Barrera del sonido

Barrera del sonido

fenómeno que ocurre en el vuelo de un avión o cohete en el momento de la transición de la 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) en el aire, aparece un área delgada frente a ella, en la que se produce un fuerte aumento de la presión y densidad del medio aéreo. Esta compactación del aire frente a un avión en vuelo se llama 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 atravesara, supera la barrera del sonido. Durante mucho tiempo, la superación de la barrera del sonido pareció ser un problema grave en el desarrollo de la aviación. Para solucionarlo, fue necesario cambiar el perfil y la forma del ala del avión (se hizo más delgada y barrida), para hacer la parte delantera del fuselaje más puntiaguda y para alimentar el avión con motores a reacción. Por primera vez, la velocidad del sonido fue superada en 1947 por Ch. Yeager en un avión X-1 (EE. UU.) Con un motor de cohete de propulsor líquido lanzado desde un avión B-29. En Rusia, OV Sokolovsky fue el primero en romper la barrera del sonido en 1948 en un avión experimental La-176 con un motor turborreactor.

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

Barrera del sonido

un fuerte aumento en la resistencia de la aerodinámica aeronave en Mach, los números de vuelo M (∞) superan ligeramente el número crítico M *. La razón es que en los números M (∞)\u003e M * ocurre, acompañado de la aparición de resistencia de onda. El coeficiente de resistencia aerodinámica de los aviones aumenta muy rápidamente con un aumento en el número M, comenzando desde M (∞) \u003d M *.
Disponibilidad de Z. b. hace que sea difícil lograr una velocidad de vuelo igual a la velocidad del sonido y la posterior transición al vuelo supersónico. Para ello, resultó necesario crear aviones con alas delgadas en flecha, lo que permitió reducir significativamente la resistencia, y motores a reacción, en los que el empuje aumenta al aumentar la velocidad.
En la URSS, en 1948 se logró por primera vez una velocidad igual a la velocidad del sonido en el avión La-176.

Aviación: una enciclopedia. - M.: Gran enciclopedia rusa. El editor jefe G.P. Svishchev. 1994 .

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

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

BARRERA DE SONIDO, causa de dificultades en la aviación cuando la velocidad de vuelo aumenta por encima de la velocidad del sonido (VELOCIDAD SUPERSÓNICA). Acercándose a la velocidad del sonido, la aeronave experimenta un aumento inesperado en la resistencia y pérdida de ELEVACIÓN aerodinámica ... ... Diccionario enciclopédico científico y técnico

barrera del sonido - garso barjeras statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. barrera sónica; barrera del sonido vok. Schallbarriere, f; Schallmauer, f rus. barrera de sonido, m pranc. barrière sonique, f; frontière sonique, 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 (excediendo el valor crítico de Mach del número de vuelo). Se explica por una crisis de olas, acompañada de un aumento en la resistencia de las olas. Superar 3. ... ... Gran Diccionario Politécnico Enciclopédico

Barrera del sonido - un fuerte aumento de la resistencia del aire al movimiento de la aeronave en. aproximación a velocidades cercanas a la velocidad de propagación del sonido. Superar 3. b. se hizo 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 del sonido: un fuerte aumento de la resistencia de la aeronave aerodinámica en los números de vuelo M de Mach, superando ligeramente el número crítico M *. La razón es que para los números M∞\u003e Enciclopedia "Aviación"

barrera del sonido - barrera del sonido: un fuerte aumento de la resistencia de la aeronave aerodinámica en los números de vuelo M de Mach, superando ligeramente el número crítico M *. La razón es que para los números M∞\u003e M *, se establece una crisis de onda, ... ... Enciclopedia "Aviación"

- (puesto de avanzada de la barrera francesa). 1) puertas en fortalezas. 2) en arenas y circos, una valla, un tronco, un poste por el que salta un caballo. 3) una señal que los luchadores alcanzan en un duelo. 4) barandillas, celosía. Diccionario de palabras extranjeras incluidas en ... ... Diccionario de palabras extranjeras de la lengua rusa.

BARRERA, ah, esposo. 1. Obstáculo (tipo de pared, travesaño), colocado en el camino (al correr, correr). Toma b. (Superalo). 2. Valla, vallado. B. palcos, balcones. 3. transferencia. Obstrucción, obstáculo para el que n. Río natural b. para ... ... Diccionario explicativo de Ozhegov

Libros

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Chuck Yeager, un piloto de Estados Unidos, fue el primero en superar la velocidad supersónica. El récord se estableció el 14/10/1957 en el Bell X-1, que Bell Aircraft diseñó específicamente para este propósito a principios de 1946. El avión fue fabricado por orden del ejército, pero no tuvo nada que ver con la conducción de las hostilidades. El coche estaba literalmente repleto de equipos de investigación. Externamente, Bell X-1 se parecía a un moderno misil de crucero.

