barrera del sonido

Barrera del sonido

un fenómeno que ocurre durante el vuelo de un avión o cohete en el momento de la transición de velocidad de vuelo subsónica a supersónica en la atmósfera. Cuando la velocidad de la aeronave se acerca a la velocidad del sonido (1200 km/h), aparece una zona delgada en el aire frente a ella, en la que se produce un fuerte aumento de la presión y la densidad del medio aéreo. Esta compactación del aire frente a un avión en vuelo se denomina onda de choque. En el suelo, el paso de una onda de choque se percibe como un estallido, similar al sonido de un disparo. Habiendo superado , el avión pasa a través de esta área de mayor densidad de aire, como si la perforara, supera la barrera del sonido. Durante mucho tiempo, romper la barrera del sonido se consideró un problema grave en el desarrollo de la aviación. Para solucionarlo, fue necesario cambiar el perfil y la forma del ala de la aeronave (se volvió más delgada y en flecha), hacer que la parte delantera del fuselaje fuera más puntiaguda y equipar la aeronave con motores a reacción. Por primera vez, la velocidad del sonido fue superada en 1947 por C. Yeager en un avión X-1 (EE. UU.) con un motor cohete de combustible líquido lanzado desde un avión B-29. En Rusia, el primero en superar la barrera del sonido en 1948 fue O. V. Sokolovsky en un avión experimental La-176 con motor turborreactor.

Enciclopedia "Tecnología". - M.: Rosman. 2006 .

barrera del sonido

un fuerte aumento en la resistencia aerodinámica aeronave en números de vuelo de Mach M(∞) que superan ligeramente el número crítico M*. La razón es que en los números M(∞) > M* viene , acompañado de la aparición de la resistencia de onda. El coeficiente de resistencia aerodinámica de las aeronaves aumenta muy rápidamente al aumentar el número M, a partir de M(∞) = M*.
La presencia de Z. b. dificulta alcanzar una velocidad de vuelo igual a la velocidad del sonido, y la posterior transición al vuelo supersónico. Para esto, resultó ser necesario crear aviones con alas en flecha delgadas, lo que permitió reducir significativamente la resistencia, y motores a reacción, en los que el empuje aumenta con el aumento de la velocidad.
En la URSS, se logró por primera vez una velocidad igual a la velocidad del sonido en el avión La-176 en 1948.

Aviación: Enciclopedia. - M.: Gran Enciclopedia Rusa. Editor en jefe G.P. Svishchev. 1994 .

Vea qué es una "barrera de sonido" en otros diccionarios:

La barrera del sonido en aerodinámica es el nombre de una serie de fenómenos que acompañan el movimiento de un avión (por ejemplo, un avión supersónico, un cohete) a velocidades cercanas o superiores a la velocidad del sonido. Contenido 1 Onda de choque, ... ... Wikipedia

BARRERA DEL SONIDO, la causa de las dificultades en la aviación al aumentar la velocidad de vuelo por encima de la velocidad del sonido (VELOCIDAD SUPERSONICA). Acercándose a la velocidad del sonido, la aeronave experimenta un aumento inesperado en la resistencia y una pérdida de ELEVACIÓN aerodinámica... ... Diccionario enciclopédico científico y técnico.

barrera del sonido- garso barjeras statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. barrera sónica; barrera de sonido vok. Schallbarriere, f; Schallmauer, Frus. barrera de sonido, m pranc. barrera sonora, f; frontera sonora, f; mur de son, m … Fizikos terminų žodynas

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

Un fuerte aumento en la resistencia aerodinámica cuando la velocidad de vuelo de la aeronave se acerca a la velocidad del sonido (se excede el valor crítico del número Mach de vuelo). Se explica por una crisis del oleaje, acompañada de un aumento de la resistencia del oleaje. Superar 3.… … Gran diccionario politécnico enciclopédico

barrera del sonido- un fuerte aumento en la resistencia del entorno aéreo al movimiento de la aeronave en. aproximación a velocidades cercanas a la velocidad de propagación del sonido. Superación 3. b. posible gracias a la mejora de las formas aerodinámicas de los aviones y al uso de potentes ... ... Diccionario de términos militares

barrera del sonido- barrera de sonido un fuerte aumento en la resistencia de un avión aerodinámico en números de vuelo Mach M∞, excediendo ligeramente el número crítico M*. La razón es que para los números M∞ > Enciclopedia "Aviación"

barrera del sonido- barrera de sonido un fuerte aumento en la resistencia de un avión aerodinámico en números de vuelo Mach M∞, excediendo ligeramente el número crítico M*. La razón es que en los números M∞ > M* se establece una crisis de ondas,… … Enciclopedia "Aviación"

- (Puesto avanzado de la barrera francesa). 1) puertas en fortalezas. 2) en arenas y circos, una valla, un tronco, un poste a través del cual salta un caballo. 3) una señal que alcanzan los luchadores en un duelo. 4) barandilla, rejilla. Diccionario de palabras extranjeras incluidas en ... ... Diccionario de palabras extranjeras del idioma ruso.

BARRERA, esposo. 1. Un obstáculo (tipo de pared, travesaño) colocado en el camino (durante saltos, carreras). toma b. (Superalo). 2. Valla, valla. B. logias, balcones. 3. trans. Un obstáculo, un obstáculo para algo. río natural b. Para… … Diccionario explicativo de Ozhegov

Libros

• Vegas: La verdadera historia (DVD), Naderi Amir. Algunas personas buscan el "sueño americano" en los lugares más extraños... Eddie Parker y su esposa Tracy alguna vez fueron ávidos jugadores, lo cual no es sorprendente: viven en Las Vegas, donde todos juegan...

Oficialmente, el primer piloto estadounidense, Chuck Yeager, superó la velocidad supersónica. El récord se estableció el 14/10/1957 en el Bell X-1, que fue diseñado especialmente para este propósito a principios de 1946 por Bell Aircraft. El avión fue fabricado por orden de los militares, pero no tuvo nada que ver con la conducción de las hostilidades. El coche estaba literalmente repleto de equipos de investigación. Exteriormente, el Bell X-1 se parecía a un moderno misil de crucero.

