Am trecut de bariera sunetului :-)...

Înainte de a începe să vorbim despre subiect, să aducem o oarecare claritate întrebării cu privire la acuratețea conceptelor (ceea ce îmi place mie :-)). În prezent, doi termeni sunt folosiți pe scară largă: bariera de sunetȘi barieră supersonică. Sună asemănător, dar tot nu la fel. Cu toate acestea, nu are rost să fim deosebit de stricti: în esență, sunt unul și același lucru. Definiția barierei sunetului este folosită cel mai adesea de către oamenii care sunt mai cunoscători și mai aproape de aviație. Și a doua definiție este de obicei tuturor celorlalți.

Cred că din punct de vedere al fizicii (și al limbii ruse :-)) este mai corect să spunem bariera sunetului. Există o logică simplă aici. La urma urmei, există un concept al vitezei sunetului, dar, strict vorbind, nu există un concept fix al vitezei supersonice. Privind puțin înainte, voi spune asta când aeronave zboară cu viteză supersonică, atunci a depășit deja această barieră, iar când o depășește (depășește), atunci depășește o anumită valoare prag de viteză egală cu viteza sunetului (și nu supersonică).

Ceva de genul:-). Mai mult, primul concept este folosit mult mai rar decât al doilea. Se pare că acest lucru se datorează faptului că cuvântul supersonic sună mai exotic și mai atractiv. Și în zborul supersonic, exoticul este cu siguranță prezent și, în mod natural, atrage mulți. Cu toate acestea, nu toți oamenii care savurează cuvintele „ barieră supersonică„Ei înțeleg de fapt ce este. De asta m-am convins deja de mai multe ori, uitându-mă pe forumuri, citind articole, chiar uitându-mă la televizor.

Această întrebare este de fapt destul de complexă din punct de vedere al fizicii. Dar, desigur, nu ne vom deranja cu complexitatea. Vom încerca doar, ca de obicei, să clarificăm situația folosind principiul „explicarea aerodinamicii pe degete” :-).

Așadar, la barieră (sunet :-))!... Un avion în zbor, acționând pe un mediu atât de elastic precum aerul, devine o sursă puternică de unde sonore. Cred că toată lumea știe ce sunt undele sonore în aer :-).

Unde sonore (diapază).

Aceasta este o alternanță de zone de compresie și rarefacție, răspândite în direcții diferite față de sursa sonoră. Ceva de genul cercuri pe apă, care sunt și valuri (doar nu sunt de sunet :-)). Aceste zone, care acționează asupra timpanului urechii, ne permit să auzim toate sunetele acestei lumi, de la șoaptele umane până la vuietul motoarelor cu reacție.

Un exemplu de unde sonore.

Punctele de propagare a undelor sonore pot fi diferite componente ale aeronavei. De exemplu, un motor (sunetul său este cunoscut de oricine :-)), sau părți ale corpului (de exemplu, arcul), care, compactând aerul din fața lor în timp ce se mișcă, creează un anumit tip de presiune ( compresie) val care merge înainte.

Toate aceste unde sonore se propagă în aer cu viteza sunetului deja cunoscută nouă. Adică, dacă avionul este subsonic și chiar zboară cu viteză mică, atunci par să fugă de el. Drept urmare, atunci când o astfel de aeronavă se apropie, mai întâi îi auzim sunetul, apoi ea însăși zboară.

Voi face totuși o rezervare că acest lucru este adevărat dacă avionul nu zboară foarte sus. La urma urmei, viteza sunetului nu este viteza luminii :-). Amploarea sa nu este atât de mare, iar undele sonore au nevoie de timp pentru a ajunge la ascultător. Prin urmare, ordinea apariției sunetului pentru ascultător și avion, dacă zboară la mare altitudine, se poate schimba.

Și deoarece sunetul nu este atât de rapid, atunci, odată cu creșterea propriei viteze, avionul începe să ajungă din urmă cu undele pe care le emite. Adică, dacă ar fi nemișcat, atunci undele ar diverge de el în formă cercuri concentrice ca valuri pe apă cauzate de o piatră aruncată. Și întrucât avionul se mișcă, în sectorul acestor cercuri corespunzător direcției de zbor, limitele undelor (fronturile lor) încep să se apropie unele de altele.

Mișcarea subsonică a corpului.

În consecință, decalajul dintre aeronavă (nasul său) și partea din față a primului val (de cap) (adică aceasta este zona în care are loc, într-o anumită măsură, frânarea treptată. flux liber la întâlnirea cu nasul aeronavei (aripă, coadă) și, ca urmare, creșterea presiunii și a temperaturii) începe să se contracte și cu cât viteza de zbor este mai mare.

Vine un moment în care acest decalaj practic dispare (sau devine minim), transformându-se într-un tip special de zonă numită undă de șoc. Acest lucru se întâmplă atunci când viteza de zbor atinge viteza sunetului, adică avionul se mișcă cu aceeași viteză cu undele pe care le emite. Numărul Mach este egal cu unitatea (M=1).

Mișcarea sonoră a corpului (M=1).

Soc de soc, este o regiune foarte îngustă a mediului (aproximativ 10 -4 mm), la trecere prin care nu mai există o modificare treptată, ci o schimbare bruscă (ca un salt) a parametrilor acestui mediu - viteza, presiunea, temperatura, densitatea. În cazul nostru, viteza scade, presiunea, temperatura și densitatea cresc. De aici și numele - undă de șoc.

Într-un mod oarecum simplificat, aș spune asta despre toate acestea. Este imposibil să încetinești brusc un flux supersonic, dar trebuie să facă acest lucru, deoarece nu mai există posibilitatea frânării treptate la viteza fluxului chiar în fața nasului aeronavei, ca la viteze subsonice moderate. Se pare că dă peste o secțiune subsonică în fața nasului aeronavei (sau a vârfului aripii) și se prăbușește într-un salt îngust, transferându-i marea energie de mișcare pe care o posedă.

Apropo, putem spune invers: avionul își transferă o parte din energia la formarea undelor de șoc pentru a încetini fluxul supersonic.

Mișcarea supersonică a corpului.

Există un alt nume pentru unda de șoc. Mișcându-se cu aeronava în spațiu, reprezintă în esență partea frontală a unei schimbări bruște a parametrilor de mediu menționați mai sus (adică fluxul de aer). Și aceasta este esența unei unde de șoc.

Soc de socși unde de șoc, în general, sunt definiții echivalente, dar în aerodinamică prima este mai folosită.

Unda de șoc (sau unda de șoc) poate fi practic perpendiculară pe direcția de zbor, caz în care iau aproximativ forma unui cerc în spațiu și se numesc linii drepte. Acest lucru se întâmplă de obicei în moduri apropiate de M=1.

Moduri de mișcare a corpului. ! - subsonic, 2 - M=1, supersonic, 4 - unda de soc (unda de soc).

La numerele M > 1, acestea sunt deja situate la un unghi față de direcția de zbor. Adică avionul își depășește deja propriul sunet. În acest caz, ele se numesc oblice și în spațiu iau forma unui con, care, apropo, se numește conul Mach, numit după un om de știință care a studiat fluxurile supersonice (l-a menționat într-una dintre ele).

Con Mach.

Forma acestui con („suplețea”, ca să spunem așa) depinde tocmai de numărul M și este legată de acesta prin relația: M = 1/sin α, unde α este unghiul dintre axa conului și a acestuia. generator. Iar suprafața conică atinge fronturile tuturor undelor sonore, a căror sursă era avionul și pe care le-a „depășit”, atingând viteza supersonică.

in afara de asta unde de soc poate fi de asemenea anexat, când sunt adiacente suprafeței unui corp care se mișcă cu viteză supersonică, sau se îndepărtează, dacă nu sunt în contact cu corpul.

Tipuri de unde de șoc în timpul curgerii supersonice în jurul corpurilor de diferite forme.

De obicei, șocurile devin atașate dacă fluxul supersonic curge în jurul oricăror suprafețe ascuțite. Pentru un avion, de exemplu, acesta ar putea fi un nas ascuțit, o priză de aer de înaltă presiune sau o margine ascuțită a prizei de aer. În același timp, ei spun „saritul stă”, de exemplu, pe nas.

Și un șoc detașat poate apărea atunci când curge în jurul suprafețelor rotunjite, de exemplu, marginea anterioară rotunjită a unei folii aerodinamice groase a unei aripi.

Diverse componente ale corpului aeronavei creează un sistem destul de complex de unde de șoc în zbor. Cu toate acestea, cele mai intense dintre ele sunt două. Unul este cel de cap pe arc și al doilea este cel de coadă pe elementele de coadă. La o oarecare distanta de aeronava, socurile intermediare fie il ajung din urma pe cel de cap si se contopesc cu acesta, fie cel de coada le ajunge din urma.