Prueba piloto Chuck Yeager

Piloto en 1923 el 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 Messerschmitt-109, pero luego él mismo fue derrotado en el cielo francés y tuvo que saltar con un paracaídas.

El piloto fue recogido por partisanos, pero la contrainteligencia lo sacó de volar. Indignado, Chuck recibió una recepción de Eisenhower, que comandaba las fuerzas aliadas. Le creyó al joven y, al final, no en vano: el valiente piloto logró derribar 13 aviones más al final de la guerra.

Yeager regresó a casa con una excelente trayectoria, características, premios y el rango de capitán. Esto contribuyó a la inscripción del piloto en un equipo de pruebas especial, que en ese momento fueron seleccionados con el mismo cuidado que los astronautas. El avión de Chuck se convirtió en "Cautivating Glenis", en honor a su esposa. El avión estaba equipado con un motor a reacción y fue lanzado desde un bombardero B-52.

En una máquina alada, el piloto estableció récords de velocidad más de una vez: a fines de 1947, rompió por primera vez el récord de altitud anterior (21372 m), y en 1953 logró acelerar el dispositivo a casi 2800 km / h, o 2,5 M (la velocidad del sonido se mide en "oscilaciones") , llamado así por el filósofo alemán, ingeniero; 1 M es aproximadamente igual a 1200 km / h). Yeager se retiró como general de brigada en 1975, habiendo participado en la Guerra de Vietnam y las hostilidades en Corea.

La URSS no pudo evitar los intentos de superar la barrera del sonido; varias oficinas de diseño a la vez (Lavochkin, Yakovlev, Mikoyan) participaron en la preparación del 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 automóvil estaba completamente preparado para vuelos en 1948, en diciembre. Y el día 26, el coronel Fyodorov superó la notoria barrera, acelerando en picado. Posteriormente, el piloto recibió el título de Héroe de la Unión Soviética.

¿Qué nos imaginamos cuando escuchamos la expresión "barrera del sonido"? Un cierto límite y que puede afectar gravemente a la audición y al bienestar. Por lo general, la barrera del sonido está relacionada con la conquista del espacio aéreo y

Superar este obstáculo puede provocar el desarrollo de enfermedades crónicas, síndromes de dolor y reacciones alérgicas. ¿Son correctas estas creencias o son estereotipos establecidos? ¿Son fácticos? ¿Qué es una barrera de sonido? ¿Cómo y por qué surge? Todo esto y algunos matices adicionales, así como hechos históricos asociados a este concepto, trataremos de averiguarlo en este artículo.

Esta misteriosa ciencia es la aerodinámica

En la ciencia de la aerodinámica, diseñado para explicar los fenómenos que acompañan al movimiento.
aviones, existe el concepto de "barrera del sonido". Se trata de una serie de fenómenos que ocurren cuando aviones o cohetes supersónicos se mueven a velocidades cercanas a la velocidad del sonido o superiores.

¿Qué es una onda de choque?

En el proceso de flujo supersónico alrededor del vehículo, surge una onda de choque en un túnel de viento. Sus huellas se pueden ver incluso a simple vista. En el suelo, se muestran con una línea amarilla. Fuera del cono de la onda de choque, frente a la línea amarilla, en el suelo, ni siquiera se escucha el avión. A una velocidad que excede la velocidad del sonido, los cuerpos se someten a un flujo de sonido, que conlleva una onda de choque. Es posible que no esté sola, dependiendo de la forma del cuerpo.

Transformación de ondas de choque

El frente de choque, que a veces se denomina onda de choque, tiene un grosor bastante pequeño, lo que, sin embargo, permite rastrear cambios abruptos en las propiedades del flujo, una disminución de su velocidad en relación con el cuerpo y un aumento correspondiente en la presión y temperatura del gas en el flujo. En este caso, la energía cinética se convierte parcialmente en energía interna del gas. La cantidad 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 oye un sonido distintivo que se asemeja a una explosión. Se cree que esto indica que el vehículo ha alcanzado la velocidad del sonido cuando la aeronave deja atrás la barrera del sonido.

¿Qué está pasando realmente?