Piloto de pruebas Chuck Yeager

Piloto en 1923 13 de febrero. Después de graduarse de la escuela, el joven ingresó de inmediato a la escuela de vuelo, después de lo cual tuvo que luchar en Europa. Al comienzo de su carrera como piloto, el piloto logró derribar el Messerschmitt-109, pero luego él mismo fue derrotado en el cielo francés y se vio obligado a lanzarse en paracaídas.

El piloto fue recogido por partisanos, pero la contrainteligencia lo apartó del vuelo. Indignado, Chuck consiguió una cita con Eisenhower, quien comandaba las fuerzas aliadas. Le creyó al joven y, como se vio después, no en vano: el valiente piloto logró derribar otros 13 aviones antes del final de la guerra.

Yeager regresó a casa con una excelente trayectoria, características, premios, en el grado de capitán. Esto contribuyó a la inclusión del piloto en un equipo especial de probadores, que en ese momento fueron seleccionados tan cuidadosamente como los astronautas. El avión de Chuck se convirtió en el Captivating Glenys, en honor a su esposa. El avión estaba equipado con un motor a reacción y fue lanzado desde un bombardero B-52.

En un automóvil alado, el piloto estableció récords de velocidad más de una vez: a fines de 1947, rompió por primera vez el récord de altitud anterior (21.372 m), y en 1953 logró acelerar el dispositivo a casi 2.800 km / h, o 2,5 M (la velocidad del sonido se mide en “max”, llamado así por el filósofo e ingeniero alemán; 1 M es aproximadamente igual a 1200 km/h). Yeager se retiró como general de brigada en 1975, después de haber logrado participar en la guerra de Vietnam y los combates en Corea.

La URSS no pudo mantenerse al margen de los intentos de superar la barrera del sonido; varias oficinas de diseño a la vez (Lavochkin, Yakovlev, Mikoyan) participaron en la preparación de un avión que se suponía que volaría más rápido que el sonido. Tal honor recayó en el avión La-176, de la "compañía" de Lavochkin. El coche se preparó completamente para vuelos en 1948, en diciembre. Y el 26, el coronel Fedorov superó la notoria barrera, acelerando en picado. Más tarde, el piloto recibió el título de Héroe de la Unión Soviética.

¿En qué pensamos cuando escuchamos la expresión "barrera del sonido"? Un límite determinado y que puede afectar gravemente a la audición y al bienestar. Por lo general, la barrera del sonido se correlaciona con la conquista del espacio aéreo y

Superar esta barrera puede provocar el desarrollo de enfermedades crónicas, síndromes dolorosos y reacciones alérgicas. ¿Son estas percepciones correctas o son estereotipos? ¿Tienen una base fáctica? ¿Qué es una barrera de sonido? ¿Cómo y por qué ocurre? Todo esto y algunos matices adicionales, así como hechos históricos relacionados con este concepto, intentaremos averiguarlo en este artículo.

Esta misteriosa ciencia es la aerodinámica.

En la ciencia de la aerodinámica, diseñada para explicar los fenómenos que acompañan al movimiento.
avión, existe el concepto de "barrera del sonido". Se trata de una serie de fenómenos que ocurren durante el movimiento de aeronaves supersónicas o cohetes que se desplazan a velocidades cercanas a la velocidad del sonido o superiores.

¿Qué es una onda de choque?

En el proceso de flujo supersónico alrededor del aparato, surge una onda de choque en el túnel de viento. Sus huellas se pueden ver incluso a simple vista. En el suelo están marcados con una línea amarilla. Fuera del cono de la onda de choque, frente a la línea amarilla, en el suelo, el avión ni siquiera es audible. A una velocidad superior a la del sonido, los cuerpos se ven sometidos a un flujo alrededor del flujo sonoro, lo que provoca una onda de choque. Puede que no esté solo, dependiendo de la forma del cuerpo.

Transformación de ondas de choque

El frente de la onda de choque, que a veces se denomina onda de choque, tiene un grosor bastante pequeño que, sin embargo, permite rastrear cambios abruptos en las propiedades del flujo, una disminución en su velocidad en relación con el cuerpo y una correspondiente aumento de la presión y la temperatura del gas en el flujo. En este caso, la energía cinética se convierte parcialmente en la energía interna del gas. El número de estos cambios depende directamente de la velocidad del flujo supersónico. A medida que la onda de choque se aleja del aparato, las caídas de presión disminuyen y la onda de choque se convierte en sonido. Puede comunicarse con un observador externo que escuchará un sonido característico parecido a una explosión. Existe la opinión de que esto indica que el dispositivo ha alcanzado la velocidad del sonido, cuando el avión deja atrás la barrera del sonido.

¿Qué pasa en realidad?

El llamado momento de superación de la barrera del sonido en la práctica es el paso de una onda de choque con un estruendo creciente de motores de aviones. Ahora la unidad está por delante del sonido que la acompaña, por lo que el zumbido del motor se escuchará después. El acercamiento de la velocidad a la velocidad del sonido se hizo posible durante la Segunda Guerra Mundial, pero al mismo tiempo, los pilotos notaron señales de alarma en la operación de los aviones.

Después del final de la guerra, muchos diseñadores y pilotos de aviones buscaron alcanzar la velocidad del sonido y romper la barrera del sonido, pero muchos de estos intentos terminaron trágicamente. Los científicos pesimistas argumentaron que este límite no podía ser superado. De ninguna manera experimental, sino científica, fue posible explicar la naturaleza del concepto de "barrera del sonido" y encontrar formas de superarlo.

Los vuelos seguros a velocidades transónicas y supersónicas son posibles si se evita una crisis de olas, cuya ocurrencia depende de los parámetros aerodinámicos de la aeronave y la altitud del vuelo. Las transiciones de un nivel de velocidad a otro deben realizarse lo más rápido posible utilizando postcombustión, lo que ayudará a evitar un vuelo largo en la zona de crisis de olas. La crisis de las olas como concepto vino del transporte acuático. Surgió en el momento del movimiento de los barcos a una velocidad cercana a la velocidad de las olas en la superficie del agua. Entrar en una crisis de olas conlleva una dificultad para aumentar la velocidad, y si es lo más sencillo posible superar la crisis de olas, entonces puedes entrar en la modalidad de planeo o deslizamiento sobre la superficie del agua.

