ambalo husababisha mizigo mikubwa katika mrengo wa ndege. Maneno “kizuizi cha sauti” yalianza kabla ya ndege kuruka kwa kasi ya sauti—na ilifikiriwa kufafanua mikazo ambayo ndege ingepata katika mwendo huo. Hii ilizingatiwa "kizuizi".
Lakini kasi ya sauti sio kizuizi hata kidogo! Wahandisi na wabunifu wa ndege walishinda tatizo la mizigo mipya. Na yote tuliyoacha kutoka kwa maoni ya zamani ni kwamba athari husababishwa na wimbi la mshtuko wakati ndege inaruka kwa kasi ya juu.
Neno "kizuizi cha sauti" kwa kupotosha hufafanua hali zinazotokea wakati ndege inasafiri kwa kasi fulani. Mtu anaweza kufikiri kwamba wakati ndege inapofikia kasi ya sauti, kitu kama "kizuizi" kinatokea - lakini hakuna kitu kama hicho kinachotokea!
Ili kuelewa haya yote, fikiria ndege inayoruka kwa kasi ya chini, ya kawaida. Wakati ndege inasonga mbele, wimbi la mgandamizo huundwa mbele ya ndege. Inaundwa na ndege inayosonga mbele, ambayo inasisitiza chembe za hewa.
Wimbi hili husogea mbele ya ndege kwa kasi ya sauti. Na kasi yake ni kubwa kuliko kasi ya ndege, ambayo, kama tulivyokwisha sema, huruka kwa kasi ya chini. Kusonga mbele ya ndege, wimbi hili hulazimisha mikondo ya hewa kuzunguka ndege ya ndege.
Sasa fikiria kwamba ndege inaruka kwa kasi ya sauti. Hakuna mawimbi ya kukandamiza yanayoundwa mbele ya ndege, kwa kuwa ndege na mawimbi yana kasi sawa. Kwa hiyo, wimbi huunda mbele ya mbawa.
Matokeo yake, wimbi la mshtuko linaonekana, ambalo linajenga mizigo mikubwa kwenye mbawa za ndege. Kabla ya ndege kufika kizuizi cha sauti na kuzidi, waliamini kuwa mawimbi ya mshtuko na upakiaji kama huo ingeunda kitu kama kizuizi kwa ndege - "kizuizi cha sauti." Walakini, hakukuwa na kizuizi cha sauti, kwani wahandisi wa anga walitengeneza muundo maalum wa ndege kwa hili.
Kwa njia, "pigo" kali ambalo tunasikia wakati ndege inapita "kizuizi cha sauti" ni wimbi la mshtuko ambalo tumezungumza tayari - wakati kasi ya ndege na wimbi la compression ni sawa.
Wakati mwingine ndege ya ndege inaporuka angani, unaweza kusikia mshindo mkubwa unaosikika kama mlipuko. "Mlipuko" huu ni matokeo ya ndege kuvunja kizuizi cha sauti.
Kizuizi cha sauti ni nini na kwa nini tunasikia mlipuko? NA ambaye alikuwa wa kwanza kuvunja kizuizi cha sauti ? Tutazingatia maswali haya hapa chini.
Kizuizi cha sauti ni nini na kinaundwaje?
Kizuizi cha sauti cha aerodynamic ni mfululizo wa matukio ambayo yanaambatana na harakati za ndege yoyote (ndege, roketi, nk) ambayo kasi yake ni sawa na au kuzidi kasi ya sauti. Kwa maneno mengine, "kizuizi cha sauti" cha aerodynamic ni kuruka mkali katika upinzani wa hewa ambayo hutokea wakati ndege inafikia kasi ya sauti.
Mawimbi ya sauti husafiri angani kwa kasi fulani, ambayo inatofautiana kulingana na urefu, joto na shinikizo. Kwa mfano, katika kiwango cha bahari kasi ya sauti ni takriban 1220 km / h, kwa urefu wa 15,000 m - hadi 1000 km / h, nk. Wakati kasi ya ndege inakaribia kasi ya sauti, mizigo fulani hutumiwa kwake. Kwa kasi ya kawaida (subsonic), pua ya ndege "huendesha" wimbi la hewa iliyoshinikizwa mbele yake, kasi ambayo inalingana na kasi ya sauti. Kasi ya wimbi ni kubwa kuliko kasi ya kawaida ya ndege. Matokeo yake, hewa inapita kwa uhuru karibu na uso mzima wa ndege.
Lakini, ikiwa kasi ya ndege inalingana na kasi ya sauti, wimbi la compression huundwa sio kwenye pua, lakini mbele ya mrengo. Matokeo yake, wimbi la mshtuko linaundwa, na kuongeza mzigo kwenye mbawa.
Ili ndege iweze kushinda kizuizi cha sauti, pamoja na kasi fulani, lazima iwe na muundo maalum. Ndio maana wabunifu wa ndege walitengeneza na kutumia wasifu maalum wa mrengo wa aerodynamic na hila zingine katika ujenzi wa ndege. Wakati wa kuvunja kizuizi cha sauti, rubani wa ndege ya kisasa ya hali ya juu anahisi mitetemo, "kuruka" na "mshtuko wa aerodynamic", ambayo chini tunaona kama pop au mlipuko.
Nani alikuwa wa kwanza kuvunja kizuizi cha sauti?
Swali la "mapainia" wa kizuizi cha sauti ni sawa na swali la wachunguzi wa nafasi ya kwanza. Kwa swali " Nani alikuwa wa kwanza kuvunja kizuizi cha supersonic? ? Unaweza kutoa majibu tofauti. Huyu ndiye mtu wa kwanza kuvunja kizuizi cha sauti, na mwanamke wa kwanza, na, isiyo ya kawaida, kifaa cha kwanza ...
Mtu wa kwanza kuvunja kizuizi cha sauti alikuwa rubani wa majaribio Charles Edward Yeager (Chuck Yeager). Mnamo Oktoba 14, 1947, ndege yake ya majaribio ya Bell X-1, iliyokuwa na injini ya roketi, iliingia kwenye dive ya kina kirefu kutoka kwa urefu wa 21,379 m juu ya Victorville (California, USA), na kufikia kasi ya sauti. Kasi ya ndege wakati huo ilikuwa 1207 km / h.
Katika kazi yake yote, rubani wa kijeshi alitoa mchango mkubwa katika maendeleo ya sio tu ya anga ya kijeshi ya Amerika, lakini pia unajimu. Charles Elwood Yeager alimaliza kazi yake kama jenerali katika Jeshi la Anga la Merika, baada ya kutembelea sehemu nyingi za ulimwengu. Uzoefu wa rubani wa kijeshi ulikuja kuwa muhimu hata huko Hollywood wakati alionyesha maonyesho ya ajabu ya angani katika filamu ya kipengele cha “The Pilot.”
Hadithi ya Chuck Yeager ya kuvunja kizuizi cha sauti inasimuliwa katika filamu "The Right Guys," ambayo ilishinda tuzo nne za Oscar mnamo 1984.
"Washindi" wengine wa kizuizi cha sauti
Mbali na Charles Yeager, ambaye alikuwa wa kwanza kuvunja kizuizi cha sauti, kulikuwa na wamiliki wengine wa rekodi.
- Mjaribio wa kwanza wa majaribio ya Soviet - Sokolovsky (Desemba 26, 1948).
- Mwanamke wa kwanza ni Mmarekani Jacqueline Cochran (Mei 18, 1953). Akiruka juu ya Edwards Air Force Base (California, USA), ndege yake ya F-86 ilivunja kizuizi cha sauti kwa kasi ya 1223 km / h.
- Ndege ya kwanza ya raia ilikuwa ndege ya abiria ya Amerika Douglas DC-8 (Agosti 21, 1961). Ndege yake, ambayo ilifanyika kwa urefu wa karibu 12.5 m, ilikuwa ya majaribio na ilipangwa kwa lengo la kukusanya data muhimu kwa ajili ya kubuni ya baadaye ya kingo za mbawa.
- Gari la kwanza kuvunja kizuizi cha sauti - Thrust SSC (Oktoba 15, 1997).
- Mtu wa kwanza kuvunja kizuizi cha sauti katika kuanguka kwa bure alikuwa Mmarekani Joe Kittinger (1960), ambaye aliruka kwa parachuti kutoka urefu wa kilomita 31.5. Walakini, baada ya hapo, akiruka juu ya jiji la Amerika la Roswell (New Mexico, USA) mnamo Oktoba 14, 2012, Mwaustria Felix Baumgartner aliweka rekodi ya ulimwengu kwa kuondoka. puto na parachuti kwa urefu wa kilomita 39. Kasi yake ilikuwa karibu 1342.8 km / h, na kushuka kwake chini, ambayo nyingi ilikuwa katika kuanguka kwa bure, ilichukua dakika 10 tu.