El llamado momento de romper la barrera del sonido en la práctica es el paso de una onda de choque con un creciente estruendo de motores de avión. Ahora el aparato está por delante del sonido que lo acompaña, por lo que el zumbido del motor se escuchará después. Acercar la velocidad a la velocidad del sonido fue posible durante la Segunda Guerra Mundial, pero al mismo tiempo, los pilotos notaron señales alarmantes en la operación de la aeronave.

Después del final de la guerra, muchos diseñadores de aviones y pilotos buscaron alcanzar la velocidad del sonido y superar la barrera del sonido, pero muchos de estos intentos terminaron trágicamente. Los científicos pesimistas argumentaron que este límite no podía superarse. 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 cuando se evita una crisis de olas, cuya ocurrencia depende de los parámetros aerodinámicos de la aeronave y de la altitud del vuelo que se realiza. Las transiciones de un nivel de velocidad a otro deben realizarse lo más rápido posible con el uso de postcombustión, lo que ayudará a evitar un vuelo largo en la zona de crisis de las olas. La crisis de las olas como concepto provino del transporte acuático. Surgió cuando los barcos se movían a una velocidad cercana a la velocidad de las olas en la superficie del agua. Entrar en una crisis de olas implica una dificultad para aumentar la velocidad, y si es lo más simple posible superar la crisis de olas, entonces puede ingresar al modo de planeo o deslizamiento en la superficie del agua.

Historia en el control de aeronaves

La primera persona en alcanzar la velocidad de vuelo supersónica en un avión experimental es el piloto estadounidense Chuck Yeager. Su logro queda registrado 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, que volaban en un caza experimentado.

De los civiles, el transatlántico de pasajeros Douglas DC-8 rompió la barrera del sonido, que alcanzó una velocidad de 1.012 M, o 1262 km / h el 21 de agosto de 1961. El vuelo tenía como objetivo recopilar datos para el diseño de alas. Entre los aviones, el récord mundial fue establecido por un misil aire-tierra aerobalístico hipersónico, que está en servicio con el ejército ruso. A una altitud de 31,2 kilómetros, el cohete desarrolló 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, el estadounidense Joe Kittinger intentó batir el récord, que conquistó una altura de 31,5 kilómetros. Hoy, 14 de octubre de 2012, Felix Baumgartner estableció un récord mundial, sin la ayuda del transporte, en 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 barrera del sonido más inusual rompiendo

Es extraño pensar, 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 movimiento del látigo fuera un boom sónico en miniatura. Un giro brusco forma un bucle y la velocidad aumenta bruscamente, lo que se confirma con un clic. La barrera del sonido se supera a una velocidad de aproximadamente 1200 km / h.

El misterio de la ciudad más ruidosa

No en vano, los habitantes de los pueblos pequeños se sorprenden al ver la capital por primera vez. La abundancia de transporte, cientos de restaurantes y centros de entretenimiento son confusos e inquietantes. El comienzo de la primavera en la capital suele estar fechado en abril, y no en marzo, una ventisca rebelde. En abril hay un cielo despejado, los arroyos corren y los brotes florecen. La gente cansada del largo invierno abre de par en par las ventanas al sol y el ruido de la calle irrumpe en sus casas. En la calle, los pájaros cantan ensordecedor, los artistas cantan, los estudiantes divertidos recitan poesía, por no hablar del ruido de los atascos y del metro. Los empleados de los departamentos de higiene señalan que estar en una ciudad ruidosa durante mucho tiempo no es saludable. El fondo sonoro de la capital consiste en transporte,
ruido de aviación, 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 las carreteras especialmente transitadas duplica todos los estándares permitidos. ¿Cómo se supera la barrera del sonido en la capital? Moscú es peligroso con una gran cantidad de sonidos, por lo que los residentes de la capital instalan ventanas de doble acristalamiento para amortiguar el ruido.

¿Cómo se lleva a cabo el asalto de la barrera del sonido?