Historia en la gestión de aeronaves

La primera persona en alcanzar una velocidad de vuelo supersónica en un avión experimental es el piloto estadounidense Chuck Yeager. Su logro se registra en la historia el 14 de octubre de 1947. En el territorio de la URSS, la barrera del sonido fue superada el 26 de diciembre de 1948 por Sokolovsky y Fedorov, quienes volaron en un luchador experimentado.

De los civiles, el transatlántico de pasajeros Douglas DC-8 rompió la barrera del sonido, que el 21 de agosto de 1961 alcanzó una velocidad de 1.012 Mach, o 1262 km/h. La misión era recopilar datos para el diseño del ala. Entre los aviones, el récord mundial lo estableció un misil aerobalístico aire-tierra hipersónico, que está en servicio con el ejército ruso. A una altitud de 31,2 kilómetros, el cohete alcanzó una velocidad de 6389 km/h.

50 años después de romper la barrera del sonido en el aire, el inglés Andy Green logró un logro similar en un automóvil. En caída libre intentó batir el récord el estadounidense Joe Kittinger, que conquistó una altura de 31,5 kilómetros. Hoy, 14 de octubre de 2012, Felix Baumgartner estableció un récord mundial, sin la ayuda de un vehículo, en una caída libre desde una altura de 39 kilómetros, rompiendo la barrera del sonido. Al mismo tiempo, su velocidad alcanzó los 1342,8 kilómetros por hora.

La ruptura más inusual de la barrera del sonido

Es extraño pensarlo, pero el primer invento en el mundo que superó este límite fue el látigo ordinario, que fue inventado por los antiguos chinos hace casi 7 mil años. Casi hasta la invención de la fotografía instantánea en 1927, nadie sospechaba que el chasquido de un látigo era un boom sónico en miniatura. Un giro brusco forma un bucle y la velocidad aumenta bruscamente, lo que confirma el clic. La barrera del sonido se supera a una velocidad de unos 1200 km/h.

El misterio de la ciudad más ruidosa

No es de extrañar que los habitantes de los pueblos pequeños se sorprendan cuando ven la capital por primera vez. La abundancia de transporte, cientos de restaurantes y centros de entretenimiento confunden y desestabilizan. El inicio de la primavera en la capital suele estar fechado en abril, no en el rebelde marzo ventisca. En abril, el cielo está despejado, los arroyos corren y los capullos se abren. La gente, cansada del largo invierno, abre sus ventanas de par en par hacia el sol, y el ruido de la calle irrumpe en las casas. Los pájaros cantan ensordecedoramente en la calle, los artistas cantan, los estudiantes alegres recitan poemas, sin mencionar el ruido en los atascos de tráfico y el metro. Los empleados de los departamentos de higiene notan que estar en una ciudad ruidosa durante mucho tiempo no es saludable. El fondo sonoro de la capital lo componen el transporte,
Ruido aeronáutico, industrial y doméstico. El más dañino es solo el ruido de los automóviles, ya que los aviones vuelan lo suficientemente alto y el ruido de las empresas se disuelve en sus edificios. El zumbido constante de los automóviles en carreteras especialmente transitadas supera dos veces todas las normas permitidas. ¿Cómo se supera la barrera del sonido en la capital? Moscú es peligroso debido a la abundancia de sonidos, por lo que los residentes de la capital instalan ventanas de doble acristalamiento para amortiguar el ruido.

¿Cómo se rompe la barrera del sonido?

Hasta 1947 no había datos reales sobre el bienestar de una persona en la cabina de un avión que vuela más rápido que el sonido. Al final resultó que, romper la barrera del sonido requiere cierta fuerza y ​​coraje. Durante el vuelo, queda claro que no hay garantías para sobrevivir. Incluso un piloto profesional no puede decir con certeza si el diseño de la aeronave resistirá el ataque de los elementos. En cuestión de minutos, el avión simplemente puede desmoronarse. ¿Qué explica esto? Cabe señalar que el movimiento a velocidad subsónica crea ondas acústicas que se dispersan como círculos de una piedra caída. La velocidad supersónica excita ondas de choque, y una persona de pie en el suelo escucha un sonido similar a una explosión. Sin computadoras poderosas, era difícil resolver problemas complejos y tenía que depender de modelos que soplaban en túneles de viento. A veces, con una aceleración insuficiente del avión, la onda de choque alcanza tal fuerza que las ventanas salen volando de las casas sobre las que vuela el avión. No todos podrán superar la barrera del sonido, porque en este momento toda la estructura está temblando, las fijaciones del aparato pueden recibir daños importantes. Por eso, la buena salud y la estabilidad emocional son tan importantes para los pilotos. Si el vuelo es suave y la barrera del sonido se supera lo más rápido posible, ni el piloto ni los posibles pasajeros sentirán sensaciones particularmente desagradables. Especialmente para la conquista de la barrera del sonido, se construyó un avión de investigación en enero de 1946. La creación de la máquina fue iniciada por una orden del Ministerio de Defensa, pero en lugar de armas, se rellenó con equipo científico que monitoreaba el funcionamiento de mecanismos e instrumentos. Este avión era como un misil de crucero moderno con un motor cohete incorporado. La aeronave rompió la barrera del sonido a una velocidad máxima de 2736 km/h.