Șocuri la un model de aeronavă în timpul purjării într-un tunel de vânt (M=2).

Ca urmare, rămân două sărituri care, în general, sunt percepute de către un observator pământesc ca fiind unul datorită dimensiunii reduse a aeronavei în comparație cu altitudinea de zbor și, în consecință, a perioadei scurte de timp dintre ele.

Intensitatea (cu alte cuvinte, energia) unei unde de șoc (undă de șoc) depinde de diverși parametri (viteza aeronavei, caracteristicile sale de proiectare, condițiile de mediu etc.) și este determinată de căderea de presiune din partea frontală a acesteia.

Pe măsură ce se îndepărtează de vârful conului Mach, adică de aeronave, ca sursă de perturbare, unda de șoc slăbește, se transformă treptat într-o undă sonoră obișnuită și în cele din urmă dispare complet.

Și pe ce grad de intensitate va avea unda de soc(sau unda de șoc) ajungerea la sol depinde de efectul pe care îl poate produce acolo. Nu este un secret pentru nimeni că binecunoscutul Concorde a zburat supersonic doar peste Atlantic, iar aeronavele supersonice militare ating viteza supersonică la altitudini mari sau în zonele în care nu există. aşezări(cel putin se pare ca ar trebui sa o faca :-)).

Aceste restricții sunt foarte justificate. Pentru mine, de exemplu, însăși definiția unei unde de șoc este asociată cu o explozie. Și lucrurile pe care le poate face o undă de șoc suficient de intensă ar putea să corespundă. Cel puțin sticla de la ferestre poate zbura cu ușurință. Există suficiente dovezi în acest sens (mai ales în istoria aviației sovietice, când era destul de numeroasă și zborurile erau intense). Dar poți face lucruri mai rele. Trebuie doar să zbori mai jos :-)…

Cu toate acestea, în cea mai mare parte, ceea ce rămâne din undele de șoc când ajung la sol nu mai este periculos. Doar un observator din exterior la sol poate auzi un sunet similar unui vuiet sau explozie. Cu acest fapt este asociată o concepție greșită comună și destul de persistentă.

Oamenii care nu au prea multă experiență în știința aviației, auzind un astfel de sunet, spun că avionul a depășit bariera de sunet (barieră supersonică). De fapt, acest lucru nu este adevărat. Această afirmație nu are nimic de-a face cu realitatea din cel puțin două motive.

Unda de soc (unda de soc).

În primul rând, dacă o persoană de pe pământ aude un vuiet puternic pe cer, atunci asta înseamnă doar (repet :-)) că urechile i-au ajuns frontul undei de șoc(sau unda de soc) dintr-un avion care zboară undeva. Acest avion zboară deja cu viteză supersonică și nu tocmai a trecut la ea.

Și dacă aceeași persoană s-ar putea găsi brusc cu câțiva kilometri în fața avionului, atunci ar auzi din nou același sunet din același avion, deoarece ar fi expus la aceeași undă de șoc care se mișcă cu avionul.

Se mișcă cu viteză supersonică și, prin urmare, se apropie în tăcere. Și după ce a avut efectul nu întotdeauna plăcut asupra timpanelor (e bine, când doar pe ele :-)) și a trecut în siguranță, vuietul motoarelor în funcțiune devine audibil.

O diagramă de zbor aproximativă a unei aeronave la diferite valori ale numărului Mach, folosind exemplul avionului de luptă Saab 35 „Draken”. Limba, din păcate, este germana, dar schema este în general clară.

Mai mult, trecerea la sunetul supersonic în sine nu este însoțită de niciun „bum”, pop-uri, explozii etc. Pe o aeronavă supersonică modernă, pilotul învață cel mai adesea despre o astfel de tranziție numai din citirile instrumentelor. În acest caz, însă, are loc un anumit proces, dar dacă sunt respectate anumite reguli de pilotare, acesta este practic invizibil pentru el.

Dar asta nu este tot :-). O sa spun mai multe. sub forma unui obstacol tangibil, greu, greu de trecut pe care se sprijină avionul și care trebuie „străpuns” (am auzit astfel de judecăți :-)) nu există.

Strict vorbind, nu există nicio barieră. Cândva, în zorii dezvoltării vitezei mari în aviație, acest concept s-a format mai degrabă ca o credință psihologică despre dificultatea de a trece la viteza supersonică și de a zbura cu ea. Au existat chiar și afirmații conform cărora acest lucru era în general imposibil, mai ales că premisele pentru astfel de credințe și afirmații erau destul de specifice.

Cu toate acestea, primul lucru mai întâi...

În aerodinamică, există un alt termen care descrie destul de precis procesul de interacțiune cu fluxul de aer al unui corp care se mișcă în acest flux și tinde să devină supersonic. Acest criza valului. El este cel care face unele lucruri rele care sunt asociate în mod tradițional cu conceptul bariera de sunet.

Deci ceva despre criza :-). Orice aeronavă constă din părți, fluxul de aer în jurul cărora în timpul zborului poate să nu fie același. Să luăm, de exemplu, o aripă, sau mai degrabă un clasic obișnuit profil subsonic.

Din cunoștințele de bază despre modul în care se generează ridicarea, știm bine că viteza de curgere în stratul adiacent al suprafeței curbe superioare a profilului este diferită. Acolo unde profilul este mai convex, acesta este mai mare decât viteza totală a curgerii, apoi, atunci când profilul este aplatizat, acesta scade.

Când aripa se mișcă în flux cu viteze apropiate de viteza sunetului, poate veni un moment când într-o astfel de zonă convexă, de exemplu, viteza stratului de aer, care este deja mai mare decât viteza totală a fluxului, devine sonice și chiar supersonice.

Undă de șoc locală care apare la transonice în timpul unei crize de val.

Mai departe de-a lungul profilului, această viteză scade și la un moment dat devine din nou subsonică. Dar, așa cum am spus mai sus, un flux supersonic nu poate încetini rapid, deci apariția unda de soc.

Astfel de șocuri apar în diferite zone ale suprafețelor aerodinamice și inițial sunt destul de slabe, dar numărul lor poate fi mare, iar odată cu creșterea vitezei generale a curgerii, zonele supersonice cresc, șocurile „devin mai puternice” și se schimbă la marginea de fugă a profilului. Ulterior, pe suprafața inferioară a profilului apar aceleași unde de șoc.

Flux supersonic complet în jurul profilului aripii.

Ce înseamnă toate acestea? Iată ce. Primul– acest lucru este semnificativ creșterea rezistenței aerodinamiceîn intervalul de viteză transonic (aproximativ M=1, mai mult sau mai puțin). Această rezistență crește datorită creșterii puternice a uneia dintre componentele sale - rezistența la val. Același lucru pe care anterior nu l-am luat în considerare atunci când luam în considerare zborurile la viteze subsonice.

Pentru a forma numeroase unde de șoc (sau unde de șoc) în timpul decelerarii unui flux supersonic, așa cum am spus mai sus, energia este irosită și este preluată din energia cinetică a mișcării aeronavei. Adică, avionul pur și simplu încetinește (și foarte vizibil!). Asta e rezistența la val.

Mai mult decât atât, undele de șoc, datorită decelerarii bruște a fluxului în ele, contribuie la separarea stratului limită din spatele său și la transformarea acestuia din laminar în turbulent. Acest lucru crește și mai mult rezistența aerodinamică.

Umflarea profilului la diferite numere de Mach, șocuri, zone supersonice locale, zone turbulente.

Al doilea. Datorită apariției zonelor supersonice locale pe profilul aripii și deplasării lor ulterioare către partea de coadă a profilului cu creșterea vitezei de curgere și, prin urmare, modificarea modelului de distribuție a presiunii pe profil, punctul de aplicare a forțelor aerodinamice (centrul de presiune) se deplasează de asemenea către marginea de fugă. Ca urmare, apare moment de scufundare față de centrul de masă al aeronavei, determinând-o să-și coboare nasul.

La ce rezultă toate acestea... Datorită unei creșteri destul de puternice a rezistenței aerodinamice, aeronava necesită un vizibil rezerva de putere a motorului pentru a depăși zona transsonică și a ajunge, ca să spunem așa, la un sunet supersonic real.

O creștere bruscă a rezistenței aerodinamice la transonic (criză a valurilor) datorită creșterii rezistenței valurilor. Сd - coeficient de rezistență.

Mai departe. Datorită apariției unui moment de scufundare, apar dificultăți în controlul pasului. În plus, din cauza dezordinei și neuniformității proceselor asociate cu apariția zonelor supersonice locale cu unde de șoc, controlul devine dificil. De exemplu, în rulare, datorită proceselor diferite în planurile stânga și dreapta.