Hasta 1947, no había datos reales sobre la salud 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 \u200b\u200bcoraje. Durante el vuelo, queda claro que no hay garantías de supervivencia. Incluso un piloto profesional no puede decir con seguridad si la estructura de una aeronave resistirá un ataque de los elementos. En cuestión de minutos, el avión simplemente puede desmoronarse. ¿Qué explica esto? Cabe señalar que el movimiento con velocidad subsónica crea ondas acústicas que se dispersan como círculos de una piedra que cae. La velocidad supersónica excita ondas de choque, y una persona parada en el suelo escucha un sonido como una explosión. Sin computadoras potentes, era difícil resolver las complejas y tenía que depender de modelos de soplado 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, los soportes 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. Se construyó un avión de investigación específicamente para conquistar la barrera del sonido en enero de 1946. La creación de la máquina se inició por orden del Ministerio de Defensa, pero en lugar de armas, se llenó de equipos científicos que monitoreaban el modo de funcionamiento de los mecanismos y dispositivos. Este avión era como un moderno misil de crucero con un motor cohete integrado. El avión cruzó 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 avances para romper la barrera del sonido todavía son muy apreciados en la actualidad. Entonces, el avión en el que Chuck Yeager lo superó por primera vez, ahora se exhibe en el Museo Nacional de Aeronáutica y Astronáutica, que se encuentra en Washington. Pero los parámetros técnicos de esta invención humana valdrían poco sin los méritos del propio piloto. Chuck Yeager pasó por la escuela de vuelo y luchó en Europa, después de lo cual regresó a Inglaterra. La suspensión injusta de los vuelos no rompió el espíritu de Yeager, y logró una recepción por parte del comandante en jefe de las tropas de Europa. En los años restantes hasta el final de la guerra, Yeager participó en 64 salidas, durante las cuales derribó 13 aviones. Chuck Yeager regresó a su tierra natal con el rango de capitán. Sus características indican una intuición fenomenal, una compostura increíble y una resistencia en situaciones críticas. En más de una ocasión, Yeager ha establecido récords en su avión. Su carrera posterior fue en la Fuerza Aérea, donde realizó entrenamiento de piloto. Chuck Yeager rompió por última vez la barrera del sonido a los 74 años, que coincidió con el quincuagésimo aniversario de su historia de vuelo y 1997.

Tareas complejas de los diseñadores de aviones

El avión MiG-15 de fama mundial comenzó a crearse en el momento en que los desarrolladores se dieron cuenta de que era imposible confiar solo en superar la barrera del sonido, pero complejo tareas tecnicas... Como resultado, se creó una máquina con tanto éxito que se pusieron en servicio sus modificaciones. diferentes paises... Varias oficinas de diseño diferentes participaron en una especie de concurso, cuyo premio consistía en una patente para el avión más exitoso y funcional. Se desarrollaron aviones de ala en flecha, lo que supuso una revolución en su diseño. La máquina ideal sería potente, rápida e increíblemente resistente a cualquier daño externo. Las alas en flecha de los aviones se convirtieron en un elemento que les ayudó a triplicar la velocidad del sonido. Luego siguió creciendo, lo que se explicó por el aumento de la potencia del motor, el uso de materiales innovadores y la optimización de los parámetros aerodinámicos. Superar 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 extremo debe evaluar con sensatez sus fortalezas antes de decidirse por tal experimento.

¿Ha escuchado un sonido fuerte como una explosión cuando un avión a reacción sobrevuela? Este sonido se genera cuando la aeronave rompe la barrera del sonido. ¿Qué es una barrera de sonido y por qué un avión emite tal sonido?

Como sabes, el sonido viaja a cierta velocidad. La velocidad depende de la altura. A nivel del mar, la velocidad del sonido es de aproximadamente 1.220 kilómetros por hora, ya 11.000 metros es de 1.060 kilómetros por hora. Cuando un avión vuela a velocidades cercanas a la velocidad del sonido, está sujeto a ciertas tensiones. Cuando vuela a velocidades normales (subsónicas), el frente del avión impulsa una onda de presión frente a él. Esta onda viaja a la velocidad del sonido.

Una onda de presión es causada por la acumulación de partículas de aire a medida que avanza la aeronave. La onda viaja más rápido que un avión cuando el avión vuela a velocidades subsónicas. Como resultado, resulta que el aire pasa sin obstáculos a lo largo de las superficies de las alas del avión.

Ahora veamos un avión que vuela a la velocidad del sonido. No aparece ninguna onda de presión frente a la aeronave. Lo que sucede en cambio es que se forma una onda de presión frente al ala (ya que el avión y la onda de presión se mueven a la misma velocidad).

Ahora se genera una onda de choque que provoca cargas pesadas en el ala del avión. La expresión "barrera del sonido" se remonta a 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 se consideró una "barrera".

¡Pero la velocidad del sonido no es una barrera en absoluto! Los ingenieros y diseñadores de aviones han superado el desafío de las nuevas cargas. Todo lo que queda de las viejas opiniones es que una onda expansiva causa un impacto cuando un avión vuela a velocidades supersónicas.