- Rekodi ya ulimwengu ya kuvunja kizuizi cha sauti na ndege ni ya X-15 ya kombora la aeroballistic aeroballistic ya X-15 (1967), inayofanya kazi kwa sasa. Jeshi la Urusi. Kasi ya roketi katika mwinuko wa kilomita 31.2 ilikuwa 6389 km / h. Ningependa kutambua kwamba kasi ya juu iwezekanavyo ya harakati za binadamu katika historia ya ndege za watu ni 39,897 km / h, ambayo ilifikiwa mwaka wa 1969 na Marekani. chombo cha anga"Apollo 10".
Uvumbuzi wa kwanza wa kuvunja kizuizi cha sauti
Kwa kawaida, uvumbuzi wa kwanza uliovunja kizuizi cha sauti ulikuwa ... mjeledi rahisi, uliozuliwa na Wachina wa kale miaka elfu 7 iliyopita.
Kabla ya uvumbuzi wa upigaji picha wa papo hapo mwaka wa 1927, hakuna mtu angeweza kufikiri kwamba ufa wa mjeledi haukuwa tu kamba iliyopiga kushughulikia, lakini kubofya miniature supersonic. Wakati wa swing mkali, kitanzi kinaundwa, kasi ambayo huongeza makumi kadhaa ya nyakati na inaambatana na kubofya. Kitanzi huvunja kizuizi cha sauti kwa kasi ya karibu 1200 km / h.
Tunawaza nini tunaposikia usemi “kizuizi cha sauti”? Kikomo fulani kinaweza kuathiri sana kusikia na ustawi. Kawaida kizuizi cha sauti kinahusishwa na ushindi wa anga na
Kushinda kikwazo hiki kunaweza kusababisha maendeleo ya magonjwa ya zamani, syndromes ya maumivu na athari za mzio. Mawazo haya ni sahihi au yanawakilisha fikra potofu? Je, yana msingi wa kweli? Kizuizi cha sauti ni nini? Jinsi gani na kwa nini hutokea? Haya yote na baadhi ya nuances ya ziada, kama vile ukweli wa kihistoria Tutajaribu kujua ni nini kinachohusishwa na dhana hii katika makala hii.
Sayansi hii ya ajabu ni aerodynamics
Katika sayansi ya aerodynamics, iliyoundwa kuelezea matukio ya kuandamana harakati
ndege, kuna dhana ya "kizuizi cha sauti". Huu ni mfululizo wa matukio ambayo hutokea wakati wa harakati za ndege za juu au roketi zinazosonga kwa kasi karibu na kasi ya sauti au zaidi.
Wimbi la mshtuko ni nini?
Mtiririko wa nguvu zaidi unapozunguka gari, wimbi la mshtuko huonekana kwenye handaki ya upepo. Athari zake zinaweza kuonekana hata kwa jicho uchi. Juu ya ardhi wanaonyeshwa na mstari wa njano. Nje ya koni ya wimbi la mshtuko, mbele ya mstari wa njano, huwezi hata kusikia ndege chini. Kwa kasi inayozidi sauti, miili inakabiliwa na mtiririko wa sauti, ambayo inajumuisha wimbi la mshtuko. Kunaweza kuwa na zaidi ya moja, kulingana na sura ya mwili.
Mabadiliko ya wimbi la mshtuko
Mbele ya wimbi la mshtuko, ambayo wakati mwingine huitwa wimbi la mshtuko, ina unene mdogo, ambayo hata hivyo inafanya uwezekano wa kufuatilia mabadiliko ya ghafla katika mali ya mtiririko, kupungua kwa kasi yake kuhusiana na mwili na ongezeko linalolingana la shinikizo na joto la gesi katika mtiririko. Katika kesi hii, nishati ya kinetic inabadilishwa kwa sehemu kuwa nishati ya ndani ya gesi. Idadi ya mabadiliko haya moja kwa moja inategemea kasi ya mtiririko wa supersonic. Kadiri wimbi la mshtuko linavyosogea kutoka kwa kifaa, matone ya shinikizo hupungua na wimbi la mshtuko hubadilishwa kuwa wimbi la sauti. Inaweza kufikia mwangalizi wa nje, ambaye atasikia sauti ya tabia inayofanana na mlipuko. Kuna maoni kwamba hii inaonyesha kwamba kifaa kimefikia kasi ya sauti, wakati ndege inaacha kizuizi cha sauti nyuma.
Nini kinaendelea kweli?
Kinachojulikana wakati wa kuvunja kizuizi cha sauti katika mazoezi inawakilisha kifungu cha wimbi la mshtuko na mngurumo unaoongezeka wa injini za ndege. Sasa kifaa kiko mbele ya sauti inayoandamana, kwa hivyo hum ya injini itasikika baada yake. Kukaribia kasi ya sauti iliwezekana wakati wa Vita vya Kidunia vya pili, lakini wakati huo huo marubani walibaini ishara za kutisha katika uendeshaji wa ndege.
Baada ya kumalizika kwa vita, wabunifu wengi wa ndege na marubani walitaka kufikia kasi ya sauti na kuvunja kizuizi cha sauti, lakini majaribio mengi haya yalimalizika kwa kusikitisha. Wanasayansi wasio na matumaini walisema kuwa kikomo hiki hakiwezi kuzidi. Kwa njia yoyote ya majaribio, lakini kisayansi, iliwezekana kuelezea asili ya dhana ya "kizuizi cha sauti" na kutafuta njia za kuondokana nayo.
Ndege salama kwa kasi ya transonic na supersonic inawezekana kwa kuepuka mgogoro wa wimbi, tukio ambalo linategemea vigezo vya aerodynamic ya ndege na urefu wa kukimbia. Mabadiliko kutoka ngazi moja ya kasi hadi nyingine inapaswa kufanyika haraka iwezekanavyo kwa kutumia afterburner, ambayo itasaidia kuepuka kukimbia kwa muda mrefu katika eneo la mgogoro wa wimbi. Mgogoro wa wimbi kama dhana ulitoka kwa usafiri wa majini. Iliibuka wakati meli ziliposonga kwa kasi karibu na kasi ya mawimbi juu ya uso wa maji. Kuingia kwenye mgogoro wa wimbi kunajumuisha ugumu wa kuongeza kasi, na ikiwa unashinda mgogoro wa wimbi kwa urahisi iwezekanavyo, basi unaweza kuingia katika hali ya kupanga au kuteleza kwenye uso wa maji.
Historia katika udhibiti wa ndege
Mtu wa kwanza kufikia kasi ya juu zaidi katika ndege ya majaribio alikuwa rubani wa Amerika Chuck Yeager. Mafanikio yake yalibainishwa katika historia mnamo Oktoba 14, 1947. Katika eneo la USSR, kizuizi cha sauti kilivunjwa mnamo Desemba 26, 1948 na Sokolovsky na Fedorov, ambao walikuwa wakiruka mpiganaji mwenye uzoefu.
Miongoni mwa raia, ndege ya abiria Douglas DC-8 ilivunja kizuizi cha sauti, ambayo mnamo Agosti 21, 1961 ilifikia kasi ya 1.012 Mach, au 1262 km / h. Madhumuni ya safari ya ndege ilikuwa kukusanya data kwa muundo wa bawa. Kati ya ndege, rekodi ya ulimwengu iliwekwa na kombora la aeroballistic la hewa-hadi-ardhi, ambalo linahudumu na jeshi la Urusi. Katika mwinuko wa kilomita 31.2, roketi ilifikia kasi ya 6389 km / h.
Miaka 50 baada ya kuvunja kizuizi cha sauti hewani, Mwingereza Andy Green alipata mafanikio kama hayo kwenye gari. Mmarekani Joe Kittinger alijaribu kuvunja rekodi hiyo bila malipo, na kufikia urefu wa kilomita 31.5. Leo, mnamo Oktoba 14, 2012, Felix Baumgartner aliweka rekodi ya ulimwengu, bila msaada wa usafiri, katika kuanguka kwa bure kutoka urefu wa kilomita 39, kuvunja kizuizi cha sauti. Kasi yake ilifikia kilomita 1342.8 kwa saa.
Uvunjaji usio wa kawaida wa kizuizi cha sauti
Inashangaza kufikiria, lakini uvumbuzi wa kwanza ulimwenguni kushinda kikomo hiki ulikuwa mjeledi wa kawaida, ambao uligunduliwa na Wachina wa zamani karibu miaka elfu 7 iliyopita. Karibu hadi uvumbuzi wa upigaji picha wa papo hapo mnamo 1927, hakuna mtu aliyeshuku kuwa ufa wa mjeledi ulikuwa boom ndogo ya sonic. Swing mkali huunda kitanzi, na kasi huongezeka kwa kasi, ambayo inathibitishwa na kubofya. Kizuizi cha sauti kinavunjwa kwa kasi ya karibu 1200 km / h.