Mai mult, există și apariția vibrațiilor, adesea destul de puternice din cauza turbulențelor locale.

În general, un set complet de plăceri, care se numește criza valului. Dar, adevărul este că toate au loc (aveau, beton :-)) atunci când se folosesc avioane subsonice tipice (cu un profil gros al aripii drepte) pentru a obține viteze supersonice.

Inițial, când nu existau încă suficiente cunoștințe și procesele de atingere a supersonicului nu au fost studiate cuprinzător, chiar acest set a fost considerat aproape fatal de nedepășit și a fost numit bariera de sunet(sau barieră supersonică, dacă doriți să:-)).

Au existat multe incidente tragice când s-a încercat să depășească viteza sunetului la aeronavele convenționale cu piston. Vibrațiile puternice au dus uneori la daune structurale. Avioanele nu aveau suficientă putere pentru accelerația necesară. În zborul orizontal a fost imposibil datorită efectului, care are aceeași natură ca criza valului.

Prin urmare, a fost folosită o scufundare pentru a accelera. Dar ar fi putut fi fatal. Momentul de scufundare care a apărut în timpul unei crize de valuri a făcut scufundarea să se prelungească și, uneori, nu a existat nicio ieșire din ea. La urma urmei, pentru a restabili controlul și a elimina criza valurilor, a fost necesar să se reducă viteza. Dar a face acest lucru într-o scufundare este extrem de dificil (dacă nu imposibil).

Tragerea într-o scufundare din zbor orizontal este considerată unul dintre principalele motive ale dezastrului din URSS, la 27 mai 1943, al celebrului vânător experimental BI-1 cu combustibil lichid. motor rachetă. Au fost efectuate teste pentru viteza maximă de zbor, iar conform estimărilor proiectanților, viteza atinsă a fost mai mare de 800 km/h. După care a avut loc o întârziere în scufundare, din care avionul nu și-a mai revenit.

Luptător experimental BI-1.

În timpul nostru criza valului este deja destul de bine studiat și depășitor bariera de sunet(dacă este necesar :-)) nu este dificil. Pe avioanele care sunt proiectate să zboare la viteze destul de mari, se aplică anumite soluții de proiectare și restricții pentru a facilita operarea zborului.

După cum se știe, criza valului începe la numere M apropiate de unu. Prin urmare, aproape toate avioanele cu reacție subsonice (în special cele pentru pasageri) au un zbor limita numărului de M. De obicei este în regiunea 0,8-0,9M. Pilotul este instruit să monitorizeze acest lucru. În plus, pe multe aeronave, când se atinge nivelul limită, după care viteza de zbor trebuie redusă.

Aproape toate aeronavele care zboară la viteze de cel puțin 800 km/h și peste au aripă măturată(cel putin de-a lungul marginii de conducere :-)). Vă permite să amânați începutul ofensivei criza valului până la viteze corespunzătoare lui M=0,85-0,95.

Aripă măturată. Acțiune de bază.

Motivul acestui efect poate fi explicat destul de simplu. Pe o aripă dreaptă, fluxul de aer cu viteza V se apropie aproape în unghi drept, iar pe o aripă înclinată (unghiul de baleiaj χ) la un anumit unghi de alunecare β. Viteza V poate fi descompusă vectorial în două fluxuri: Vτ și Vn.

Debitul Vτ nu afectează distribuția presiunii pe aripă, dar debitul Vn o face, care determină cu precizie proprietățile portante ale aripii. Și este, evident, mai mică ca mărime a debitului total V. Prin urmare, pe o aripă înclinată, declanșarea unei crize de val și o creștere rezistența la val apare mult mai târziu decât pe o aripă dreaptă la aceeași viteză de flux liber.

Luptător experimental E-2A (predecesorul MIG-21). Aripă înclinată tipică.

Una dintre modificările aripii măturate a fost aripa cu profil supercritic(l-a menționat). De asemenea, face posibilă mutarea declanșării crizei valurilor la viteze mai mari și, în plus, face posibilă creșterea eficienței, ceea ce este important pentru avioanele de pasageri.

SuperJet 100. Aripă măturată cu profil supercritic.

Dacă avionul este destinat trecerii bariera de sunet(trecând și criza valului prea :-)) și zborul supersonic, de obicei diferă întotdeauna în anumite caracteristici de proiectare. În special, de obicei are profil de aripă subțire și empenaj cu margini ascuțite(inclusiv în formă de romb sau triunghiular) și o anumită formă de aripă în plan (de exemplu, triunghiulară sau trapezoidală cu preaplin etc.).

Supersonic MIG-21. Urmatorul E-2A. O aripă tipică de deltă.

MIG-25. Un exemplu de avion tipic proiectat pentru zbor supersonic. Profile subțiri ale aripilor și ale cozii, margini ascuțite. Aripă trapezoidală. profil

Trecând proverbialul bariera de sunet, adică astfel de aeronave fac tranziția la viteza supersonică la funcţionarea post-ardere a motorului datorită creșterii rezistenței aerodinamice și, bineînțeles, pentru a trece rapid prin zonă criza valului. Și chiar momentul acestei tranziții nu este resimțit de cele mai multe ori în niciun fel (repet :-)) nici de către pilot (el poate experimenta doar o scădere a nivelului presiunii sonore în cabina de pilotaj), nici de către un observator din exterior, dacă , desigur, a putut observa :-).

Cu toate acestea, aici merită menționată încă o concepție greșită asociată cu observatorii din afară. Cu siguranță mulți au văzut fotografii de acest gen, legendele sub care spun că acesta este momentul în care avionul depășește bariera de sunet, ca să spunem așa, vizual.

Efectul Prandtl-Gloert. Nu implică spargerea barierei sunetului.

in primul rand, știm deja că nu există o barieră a sunetului ca atare, iar trecerea la supersonic în sine nu este însoțită de nimic extraordinar (inclusiv un bubuitură sau o explozie).

În al doilea rând. Ceea ce am văzut în fotografie este așa-numitul Efectul Prandtl-Gloert. Am scris deja despre el. Nu are nicio legătură directă cu trecerea la supersonic. Doar că la viteze mari (subsonic, apropo :-)) avionul, mișcând o anumită masă de aer în fața lui, creează o anumită cantitate de aer în spatele lui regiune de rarefiere. Imediat după zbor, această zonă începe să se umple cu aer din spațiul natural din apropiere. o creștere a volumului și o scădere bruscă a temperaturii.

Dacă umiditatea aerului suficient și temperatura scade sub punctul de rouă al aerului din jur, atunci condensarea umezelii de la vaporii de apă sub formă de ceață, pe care o vedem. De îndată ce condițiile sunt restabilite la nivelurile inițiale, această ceață dispare imediat. Tot acest proces este destul de scurt.

Acest proces la viteze transonice mari poate fi facilitat de local unde de soc Eu, uneori ajutând la formarea a ceva ca un con blând în jurul avionului.

Vitezele mari favorizează acest fenomen, totuși, dacă umiditatea aerului este suficientă, aceasta poate (și are) să apară la viteze destul de mici. De exemplu, deasupra suprafeței rezervoarelor. Cele mai multe, apropo, fotografii frumoase de această natură au fost făcute de la bordul unui portavion, adică în aer destul de umed.

Asa functioneaza. Filmările, desigur, sunt misto, spectacolul este spectaculos :-), dar nu este deloc ceea ce se numește cel mai des. nimic de-a face cu asta (și barieră supersonică La fel:-)). Și asta e bine, cred, altfel observatorii care fac astfel de fotografii și videoclipuri ar putea să nu fie fericiți. Unda de soc, știi:-)…

În concluzie, există un videoclip (l-am folosit deja înainte), ai cărui autori arată efectul unei unde de șoc de la o aeronavă care zboară la altitudine joasă cu viteză supersonică. Există, desigur, o oarecare exagerare acolo :-), dar principiu general de inteles. Și din nou impresionant :-)...

Asta e tot pentru azi. Mulțumesc că ai citit articolul până la sfârșit :-). Pana data viitoare...

Pozele se pot face clic.