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

Para comprender todo esto, considere un avión que vuela a una velocidad baja y normal. Cuando la aeronave avanza, se genera una onda de compresión frente a la aeronave. Está formado por un avión en movimiento hacia adelante que comprime las partículas de aire.

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

Ahora imagina que el avión vuela a la velocidad del sonido. Las ondas de compresión no se forman delante del avión, ya que tanto el avión 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 los aviones alcanzaran la barrera del sonido y la superaran, se creía que tales ondas de choque y sobrecargas crearían una especie de barrera para la aeronave: una "barrera del sonido". Sin embargo, no hubo barrera de sonido, ya que los ingenieros aeronáuticos desarrollaron un diseño de avión especial para esto.

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

Pasó la barrera del sonido :-) ...

Antes de comenzar a hablar sobre el tema, aclaremos un poco la precisión de los conceptos (lo que me gusta :-)). Ahora dos términos tienen un uso bastante amplio: barrera del sonido y barrera supersónica... Suenan similares, pero no iguales. Sin embargo, no tiene sentido generar un rigor especial: de hecho, son lo mismo. La definición de barrera de sonido la utilizan con mayor frecuencia personas que tienen más conocimientos y están más cerca de la aviación. Y la segunda definición suele ser todos los demás.

Creo que desde el punto de vista de la física (y del idioma ruso :-)) es más correcto decir la barrera del sonido. He aquí una lógica simple. Después de todo, existe el concepto de velocidad del sonido, pero, estrictamente hablando, no existe un concepto fijo de velocidad supersónica. Corriendo un poco por delante de mí, diré que cuando un avión vuela en supersónico, ya ha pasado esta barrera, y cuando la pasa (la supera), pasa un cierto valor umbral de velocidad igual a la velocidad del sonido (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 un vuelo supersónico, lo exótico está ciertamente presente y, naturalmente, atrae a muchos. Sin embargo, no todas las personas que disfrutan de las palabras " barrera supersónica"Ellos realmente entienden lo que es. Más de una vez me convencí de esto, mirando los foros, leyendo artículos, incluso viendo la televisión.

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

Entonces, ¡a la barrera del (sonido :-))! ... Un 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 qué son las ondas sonoras en el aire :-).

Ondas sonoras (diapasón).

Se trata de una alternancia de áreas de compresión y rarefacción, que se extiende en diferentes direcciones desde la fuente de sonido. Más o menos como círculos en el agua, que también son solo olas (pero no sonoras :-)). Estas áreas, que actúan sobre el tímpano del oído, 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 varias partes de la aeronave. Por ejemplo, un motor (su sonido es conocido por cualquiera :-)), o partes del cuerpo (por ejemplo, la nariz), que, al comprimir el aire frente a ellos cuando se mueven, crean un cierto tipo de ondas de presión (compresión) que avanzan.

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 solo.

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, el orden en el que aparece el sonido para el oyente y el avión, si vuela a gran altura, puede cambiar.

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

Movimiento corporal subsónico.

En consecuencia, el espacio entre la aeronave (su morro) y la parte delantera de la primera onda (cabeza) (es decir, esta es el área donde se produce la desaceleración gradual, hasta cierto punto) flujo próximo 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 esta brecha prácticamente desaparece (o se vuelve mínima), convirtiéndose en un tipo especial de área, que se llama onda de choque... Esto sucede cuando la velocidad de vuelo alcanza la velocidad del sonido, es decir, el avión se mueve a la misma velocidad que las ondas que emite. En este caso, el número de Mach es igual a uno (M \u003d 1).

Movimiento sonoro del cuerpo (M \u003d 1).

Choque de compactación, es una región muy estrecha del medio (aproximadamente 10 -4 mm), al pasar a través de la cual ya no hay un cambio gradual, sino fuerte (abrupto) en los parámetros de este medio - velocidad, presión, temperatura, densidad... En nuestro caso, la velocidad disminuye, la presión, la temperatura y la densidad aumentan. De ahí el nombre - onda de choque.

De una manera algo simplificada, también lo diría sobre todo esto. Es imposible desacelerar bruscamente el flujo supersónico, pero tiene que hacerlo, porque ya no existe la posibilidad de una desaceleración gradual de la velocidad del flujo frente a la propia nariz de la aeronave, como a velocidades subsónicas moderadas. En cierto modo, tropieza con la sección subsónica frente a la nariz del avión (o la punta del ala) y se arruga en un salto estrecho, transfiriéndole la gran energía de movimiento que posee.