Siri ya jiji lenye kelele zaidi
Haishangazi kwamba wakazi wa miji midogo wanashangaa wanapoona mji mkuu kwa mara ya kwanza. Mengi ya usafiri, mamia ya migahawa na vituo vya burudani kukuchanganya na kukukosesha raha kutokana na tabia yako ya kawaida. Mwanzo wa chemchemi katika mji mkuu kawaida ni Aprili, badala ya Machi ya waasi, yenye dhoruba. Mnamo Aprili kuna anga ya wazi, mito inapita na buds zinachanua. Watu, wakiwa wamechoka kutokana na majira ya baridi ndefu, hufungua madirisha yao kwa upana kuelekea jua, na kelele za barabarani hupasuka ndani ya nyumba zao. Barabarani, ndege hupiga kelele kwa viziwi, wasanii huimba, wanafunzi wenye furaha hukariri mashairi, bila kusahau kelele za foleni za magari na treni za chini ya ardhi. Wafanyikazi wa idara ya usafi wanaona kuwa kukaa katika jiji lenye kelele kwa muda mrefu ni hatari kwa afya. Asili ya sauti ya mji mkuu ni usafiri,
kelele za anga, viwanda na kaya. Kinachodhuru zaidi ni kelele za gari, kwani ndege huruka juu kabisa, na kelele kutoka kwa wafanyabiashara huyeyuka katika majengo yao. Hum ya mara kwa mara ya magari kwenye barabara kuu zenye shughuli nyingi huzidi yote viwango vinavyokubalika mara mbili. Je, mtaji unashindaje kizuizi cha sauti? Moscow ni hatari kwa sauti nyingi, hivyo wakazi wa mji mkuu hufunga madirisha yenye glasi mbili ili kupunguza kelele.
Je, kizuizi cha sauti kinapigwa vipi?
Hadi 1947, hakukuwa na data halisi juu ya ustawi wa mtu kwenye jogoo la ndege ambayo huruka haraka kuliko sauti. Inapotokea, kuvunja kizuizi cha sauti kunahitaji nguvu na ujasiri fulani. Wakati wa kukimbia, inakuwa wazi kuwa hakuna dhamana ya kuishi. Hata rubani wa kitaalamu hawezi kusema kwa uhakika ikiwa muundo wa ndege utastahimili mashambulizi kutoka kwa vipengele. Katika suala la dakika, ndege inaweza tu kuanguka mbali. Ni nini kinaelezea hili? Ikumbukwe kwamba harakati kwa kasi ya subsonic huunda mawimbi ya akustisk ambayo yanaenea kama miduara kutoka jiwe lililoanguka. Kasi ya supersonic husisimua mawimbi ya mshtuko, na mtu aliyesimama chini husikia sauti inayofanana na mlipuko. Bila kompyuta zenye nguvu, ilikuwa vigumu kutatua matatizo magumu na mtu alipaswa kutegemea mifano ya kupiga katika vichuguu vya upepo. Wakati mwingine, wakati kasi ya ndege haitoshi, wimbi la mshtuko hufikia nguvu ambayo madirisha huruka nje ya nyumba ambazo ndege inaruka. Sio kila mtu atakayeweza kuondokana na kizuizi cha sauti, kwa sababu kwa wakati huu muundo wote unatetemeka, na upandaji wa kifaa unaweza kupata uharibifu mkubwa. Ndiyo maana ni muhimu sana kwa marubani Afya njema na utulivu wa kihisia. Ikiwa kukimbia ni laini na kizuizi cha sauti kinashindwa haraka iwezekanavyo, basi hakuna rubani au abiria yeyote anayewezekana atahisi hisia zisizofurahi. Ndege ya utafiti iliundwa mahsusi ili kuvunja kizuizi cha sauti mnamo Januari 1946. Uundaji wa mashine hiyo ulianzishwa na agizo kutoka kwa Wizara ya Ulinzi, lakini badala ya silaha ilijazwa na vifaa vya kisayansi ambavyo vilifuatilia hali ya uendeshaji ya mifumo na vyombo. Ndege hii ilikuwa kama kombora la kisasa la kusafiri na injini ya roketi iliyojengwa ndani. Ndege ilivunja kizuizi cha sauti kwa kasi ya juu ya 2736 km / h.
Makaburi ya maneno na nyenzo ya kushinda kasi ya sauti
Mafanikio katika kuvunja kizuizi cha sauti bado yanathaminiwa sana leo. Kwa hivyo, ndege ambayo Chuck Yeager aliishinda kwa mara ya kwanza sasa inaonyeshwa kwenye Jumba la Makumbusho la Kitaifa la Anga na Nafasi, ambalo liko Washington. Lakini vipimo vya kiufundi uvumbuzi huu wa kibinadamu ungekuwa na thamani kidogo bila sifa za rubani mwenyewe. Chuck Yeager alipitia shule ya kukimbia na kupigana Ulaya, baada ya hapo alirudi Uingereza. Kutengwa kwa haki kutoka kwa kuruka hakuvunja roho ya Yeager, na alipata mapokezi na kamanda mkuu wa askari wa Uropa. Katika miaka iliyobaki hadi mwisho wa vita, Yeager alishiriki katika misheni 64 ya mapigano, ambapo alipiga ndege 13. Chuck Yeager alirudi katika nchi yake na safu ya nahodha. Tabia zake zinaonyesha intuition ya ajabu, utulivu wa ajabu na uvumilivu katika hali mbaya. Zaidi ya mara moja Yeager aliweka rekodi kwenye ndege yake. Kazi yake zaidi ilikuwa katika vitengo vya Jeshi la Anga, ambapo alifundisha marubani. Mara ya mwisho Chuck Yeager alivunja kizuizi cha sauti alikuwa na umri wa miaka 74, ambayo ilikuwa kwenye kumbukumbu ya miaka hamsini ya historia yake ya kukimbia na mnamo 1997.
Kazi ngumu za waundaji wa ndege
Ndege maarufu duniani ya MiG-15 ilianza kuundwa wakati watengenezaji waligundua kuwa haiwezekani kutegemea tu kuvunja kizuizi cha sauti, lakini matatizo magumu ya kiufundi yanapaswa kutatuliwa. Kama matokeo, mashine iliundwa kwa mafanikio sana hivi kwamba marekebisho yake yaliingia katika huduma na nchi tofauti. Ofisi kadhaa za muundo tofauti ziliingia katika aina ya mapambano ya ushindani, tuzo ambayo ilikuwa hati miliki ya ndege iliyofanikiwa zaidi na inayofanya kazi. Ndege zilizo na mabawa yaliyofagiliwa zilitengenezwa, ambayo ilikuwa mapinduzi katika muundo wao. Kifaa bora kilipaswa kuwa na nguvu, haraka na sugu sana kwa uharibifu wowote wa nje. Mabawa yaliyofagiliwa ya ndege yakawa kitu ambacho kiliwasaidia kuongeza kasi ya sauti mara tatu. Kisha iliendelea kuongezeka, ambayo ilielezwa na ongezeko la nguvu za injini, matumizi nyenzo za ubunifu na uboreshaji wa vigezo vya aerodynamic. Kushinda kizuizi cha sauti kumewezekana na kweli hata kwa mtu ambaye sio mtaalamu, lakini hii haifanyi kuwa hatari kidogo, kwa hivyo mshiriki yeyote wa michezo uliokithiri anapaswa kutathmini kwa busara nguvu zao kabla ya kuamua juu ya jaribio kama hilo.
Imepitisha kizuizi cha sauti :-)...
Kabla ya kuanza kuzungumza juu ya mada, hebu tulete uwazi kwa swali la usahihi wa dhana (ninachopenda :-)). Siku hizi maneno mawili yanatumika sana: kizuizi cha sauti Na kizuizi cha supersonic. Wanasikika sawa, lakini bado sio sawa. Hata hivyo, hakuna maana ya kuwa mkali hasa: kwa asili, wao ni kitu kimoja. Ufafanuzi wa kizuizi cha sauti hutumiwa mara nyingi na watu wenye ujuzi zaidi na karibu na anga. Na ufafanuzi wa pili ni kawaida kila mtu mwingine.
Nadhani kutoka kwa mtazamo wa fizikia (na lugha ya Kirusi :-)) ni sahihi zaidi kusema kizuizi cha sauti. Kuna mantiki rahisi hapa. Baada ya yote, kuna dhana ya kasi ya sauti, lakini, kwa kusema madhubuti, hakuna dhana ya kudumu ya kasi ya supersonic. Kuangalia mbele kidogo, nitasema kwamba wakati ndege inaruka kwa kasi ya juu, tayari imepita kizuizi hiki, na inapopita (kuishinda), basi inapita thamani fulani ya kasi ya kizingiti sawa na kasi ya sauti (na sio). supersonic).