Bariera de sunet

Bariera de sunet

un fenomen care are loc în timpul zborului unei aeronave sau al unei rachete în momentul trecerii de la viteza de zbor subsonică la cea supersonică în atmosferă. Pe măsură ce viteza aeronavei se apropie de viteza sunetului (1200 km/h), în aerul din față apare o regiune subțire, în care are loc o creștere bruscă a presiunii și a densității aerului. Această compactare a aerului în fața unei aeronave zburătoare se numește undă de șoc. Pe sol, trecerea undei de șoc este percepută ca o bubuitură, asemănătoare sunetului unei împușcături. După ce a depășit , avionul trece prin această zonă de densitate crescută a aerului, ca și cum ar fi străpuns-o - rupând bariera de sunet. Pentru o lungă perioadă de timp, ruperea barierei sunetului părea a fi o problemă serioasă în dezvoltarea aviației. Pentru a o rezolva, a fost necesar să se schimbe profilul și forma aripii aeronavei (a devenit mai subțire și înclinată în spate), a face partea din față a fuzelajului mai ascuțită și a dota aeronava cu motoare cu reacție. Viteza sunetului a fost depășită pentru prima dată în 1947 de Charles Yeager pe o aeronavă X-1 (SUA) cu un motor de rachetă lichid lansat dintr-o aeronavă B-29. În Rusia, O. V. Sokolovsky a fost primul care a spart bariera sunetului în 1948 pe o aeronavă experimentală La-176 cu un motor turborreactor.

Enciclopedia „Tehnologie”. - M.: Rosman. 2006 .

Bariera de sunet

o creștere bruscă a rezistenței aerodinamice a unei aeronave la zbor Mach numere M(∞), depășind ușor numărul critic M*. Motivul este că la numerele M(∞) > M* vine, însoțit de apariția rezistenței undei. Coeficientul de rezistență al valurilor al aeronavei crește foarte repede odată cu creșterea numărului M, începând cu M(∞) = M*.
Disponibilitatea lui Z. b. face dificilă atingerea unei viteze de zbor egale cu viteza sunetului și trecerea ulterioară la zborul supersonic. Pentru a face acest lucru, s-a dovedit a fi necesar să se creeze avioane cu aripi subțiri, ceea ce a făcut posibilă reducerea semnificativă a rezistenței, și motoare cu reacție, în care tracțiunea crește odată cu creșterea vitezei.
În URSS, o viteză egală cu viteza sunetului a fost atinsă pentru prima dată pe aeronava La-176 în 1948.

Aviație: Enciclopedie. - M.: Marea Enciclopedie Rusă. Editor sef G.P. Svișciov. 1994 .

Vedeți ce este o „barieră a sunetului” în alte dicționare:

Barrier - toate codurile promoționale active Barrier din categoria Casă și Cabană

Bariera sunetului în aerodinamică este numele unui număr de fenomene care însoțesc mișcarea unei aeronave (de exemplu, o aeronavă supersonică, o rachetă) la viteze apropiate sau depășind viteza sunetului. Cuprins 1 Undă de șoc, ... ... Wikipedia

BARIERĂ SUNETĂR, cauza dificultăților în aviație la creșterea vitezei de zbor peste viteza sunetului (VITEZA SUPERSONICĂ). Apropiindu-se de viteza sunetului, aeronava se confruntă cu o creștere neașteptată a rezistenței și pierderea portanței aerodinamice... ... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

bariera de sunet- garso barjeras statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. bariera sonică bariera sunetului vok. Schallbarriere, f; Schallmauer, f rus. bariera sunetului, m pranc. barriere sonique, f; frontieră sonică, f; mur de son, m … Fizikos terminų žodynas

bariera de sunet- garso barjeras statusas T sritis Energetika apibrėžtis Staigus aerodinaminio pasipriešinimo padidėjimas, kai orlaivio greitis tampa garso greičiu (viršijama kritinė Macho skaičiaus vertė). Aiškinamas bangų krize dėl staiga padidėjusio… … Aiškinamasis šiluminės și branduolinės technikos terminų žodynas

O creștere bruscă a rezistenței aerodinamice pe măsură ce viteza de zbor a aeronavei se apropie de viteza sunetului (depășind valoarea critică a numărului Mach de zbor). Explicată printr-o criză a valurilor, însoțită de o creștere a rezistenței valurilor. Învinge 3…… Big Enciclopedic Polytechnic Dictionary

Bariera de sunet- o creștere bruscă a rezistenței aerului la mișcarea aeronavei la. apropiindu-se de viteze apropiate de viteza sunetului. Depășirea 3. b. a devenit posibil datorită îmbunătățirii formelor aerodinamice ale aeronavelor și utilizării de puternice... ... Glosar de termeni militari

bariera de sunet- bariera acustică creștere accentuată a rezistenței unei aeronave aerodinamice la zbor numerele Mach M∞, depășind ușor numărul critic M*. Motivul este că pentru numerele M∞ > Enciclopedia „Aviație”

bariera de sunet- bariera acustică creștere accentuată a rezistenței unei aeronave aerodinamice la zbor numerele Mach M∞, depășind ușor numărul critic M*. Motivul este că la numerele M∞ > M* are loc o criză de val,... ... Enciclopedia „Aviație”

- (Avanpost barieră franceză). 1) porțile din cetăți. 2) în arene și circuri există un gard, un buștean, un stâlp peste care sare un cal. 3) semnul că luptătorii ajung în duel. 4) balustrade, gratar. Dicționar de cuvinte străine incluse în... ... Dicționar de cuvinte străine ale limbii ruse

BARRIER, ah, soț. 1. Un obstacol (tip de perete, bară transversală) plasat pe potecă (în timpul săriturii, alergării). Luați b. (depășește-l). 2. Gard, gard. B. cutie, balcon. 3. transfer Obstacol, obstacol pentru ceea ce n. Râul natural b. Pentru… … Dicționarul explicativ al lui Ozhegov

Cărți

• Vegas: The True Story (DVD), Naderi Amir. Unii caută „Visul american” în cele mai ciudate locuri... Cândva, Eddie Parker și soția lui Tracy erau niște pariori pasionați, ceea ce nu este surprinzător: locuiesc în Las Vegas, unde toată lumea joacă...

În prezent, problema „ruperii barierei sunetului” pare a fi în esență o problemă pentru motoarele de propulsie de mare putere. Dacă există suficientă forță pentru a depăși creșterea rezistenței întâmpinate până la și imediat la bariera sunetului, astfel încât aeronava să poată trece rapid prin intervalul de viteză critică, atunci nu trebuie de așteptat nicio dificultate deosebită. Ar putea fi mai ușor pentru o aeronavă să zboare în intervalul de viteză supersonică decât în ​​intervalul de tranziție între viteze subsonice și supersonice.

Situația este așadar oarecum asemănătoare cu cea care predomina la începutul acestui secol, când frații Wright au putut dovedi posibilitatea zborului motorizat deoarece aveau un motor ușor cu suficientă tracțiune. Dacă am avea motoarele potrivite, zborul supersonic ar deveni destul de comun. Până de curând, spargerea barierei sunetului în zbor orizontal se realiza doar cu utilizarea unor sisteme de propulsie destul de neeconomice, cum ar fi motoarele de rachetă și ramjet cu un consum foarte mare de combustibil. Avioanele experimentale precum X-1 și Sky-rocket sunt echipate cu motoare de rachetă care sunt fiabile doar pentru câteva minute de zbor sau motoare cu turboreacție cu postcombustie, dar la momentul scrierii, există puține aeronave care pot zbura cu viteză supersonică. pentru o jumătate de oră. Dacă citiți într-un ziar că un avion „a trecut de bariera sunetului”, asta înseamnă adesea că a făcut-o prin scufundări. În acest caz, gravitația a completat forța de tracțiune insuficientă.

Există un fenomen ciudat asociat cu aceste acrobații pe care aș dori să-l subliniez. Să presupunem că avionul

se apropie de observator cu viteza subsonică, se scufundă, atingând viteza supersonică, apoi iese din scufundare și din nou continuă să zboare cu viteza subsonică. În acest caz, un observator de la sol aude adesea două sunete puternice, care se urmăresc destul de repede: „Bum, bum!” Unii oameni de știință au propus explicații pentru originea zumzetului dublu. Ackeret din Zurich și Maurice Roy din Paris au propus ambii că zumzetul se datorează acumulării de impulsuri sonore, cum ar fi zgomotul motorului, emise în timp ce aeronava trecea prin viteza sunetului. Dacă un avion se deplasează către un observator, atunci zgomotul produs de avion va ajunge la observator într-o perioadă mai scurtă de timp comparativ cu intervalul în care a fost emis. Astfel, există întotdeauna o anumită acumulare de impulsuri sonore, cu condiția ca sursa de sunet să se deplaseze către observator. Cu toate acestea, dacă sursa de sunet se mișcă cu o viteză apropiată de viteza sunetului, atunci acumularea se intensifică la infinit. Acest lucru devine evident dacă avem în vedere că tot sunetul emis de o sursă care se deplasează exact cu viteza sunetului direct către observator va ajunge la acesta din urmă într-un moment scurt de timp, și anume, atunci când sursa sonoră se apropie de locația observatorului. Motivul este că sunetul și sursa sunetului vor călători cu aceeași viteză. Dacă sunetul s-ar deplasa cu viteză supersonică în această perioadă de timp, atunci succesiunea impulsurilor sonore percepute și emise ar fi inversată; observatorul va distinge semnalele emise mai târziu înainte de a percepe semnalele emise mai devreme.