Por cierto, se puede decir, y viceversa, que la aeronave transfiere parte de su energía a la formación de ondas de choque para frenar el flujo supersónico.

Movimiento corporal supersónico.

Hay otro nombre para la onda de choque. Moviéndose con la aeronave en el espacio, es, de hecho, un 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.

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

La onda de choque (u onda de choque) puede ser prácticamente perpendicular a la dirección de vuelo, en este caso toman en el espacio aproximadamente la forma de un círculo y se denominan líneas rectas. Esto suele ocurrir en modos cercanos a M \u003d 1.

Modos de movimiento corporal. ! - subsónico, 2 - M \u003d 1, supersónico, 4 - onda de choque (onda de choque).

Cuando M\u003e 1, ya forman un ángulo con la dirección de vuelo. Es decir, el avión ya está adelantando su propio sonido. En este caso, se les llama oblicuos y en el espacio toman la forma de un cono, que, por cierto, se llama cono de Mach, por el nombre de un científico que estudió los flujos supersónicos (lo mencionó en uno de los).

Cono Mach.

La forma de este cono (su llamada "armonía") solo depende del número M y está relacionado con él por la relación: M \u003d 1 / sin 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 sonoras, cuya fuente fue la aeronave, y que "adelantó", alcanzando una velocidad supersónica.

Además ondas de choque también puede adjuntocuando colindan con la superficie de un cuerpo que se mueve a velocidad supersónica, o cuando se han alejado, si no están en contacto con el cuerpo.

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

Por lo general, los saltos se unen si el flujo supersónico fluye alrededor de cualquier superficie puntiaguda. Para un avión, por ejemplo, esto puede ser un morro puntiagudo, LDPE o un borde afilado de la entrada de aire. En este caso, dicen "el salto se sienta", por ejemplo, en la nariz.

Un salto en retirada puede ocurrir cuando fluye alrededor de superficies redondeadas, por ejemplo, el borde redondeado frontal de una superficie aerodinámica gruesa.

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

Saltos de compactación en un modelo de avión durante el soplado en un túnel de viento (M \u003d 2).

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

La intensidad (en otras palabras, energía) de la onda de choque (onda de choque) depende de varios parámetros (la velocidad de la aeronave, sus características de diseño, 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, finalmente, desaparece por completo.

Y de qu grado de intensidad tendr 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 militares supersónicos se vuelven supersónicos a gran altura 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 suficientemente intensa pueden corresponderle. Al menos el vidrio de las ventanas puede salir 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. Uno solo tiene 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 un sonido similar al de un choque o explosión. Es con este hecho que se asocia un error común y bastante persistente.

Las personas que no son demasiado sofisticadas en la ciencia de la aviación, al escuchar tal sonido, dicen que este avión superó barrera del sonido (barrera supersónica). De hecho, este no es el caso. Esta afirmación no tiene nada que ver con la realidad por al menos dos razones.

Onda de choque (onda de choque).

En primer lugar, si una persona en el suelo escucha un estruendo resonante en lo alto del cielo, esto solo significa (repito :-)) que ha llegado a sus oídos frente de choque (o onda de choque) desde un avión que vuela en algún lugar. Este avión ya está volando a velocidad supersónica, y no solo se cambió a él.

Y si la misma persona pudiera estar repentinamente varios kilómetros por delante del avión, entonces volvería a escuchar el mismo sonido desde el mismo avión, porque habría sido golpeado por la misma onda de choque moviéndose junto con el avión.

Se mueve a una velocidad supersónica 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 continúa con seguridad, el zumbido de los motores en funcionamiento se vuelve audible.

Patrón de vuelo aproximado de la aeronave a diferentes valores del número M utilizando el ejemplo del caza Saab 35 "Draken". El idioma, desafortunadamente, es el alemán, pero el esquema es generalmente claro.

Además, la transición al supersónico en sí no va acompañada de "auges", estallidos, explosiones, etc. En un avión supersónico moderno, el piloto se entera con mayor frecuencia de tal transición solo leyendo los instrumentos. En este caso, sin embargo, tiene lugar un cierto proceso, pero es prácticamente invisible para él si se observan ciertas reglas de pilotaje.

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

Estrictamente hablando, no existe barrera alguna. En algún momento, en los albores del dominio de las altas velocidades en la aviación, este concepto se formó más bien como una convicción psicológica sobre la dificultad de cambiar a la velocidad supersónica y volar a ella. Incluso hubo declaraciones de que esto era generalmente imposible, especialmente porque las condiciones previas para tales creencias y declaraciones eran bastante específicas.