Kitu kama hicho:-). Aidha, dhana ya kwanza hutumiwa mara nyingi sana kuliko ya pili. Hii ni kwa sababu neno supersonic linasikika zaidi ya kigeni na ya kuvutia. Na katika ndege ya supersonic, kigeni hakika iko na, kwa kawaida, huvutia wengi. Walakini, sio watu wote wanaopenda maneno " kizuizi cha supersonic"Kwa kweli wanaelewa ni nini. Tayari nimekuwa na hakika ya hili zaidi ya mara moja, nikitazama vikao, kusoma makala, hata kutazama TV.
Swali hili ni ngumu sana kutoka kwa mtazamo wa fizikia. Lakini, bila shaka, hatutasumbua na utata. Tutajaribu tu, kama kawaida, kufafanua hali hiyo kwa kutumia kanuni ya "kuelezea aerodynamics kwenye vidole vyako" :-).
Kwa hiyo, kwa kizuizi (sauti :-))!... Ndege inayoruka, ikifanya kazi kwa njia ya elastic kama hewa, inakuwa chanzo chenye nguvu cha mawimbi ya sauti. Nadhani kila mtu anajua mawimbi ya sauti angani ni :-).
Mawimbi ya sauti (uma ya kurekebisha).
Huu ni ubadilishanaji wa maeneo ya mgandamizo na adimu, kuenea kwa njia tofauti kutoka kwa chanzo cha sauti. Kitu kama miduara kwenye maji, ambayo pia ni mawimbi (sio sauti tu :-)). Ni maeneo haya, yanayofanya kazi kwenye eardrum ya sikio, ambayo inaruhusu sisi kusikia sauti zote za ulimwengu huu, kutoka kwa minong'ono ya kibinadamu hadi sauti ya injini za ndege.
Mfano wa mawimbi ya sauti.
Pointi za uenezi wa mawimbi ya sauti zinaweza kuwa sehemu tofauti za ndege. Kwa mfano, injini (sauti yake inajulikana kwa mtu yeyote :-)), au sehemu za mwili (kwa mfano, upinde), ambayo, kuunganisha hewa mbele yao wakati wa kusonga, kuunda. aina fulani shinikizo (compression) mawimbi yanayosafiri kwenda mbele.
Mawimbi haya yote ya sauti huenea angani kwa kasi ya sauti ambayo tayari tunaijua. Hiyo ni, ikiwa ndege ni subsonic, na hata inaruka kwa kasi ya chini, basi wanaonekana kuikimbia. Kama matokeo, ndege kama hiyo inapokaribia, kwanza tunasikia sauti yake, na kisha yenyewe huruka.
Nitahifadhi, hata hivyo, kwamba hii ni kweli ikiwa ndege haipandi juu sana. Baada ya yote, kasi ya sauti sio kasi ya mwanga :-). Ukubwa wake sio mkubwa sana na mawimbi ya sauti yanahitaji muda kufikia msikilizaji. Kwa hiyo, utaratibu wa kuonekana kwa sauti kwa msikilizaji na ndege, ikiwa inaruka urefu wa juu inaweza kubadilika.
Na kwa kuwa sauti sio haraka sana, basi kwa kuongezeka kwa kasi yake mwenyewe ndege huanza kupatana na mawimbi ambayo hutoa. Hiyo ni, ikiwa alikuwa hana mwendo, basi mawimbi yangetoka kwake kwa fomu miduara iliyokolea kama mawimbi juu ya maji yanayosababishwa na jiwe lililotupwa. Na kwa kuwa ndege inakwenda, katika sekta ya miduara hii inayofanana na mwelekeo wa kukimbia, mipaka ya mawimbi (mbele yao) huanza kukaribiana.
Harakati ya mwili wa subsonic.
Ipasavyo, pengo kati ya ndege (pua yake) na mbele ya wimbi la kwanza (kichwa) (ambayo ni, hii ndio eneo ambalo polepole, kwa kiwango fulani, kuvunja hufanyika. mkondo wa bure wakati wa kukutana na pua ya ndege (bawa, mkia) na, kama matokeo, kuongezeka kwa shinikizo na joto) huanza mkataba na kasi ya juu ya ndege.
Inakuja wakati ambapo pengo hili linatoweka (au inakuwa ndogo), na kugeuka kuwa aina maalum ya eneo linaloitwa wimbi la mshtuko. Hii hutokea wakati kasi ya kukimbia inapofikia kasi ya sauti, yaani, ndege hutembea kwa kasi sawa na mawimbi inayotoa. Nambari ya Mach ni sawa na umoja (M=1).
Harakati ya sauti ya mwili (M=1).
Mshtuko wa mshtuko, ni eneo nyembamba sana la kati (karibu 10 -4 mm), wakati wa kupita ambayo hakuna tena hatua kwa hatua, lakini mabadiliko makali (ya kuruka-kama) katika vigezo vya kati hii - kasi, shinikizo, joto, wiani. Kwa upande wetu, kasi hupungua, shinikizo, joto na wiani huongezeka. Kwa hivyo jina - wimbi la mshtuko.
Kwa njia iliyorahisishwa, ningesema hivi kuhusu haya yote. Haiwezekani kupunguza ghafla mtiririko wa supersonic, lakini lazima ifanye hivi, kwa sababu hakuna tena uwezekano wa kusimama polepole kwa kasi ya mtiririko mbele ya pua ya ndege, kama kwa kasi ya wastani ya subsonic. Inaonekana kukutana na sehemu ya subsonic mbele ya pua ya ndege (au ncha ya mrengo) na kuanguka ndani ya kuruka nyembamba, kuhamisha nishati kubwa ya harakati ambayo inamiliki.
Kwa njia, tunaweza kusema kinyume chake: ndege huhamisha sehemu ya nishati yake kwa malezi ya mawimbi ya mshtuko ili kupunguza kasi ya mtiririko wa supersonic.
Supersonic harakati ya mwili.
Kuna jina lingine la wimbi la mshtuko. Kusonga na ndege angani, kimsingi inawakilisha mbele ya mabadiliko makali katika vigezo vya mazingira vilivyotajwa hapo juu (yaani, mtiririko wa hewa). Na hii ndiyo asili ya wimbi la mshtuko.
Mshtuko wa mshtuko na wimbi la mshtuko, kwa ujumla, ni ufafanuzi sawa, lakini katika aerodynamics ya kwanza hutumiwa zaidi.
Wimbi la mshtuko (au wimbi la mshtuko) linaweza kuwa sawa kwa mwelekeo wa kukimbia, kwa hali ambayo huchukua takriban sura ya duara kwenye nafasi na huitwa mistari iliyonyooka. Hii kawaida hufanyika katika hali zilizo karibu na M=1.
Njia za harakati za mwili. ! - subsonic, 2 - M = 1, supersonic, 4 - wimbi la mshtuko (wimbi la mshtuko).
Kwa nambari M> 1, tayari ziko kwenye pembe kwa mwelekeo wa kukimbia. Hiyo ni, ndege tayari inapita sauti yake mwenyewe. Katika kesi hiyo, wanaitwa oblique na katika nafasi wanachukua sura ya koni, ambayo, kwa njia, inaitwa koni ya Mach, inayoitwa baada ya mwanasayansi ambaye alisoma mtiririko wa supersonic (alimtaja katika mmoja wao).
Mach koni.
Umbo la koni hii ("upungufu" wake, kwa kusema) inategemea haswa nambari M na inahusiana nayo kwa uhusiano: M = 1/sin α, ambapo α ni pembe kati ya mhimili wa koni na yake. jenereta. Na uso wa conical unagusa sehemu za mbele za mawimbi yote ya sauti, ambayo chanzo chake kilikuwa ndege, na ambayo "ilipita", ikienda juu. kasi ya sauti.
Mbali na hilo mawimbi ya mshtuko inaweza pia kuwa imeambatanishwa, wakati wao ni karibu na uso wa mwili unaotembea kwa kasi ya supersonic, au kusonga mbali, ikiwa hawajawasiliana na mwili.
Aina za mawimbi ya mshtuko wakati wa mtiririko wa supersonic karibu na miili ya maumbo mbalimbali.
Kawaida mishtuko huambatanishwa ikiwa mtiririko wa juu zaidi unapita karibu na nyuso zozote zilizochongoka. Kwa ndege, kwa mfano, hii inaweza kuwa pua iliyoelekezwa, ulaji wa hewa ya shinikizo la juu, au makali makali ya uingizaji hewa. Wakati huo huo wanasema "kuruka hukaa", kwa mfano, kwenye pua.