Monumentos verbales y materiales a la conquista de la velocidad del sonido

Los logros en romper la barrera del sonido son muy valorados hoy en día. Entonces, el avión en el que Chuck Yeager lo superó por primera vez ahora está en exhibición en el Museo Nacional del Aire y el Espacio, que se encuentra en Washington. Pero los parámetros técnicos de esta invención humana valdrían poco sin los méritos del propio piloto. Chuck Yeager asistió a la escuela de vuelo y luchó en Europa, después de lo cual regresó a Inglaterra. La suspensión injusta de volar no quebró el espíritu de Yeager, y obtuvo una cita con el comandante en jefe de las tropas de Europa. En los años restantes antes del final de la guerra, Yeager participó en 64 salidas, durante las cuales derribó 13 aviones. Chuck Yeager regresó a su tierra natal con el grado de capitán. Sus características indican una intuición fenomenal, una compostura increíble y resistencia en situaciones críticas. Más de una vez, Yeager estableció récords en su avión. Su carrera posterior fue en la Fuerza Aérea, donde entrenó a pilotos. La última vez que Chuck Yeager rompió la barrera del sonido fue a los 74 años, en el quincuagésimo aniversario de su historial de vuelos y en 1997.

Tareas complejas de los creadores de aviones.

El mundialmente famoso avión MiG-15 comenzó a crearse en un momento en que los desarrolladores se dieron cuenta de que era imposible confiar solo en romper la barrera del sonido, pero los problemas complejos debían resolverse. tareas tecnicas. Como resultado, se creó una máquina con tanto éxito que sus modificaciones se pusieron en servicio. diferentes paises. Varias oficinas de diseño diferentes entraron en una especie de lucha competitiva, cuyo premio fue una patente para el avión más exitoso y funcional. Desarrolló aviones con alas en flecha, lo que supuso una revolución en su diseño. El aparato ideal tendría que ser potente, rápido e increíblemente resistente a cualquier daño externo. Las alas en flecha de la aeronave se convirtieron en un elemento que les ayudó a triplicar la velocidad del sonido. Además, siguió creciendo, lo que se explica por un aumento en la potencia del motor, el uso de materiales innovadores y la optimización de los parámetros aerodinámicos. Romper la barrera del sonido se ha vuelto posible y real incluso para un no profesional, pero no se vuelve menos peligroso debido a esto, por lo que cualquier buscador extremo debe evaluar con sensatez sus puntos fuertes antes de decidirse por tal experimento.

¿Has escuchado el fuerte sonido similar a una explosión cuando un avión a reacción vuela por encima? Este sonido se produce cuando un avión rompe la barrera del sonido. ¿Qué es una barrera de sonido y por qué un avión hace ese sonido?

Como sabes, el sonido viaja a cierta velocidad. La velocidad depende de la altura. Al nivel del mar, la velocidad del sonido es de unos 1220 kilómetros por hora, ya una altitud de 11 000 metros es de 1060 kilómetros por hora. Cuando un avión vuela a velocidades cercanas a la velocidad del sonido, está sujeto a ciertas cargas. Cuando vuela a velocidades normales (subsónicas), la parte delantera de la aeronave impulsa una onda de presión frente a ella. Esta onda se propaga a la velocidad del sonido.

La onda de presión se debe a la acumulación de partículas de aire a medida que avanza la aeronave. La onda viaja más rápido que el avión cuando el avión vuela a velocidades subsónicas. Y como resultado, resulta que el aire pasa sin obstáculos a lo largo de las superficies de las alas del avión.

Ahora consideremos un avión que vuela a la velocidad del sonido. La onda de presión frente a la aeronave no aparece. Lo que sucede en cambio es que se forma una onda de presión frente al ala (porque el avión y la onda de presión viajan a la misma velocidad).

Ahora se está formando una onda de choque que provoca grandes cargas en el ala del avión. La expresión "barrera del sonido" existía antes de que los aviones pudieran volar a la velocidad del sonido, y se pensó que describía las tensiones que experimentaría un avión a esas velocidades. Esto fue considerado una "barrera".

¡Pero la velocidad del sonido no es una barrera en absoluto! Los ingenieros y diseñadores de aeronaves han superado el problema de las nuevas cargas. Y todo lo que nos queda de las vistas antiguas es que el impacto es causado por una onda de choque cuando el avión vuela a velocidades supersónicas.

El término "barrera de sonido" no describe correctamente las condiciones que ocurren cuando un avión se mueve a cierta velocidad. Se puede suponer que cuando el avión alcanza la velocidad del sonido, aparece algo así como una "barrera", ¡pero nada de eso sucede!

Para comprender todo esto, considere un avión que vuela a una velocidad normal lenta. A medida que la aeronave avanza, se forma una onda de compresión frente a la aeronave. Está formado por un avión que avanza, que comprime partículas de aire.

Esta onda viaja por delante del avión a la velocidad del sonido. Y su velocidad es superior a la velocidad de un avión, que, como ya hemos dicho, vuela a baja velocidad. Moviéndose por delante de la aeronave, esta onda hace que las corrientes de aire fluyan alrededor del plano de la aeronave.

Ahora imagina que un avión vuela a la velocidad del sonido. No hay onda de compresión frente a la aeronave, ya que tanto la aeronave como las ondas tienen la misma velocidad. Por lo tanto, la ola se forma frente a las alas.

Como resultado, aparece una onda de choque que crea grandes cargas en las alas del avión. Antes de que la aeronave alcanzara y superara la barrera del sonido, se creía que tales ondas de choque y fuerzas g crearían algo así como una barrera para la aeronave: una "barrera sónica". Sin embargo, no había barrera de sonido, ya que los ingenieros aeronáuticos desarrollaron un diseño de avión especial para esto.

Por cierto, el fuerte "bang" que escuchamos cuando el avión pasa la "barrera sónica" es la onda de choque de la que ya hemos hablado, a la misma velocidad del avión y la onda de compresión.

Pasó la barrera del sonido :-) ...

Antes de entrar en conversaciones sobre el tema, aclaremos un poco la cuestión de la precisión de los conceptos (lo que me gusta :-)). Hay dos términos de uso común hoy en día: barrera del sonido Y barrera supersónica. Suenan similar, pero aún no es lo mismo. Sin embargo, no tiene sentido diluirlo con particular rigor: de hecho, esto es una y la misma cosa. La definición de la barrera del sonido es utilizada con mayor frecuencia por personas que tienen más conocimientos y están más cerca de la aviación. Y la segunda definición suele ser todo lo demás.