Sin embargo, lo primero es lo primero ...

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

Entonces, algo sobre la crisis :-). Cualquier aeronave consta de partes, el flujo de aire alrededor de las cuales en vuelo puede no ser el mismo. Tomemos, por ejemplo, un ala, o más bien un clásico ordinario. perfil subsónico.

A partir de los conocimientos básicos sobre cómo se forma la fuerza de elevación, sabemos bien que el caudal en la capa adyacente de la superficie curva superior del perfil es diferente. Donde el perfil es más convexo, es mayor que el caudal total, luego, cuando el perfil se aplana, disminuye.

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

Onda de choque local que aparece en transonic durante una crisis de onda.

Más adelante en el perfil, esta velocidad disminuye y en algún momento se vuelve subsónica nuevamente. Pero, como dijimos anteriormente, un flujo supersónico no puede desacelerar rápidamente, por lo tanto, la ocurrencia de onda de choque.

Tales saltos 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 saltos "se vuelven más fuertes" y se desplazan hacia el borde de fuga del perfil aerodinámico. Posteriormente, las mismas ondas de choque aparecen en la superficie inferior del perfil.

Flujo supersónico completo alrededor del perfil del ala.

¿De qué está lleno todo esto? Y esto es lo que. El primeroEs significante aumento de la resistencia aerodinámica en el rango de velocidades transónicas (aproximadamente M \u003d 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 tomamos en cuenta a la hora de 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 anteriormente, se gasta energía y se toma de la energía cinética del movimiento de la aeronave. Es decir, el avión simplemente se ralentiza (¡y muy notablemente!). Eso es lo que es resistencia a las olas.

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

Hinchazón del perfil en diferentes números M. Saltos de compactación, zonas supersónicas locales, zonas turbulentas.

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

¿En qué se traduce todo esto? Debido a un aumento bastante brusco de la resistencia aerodinámica, el avión requiere una reserva de potencia del motor para superar la zona de trance y entrar, por así decirlo, en un auténtico supersónico.

Un fuerte aumento en la resistencia aerodinámica en transonic (crisis de las olas) debido a un aumento en la resistencia de las olas. Сd - coeficiente de resistencia.

Más lejos. Debido a la apariencia del momento de inmersión, existen dificultades en el control del tono. Además, debido al desorden y desigualdad de los procesos asociados con la aparición de zonas supersónicas locales con ondas de choque, también difícil de manejar... Por ejemplo, por rollo, debido a diferentes procesos en los planos izquierdo y derecho.

Además de la aparición de vibraciones, a menudo bastante fuertes debido a las turbulencias locales.

En general, un conjunto completo de placeres que lleva el nombre crisis de olas... Pero, es cierto, todos tienen lugar (tenían, específico :-)) cuando se utilizan aviones subsónicos típicos (con un perfil de ala recta gruesa) para lograr velocidades supersónicas.

Inicialmente, cuando todavía no había suficiente conocimiento y los procesos para llegar a lo supersónico no se estudiaron de manera integral, este mismo conjunto se consideró casi fatalmente insuperable y recibió el nombre barrera del sonido (o barrera supersónica, si quieres:-)).

Al intentar superar la velocidad del sonido en un avión de pistón convencional, hubo muchos casos trágicos... En ocasiones, las vibraciones fuertes provocaron daños estructurales. La aeronave no tenía suficiente potencia para la aceleración requerida. En vuelo nivelado, fue imposible debido a un efecto de la misma naturaleza que crisis de olas.

Por lo tanto, se utilizó una inmersión para el overclocking. Pero muy bien podría ser fatal. El momento de inmersión que apareció durante la crisis de las olas hizo que el pico se prolongara y, a veces, no había forma de salir de él. De hecho, para restablecer el control y eliminar la crisis de las olas, era necesario apagar la velocidad. Pero hacer esto en una inmersión es extremadamente difícil (si no imposible).

Lanzarse en picado desde un vuelo horizontal se considera una de las principales razones del desastre en la URSS el 27 de mayo de 1943, el famoso caza experimental BI-1 con un motor de cohete de propulsor líquido. Se llevaron a cabo pruebas para la velocidad máxima de vuelo y, según las estimaciones de los diseñadores, la velocidad alcanzada fue de más de 800 km / h. Luego hubo un retraso en la cima, de la cual el avión no salió.

Caza experimental BI-1.