Na mshtuko wa kujitenga unaweza kutokea wakati unapita karibu na nyuso za mviringo, kwa mfano, makali ya mviringo ya mbele ya hewa yenye nene ya mrengo.
Vipengele mbalimbali vya mwili wa ndege huunda kabisa mfumo mgumu mawimbi ya mshtuko. Walakini, kali zaidi kati yao ni mbili. Moja ni kichwa kwenye upinde na pili ni mkia kwenye vipengele vya mkia. Kwa umbali fulani kutoka kwa ndege, mishtuko ya kati hushika kichwa na kuunganishwa nayo, au mkia hushikana nao.
Mishtuko ya mshtuko kwenye ndege ya mfano wakati wa kusafisha kwenye njia ya upepo (M=2).
Kama matokeo, kuruka mbili kunabaki, ambayo, kwa ujumla, hugunduliwa na mwangalizi wa kidunia kama moja kwa sababu ya saizi ndogo ya ndege ikilinganishwa na urefu wa kukimbia na, ipasavyo, muda mfupi kati yao.
Nguvu (kwa maneno mengine, nishati) ya wimbi la mshtuko (wimbi la mshtuko) inategemea vigezo mbalimbali (kasi ya ndege, vipengele vyake vya kubuni, hali ya mazingira, nk) na imedhamiriwa na kushuka kwa shinikizo mbele yake.
Inaposogea kutoka juu ya koni ya Mach, ambayo ni, kutoka kwa ndege, kama chanzo cha usumbufu, wimbi la mshtuko hudhoofika, polepole hubadilika kuwa wimbi la sauti la kawaida na mwishowe kutoweka kabisa.
Na itakuwa na kiwango gani cha nguvu wimbi la mshtuko(au wimbi la mshtuko) kufikia ardhini kunategemea athari ambayo inaweza kutoa hapo. Sio siri kwamba Concorde inayojulikana iliruka juu ya Atlantiki pekee, na ndege za kijeshi za juu hufikia kasi ya juu katika miinuko ya juu au katika maeneo ambayo hakuna. makazi(angalau inaonekana kama wanapaswa kuifanya :-)).
Vikwazo hivi ni haki sana. Kwa mimi, kwa mfano, ufafanuzi sana wa wimbi la mshtuko unahusishwa na mlipuko. Na mambo ambayo wimbi la mshtuko mkali vya kutosha linaweza kufanya linaweza kuendana nayo. Angalau glasi kutoka kwa madirisha inaweza kuruka nje kwa urahisi. Kuna ushahidi wa kutosha wa hii (haswa katika historia ya anga ya Soviet, wakati ilikuwa nyingi na ndege zilikuwa nyingi). Lakini unaweza kufanya mambo mabaya zaidi. Unahitaji tu kuruka chini :-)…
Hata hivyo, kwa sehemu kubwa, kile kinachobaki kutoka kwa mawimbi ya mshtuko yanapofika chini sio hatari tena. Mtazamaji wa nje aliye chini anaweza kusikia sauti inayofanana na kishindo au mlipuko. Ni kwa ukweli huu kwamba dhana moja potofu ya kawaida na inayoendelea inahusishwa.
Watu ambao hawana uzoefu sana katika sayansi ya anga, wakisikia sauti kama hiyo, wanasema kwamba ndege ilishinda kizuizi cha sauti (kizuizi cha supersonic) Kwa kweli hii si kweli. Taarifa hii haina uhusiano wowote na ukweli kwa angalau sababu mbili.
Wimbi la mshtuko (wimbi la mshtuko).
Kwanza, ikiwa mtu chini anasikia kishindo kikubwa angani, basi hii inamaanisha tu (narudia :-)) kwamba masikio yake yamefikia. wimbi la mshtuko mbele(au wimbi la mshtuko) kutoka kwa ndege inayoruka mahali fulani. Ndege hii tayari inaruka kwa kasi ya ajabu, na haijaibadilisha tu.
Na ikiwa mtu huyu angeweza kujipata kwa ghafla kilomita kadhaa mbele ya ndege, basi angesikia tena sauti ile ile kutoka kwa ndege hiyo hiyo, kwa sababu angekabiliwa na wimbi lile lile la mshtuko linalosonga na ndege.
Inasonga kwa kasi ya juu zaidi, na kwa hivyo inakaribia kimya. Na baada ya kuwa na si mara zote athari ya kupendeza kwenye eardrums (ni nzuri, wakati tu juu yao :-)) na imepita kwa usalama, kishindo cha injini zinazoendesha kinasikika.
Takriban muundo wa ndege wa saa maana tofauti Nambari za M kwa kutumia mfano wa mpiganaji wa Saab 35 "Draken". Lugha, kwa bahati mbaya, ni Kijerumani, lakini mpango huo kwa ujumla uko wazi.
Zaidi ya hayo, mpito kwa sauti ya juu yenyewe haiambatani na "booms" za wakati mmoja, pops, milipuko, nk. Kwenye ndege ya kisasa ya hali ya juu, rubani mara nyingi hujifunza juu ya mpito kama huo kutoka kwa usomaji wa chombo. Katika kesi hii, hata hivyo, mchakato fulani hutokea, lakini ni chini ya sheria fulani majaribio ni kivitendo asiyeonekana kwake.
Lakini sio hivyo tu :-). Nitasema zaidi. kwa namna ya kizuizi fulani kinachoonekana, kizito, vigumu-kuvuka ambacho ndege hutegemea na ambayo inahitaji "kuchomwa" (nimesikia hukumu hizo :-)) haipo.
Kwa kusema kweli, hakuna kizuizi hata kidogo. Hapo zamani za kale, mwanzoni mwa maendeleo ya kasi ya juu katika anga, dhana hii iliundwa badala ya imani ya kisaikolojia kuhusu ugumu wa mpito kwa kasi ya supersonic na kuruka ndani yake. Kulikuwa na hata taarifa kwamba hii haikuwezekana kwa ujumla, haswa kwani mahitaji ya imani na taarifa kama hizo zilikuwa maalum.
Walakini, mambo ya kwanza kwanza ...
Katika aerodynamics, kuna neno lingine ambalo linaelezea kwa usahihi mchakato wa mwingiliano na mtiririko wa hewa wa mwili unaotembea katika mtiririko huu na unaoelekea kwenda supersonic. Hii mgogoro wa wimbi. Ni yeye ambaye hufanya baadhi ya mambo mabaya ambayo yanahusishwa na dhana kizuizi cha sauti.
Kwa hivyo kitu kuhusu mgogoro :-). Ndege yoyote ina sehemu, mtiririko wa hewa ambao wakati wa kukimbia hauwezi kuwa sawa. Hebu tuchukue, kwa mfano, mrengo, au tuseme classic ya kawaida wasifu wa subsonic.
Kutoka kwa ujuzi wa msingi wa jinsi kuinua kunazalishwa, tunajua vizuri kwamba kasi ya mtiririko katika safu ya karibu ya uso wa juu wa wasifu ni tofauti. Ambapo wasifu ni convex zaidi, ni kubwa zaidi kuliko kasi ya mtiririko wa jumla, basi, wakati wasifu umewekwa, hupungua.
Wakati mrengo unasonga katika mtiririko kwa kasi karibu na kasi ya sauti, wakati unaweza kuja wakati katika eneo la convex kama hiyo, kwa mfano, kasi ya safu ya hewa, ambayo tayari ni kubwa kuliko kasi ya jumla ya mtiririko, inakuwa. sonic na hata supersonic.
Wimbi la mshtuko wa ndani ambalo hutokea kwenye transonics wakati wa mgogoro wa wimbi.
Zaidi ya wasifu, kasi hii inapungua na wakati fulani tena inakuwa subsonic. Lakini, kama tulivyosema hapo juu, mtiririko wa supersonic hauwezi kupungua haraka, kwa hivyo kuibuka kwa wimbi la mshtuko.
Mshtuko kama huo huonekana katika maeneo tofauti ya nyuso zilizosawazishwa, na mwanzoni ni dhaifu sana, lakini idadi yao inaweza kuwa kubwa, na kwa kuongezeka kwa kasi ya mtiririko wa jumla, maeneo ya supersonic huongezeka, mshtuko "unakuwa na nguvu" na kuhama kwa ukingo wa nyuma wa wasifu. Baadaye, mawimbi ya mshtuko sawa yanaonekana kwenye uso wa chini wa wasifu.
Mtiririko kamili wa supersonic kuzunguka wasifu wa mrengo.
Je, haya yote yanamaanisha nini? Hapa kuna nini. Kwanza- hii ni muhimu kuongezeka kwa buruta ya aerodynamic katika masafa ya kasi ya kupita (takriban M=1, zaidi au chini). Upinzani huu unakua kutokana na ongezeko kubwa la moja ya vipengele vyake - upinzani wa wimbi. Jambo lile lile ambalo hapo awali hatukuzingatia wakati wa kuzingatia safari za ndege kwa kasi ndogo.