Procesul de zumzet dublu, în conformitate cu această teorie, poate fi ilustrat prin diagrama din Fig. 58. Să presupunem că un avion se deplasează drept către observator, dar cu o viteză variabilă. Curba AB arată mișcarea aeronavei în funcție de timp. Unghiul tangentei la curbă indică viteza instantanee a aeronavei. Liniile paralele prezentate în diagramă indică propagarea sunetului; unghiul de înclinare în aceste linii drepte corespunde vitezei sunetului. În primul rând, pe segment viteza aeronavei este subsonică, apoi pe segment este supersonică și, în final, pe segment este din nou subsonică. Dacă observatorul se află la distanța inițială D, atunci punctele afișate pe linia orizontală corespund secvenței de percepție.

Orez. 58. Diagrama distanță-timp a unui avion care zboară cu viteză variabilă. Linii paralele cu un unghi de înclinare în arată propagarea sunetului.

impulsuri sonore. Vedem că sunetul produs de aeronavă în timpul celui de-al doilea pasaj al barierei de sunet (punctul ) ajunge la observator mai devreme decât sunetul produs în timpul primului pasaj (punctul). În aceste două momente, observatorul percepe, printr-un interval infinitezimal de timp, impulsuri emise într-o perioadă limitată de timp. În consecință, el aude un bum ca o explozie. Între cele două sunete de zgomot, percepe simultan trei impulsuri emise în momente diferite de către aeronavă.

În fig. Figura 59 arată schematic intensitatea zgomotului la care se poate aștepta în acest caz simplificat. Trebuie remarcat faptul că acumularea de impulsuri sonore în cazul unei surse sonore care se apropie este același proces cunoscut sub numele de efect Doppler; cu toate acestea, caracteristica acestui din urmă efect este de obicei limitată la modificarea înălțimii asociată cu procesul de acumulare. Intensitatea zgomotului perceput este greu de calculat deoarece depinde de mecanismul de producere a sunetului, care nu este foarte bine cunoscut. În plus, procesul este complicat de forma traiectoriei, posibilele ecouri, precum și undele de șoc care sunt observate în diferite părți ale aeronavei în timpul zborului și a căror energie este convertită în unde sonore după ce aeronava reduce viteza. În unele

Orez. 59. Reprezentarea schematică a intensității zgomotului perceput de un observator.

Articole recente pe această temă au pus pe seama acestor unde de șoc fenomenul de zumzet dublu, uneori triplu, observat în scufundări de mare viteză.

Problema „ruperea barierei sunetului” sau „zidul sunetului” pare să capteze imaginația publicului (un film englezesc numit „Breaking the Sound Barrier” oferă o oarecare idee despre provocările asociate zborului Mach 1); piloții și inginerii discută problema atât în ​​serios, cât și în glumă. Următorul „raport științific” al zborului transonic demonstrează o combinație excelentă de cunoștințe tehnice și licență poetică:

Am alunecat lin prin aer cu 540 de mile pe oră. Mi-a plăcut întotdeauna micul XP-AZ5601-NG pentru comenzile sale simple și pentru faptul că indicatorul Prandtl-Reynolds este ascuns în colțul din dreapta, în partea de sus a panoului. Am verificat instrumentele. Apă, combustibil, rotații pe minut, eficiență Carnot, viteză la sol, entalpie. Toate ok. Curs 270°. Eficiența arderii este normală - 23 la sută. Vechiul motor turboreactor toarcă calm, ca întotdeauna, iar dinții lui Tony abia au pocnit de la cele 17 uși, aruncate peste Schenectady. Din motor s-a scurs doar un firicel subțire de ulei. Asta e viaţa!

Știam că motorul avionului era bun pentru viteze mai mari decât am încercat vreodată. Vremea era atât de senină, cerul atât de albastru, aerul atât de calm încât nu am putut rezista și mi-am mărit viteza. Am mișcat încet pârghia înainte cu o poziție. Regulatorul s-a mișcat doar puțin și, după aproximativ cinci minute, totul a fost calm. 590 mph. Am apăsat din nou maneta. Doar două duze sunt înfundate. Am apăsat dispozitivul de curățare a găurilor înguste. Deschide din nou. 640 mph. Liniște. Țeava de eșapament era aproape complet îndoită, cu câțiva centimetri pătrați încă expuși pe o parte. Mâinile îmi mâncărim după pârghie, așa că am apăsat-o din nou. Avionul a accelerat până la 690 de mile pe oră, trecând prin segmentul critic fără a sparge niciun geam. Cabina se încălzește, așa că am adăugat puțin aer în răcitorul vortex. Mach 0,9! Nu am zburat niciodată mai repede. Am putut vedea o ușoară tremurare în afara hubloului, așa că am ajustat forma aripii și a dispărut.

Tony moțea acum, iar eu am suflat fum din pipa lui. Nu am putut rezista și am mărit viteza cu încă un nivel. În exact zece minute am ajuns la Mach 0,95. În spate, în camerele de ardere, presiunea totală a scăzut ca naiba. Asta a fost viata! Indicatorul Pocket era roșu, dar nu mi-a păsat. Lumânarea lui Tony încă ardea. Știam că gama era la zero, dar nu-mi păsa.

Eram amețit de emoție. Un pic mai mult! Mi-am pus mâna pe pârghie, dar tocmai în acel moment Tony s-a întins și genunchiul lui a lovit mâna mea. Pârghia a sărit în sus zece niveluri! La dracu '! Avionul s-a cutremurat pe toată lungimea sa, iar o pierdere colosală de viteză ne-a aruncat pe Tony și pe mine pe panou. Parcă ne-am lovit de un zid de cărămidă solidă! Am putut vedea că botul avionului era zdrobit. M-am uitat la vitezometru și am înghețat! 1.00! Doamne, într-o clipă m-am gândit, suntem la maxim! Dacă nu-l fac să încetinească înainte să alunece, vom ajunge în scăderea rezistenței! Prea târziu! Mach 1.01! 1.02! 1.03! 1.04! 1.06! 1.09! 1.13! 1.18! Eram disperată, dar Tony știa ce să facă. Cât ai clipi, a dat înapoi

mișcare! Aerul cald a intrat în țeava de evacuare, a fost comprimat în turbină, a intrat din nou în camere și a extins compresorul. Combustibilul a început să curgă în rezervoare. Contorul de entropie a oscilat la zero. Mach 1.20! 1.19! 1.18! 1.17! Suntem salvați. A alunecat înapoi, a alunecat înapoi, în timp ce Tony și cu mine ne-am rugat ca separatorul de flux să nu se lipească. 1.10! 1.08! 1.05!

La dracu '! Ne-am lovit de cealaltă parte a zidului! Suntem prinși! Nu există suficientă forță negativă pentru a reveni!

În timp ce ne înghesuiam de frica de perete, coada avionului s-a prăbușit și Tony a strigat: „Aprindeți rachetele de amplificare!” Dar s-au întors în direcția greșită!

Tony întinse mâna și îi împinge înainte, liniile Mach curgând din degetele lui. Le-am dat foc! Lovitura a fost uluitoare. Ne-am pierdut cunoștința.

Când mi-am revenit în fire, avionul nostru mic, tot stricat, tocmai trecea prin zero Mach! L-am scos pe Tony afară și am căzut greu la pământ. Avionul încetina spre est. Câteva secunde mai târziu am auzit o prăbușire, de parcă s-ar fi lovit de un alt perete.

Nu a fost găsit niciun șurub. Tony a început să țese plase și am plecat la MIT.

Pe 14 octombrie 1947, omenirea a trecut de o altă piatră de hotar. Limita este destul de obiectivă, exprimată într-o anumită mărime fizică - viteza sunetului în aer, care în condițiile atmosferei terestre se află, în funcție de temperatura și presiunea acesteia, în intervalul 1100-1200 km/h. Viteza supersonică a fost cucerită de pilotul american Chuck Yeager (Charles Elwood „Chuck” Yeager), un tânăr veteran al celui de-al Doilea Război Mondial, care avea un curaj extraordinar și o fotogenitate excelentă, datorită căruia a devenit imediat popular în țara natală, la fel ca la 14 ani. mai târziu Yuri Gagarin.