Creo que desde el punto de vista de la física (y del idioma ruso :-)) es más correcto decir la barrera del sonido. Aquí hay una lógica simple. Después de todo, existe el concepto de velocidad del sonido, pero no hay un concepto fijo de velocidad supersónica, estrictamente hablando. Mirando un poco hacia adelante, diré que cuando un avión vuela supersónico, ya ha pasado esta barrera, y cuando la pasa (supera), entonces pasa un cierto valor umbral de velocidad igual a la velocidad del sonido (y no supersónico).

Algo como eso:-). Además, el primer concepto se utiliza con mucha menos frecuencia que el segundo. Aparentemente, esto se debe a que la palabra supersónico suena más exótica y atractiva. Y en el vuelo supersónico, lo exótico ciertamente está presente y, por supuesto, atrae a muchos. Sin embargo, no todas las personas que saborean las palabras " barrera supersónica' entender realmente lo que es. Más de una vez me convencí de esto, mirando los foros, leyendo artículos, incluso viendo la televisión.

Esta pregunta es bastante complicada desde el punto de vista de la física. Pero nosotros, por supuesto, no subiremos a la complejidad. Intentaremos, como de costumbre, aclarar la situación utilizando el principio de "explicar la aerodinámica en los dedos" :-).

Entonces, ¡a la barrera (sónico :-))!... El avión en vuelo, actuando sobre un medio tan elástico como el aire, se convierte en una poderosa fuente de ondas sonoras. Creo que todo el mundo sabe lo que son las ondas de sonido en el aire :-).

Ondas sonoras (diapasón).

Esta es una alternancia de áreas de compresión y rarefacción, propagándose en diferentes direcciones desde la fuente de sonido. Aproximadamente como círculos en el agua, que también son solo ondas (pero no sonido :-)). Son estas áreas, que actúan sobre el tímpano, las que nos permiten escuchar todos los sonidos de este mundo, desde los susurros humanos hasta el rugido de los motores a reacción.

Un ejemplo de ondas sonoras.

Los puntos de propagación de las ondas sonoras pueden ser varios nodos de la aeronave. Por ejemplo, un motor (cualquiera conoce su sonido :-)), o partes del cuerpo (por ejemplo, arco), que, al condensar el aire frente a ellos cuando se mueven, crean un cierto tipo de onda de presión (compresión) que avanza.

Todas estas ondas sonoras se propagan en el aire a la velocidad del sonido que ya conocemos. Es decir, si el avión es subsónico e incluso vuela a baja velocidad, parece que huyen de él. Como resultado, cuando se acerca un avión de este tipo, primero escuchamos su sonido y luego vuela por sí mismo.

Sin embargo, haré una reserva de que esto es cierto si el avión no vuela muy alto. Después de todo, la velocidad del sonido no es la velocidad de la luz :-). Su magnitud no es tan grande y las ondas sonoras necesitan tiempo para llegar al oyente. Por lo tanto, la secuencia de aparición del sonido para el oyente y la aeronave, si vuela a gran altura, puede cambiar.

Y dado que el sonido no es tan rápido, entonces, con un aumento en su propia velocidad, el avión comienza a alcanzar las ondas emitidas por él. Es decir, si estuviera inmóvil, entonces las ondas divergirían de él en la forma círculos concéntricos como círculos en el agua de una piedra arrojada. Y dado que el avión se mueve, en el sector de estos círculos, correspondiente a la dirección del vuelo, los límites de las olas (sus frentes) comienzan a acercarse entre sí.

Movimiento subsónico del cuerpo.

En consecuencia, el espacio entre la aeronave (su morro) y el frente de la primera ola (cabeza) (es decir, esta es el área donde, hasta cierto punto, se frena gradualmente). flujo que se aproxima al encontrarse con la nariz de la aeronave (ala, cola) y, como resultado, aumento de presión y temperatura) comienza a disminuir y cuanto más rápido, mayor es la velocidad de vuelo.

Llega un momento en que este hueco prácticamente desaparece (o se minimiza), convirtiéndose en un tipo especial de zona, que se denomina onda de choque. Esto sucede cuando la velocidad de vuelo alcanza la velocidad del sonido, es decir, la aeronave se mueve a la misma velocidad que las ondas emitidas por ella. El número de Mach en este caso es igual a uno (M=1).

Movimiento sonoro del cuerpo (M=1).

onda de choque, es un área muy estrecha del medio (del orden de 10 -4 mm), al pasar por el cual ya no hay un cambio gradual, sino brusco (como un salto) en los parámetros de este medio - velocidad, presión, temperatura, densidad. En nuestro caso, la velocidad desciende, la presión, la temperatura y la densidad aumentan. De ahí el nombre: la onda de choque.

Algo simplista, diría esto sobre todo esto. Es imposible ralentizar bruscamente un flujo supersónico, pero tiene que hacerlo, porque ya no existe la posibilidad de una desaceleración gradual de la velocidad del flujo frente al propio morro de la aeronave, como ocurre con velocidades subsónicas moderadas. Parece tropezar con una sección de subsónica frente al morro del avión (o la punta del ala) y colapsa en un salto estrecho, transfiriéndole la gran energía de movimiento que posee.

Por cierto, también se puede decir a la inversa que la aeronave transfiere parte de su energía a la formación de ondas de choque para ralentizar el flujo supersónico.

Movimiento supersónico del cuerpo.

Hay otro nombre para la onda de choque. Moviéndose junto con la aeronave en el espacio, es, de hecho, el frente de un cambio brusco en los parámetros del entorno anteriores (es decir, el flujo de aire). Y esta es la esencia de la onda de choque.

onda de choque y una onda de choque, en general, son definiciones iguales, pero en aerodinámica se usa más comúnmente la primera.

La onda de choque (u onda de choque) puede ser casi perpendicular a la dirección de vuelo, en cuyo caso toman una forma aproximadamente circular en el espacio y se denominan líneas rectas. Esto suele ocurrir en modos cercanos a M=1.

Modos de movimiento del cuerpo. ! - subsónico, 2 - M=1, supersónico, 4 - onda de choque (shock).