Kwa malezi ya mawimbi mengi ya mshtuko (au mawimbi ya mshtuko) wakati wa kupungua kwa mtiririko wa juu, kama nilivyosema hapo juu, nishati hupotea, na inachukuliwa kutoka. nishati ya kinetic harakati za ndege. Hiyo ni, ndege hupungua tu (na inaonekana sana!). Ndivyo ilivyo upinzani wa wimbi.
Zaidi ya hayo, mawimbi ya mshtuko, kutokana na kupungua kwa kasi kwa mtiririko ndani yao, huchangia mgawanyiko wa safu ya mpaka nyuma yenyewe na mabadiliko yake kutoka kwa laminar hadi kwenye msukosuko. Hii huongeza zaidi uvutaji wa aerodynamic.
Kuvimba kwa wasifu wakati nambari tofauti M. Mishtuko, kanda za mitaa za supersonic, maeneo yenye misukosuko.
Pili. Kwa sababu ya kuonekana kwa maeneo ya supersonic ya ndani kwenye wasifu wa mrengo na mabadiliko yao zaidi kwa sehemu ya mkia wa wasifu na kasi ya mtiririko wa kuongezeka na, kwa hivyo, kubadilisha muundo wa usambazaji wa shinikizo kwenye wasifu, hatua ya matumizi ya nguvu za aerodynamic (kituo). ya shinikizo) pia hubadilika hadi kwenye ukingo unaofuata. Matokeo yake, inaonekana wakati wa kupiga mbizi kuhusiana na kituo cha ndege cha wingi, na kusababisha kupunguza pua yake.
Je! haya yote yanasababisha nini... Kwa sababu ya ongezeko kubwa la uvutaji wa aerodynamic, ndege inahitaji njia inayoonekana. hifadhi ya nguvu ya injini kushinda ukanda wa transonic na kufikia, kwa kusema, sauti halisi ya juu zaidi.
Ongezeko kubwa la uvutaji wa aerodynamic kwenye transonics (mgogoro wa wimbi) kutokana na kuongezeka kwa buruta ya mawimbi. Сd - mgawo wa upinzani.
Zaidi. Kwa sababu ya kutokea kwa wakati wa kupiga mbizi, shida huibuka katika udhibiti wa lami. Kwa kuongezea, kwa sababu ya shida na usawa wa michakato inayohusiana na kuibuka kwa maeneo ya juu ya eneo na mawimbi ya mshtuko, kudhibiti inakuwa ngumu. Kwa mfano, katika roll, kutokana na taratibu tofauti kwenye ndege za kushoto na za kulia.
Zaidi ya hayo, kuna kutokea kwa mitetemo, mara nyingi huwa na nguvu kabisa kutokana na misukosuko ya ndani.
Kwa ujumla, seti kamili ya raha, ambayo inaitwa mgogoro wa wimbi. Lakini, ukweli ni kwamba, zote hufanyika (zilikuwa, zege :-)) wakati wa kutumia ndege ya kawaida ya subsonic (iliyo na wasifu nene wa mrengo wa moja kwa moja) ili kufikia kasi ya juu.
Hapo awali, wakati hakukuwa na maarifa ya kutosha, na michakato ya kufikia supersonic haikusomwa kwa undani, seti hii ilizingatiwa kuwa karibu haiwezi kushindwa na iliitwa. kizuizi cha sauti(au kizuizi cha supersonic, ukitaka:-)).
Kumekuwa na matukio mengi ya kusikitisha wakati wa kujaribu kushinda kasi ya sauti kwenye ndege za kawaida za pistoni. Mtetemo mkali wakati mwingine ulisababisha uharibifu wa muundo. Ndege hazikuwa na nguvu ya kutosha kwa kuongeza kasi inayohitajika. Katika kukimbia kwa usawa haikuwezekana kutokana na athari, ambayo ina asili sawa na mgogoro wa wimbi.
Kwa hiyo, kupiga mbizi ilitumiwa kuharakisha. Lakini inaweza kuwa mbaya. Wakati wa kupiga mbizi ambao ulionekana wakati wa shida ya wimbi ulifanya kupiga mbizi kuwa kwa muda mrefu, na wakati mwingine hakukuwa na njia ya kutoka. Baada ya yote, ili kurejesha udhibiti na kuondokana na mgogoro wa wimbi, ilikuwa ni lazima kupunguza kasi. Lakini kufanya hivyo kwa kupiga mbizi ni ngumu sana (ikiwa haiwezekani).
Kuingia kwa kupiga mbizi kutoka kwa ndege ya usawa inachukuliwa kuwa moja ya sababu kuu za maafa huko USSR mnamo Mei 27, 1943, ya mpiganaji maarufu wa majaribio BI-1 na injini ya roketi ya kioevu. Vipimo vilifanywa kwa kasi ya juu ya kukimbia, na kulingana na makadirio ya wabunifu, kasi iliyopatikana ilikuwa zaidi ya 800 km / h. Baada ya hapo kulikuwa na kuchelewa kwa kupiga mbizi, ambayo ndege haikupona.
Mpiganaji wa majaribio BI-1.
Katika wakati wetu mgogoro wa wimbi tayari imesomwa vizuri na inashinda kizuizi cha sauti(ikiwa inahitajika :-)) sio ngumu. Kwenye ndege ambazo zimeundwa kuruka kwa kasi ya juu, suluhisho na vizuizi fulani vya muundo hutumiwa kuwezesha operesheni yao ya kukimbia.
Kama inavyojulikana, mgogoro wa wimbi huanza kwa nambari za M karibu na moja. Kwa hivyo, karibu ndege zote za ndege za subsonic (abiria, haswa) zina ndege kikomo cha idadi ya M. Kawaida iko katika eneo la 0.8-0.9M. Rubani anaagizwa kufuatilia hili. Kwa kuongeza, kwenye ndege nyingi, wakati kiwango cha kikomo kinafikiwa, baada ya hapo kasi ya kukimbia lazima ipunguzwe.
Takriban ndege zote zinazoruka kwa kasi ya angalau 800 km/h na zaidi zina mrengo wa kufagia(angalau kando ya makali ya kuongoza :-)). Inakuruhusu kuchelewesha kuanza kwa kukera mgogoro wa wimbi hadi kasi inayolingana na M=0.85-0.95.
Mrengo uliofagiwa. Hatua ya msingi.
Sababu ya athari hii inaweza kuelezewa kwa urahisi kabisa. Kwenye mrengo wa moja kwa moja, mtiririko wa hewa na kasi V hukaribia karibu na pembe ya kulia, na kwenye bawa iliyofagiwa (pembe ya kufagia χ) kwa pembe fulani ya kuruka β. Kasi V inaweza kuoza kwa njia ya vektoria katika mtiririko mbili: Vτ na Vn.
Mtiririko wa Vτ hauathiri usambazaji wa shinikizo kwenye mrengo, lakini mtiririko wa Vn hufanya, ambayo huamua kwa usahihi mali ya kubeba mzigo wa mrengo. Na ni wazi kuwa ni ndogo kwa ukubwa wa mtiririko wa jumla V. Kwa hiyo, juu ya mrengo uliopigwa, mwanzo wa mgogoro wa wimbi na ongezeko. upinzani wa wimbi hutokea baadaye sana kuliko kwenye bawa moja kwa moja kwa kasi sawa ya mkondo wa bure.
Mpiganaji wa majaribio E-2A (mtangulizi wa MIG-21). Mrengo wa kawaida wa kufagia.
Moja ya marekebisho ya bawa iliyofagiwa ilikuwa bawa na wasifu wa hali ya juu(alimtaja). Pia inafanya uwezekano wa kuhamisha mwanzo wa mgogoro wa wimbi kwa kasi ya juu, na kwa kuongeza, inafanya uwezekano wa kuongeza ufanisi, ambayo ni muhimu kwa ndege za abiria.
SuperJet 100. Mrengo uliofagiwa na wasifu wa hali ya juu sana.
Ikiwa ndege imekusudiwa kupita kizuizi cha sauti(kupita na mgogoro wa wimbi pia :-)) na ndege ya juu zaidi, kawaida hutofautiana kila wakati vipengele vya kubuni. Hasa, kwa kawaida ina wasifu mwembamba wa mrengo na kupenyeza kwa kingo kali(ikiwa ni pamoja na umbo la almasi au pembetatu) na fomu fulani mpango wa mrengo (kwa mfano, triangular au trapezoidal na kufurika, nk).
Supersonic MIG-21. Mfuasi E-2A. Mrengo wa kawaida wa delta.