Și chiar a fost nevoie de curaj pentru a trece bariera sunetului. Pilotul sovietic Ivan Fedorov, care a repetat realizarea lui Yeager un an mai târziu, în 1948, și-a amintit sentimentele sale de la acea vreme: „Înainte de zborul pentru a sparge bariera sunetului, a devenit evident că nu exista nicio garanție a supraviețuirii după aceasta. Nimeni nu știa practic ce este și dacă designul aeronavei putea rezista la elemente. Dar am încercat să nu ne gândim la asta.”

Într-adevăr, nu a existat o claritate completă cu privire la modul în care mașina se va comporta la viteză supersonică. Proiectanții de avioane mai aveau amintiri proaspete despre nenorocirea bruscă a anilor 30, când, odată cu creșterea vitezei aeronavelor, au fost nevoiți să rezolve urgent problema flutterului - autooscilații care apar atât în ​​structurile rigide ale aeronavei, cât și în pielea, sfâșiind aeronava în câteva minute. Procesul s-a dezvoltat ca o avalanșă, rapid, piloții nu au avut timp să schimbe modul de zbor, iar mașinile s-au prăbușit în aer. Pentru o lungă perioadă de timp, matematicienii și designerii din diferite țări s-au străduit să rezolve această problemă. În cele din urmă, teoria fenomenului a fost creată de tânărul matematician rus de atunci Mstislav Vsevolodovich Keldysh (1911–1978), mai târziu președinte al Academiei de Științe a URSS. Cu ajutorul acestei teorii, a fost posibil să găsim o modalitate de a scăpa pentru totdeauna de fenomenul neplăcut.

Este destul de clar că de la bariera sonoră se așteptau surprize la fel de neplăcute. Rezolvarea numerică a ecuațiilor diferențiale complexe ale aerodinamicii în absența calculatoarelor puternice era imposibilă și trebuia să se bazeze pe „suflare” modelelor în tunelurile de vânt. Dar din considerente calitative a fost clar că atunci când viteza sunetului a fost atinsă, în apropierea aeronavei a apărut o undă de șoc. Cel mai crucial moment este ruperea barierei sunetului, când viteza aeronavei este comparată cu viteza sunetului. În acest moment, diferența de presiune pe diferite părți ale frontului de undă crește rapid și, dacă momentul durează mai mult de o clipă, avionul se poate destrăma mai rău decât din flutter. Uneori, la spargerea barierei sunetului cu o accelerație insuficientă, unda de șoc creată de aeronavă chiar doboară geamul de la ferestrele caselor de sub ea.

Raportul dintre viteza unei aeronave și viteza sunetului se numește numărul Mach (numit după faimosul mecanic și filozof german Ernst Mach). Când trece de bariera sunetului, pilotului i se pare că numărul M sare peste unul în salturi: Chuck Yeager a văzut cum acul vitezometrului a sărit de la 0,98 la 1,02, după care a fost liniște „divină” în cockpit, de fapt, aparent: doar un nivel Presiunea sonoră din cabina aeronavei scade de mai multe ori. Acest moment de „purificare de sunet” este foarte insidios; a costat viețile multor testeri. Dar exista puțin pericol ca aeronava lui X-1 să se destrame.

X-1, fabricat de Bell Aircraft în ianuarie 1946, a fost un avion pur de cercetare conceput pentru a sparge bariera sunetului și nimic mai mult. În ciuda faptului că vehiculul a fost comandat de Ministerul Apărării, în loc de arme a fost umplut cu echipamente științifice care monitorizează modurile de funcționare ale componentelor, instrumentelor și mecanismelor. X-1 era ca o rachetă de croazieră modernă. Avea un motor rachetă Reaction Motors cu o forță de 2722 kg. Greutatea maximă la decolare 6078 kg. Lungime 9,45 m, inaltime 3,3 m, anvergura aripilor 8,53 m. Viteza maxima la altitudinea de 18290 m 2736 km/h. Vehiculul a fost lansat dintr-un bombardier strategic B-29 și a aterizat pe „schiuri” de oțel pe un lac sărat uscat.

Nu mai puțin impresionante sunt „tacticile specificatii tehnice„pilotul ei. Chuck Yeager s-a născut pe 13 februarie 1923. După școală am mers la școala de zbor, iar după absolvire am plecat să lupt în Europa. A doborât un Messerschmitt-109. El însuși a fost doborât pe cerul Franței, dar a fost salvat de partizani. De parcă nimic nu s-ar fi întâmplat, s-a întors la baza sa din Anglia. Cu toate acestea, serviciul de contrainformații vigilent, necrezând eliberarea miraculoasă din captivitate, l-a scos pe pilot din zbor și l-a trimis în spate. Ambițiosul Yeager a obținut o primire cu comandantul șef al forțelor aliate din Europa, generalul Eisenhower, care l-a crezut pe Yeager. Și nu s-a înșelat - în cele șase luni rămase înainte de sfârșitul războiului, a făcut 64 de misiuni de luptă, a doborât 13 avioane inamice, 4 într-o singură luptă. Și s-a întors în patria sa cu gradul de căpitan cu un dosar excelent, în care se afirma că avea o intuiție fenomenală de zbor, un calm incredibil și o rezistență uimitoare în orice situație critică. Datorită acestei caracteristici, a fost inclus în echipa de testatori supersonici, care au fost selectați și antrenați la fel de atent ca astronauții de mai târziu.

Redenumind X-1 „Glamorous Glennis” în onoarea soției sale, Yeager a stabilit recorduri cu el de mai multe ori. La sfârșitul lunii octombrie 1947, a scăzut recordul de altitudine anterior de 21.372 m. În decembrie 1953, o nouă modificare a mașinii, X-1A, a atins o viteză de 2,35 M și aproape 2800 km/h, iar șase luni mai târziu a crescut. la o înălțime de 27.430 m. Și înainte În plus, au existat teste ale unui număr de luptători lansate în serie și testarea MiG-15-ului nostru, capturat și transportat în America în timpul războiului din Coreea. Ulterior, Yeager a comandat diverse unități de testare a Forțelor Aeriene atât în ​​Statele Unite, cât și la baze americane din Europa și Asia, a luat parte la operațiuni de luptă în Vietnam și a antrenat piloți. S-a retras în februarie 1975 cu gradul de general de brigadă, după ce a zburat 10 mii de ore în timpul serviciului său curajos, a testat 180 de modele supersonice diferite și a adunat o colecție unică de ordine și medalii. La mijlocul anilor 80, a fost realizat un film bazat pe biografia tipului curajos care a fost primul din lume care a cucerit bariera sunetului, iar după aceea Chuck Yeager nu a devenit nici măcar un erou, ci o relicvă națională. ÎN ultima data a preluat comenzile unui F-16 pe 14 octombrie 1997, rupând bariera sunetului la aniversarea a cincizecea de la zborul său istoric. Yeager avea atunci 74 de ani. În general, după cum spunea poetul, acești oameni ar trebui transformați în cuie.

Există mulți astfel de oameni de cealaltă parte a oceanului. Designerii sovietici au început să încerce să cucerească bariera sunetului în același timp cu cei americani. Dar pentru ei acesta nu a fost un scop în sine, ci un act complet pragmatic. Dacă X-1 era o mașinărie pur de cercetare, atunci în țara noastră bariera sunetului a fost luată cu asalt pe prototipuri de luptă, care trebuia să fie lansate în serie pentru a echipa unitățile Forțelor Aeriene.

La concurs au participat mai multe birouri de proiectare: Lavochkin Design Bureau, Mikoyan Design Bureau și Yakovlev Design Bureau, care au dezvoltat simultan aeronave cu aripi înclinate, care era atunci o soluție de design revoluționară. Au ajuns la finisajul supersonic în această ordine: La-176 (1948), MiG-15 (1949), Yak-50 (1950). Totuși, acolo problema a fost rezolvată într-un context destul de complex: o mașină militară trebuie să aibă nu numai de mare viteză, dar și multe alte calități: manevrabilitate, supraviețuire, timp minim de pregătire înainte de zbor, arme puternice, muniție impresionantă etc. și așa mai departe. De remarcat, de asemenea, că în epoca sovietică, deciziile comisiilor de acceptare a statului erau adesea influențate nu doar de factori obiectivi, ci și de factori subiectivi asociați manevrelor politice ale dezvoltatorilor. Întregul set de circumstanțe a dus la lansarea avionului de luptă MiG-15, care a funcționat bine în arenele locale de operațiuni militare în anii 50. Această mașină, capturată în Coreea, așa cum s-a menționat mai sus, Chuck Yeager a „condus”.