En los números M > 1, ya forman un ángulo con la dirección de vuelo. Es decir, el avión ya está adelantando a su propio sonido. En este caso, se llaman oblicuos y en el espacio toman la forma de un cono, que, por cierto, se llama cono de Mach, en honor al científico que estudió los flujos supersónicos (lo mencionó en uno de ellos).

cono de Mach.

La forma de este cono (su “delgadez”, por así decirlo) sólo depende del número M y está relacionado con él por la relación: M = 1 / sen α, donde α es el ángulo entre el eje del cono y su generatriz. Y la superficie cónica toca los frentes de todas las ondas de sonido, cuya fuente era el avión, y que "alcanzó", alcanzando una velocidad supersónica.

Además ondas de choque tambien puede ser asociado, cuando están adyacentes a la superficie de un cuerpo que se mueve a velocidad supersónica o se retiran si no tocan el cuerpo.

Tipos de ondas de choque en flujo supersónico alrededor de cuerpos de varias formas.

Por lo general, los choques se adhieren si el flujo supersónico fluye alrededor de cualquier superficie puntiaguda. Para un avión, por ejemplo, esto puede ser una nariz puntiaguda, un PVD, un borde afilado de una entrada de aire. Al mismo tiempo, dicen "saltar se sienta", por ejemplo, en la nariz.

Y el impacto de retroceso se puede obtener cuando fluye alrededor de superficies redondeadas, por ejemplo, el borde delantero redondeado de un perfil de ala aerodinámica gruesa.

Varios componentes del cuerpo del avión crean un sistema de ondas de choque bastante complejo en vuelo. Sin embargo, los más intensos de ellos son dos. Una cabeza en la proa y la segunda cola en los elementos de la unidad de cola. A cierta distancia del avión, los saltos intermedios superan al de cabeza y se fusionan con él, o el de cola los alcanza a ellos.

Las ondas de choque en el modelo de avión al soplar en un túnel de viento (M=2).

Como resultado, quedan dos saltos que, en general, son percibidos por el observador terrestre como uno solo debido al pequeño tamaño de la aeronave en comparación con la altitud de vuelo y, en consecuencia, al corto intervalo de tiempo entre ellos.

La intensidad (es decir, la energía) de la onda de choque (choque de compresión) depende de varios parámetros (la velocidad de la aeronave, sus características de diseño, las condiciones ambientales, etc.) y está determinada por la caída de presión en su frente.

A medida que la distancia desde la parte superior del cono de Mach, es decir, desde el avión, como fuente de perturbaciones, la onda de choque se debilita, se convierte gradualmente en una onda de sonido ordinaria y eventualmente desaparece por completo.

y en que grado de intensidad tendra onda de choque(u onda de choque) que llega al suelo depende del efecto que pueda producir allí. No es ningún secreto que el conocido Concorde voló supersónico solo sobre el Atlántico, y los aviones supersónicos militares se vuelven supersónicos a grandes alturas o en áreas donde no hay asentamientos (al menos parece que deberían hacerlo :-)).

Estas restricciones están muy justificadas. Para mí, por ejemplo, la definición misma de una onda de choque está asociada con una explosión. Y las cosas que puede hacer una onda de choque lo suficientemente intensa pueden estar a la altura. Al menos el vidrio de las ventanas puede salir volando fácilmente. Hay suficiente evidencia de esto (especialmente en la historia de la aviación soviética, cuando era bastante numerosa y los vuelos eran intensos). Pero puedes hacer cosas peores. Solo tienes que volar más bajo :-) ...

Sin embargo, en su mayor parte, lo que queda de las ondas de choque cuando llegan al suelo ya no es peligroso. Solo un observador externo en el suelo puede escuchar al mismo tiempo un sonido similar a un rugido o explosión. Es con este hecho que se asocia un concepto erróneo común y bastante persistente.

Las personas que no tienen mucha experiencia en ciencias de la aviación, al escuchar ese sonido, dicen que este avión superó barrera del sonido (barrera supersónica). En realidad no lo es. Esta afirmación no tiene nada que ver con la realidad por al menos dos razones.

Onda de choque (choque de compresión).

En primer lugar, si una persona en el suelo escucha un estruendo en lo alto del cielo, esto solo significa (repito :-)) que sus oídos han alcanzado frente de onda de choque(o onda de choque) desde un avión que volaba a alguna parte. Este avión ya está volando a una velocidad supersónica, y no solo cambió a ella.

Y si la misma persona pudiera estar de repente unos kilómetros por delante del avión, entonces volvería a escuchar el mismo sonido del mismo avión, porque se vería afectado por la misma onda de choque que se mueve junto con el avión.

Se mueve a velocidades supersónicas y, por lo tanto, se acerca en silencio. Y después de que ha tenido su efecto no siempre agradable en los tímpanos (bueno, cuando solo en ellos :-)) y pasa de manera segura, el estruendo de los motores en marcha se vuelve audible.

Patrón de vuelo aproximado de la aeronave para varios valores del número M en el ejemplo del caza Saab 35 "Draken". El idioma, desafortunadamente, es el alemán, pero el esquema es generalmente comprensible.

Además, la transición a lo supersónico en sí no va acompañada de ningún "boom", estallido, explosión, etc. En un avión supersónico moderno, el piloto a menudo se entera de tal transición solo a partir de las lecturas de los instrumentos. En este caso, sin embargo, ocurre cierto proceso, pero prácticamente no lo nota, sujeto a ciertas reglas de pilotaje.

Pero eso no es todo :-). Diré más. en forma de algún tipo de obstáculo tangible, pesado, difícil de cruzar, contra el cual descansa el avión y que necesita ser "perforado" (he escuchado tales juicios :-)) no existe.

Estrictamente hablando, no hay barrera en absoluto. Érase una vez, en los albores del desarrollo de las altas velocidades en la aviación, este concepto se formó más bien como una creencia psicológica sobre la dificultad de cambiar a la velocidad supersónica y volar a ella. Incluso hubo declaraciones de que era imposible en absoluto, especialmente porque los requisitos previos para tales creencias y declaraciones eran bastante específicos.