MIG-25. Mfano wa ndege ya kawaida iliyoundwa kwa ndege ya juu zaidi. Profaili za mrengo mwembamba na mkia, kingo kali. Mrengo wa Trapezoidal. wasifu
Kupitisha methali kizuizi cha sauti, yaani, ndege kama hizo hufanya mpito kwa kasi ya juu zaidi operesheni ya afterburner ya injini kutokana na ongezeko la upinzani wa aerodynamic, na, bila shaka, ili kupita haraka katika eneo hilo mgogoro wa wimbi. Na wakati wa mpito huu mara nyingi hausikiki kwa njia yoyote (narudia :-)) ama na rubani (anaweza tu kupata kupungua kwa kiwango cha shinikizo la sauti kwenye chumba cha rubani), au na mwangalizi wa nje, ikiwa , bila shaka, angeweza kuiangalia :-).
Walakini, hapa inafaa kutaja dhana moja potofu inayohusishwa na waangalizi wa nje. Hakika wengi wameona picha za aina hii, maelezo mafupi ambayo yanasema kwamba huu ndio wakati ndege inashinda. kizuizi cha sauti, kwa kusema, kwa macho.
Athari ya Prandtl-Gloert. Haijumuishi kuvunja kizuizi cha sauti.
Kwanza, tayari tunajua kwamba hakuna kizuizi cha sauti kama hicho, na mpito wa supersonic yenyewe hauambatani na kitu chochote cha ajabu (ikiwa ni pamoja na kishindo au mlipuko).
Pili. Tulichoona kwenye picha ni kinachojulikana Athari ya Prandtl-Gloert. Tayari nimeandika juu yake. Haihusiani moja kwa moja na mpito hadi supersonic. Ni kwamba kwa kasi kubwa (subsonic, kwa njia :-)) ndege, ikisonga umati fulani wa hewa mbele yake, huunda kiasi fulani cha hewa nyuma yake. eneo la rarefaction. Mara baada ya kukimbia, eneo hili linaanza kujaza hewa kutoka kwa nafasi ya asili ya karibu. ongezeko la kiasi na kushuka kwa kasi kwa joto.
Kama unyevu wa hewa kutosha na joto hupungua chini ya kiwango cha umande wa hewa inayozunguka, basi condensation unyevu kutoka kwa mvuke wa maji kwa namna ya ukungu, ambayo tunaona. Mara tu hali zinaporejeshwa kwa viwango vya asili, ukungu huu hupotea mara moja. Utaratibu huu wote ni wa muda mfupi sana.
Utaratibu huu kwa kasi ya juu ya transonic inaweza kuwezeshwa na ndani mawimbi ya mshtuko Mimi, wakati mwingine nikisaidia kuunda kitu kama koni laini karibu na ndege.
Kasi ya juu inapendelea jambo hili, hata hivyo, ikiwa unyevu wa hewa ni wa kutosha, unaweza (na hutokea) kutokea kwa kasi ya chini kabisa. Kwa mfano, juu ya uso wa hifadhi. Wengi, kwa njia, picha nzuri ya aina hii yalifanywa kwenye bodi ya kubeba ndege, ambayo ni, katika hewa yenye unyevunyevu.
Hivi ndivyo inavyofanya kazi. Picha, kwa kweli, ni nzuri, tamasha ni ya kuvutia :-), lakini hii sio kabisa inaitwa mara nyingi. hakuna cha kufanya nayo kabisa (na kizuizi cha supersonic Sawa :-)). Na hii ni nzuri, nadhani, vinginevyo waangalizi wanaochukua aina hii ya picha na video wanaweza kuwa na furaha. Wimbi la mshtuko, unajua:-)…
Kwa kumalizia, kuna video moja (tayari nimeitumia hapo awali), waandishi ambao wanaonyesha athari ya wimbi la mshtuko kutoka kwa ndege inayoruka kwa urefu wa chini kwa kasi ya juu. Kuna, kwa kweli, kuzidisha fulani huko :-), lakini kanuni ya jumla kueleweka. Na tena ya kuvutia :-)…
Ni hayo tu kwa leo. Asante kwa kusoma makala hadi mwisho :-). Mpaka wakati ujao...
Picha zinaweza kubofya.
Kwa sasa, tatizo la "kuvunja kizuizi cha sauti" linaonekana kuwa tatizo kwa injini za nguvu za juu. Ikiwa kuna msukumo wa kutosha wa kuondokana na ongezeko la drag iliyokutana hadi na mara moja kwenye kizuizi cha sauti, ili ndege iweze kupita haraka kupitia safu muhimu ya kasi, basi hakuna ugumu fulani unapaswa kutarajiwa. Huenda ikawa rahisi kwa ndege kuruka katika masafa ya kasi ya juu zaidi kuliko katika masafa ya mpito kati ya mwendo wa subsonic na supersonic.
Kwa hiyo hali hiyo inafanana kwa kiasi fulani na ile iliyokuwapo mwanzoni mwa karne hii, wakati akina Wright walipoweza kuthibitisha uwezekano wa kukimbia kwa nguvu kwa sababu walikuwa na injini nyepesi yenye msukumo wa kutosha. Ikiwa tungekuwa na injini zinazofaa, ndege za juu zaidi zingekuwa za kawaida sana. Hadi hivi majuzi, kuvunja kizuizi cha sauti katika kukimbia kwa usawa kulifanyika tu kwa matumizi ya mifumo isiyo ya kiuchumi ya propulsion, kama vile injini za roketi na ramjet zilizo na matumizi ya juu ya mafuta. Ndege za majaribio kama vile X-1 na Sky-rocket zina injini za roketi ambazo zinaweza kutegemewa kwa dakika chache tu za kukimbia, au injini za turbojet zilizo na taa za nyuma, lakini wakati wa kuandika kuna ndege chache zinazoweza kuruka kwa kasi ya juu. kwa nusu saa. Ikiwa unasoma katika gazeti kwamba ndege "ilipita kizuizi cha sauti," mara nyingi inamaanisha kuwa ilifanya hivyo kwa kupiga mbizi. Katika kesi hiyo, mvuto uliongeza nguvu ya kutosha ya traction.
Ipo jambo la ajabu kuhusiana na ujanja huu wa aerobatic ambao ningependa kuashiria. Wacha tufikirie kwamba ndege
humkaribia mwangalizi kwa kasi ndogo, hupiga mbizi, kufikia kasi ya juu zaidi, kisha hutoka kwenye dive na tena huendelea kuruka kwa kasi ndogo. Katika kisa hiki, mtazamaji chini mara nyingi husikia sauti mbili kubwa, zikifuatana kwa haraka: "Boom, boom!" Wanasayansi wengine wamependekeza maelezo ya asili ya hum mbili. Ackeret huko Zurich na Maurice Roy huko Paris wote walipendekeza kwamba hum ilitokana na mkusanyiko wa mipigo ya sauti, kama vile kelele ya injini, iliyotolewa wakati ndege inapita kwa kasi ya sauti. Ikiwa ndege inaelekea kwa mwangalizi, basi kelele inayotolewa na ndege itafikia mwangalizi kwa muda mfupi ikilinganishwa na muda ambao ilitolewa. Kwa hivyo, kila wakati kuna mkusanyiko fulani wa mapigo ya sauti, mradi tu chanzo cha sauti kinakwenda kwa mwangalizi. Hata hivyo, ikiwa chanzo cha sauti kinasonga kwa kasi karibu na kasi ya sauti, basi mkusanyiko huongezeka kwa muda usiojulikana. Hii inakuwa dhahiri ikiwa tunazingatia kwamba sauti zote zinazotolewa na chanzo kinachosonga haswa kwa kasi ya sauti moja kwa moja kuelekea mwangalizi itafikia mwisho kwa muda mfupi, yaani, wakati chanzo cha sauti kinakaribia eneo la mwangalizi. Sababu ni kwamba sauti na chanzo cha sauti kitasafiri kwa kasi sawa. Ikiwa sauti ilikuwa ikisonga kwa kasi ya juu sana katika kipindi hiki cha wakati, basi mlolongo wa mipigo ya sauti inayotambulika na inayotolewa ingebadilishwa; mtazamaji atatofautisha ishara zinazotolewa baadaye kabla ya kutambua ishara zilizotolewa mapema.