Hoy en día crisis de olas ya bien estudiado y superando barrera del sonido (si es necesario :-)) no es difícil. En los aviones que están diseñados para volar a velocidades lo suficientemente altas, se aplican ciertas soluciones de diseño y restricciones para facilitar su operación de vuelo.

Como saben, una crisis de ondas comienza cuando los números M están cerca de la unidad. Por lo tanto, casi todos los revestimientos subsónicos de jet (pasajeros, en particular) tienen un restricción en el número de M... Por lo general, está en la región de 0.8-0.9M. Se instruye al piloto para que controle esto. Además, en muchos aviones, cuando se alcanza el nivel límite, después de lo cual se debe reducir la velocidad de vuelo.

Casi todas las aeronaves que vuelan a velocidades de al menos 800 km / hy superiores tienen ala en flecha (al menos a lo largo del borde de ataque :-)). Te permite posponer el inicio de la ofensiva crisis de olas a velocidades correspondientes a M \u003d 0,85-0,95.

Ala en flecha. Acción principal.

La razón de este efecto se puede explicar de forma muy sencilla. Ala recta flujo de aire con una velocidad V, corre casi en ángulo recto y en barrido (ángulo de barrido χ) con un cierto ángulo de deslizamiento β. La velocidad V se puede descomponer en dos corrientes en términos vectoriales: Vτ y Vn.

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

Caza experimental E-2A (predecesor del MiG-21). Ala barrida típica.

Una de las modificaciones del ala en flecha fue un ala con perfil supercrítico (lo mencionó). También le permite cambiar el inicio 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 el avión está destinado a ir barrera del sonido (pasando y crisis de olas también :-)) y vuelo supersónico, por lo general siempre tiene ciertas características de diseño. En particular, suele tener perfil delgado de ala y cola con bordes afilados (incluyendo rombo o triangular) y cierta forma del ala en planta (por ejemplo, triangular o trapezoidal con pandeo, etc.).

MIG-21 supersónico. Emisario E-2A. Un ala triangular típica.

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

Paso de los notorios barrera del sonido, es decir, la transición a velocidad supersónica tales aviones se llevan a cabo a postquemador del motor debido al aumento de la resistencia aerodinámica y, por supuesto, para pasar rápidamente la zona crisis de olas... Y el momento mismo de esta transición a menudo no se siente de ninguna manera (repito :-)) ni el piloto (excepto que el nivel de presión sonora en la cabina puede disminuir), ni un observador externo, si, por supuesto, pudo observar esto :-).

Sin embargo, aquí vale la pena mencionar otro delirio asociado con los observadores externos. Seguro que muchos han visto este tipo de fotografías, cuyas leyendas bajo las cuales dicen que este es el momento de superar el avión. barrera del sonido, por así decirlo, visualmente.

El efecto Prandtl-Gloert. No asociado con pasar la barrera del sonido.

Ante todo, ya sabemos que no hay barrera del sonido, como tal, y la transición a lo supersónico no va acompañada de nada tan extraordinario (incluido un pop o explosión).

En segundo lugar... Lo que vimos en la foto es el llamado efecto Prandtl-Gloert... Ya escribí sobre eso. De ninguna manera está directamente relacionado con la transición a supersónico. Solo 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 vuelo, esta área comienza a llenarse de aire de un espacio cercano con un aumento de volumen y una fuerte caída de temperatura.

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

Este proceso a altas velocidades transónicas puede ser facilitado por ondas de choqueyo, a veces ayudando a formar algo así como un cono suave alrededor del avión.

Las altas velocidades favorecen este fenómeno, sin embargo, si la humedad del aire es suficiente, puede ocurrir (y ocurre) a velocidades bastante bajas. Por ejemplo, sobre la superficie de cuerpos de agua. La mayoría, por cierto, hermosas fotos de esta naturaleza se hicieron a partir de un portaaviones, es decir, en un aire bastante húmedo.

Y así resulta. Las tomas, por supuesto, son geniales, el espectáculo es espectacular :-), pero esto no es en absoluto lo que se llama más a menudo. no tiene nada que ver con eso (y barrera supersónica además:-)). Y esto es bueno, creo, de lo contrario, los observadores que toman este tipo de fotos y videos podrían no estar contentos. Onda de choque, Tú 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 altitud con velocidad supersónica. Por supuesto, hay una cierta exageración :-), pero el principio general es claro. Y de nuevo, espectacular :-) ...

Y eso es todo por hoy. Gracias por leer el artículo hasta el final :-). Hasta la proxima vez ...

Se puede hacer clic en las fotos.