Sin embargo, lo primero es lo primero…

En aerodinámica, hay otro término que describe con bastante precisión el proceso de interacción con el flujo de aire de un cuerpo que se mueve en este flujo y se esfuerza por cambiar a supersónico. Este crisis de las olas. Es él quien hace algunas de las cosas malas que tradicionalmente se asocian con el concepto barrera del sonido.

Así que algo sobre la crisis :-). Cualquier avión consta de partes, el flujo de aire alrededor del cual en vuelo puede no ser el mismo. Tomemos, por ejemplo, un ala, o más bien un clásico ordinario perfil subsónico.

Desde los fundamentos del conocimiento sobre cómo fuerza de elevación somos muy conscientes de que la velocidad del flujo en la capa adyacente de la superficie curva superior del perfil es diferente. Cuando el perfil es más convexo, es mayor que la velocidad total del flujo, luego, cuando el perfil se aplana, disminuye.

Cuando el ala se mueve en el flujo a velocidades cercanas a la velocidad del sonido, puede llegar un momento en que, por ejemplo, en una región tan convexa, la velocidad de la capa de aire, que ya es mayor que la velocidad total del flujo, se vuelve sónica. e incluso supersónico.

Choque local que ocurre en transónico durante una crisis de onda.

Más adelante en el perfil, esta velocidad disminuye y en algún punto vuelve a ser subsónica. Pero, como dijimos anteriormente, el flujo supersónico no puede disminuir rápidamente, por lo que la ocurrencia de onda de choque.

Dichos choques aparecen en diferentes partes de las superficies aerodinámicas, e inicialmente son bastante débiles, pero su número puede ser grande, y con un aumento en la velocidad total del flujo, las zonas supersónicas aumentan, los choques se "fortalecen" y se mueven hacia el borde de salida. del perfil aerodinámico. Más tarde, las mismas ondas de choque aparecen en la superficie inferior del perfil.

Flujo supersónico completo alrededor del perfil aerodinámico del ala.

¿Cuál es el riesgo de todo esto? Pero que. Primero- es significante aumento de la resistencia aerodinámica en el rango de velocidades transónicas (alrededor de M=1, más o menos). Esta resistencia crece debido a un fuerte aumento en uno de sus componentes: resistencia a las olas. El mismo que no tuvimos en cuenta al considerar vuelos a velocidades subsónicas.

Para la formación de numerosas ondas de choque (u ondas de choque) durante la desaceleración de un flujo supersónico, como dije más arriba, se gasta energía, y se toma de la energía cinética de la aeronave. Es decir, el avión simplemente se ralentiza (¡y de forma muy notable!). Eso es lo que es resistencia de onda

Además, las ondas de choque, debido a la fuerte desaceleración del flujo en ellas, contribuyen a la separación de la capa límite y su transformación de laminar a turbulenta. Esto aumenta aún más la resistencia aerodinámica.

Flujo aerodinámico en varios números M. Choques, zonas supersónicas locales, zonas turbulentas.

Segundo. Debido a la aparición de zonas supersónicas locales en el perfil del ala y su posterior desplazamiento a la sección de cola del perfil con un aumento en la velocidad del flujo y, por lo tanto, un cambio en el patrón de distribución de presión en el perfil, el punto de aplicación de Las fuerzas aerodinámicas (centro de presión) también se desplazan hacia el borde de fuga. Como resultado, aparece momento de buceo en relación con el centro de masa de la aeronave, lo que hace que baje el morro.

¿En qué resulta todo esto...? Debido al aumento bastante pronunciado de la resistencia aerodinámica, la aeronave necesita una importante reserva de marcha del motor para superar la zona transónica y llegar, por así decirlo, supersónico real.

Un fuerte aumento en la resistencia aerodinámica en transónica (crisis de olas) debido a un aumento en la resistencia de las olas. Cd es el coeficiente de arrastre.

Más. Debido a la ocurrencia de un momento de picado, surgen dificultades en el control del cabeceo. Además, debido al desorden y la irregularidad de los procesos asociados con la aparición de zonas supersónicas locales con ondas de choque, también difícil de manejar. Por ejemplo, en rollo, debido a diferentes procesos en los planos izquierdo y derecho.

Sí, más la aparición de vibraciones, muchas veces bastante fuertes debido a turbulencias locales.

En general, un conjunto completo de placeres, que lleva el nombre crisis de las olas. Pero, es cierto, todos tienen lugar (los hubo, en concreto :-)) cuando se utilizan los típicos aviones subsónicos (con un perfil grueso de ala recta) para alcanzar velocidades supersónicas.

Inicialmente, cuando aún no había suficiente conocimiento y los procesos para alcanzar los supersónicos no se estudiaban exhaustivamente, este mismo conjunto se consideró casi fatalmente insuperable y se denominó barrera del sonido(o barrera supersónica, si quieres:-)).

Al tratar de superar la velocidad del sonido en aviones de pistón convencionales, hubo muchos casos trágicos. La fuerte vibración a veces condujo a la destrucción de la estructura. La aeronave no tenía suficiente potencia para la aceleración requerida. En vuelo nivelado, era imposible debido a un efecto de la misma naturaleza que crisis de las olas.

Por lo tanto, se utilizó una inmersión para la aceleración. Pero muy bien podría ser fatal. El momento de inmersión que aparecía durante una crisis de olas hacía que la inmersión se prolongara y, a veces, no había forma de salir de ella. De hecho, para restablecer el control y eliminar la crisis de las olas, fue necesario extinguir la velocidad. Pero hacer esto en una inmersión es extremadamente difícil (si no imposible).

Arrastrarse a una inmersión desde un vuelo nivelado se considera una de las principales causas del desastre en la URSS el 27 de mayo de 1943 del famoso caza experimental BI-1 con un motor de cohete líquido. Se realizaron pruebas para la velocidad máxima de vuelo y, según los diseñadores, la velocidad alcanzada fue de más de 800 km / h. Luego hubo un retraso en el pico, del que no salió el avión.