Mchakato wa hum mbili, kwa mujibu wa nadharia hii, unaweza kuonyeshwa na mchoro katika Mtini. 58. Tuseme kwamba ndege inakwenda moja kwa moja kuelekea mwangalizi, lakini kwa kasi ya kutofautiana. Curve ya AB inaonyesha mwendo wa ndege kama kazi ya wakati. Pembe ya tangent kwa curve inaonyesha kasi ya papo hapo ya ndege. Mistari inayofanana iliyoonyeshwa kwenye mchoro inaonyesha uenezi wa sauti; pembe ya mwelekeo katika mistari hii iliyonyooka inalingana na kasi ya sauti. Kwanza, kwenye sehemu kasi ya ndege ni subsonic, kisha kwenye sehemu ni supersonic, na hatimaye, kwenye sehemu ni subsonic tena. Ikiwa mwangalizi yuko kwenye umbali wa awali D, basi alama zilizoonyeshwa ndani mstari wa usawa yanahusiana na mlolongo wa kutambuliwa
Mchele. 58. Mchoro wa muda wa umbali wa ndege inayoruka kwa kasi tofauti. Mistari sambamba na pembe ya mwelekeo huonyesha uenezi wa sauti.
misukumo ya sauti. Tunaona kwamba sauti inayozalishwa na ndege wakati wa kifungu cha pili cha kizuizi cha sauti (uhakika) hufikia mwangalizi mapema kuliko sauti iliyotolewa wakati wa kifungu cha kwanza (uhakika). Wakati wa nyakati hizi mbili, mwangalizi huona, kupitia muda usio na kikomo wa muda, misukumo inayotolewa katika kipindi fulani cha muda. Kwa hiyo, anasikia kishindo kama mlipuko. Kati ya sauti mbili za kuvuma, yeye huona wakati huo huo misukumo mitatu iliyotolewa wakati tofauti kwa ndege.
Katika Mtini. Kielelezo 59 kinaonyesha kimkakati ukubwa wa kelele unaoweza kutarajiwa katika kesi hii iliyorahisishwa. Ikumbukwe kwamba mkusanyiko wa mapigo ya sauti katika kesi ya chanzo cha sauti kinachokaribia ni mchakato sawa unaojulikana na athari ya Doppler; hata hivyo, tabia ya athari ya mwisho ni kawaida mdogo kwa mabadiliko ya lami yanayohusiana na mchakato wa mkusanyiko. Nguvu ya kelele inayoonekana ni vigumu kuhesabu kwa sababu inategemea utaratibu wa uzalishaji wa sauti, ambao haujulikani sana. Kwa kuongeza, mchakato huo ni ngumu na sura ya trajectory, echo iwezekanavyo, pamoja na mawimbi ya mshtuko ambayo yanazingatiwa. sehemu mbalimbali ndege wakati wa kukimbia na ambayo nishati yake hubadilishwa kuwa mawimbi ya sauti baada ya ndege kupunguza kasi. Katika baadhi
Mchele. 59. Uwakilishi wa kimkakati wa kiwango cha kelele kinachotambuliwa na mwangalizi.
Makala ya hivi majuzi juu ya mada hii yamehusisha hali ya kuvuma mara mbili, wakati mwingine mara tatu, inayozingatiwa katika kupiga mbizi kwa kasi ya juu na mawimbi haya ya mshtuko.
Tatizo la "kuvunja kizuizi cha sauti" au "ukuta wa sauti" inaonekana kuvutia mawazo ya umma (filamu ya Kiingereza inayoitwa "Breaking the Sound Barrier" inatoa wazo fulani la changamoto zinazohusiana na safari ya ndege ya Mach 1); marubani na wahandisi wanajadili tatizo hilo kwa umakini na kwa mzaha. "Ripoti ya kisayansi" ifuatayo ya safari za ndege zinazovuka mipaka inaonyesha mchanganyiko mzuri wa maarifa ya kiufundi na leseni ya ushairi:
Tuliteleza hewani kwa kasi ya maili 540 kwa saa. Siku zote nimependa XP-AZ5601-NG kidogo kwa udhibiti wake rahisi na ukweli kwamba kiashiria cha Prandtl-Reynolds kimewekwa kwenye kona ya kulia juu ya jopo. Niliangalia vyombo. Maji, mafuta, mapinduzi kwa dakika, Ufanisi wa Carnot, kasi ya ardhi, enthalpy. Yote Sawa. Kozi 270 °. Ufanisi wa mwako ni wa kawaida - asilimia 23. Injini ya zamani ya turbojet ilisafisha kwa utulivu kama kawaida, na meno ya Tony yalibofya kwa shida kutoka kwa milango yake 17, iliyotupwa juu ya Schenectady. Sehemu ndogo tu ya mafuta iliyovuja kutoka kwa injini. Haya ni maisha!
Nilijua injini ya ndege ilikuwa nzuri kwa kasi ya juu kuliko tulivyowahi kujaribu. Hali ya hewa ilikuwa safi sana, anga ya buluu sana, hewa tulivu kiasi kwamba sikuweza kupinga na kuongeza kasi yangu. taratibu nikasogeza lever mbele sehemu moja. Mdhibiti alihamia kidogo tu, na baada ya dakika tano au hivyo kila kitu kilikuwa shwari. 590 kwa saa. Nilisisitiza tena lever. Nozzles mbili tu zimefungwa. Nilibonyeza kisafisha tundu nyembamba. Fungua tena. 640 kwa saa. Kimya. Bomba la kutolea nje lilikuwa karibu kuinama kabisa, na inchi chache za mraba bado zimefunuliwa upande mmoja. Mikono yangu ilikuwa inawasha kwa lever, kwa hivyo niliisisitiza tena. Ndege hiyo iliongeza kasi hadi maili 690 kwa saa, ikipitia sehemu muhimu bila kuvunja dirisha hata moja. Jumba lilikuwa linapata joto, kwa hivyo niliongeza hewa zaidi kwenye kipozaji cha vortex. Machi 0.9! Sijawahi kuruka haraka. Niliona mtikisiko kidogo nje ya shimo kwa hivyo nilirekebisha umbo la bawa na likaondoka.
Tony alikuwa anasinzia sasa, na nikapuliza moshi kutoka kwenye bomba lake. Sikuweza kupinga na kuongeza kasi ngazi moja zaidi. Katika dakika kumi haswa tulifika Mach 0.95. Kwa nyuma, kwenye vyumba vya mwako, shinikizo la jumla lilishuka kama kuzimu. Haya yalikuwa maisha! Kiashiria cha Pocket kilionyesha nyekundu, lakini sikujali. Mshumaa wa Tony ulikuwa bado unawaka. Nilijua kuwa gamma ilikuwa sifuri, lakini sikujali.
Nilikuwa na kizunguzungu kutokana na msisimko. Zaidi kidogo! Niliweka mkono wangu kwenye kiwiko, lakini wakati huo Tony alifika na goti lake likagonga mkono wangu. Lever iliruka ngazi kumi! Kumbe! Ndege hiyo ndogo ilitetemeka kwa urefu wake wote, na kupoteza sana kasi kwa kutupa Tony na mimi kwenye paneli. Ilionekana kana kwamba tumegonga ukuta thabiti wa matofali! Niliweza kuona kwamba pua ya ndege ilikuwa imepondwa. Nikatazama kipima mwendo na kuganda! 1.00! Mungu, mara moja nilifikiri, tuko kwenye upeo! Nisipomfanya apunguze mwendo kabla hajateleza, tutaishia katika kuburuzwa! Umechelewa! Machi 1.01! 1.02! 1.03! 1.04! 1.06! 1.09! 1.13! 1.18! Nilikata tamaa, lakini Tony alijua la kufanya. Kwa kupepesa macho akaunga mkono
hoja! Hewa ya moto ilikimbia ndani ya bomba la kutolea nje, ikasisitizwa kwenye turbine, ikavunja tena vyumba, na kupanua compressor. Mafuta yalianza kutiririka kwenye matangi. Mita ya entropy iliyumba hadi sifuri. Machi 1.20! 1.19! 1.18! 1.17! Tumeokolewa. Ilirudi nyuma, iliteleza nyuma, huku mimi na Tony tukiomba kwamba kigawanyaji mtiririko kisishikamane. 1.10! 1.08! 1.05!
Kumbe! Tunapiga upande mwingine wa ukuta! Tumenaswa! Hakuna msukumo hasi wa kutosha wa kuvunja nyuma!
Tulipokuwa tukitetemeka kwa hofu ya ukuta, mkia wa ndege hiyo ndogo uligawanyika na Tony akapaza sauti, “Washa viboreshaji vya roketi!” Lakini waligeuka katika mwelekeo mbaya!
Tony alinyoosha mkono na kuwasogeza mbele, mistari ya Mach ikitoka kwenye vidole vyake. Niliwatia moto! Pigo lilikuwa la kushangaza. Tulipoteza fahamu.
Niliporudi kwenye fahamu zangu, ndege yetu ndogo, yote ikiwa imeharibika, ilikuwa inapita tu kwenye sifuri Mach! Nilimtoa Tony na tukaanguka chini kwa nguvu. Ndege ilikuwa ikipunguza mwendo kuelekea mashariki. Sekunde chache baadaye tulisikia kishindo, kana kwamba alikuwa amegonga ukuta mwingine.
Hakuna skrubu moja iliyopatikana. Tony alianza kusuka nyavu na nikaenda MIT.