La-176 folosea o întindere record a aripii la acel moment, egală cu 45 de grade. Motorul turboreactor VK-1 a furnizat o tracțiune de 2700 kg. Lungime 10,97 m, anvergura aripilor 8,59 m, suprafata aripii 18,26 mp. Greutate la decolare 4636 kg. Tavan 15.000 m. Raza de zbor 1000 km. Armament un tun de 37 mm și două de 23 mm. Mașina a fost gata în toamna anului 1948, iar în decembrie au început testele de zbor în Crimeea pe un aerodrom militar din apropierea orașului Saki. Printre cei care au condus testele s-a numărat viitorul academician Vladimir Vasilyevich Struminsky (1914–1998); piloții aeronavei experimentale au fost căpitanul Oleg Sokolovsky și colonelul Ivan Fedorov, care mai târziu a primit titlul de Erou al Uniunii Sovietice. Sokolovsky, printr-un accident absurd, a murit în timpul celui de-al patrulea zbor, uitând să închidă baldachinul cabinei.

Colonelul Ivan Fedorov a spart bariera sunetului pe 26 decembrie 1948. După ce s-a ridicat la o înălțime de 10 mii de metri, a întors stick-ul de control și a început să accelereze într-o scufundare. „Îmi accelerez 176 de la o înălțime mare”, și-a amintit pilotul. Se aude un fluier jos obositor. Creșterea vitezei, avionul se repezi spre sol. Pe scara vitezometrului, acul trece de la numere de trei cifre la numere de patru cifre. Avionul tremură ca de febră. Și brusc tăcere! Bariera de sunet a fost luată. Decodificarea ulterioară a oscilogramelor a arătat că numărul M a depășit unu.” Acest lucru s-a întâmplat la o altitudine de 7.000 de metri, unde s-a înregistrat o viteză de 1,02 M.

Ulterior, viteza aeronavelor cu pilot a continuat să crească constant datorită creșterii puterii motorului, utilizării de noi materiale și optimizării parametrilor aerodinamici. Cu toate acestea, acest proces nu este nelimitat. Pe de o parte, este inhibată de considerente de raționalitate, atunci când sunt luate în considerare consumul de combustibil, costurile de dezvoltare, siguranța zborului și alte considerente care nu sunt inactiv. Și chiar și în aviația militară, unde banii și siguranța piloților nu sunt atât de semnificative, vitezele celor mai „rapide” mașini sunt în intervalul de la 1,5M la 3M. Se pare că nu este nevoie de mai mult. (Recordul de viteză pentru aeronavele cu pilot cu motoare cu reacție aparține aeronavei americane de recunoaștere SR-71 și este de 3,2 M.)

Pe de altă parte, există o barieră termică de netrecut: la o anumită viteză, încălzirea caroseriei mașinii prin frecare cu aerul are loc atât de repede încât este imposibil să se elimine căldura de pe suprafața sa. Calculele arată că la presiune normală acest lucru ar trebui să apară la o viteză de ordinul a 10 Mach.

Cu toate acestea, limita de 10M a fost încă atinsă pe același teren de antrenament Edwards. Acest lucru s-a întâmplat în 2005. Deținătorul recordului a fost aeronava-rachetă fără pilot X-43A, fabricată ca parte a programului ambițios de 7 ani Hiper-X pentru a dezvolta un nou tip de tehnologie menită să schimbe radical fața viitoarei tehnologii spațiale și de rachete. Costul său este de 230 de milioane de dolari.Recordul a fost stabilit la o altitudine de 33 de mii de metri. Folosit într-o dronă sistem nou accelerare Mai întâi, este trasă o rachetă tradițională cu combustibil solid, cu ajutorul căreia X-43A atinge o viteză de 7 Mach, apoi este pornit un nou tip de motor - un motor hipersonic ramjet (scramjet sau scramjet), în aerul atmosferic obișnuit este folosit ca oxidant, iar combustibilul gazos este folosit ca oxidant.hidrogenul (de fapt schema clasica explozie necontrolată).

În conformitate cu programul, au fost fabricate trei modele fără pilot, care, după finalizarea sarcinii, au fost înecate în ocean. Următoarea etapă implică crearea de vehicule cu echipaj. După testarea acestora, rezultatele obținute vor fi luate în considerare atunci când se creează o mare varietate de dispozitive „utile”. Pe lângă avioane, vor fi create vehicule militare hipersonice - bombardiere, avioane de recunoaștere și avioane de transport - pentru nevoile NASA. Boeing, care participă la programul Hiper-X, intenționează să creeze un avion de linie hipersonic pentru 250 de pasageri până în 2030-2040. Este destul de clar că nu vor exista ferestre, care să rupă aerodinamica la astfel de viteze și să nu reziste la încălzirea termică. În loc de hublouri, există ecrane cu înregistrări video ale norilor care trec.

Nu există nicio îndoială că acest tip de transport va fi solicitat, deoarece cu cât mergi mai departe, cu atât timpul devine mai scump, găzduind tot mai multe emoții, dolari câștigați și alte componente într-o unitate de timp. viața modernă. În acest sens, nu există nicio îndoială că într-o zi oamenii se vor transforma în fluturi de o zi: o zi va fi la fel de plină de evenimente ca întreaga viață umană actuală (sau mai bine zis, de ieri). Și se poate presupune că cineva sau ceva implementează programul Hiper-X în relație cu umanitatea.

Ce ne imaginăm când auzim expresia „barieră a sunetului”? O anumită limită poate afecta grav auzul și bunăstarea. De obicei bariera sonoră este corelată cu cucerirea spațiului aerian și

Depășirea acestui obstacol poate provoca dezvoltarea unor boli vechi, sindroame dureroase și reacții alergice. Sunt aceste idei corecte sau reprezintă stereotipuri stabilite? Au ele o bază faptică? Care este bariera de sunet? Cum și de ce apare? Toate acestea și câteva nuanțe suplimentare, precum și fapte istorice Vom încerca să aflăm ce este asociat cu acest concept în acest articol.

Această știință misterioasă este aerodinamica

În știința aerodinamicii, conceput pentru a explica fenomenele care însoțesc mișcarea
aeronave, există conceptul de „barieră fonică”. Aceasta este o serie de fenomene care apar în timpul mișcării aeronavelor supersonice sau a rachetelor care se mișcă la viteze apropiate de viteza sunetului sau mai mare.

Ce este o undă de șoc?

Pe măsură ce un flux supersonic curge în jurul unui vehicul, o undă de șoc apare într-un tunel de vânt. Urmele sale pot fi vizibile chiar și cu ochiul liber. Pe sol sunt exprimate printr-o linie galbenă. În afara conului undei de șoc, în fața liniei galbene, nici nu se aude avionul la sol. La viteze care depășesc sunetul, corpurile sunt supuse unui flux de sunet, care implică o undă de șoc. Pot fi mai multe, în funcție de forma corpului.

Transformarea undelor de șoc

Frontul undei de șoc, care este uneori numit undă de șoc, are o grosime destul de mică, ceea ce face totuși posibilă urmărirea modificărilor bruște ale proprietăților fluxului, o scădere a vitezei sale în raport cu corp și o creștere corespunzătoare a presiunea și temperatura gazului în flux. În acest caz, energia cinetică este parțial convertită în energie internă a gazului. Numărul acestor modificări depinde direct de viteza fluxului supersonic. Pe măsură ce unda de șoc se îndepărtează de aparat, scăderea presiunii scade și unda de șoc este transformată într-o undă sonoră. Poate ajunge la un observator din exterior, care va auzi un sunet caracteristic asemănător unei explozii. Există o opinie că acest lucru indică faptul că dispozitivul a atins viteza sunetului, atunci când avionul lasă în urmă bariera fonică.

Ce se întâmplă cu adevărat?

Așa-numitul moment al spargerii barierei sunetului reprezintă în practică trecerea unei unde de șoc odată cu vuietul tot mai mare al motoarelor aeronavelor. Acum, dispozitivul este înaintea sunetului însoțitor, așa că zumzetul motorului se va auzi după el. Apropierea vitezei sunetului a devenit posibilă în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, dar, în același timp, piloții au observat semnale alarmante în operarea aeronavelor.

După sfârșitul războiului, mulți designeri și piloți de avioane au căutat să atingă viteza sunetului și să spargă bariera sunetului, dar multe dintre aceste încercări s-au încheiat tragic. Oamenii de știință pesimiști au susținut că această limită nu poate fi depășită. În niciun caz experimental, ci științific, a fost posibil să explicăm natura conceptului de „barieră a sunetului” și să găsim modalități de a o depăși.