Caza experimental BI-1.

En nuestro tiempo crisis de las olas ya bastante bien estudiado y superado barrera del sonido(si es necesario :-)) no es difícil. En aeronaves que están diseñadas para volar a velocidades suficientemente altas, se aplican ciertas soluciones y restricciones de diseño para facilitar su operación de vuelo.

Como es sabido, la crisis de ondas comienza en los números M cercanos a la unidad. Por lo tanto, casi todos los transatlánticos subsónicos a reacción (de pasajeros, en particular) tienen un vuelo limitación en el número M. Por lo general, está en la región de 0.8-0.9M. Se le indica al piloto que siga esto. Además, en muchas aeronaves, cuando se alcanza el nivel límite, después de lo cual se debe reducir la velocidad aerodinámica.

Casi todas las aeronaves que vuelan a velocidades de al menos 800 km/h y superiores tienen ala en flecha(al menos en la vanguardia :-)). Te permite retrasar el inicio de la ofensiva. crisis de las olas hasta velocidades correspondientes a M=0,85-0,95.

Ala de flecha. Acción fundamental.

La razón de este efecto puede explicarse de forma muy sencilla. Para ala recta flujo de aire con velocidad V corre casi en un ángulo recto y barre (ángulo de barrido χ) en un cierto ángulo de deslizamiento β. La velocidad V se puede descomponer vectorialmente en dos flujos: Vτ y Vn.

El flujo Vτ no afecta la distribución de presión en el ala, pero sí el flujo Vn, que determina las propiedades de carga del ala. Y obviamente es menor en magnitud que el flujo total V. Por lo tanto, en el ala en flecha, el inicio de una crisis de olas y el crecimiento resistencia a las olas ocurre notablemente más tarde que en un ala recta a la misma velocidad de corriente libre.

Caza experimental E-2A (el predecesor del MIG-21). Ala en flecha típica.

Una de las modificaciones del ala en flecha fue el ala con perfil supercrítico(lo mencionó). También le permite mover el comienzo de la crisis de las olas a altas velocidades, además, le permite aumentar la eficiencia, lo cual es importante para los transatlánticos de pasajeros.

SuperJet 100. Ala en flecha supercrítica.

Si la aeronave está destinada a transitar barrera del sonido(pasando y crisis de las olas también :-)) y vuelo supersónico, por lo general siempre difiere en ciertas características de diseño. En particular, suele tener perfil delgado del ala y plumaje con bordes afilados(incluso en forma de diamante o triangular) y una determinada forma del ala en planta (por ejemplo, triangular o trapezoidal con afluencia, etc.).

Supersónico MIG-21. Seguidor E-2A. Un ala triangular típica.

MIG-25. Un ejemplo de un avión típico diseñado para vuelos supersónicos. Perfiles delgados del ala y plumaje, bordes afilados. Ala trapezoidal. perfil

Pasando lo notorio barrera del sonido, es decir, tales aeronaves realizan la transición a velocidad supersónica en funcionamiento del motor de postcombustión por el aumento de la resistencia aerodinámica, y, por supuesto, para deslizarse rápidamente por la zona crisis de las olas. Y el momento mismo de esta transición a menudo no se siente de ninguna manera (repito :-)) ni por el piloto (solo puede reducir el nivel de presión sonora en la cabina), ni por un observador externo, si, por supuesto , pudo observar esto :-).

Sin embargo, aquí vale la pena mencionar otro concepto erróneo, relacionado con los observadores externos. Seguramente muchos habrán visto este tipo de fotografías, los pies de foto debajo de los cuales dicen que este es el momento de la superación del avión. barrera del sonido por así decirlo, visualmente.

Efecto Prandtl-Gloert. No relacionado con pasar la barrera del sonido.

En primer lugar, ya sabemos que no existe la barrera del sonido, como tal, y la transición a lo supersónico en sí no viene acompañada de nada tan extraordinario (incluido un aplauso o una explosión).

En segundo lugar. Lo que vimos en la foto es el llamado Efecto Prandtl-Gloert. Ya escribí sobre él. De ninguna manera está directamente relacionado con la transición a supersónico. Es solo que a altas velocidades (subsónicas, por cierto :-)) el avión, moviendo una cierta masa de aire frente a él, crea algunos área de rarefacción. Inmediatamente después del paso, esta zona comienza a llenarse de aire del espacio cercano con natural un aumento de volumen y una fuerte caída de la temperatura.

Si humedad del aire es suficiente y la temperatura cae por debajo del punto de rocío del aire ambiente, entonces condensación de humedad del vapor de agua en forma de niebla, que vemos. Tan pronto como las condiciones se restablecen a las originales, esta niebla desaparece inmediatamente. Todo este proceso es bastante corto.

Tal proceso a altas velocidades transónicas puede ser facilitado por locales surge Yo, a veces, ayudo a formar algo similar a un cono suave alrededor del avión.

Las altas velocidades favorecen este fenómeno, sin embargo, si la humedad del aire es suficiente, entonces puede ocurrir (y ocurre) a velocidades más bien bajas. Por ejemplo, por encima de la superficie de los cuerpos de agua. Por cierto, la mayoría hermosas fotos de esta naturaleza se realizaron a bordo de un portaaviones, es decir, en aire suficientemente húmedo.

Asi es como funciona. Los disparos, por supuesto, son geniales, el espectáculo es espectacular :-), pero esto no es en absoluto como se lo llama con mayor frecuencia. nada que ver con eso (y barrera supersónica Mismo:-)). Y esto es bueno, creo, de lo contrario, los observadores que toman este tipo de fotos y videos podrían no ser buenos. onda de choque, Sabes:-)…

En conclusión, un video (ya lo he usado antes), cuyos autores muestran el efecto de una onda de choque de un avión que vuela a baja altura a velocidad supersónica. Hay, por supuesto, una cierta exageración allí :-), pero principio general comprensible. Y de nuevo, es increíble :-)

Y eso es todo por hoy. Gracias por leer el artículo hasta el final :-). Hasta que nos encontremos de nuevo…

Se puede hacer clic en las fotos.