Zborurile sigure la viteze transonice și supersonice sunt posibile prin evitarea unei crize a valurilor, a cărei apariție depinde de parametrii aerodinamici ai aeronavei și de altitudinea zborului. Tranzițiile de la un nivel de viteză la altul ar trebui să fie efectuate cât mai repede posibil folosind post-ardere, ceea ce va ajuta la evitarea unui zbor lung în zona de criză a valurilor. Criza valurilor ca concept a venit din transportul pe apă. A apărut atunci când navele se mișcau cu o viteză apropiată de viteza valurilor de la suprafața apei. Intrarea într-o criză a valurilor implică dificultăți în creșterea vitezei, iar dacă depășiți criza valurilor cât mai simplu posibil, atunci puteți intra în modul de rindeluire sau alunecare de-a lungul suprafeței apei.

Istorie în controlul aeronavelor

Prima persoană care a atins viteza de zbor supersonică într-un avion experimental a fost pilotul american Chuck Yeager. Realizarea sa a fost remarcată în istorie pe 14 octombrie 1947. Pe teritoriul URSS, bariera sunetului a fost spartă pe 26 decembrie 1948 de către Sokolovsky și Fedorov, care zburau cu un luptător experimentat.

Dintre civili, avionul de pasageri Douglas DC-8 a spart bariera sunetului, care la 21 august 1961 a atins viteza de 1.012 Mach, sau 1262 km/h. Scopul zborului a fost de a colecta date pentru proiectarea aripilor. În rândul aeronavelor, recordul mondial a fost stabilit de o rachetă aerobalistică aer-sol hipersonică, care este în serviciu cu armata rusă. La o altitudine de 31,2 kilometri, racheta a atins viteza de 6389 km/h.

La 50 de ani după ce a spart bariera sunetului în aer, englezul Andy Green a obținut o realizare similară într-o mașină. Americanul Joe Kittinger a încercat să doboare recordul în cădere liberă, ajungând la o înălțime de 31,5 kilometri. Astăzi, pe 14 octombrie 2012, Felix Baumgartner a stabilit un record mondial, fără ajutorul transportului, într-o cădere liberă de la o înălțime de 39 de kilometri, rupând bariera sunetului. Viteza sa a ajuns la 1342,8 kilometri pe oră.

Cea mai neobișnuită spargere a barierei sunetului

Este ciudat de gândit, dar prima invenție din lume care a depășit această limită a fost biciul obișnuit, care a fost inventat de vechii chinezi cu aproape 7 mii de ani în urmă. Aproape până la inventarea fotografiei instant în 1927, nimeni nu bănuia că pocnitul unui bici era o miniatură. explozie sonica. Un leagăn ascuțit formează o buclă, iar viteza crește brusc, ceea ce este confirmat de clic. Bariera fonică este spartă la o viteză de aproximativ 1200 km/h.

Misterul celui mai zgomotos oraș

Nu este de mirare că locuitorii orașelor mici sunt șocați când văd capitala pentru prima dată. Multe mijloace de transport, sute de restaurante și centre de divertisment să te încurce și să te deranjeze de la rutina ta obișnuită. Începutul primăverii în capitală este de obicei datat în aprilie, mai degrabă decât în ​​martie rebel, viscol. În aprilie este cer senin, curg pâraiele și mugurii înfloresc. Oamenii, obosiți de iarna lungă, deschid larg ferestrele spre soare, iar zgomotul străzii le izbucnește în case. Păsările ciripesc asurzitor pe stradă, artiștii cântă și se recită poezie. elevi veseli, ca să nu mai vorbim de zgomotul din ambuteiaje și din metrou. Angajații departamentului de igienă notează că șederea îndelungată într-un oraș zgomotos este dăunătoare sănătății. Fundalul sonor al capitalei este format din transport,
zgomot aviatic, industrial și casnic. Cel mai dăunător este zgomotul mașinilor, deoarece avioanele zboară destul de sus, iar zgomotul de la întreprinderi se dizolvă în clădirile lor. Voietul constant al mașinilor pe autostrăzile deosebit de aglomerate depășește de două ori mai mult toate standardele permise. Cum depășește capitalul bariera sunetului? Moscova este periculoasă cu o abundență de sunete, așa că locuitorii capitalei instalează ferestre cu geam termopan pentru a înăbuși zgomotul.

Cum este luată cu asalt bariera sonoră?

Până în 1947, nu existau date reale despre bunăstarea unei persoane în cabina unui avion care zboară mai repede decât sunetul. După cum se dovedește, spargerea barierei sunetului necesită o anumită forță și curaj. În timpul zborului, devine clar că nu există nicio garanție de supraviețuire. Nici măcar un pilot profesionist nu poate spune cu siguranță dacă designul aeronavei va rezista unui atac din partea elementelor. În câteva minute, avionul se poate prăbuși pur și simplu. Ce explică asta? Trebuie remarcat faptul că mișcarea la viteză subsonică creează unde acustice care se răspândesc ca niște cercuri dintr-o piatră căzută. Viteza supersonică excită unde de șoc, iar o persoană care stă pe pământ aude un sunet similar cu o explozie. Fără computere puternice, era dificil să rezolvi probleme complexe și trebuia să te bazezi pe modele suflate în tunelurile de vânt. Uneori, când accelerația avionului este insuficientă, unda de șoc atinge o astfel de forță încât ferestrele zboară din casele peste care zboară avionul. Nu toată lumea va putea depăși bariera de sunet, deoarece în acest moment întreaga structură se scutură, iar montările dispozitivului pot suferi daune semnificative. Acesta este motivul pentru care sănătatea bună și stabilitatea emoțională sunt atât de importante pentru piloți. Dacă zborul este lin și bariera de sunet este depășită cât mai repede posibil, atunci nici pilotul, nici eventualii pasageri nu vor simți senzații deosebit de neplăcute. Un avion de cercetare a fost construit special pentru a sparge bariera sunetului în ianuarie 1946. Crearea mașinii a fost inițiată printr-un ordin al Ministerului Apărării, dar în loc de arme a fost umplută cu echipament științific care monitoriza modul de funcționare al mecanismelor și instrumentelor. Acest avion era ca o rachetă de croazieră modernă cu un motor de rachetă încorporat. Avionul a spart bariera sunetului când viteza maxima 2736 km/h.

Monumente verbale și materiale pentru cucerirea vitezei sunetului

Realizările în depășirea barierei sunetului sunt încă foarte apreciate astăzi. Așadar, avionul în care Chuck Yeager l-a depășit pentru prima dată este acum expus la Muzeul Național al Aerului și Spațiului, care se află în Washington. Dar parametrii tehnici ai acestei invenții umane ar valora puțin fără meritele pilotului însuși. Chuck Yeager a urmat școala de zbor și a luptat în Europa, după care s-a întors în Anglia. Excluderea nedreaptă de la zbor nu a rupt spiritul lui Yeager și a obținut o primire cu comandantul șef al trupelor europene. În anii care au mai rămas până la sfârșitul războiului, Yeager a participat la 64 de misiuni de luptă, în timpul cărora a doborât 13 avioane. Chuck Yeager s-a întors în patria sa cu gradul de căpitan. Caracteristicile sale indică o intuiție fenomenală, un calm incredibil și rezistență în situații critice. De mai multe ori Yeager a stabilit recorduri în avionul său. În continuare, cariera sa a fost în unitățile Forțelor Aeriene, unde a pregătit piloți. Ultima dată când Chuck Yeager a spart bariera sunetului a fost la 74 de ani, la cea de-a 50-a aniversare a istoriei zborului său și în 1997.

Sarcini complexe ale creatorilor de avioane

Renumitul avion MiG-15 a început să fie creat în momentul în care dezvoltatorii și-au dat seama că este imposibil să se bazeze doar pe spargerea barierei sunetului, dar că trebuie rezolvate probleme tehnice complexe. Drept urmare, o mașină a fost creată cu atâta succes încât modificările sale au intrat în funcțiune tari diferite. Mai multe birouri de proiectare s-au implicat într-un fel de competiție, al cărui premiu a fost un brevet pentru cea mai de succes și funcțională aeronavă. Au fost dezvoltate avioane cu aripi înclinate, ceea ce a reprezentat o revoluție în designul lor. Dispozitivul ideal trebuia să fie puternic, rapid și incredibil de rezistent la orice daune externe. Aripile înclinate ale avioanelor au devenit un element care le-a ajutat să tripleze viteza sunetului. Apoi a continuat să crească, ceea ce s-a explicat prin creșterea puterii motorului, utilizarea materialelor inovatoare și optimizarea parametrilor aerodinamici. Depășirea barierei sunetului a devenit posibilă și reală chiar și pentru un neprofesionist, dar acest lucru nu o face mai puțin periculoasă, așa că orice pasionat de sporturi extreme ar trebui să-și evalueze în mod rațional punctele forte înainte de a se decide asupra unui astfel de experiment.