Zvučna barijera

Zvučna barijera

pojava koja se javlja tijekom leta zrakoplova ili rakete u trenutku prijelaza iz podzvučne u nadzvučnu brzinu leta u atmosferi. Kako se brzina zrakoplova približava brzini zvuka (1200 km/h), ispred njega se u zraku pojavljuje tanko područje u kojem dolazi do naglog porasta tlaka i gustoće zraka. Ovo zbijanje zraka ispred letjelice naziva se udarni val. Na tlu se prolazak udarnog vala percipira kao prasak, sličan zvuku pucnja. Prešavši , avion prolazi kroz ovo područje povećane gustoće zraka, kao da ga probija - probijajući zvučni zid. Dugo se vremena probijanje zvučnog zida činilo ozbiljnim problemom u razvoju zrakoplovstva. Da bi se to riješilo, bilo je potrebno promijeniti profil i oblik krila zrakoplova (postalo je tanje i zabačeno), prednji dio trupa učiniti šiljatijim i opremiti zrakoplov mlaznim motorima. Brzinu zvuka prvi je premašio 1947. C. Yeager na zrakoplovu X-1 (SAD) s tekućim gorivom. raketni motor, lansiran iz zrakoplova B-29. U Rusiji je O. V. Sokolovski prvi probio zvučni zid 1948. na eksperimentalnom zrakoplovu La-176 s turbomlaznim motorom.

Enciklopedija "Tehnologija". - M.: Rosman. 2006 .

Zvučna barijera

naglo povećanje aerodinamičkog otpora zrakoplov pri Machovim brojevima leta M(∞) malo većim od kritičnog broja M*. Razlog je što kod brojeva M(∞) > M* dolazi, praćeno pojavom valnog otpora. Koeficijent otpora vala zrakoplova raste vrlo brzo s povećanjem broja M, počevši od M(∞) = M*.
Dostupnost Z. b. otežava postizanje brzine leta jednake brzini zvuka i naknadni prijelaz na nadzvučni let. Da bi se to postiglo, pokazalo se da je potrebno stvoriti zrakoplove s tankim zamahnutim krilima, što je omogućilo značajno smanjenje otpora i mlaznih motora, u kojima se potisak povećava s povećanjem brzine.
U SSSR-u je brzina jednaka brzini zvuka prvi put postignuta na zrakoplovu La-176 1948. godine.

Zrakoplovstvo: Enciklopedija. - M.: Velika ruska enciklopedija. Glavni urednik G.P. Sviščev. 1994 .

Pogledajte što je "zvučna barijera" u drugim rječnicima:

Zvučna barijera u aerodinamici naziv je niza pojava koje prate kretanje zrakoplova (na primjer, nadzvučnog zrakoplova, rakete) brzinama bliskim ili većim od brzine zvuka. Sadržaj 1 Udarni val, ... ... Wikipedia

ZVUČNI BARIJERA, uzrok poteškoća u zrakoplovstvu pri povećanju brzine leta iznad brzine zvuka (NADZVUČNA BRZINA). Približavajući se brzini zvuka, zrakoplov doživljava neočekivano povećanje otpora i gubitak aerodinamičkog uzgona... ... Znanstveni i tehnički enciklopedijski rječnik

zvučni zid- garso barjeras statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. zvučna barijera zvučna barijera vok. Schallbarriere, f; Schallmauer, f rus. zvučni zid, m pranc. barriere sonique, f; frontière sonique, f; mur de son, m … Fizikos terminų žodynas

zvučni zid- 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

Naglo povećanje aerodinamičkog otpora kako se brzina leta zrakoplova približava brzini zvuka (prekoračuje kritičnu vrijednost Machovog broja leta). Objašnjeno valnom krizom, popraćeno povećanjem otpora valova. Svladati 3.…… Veliki enciklopedijski politehnički rječnik

Zvučna barijera- naglo povećanje otpora zraka kretanju zrakoplova na. približavajući se brzinama bliskim brzini zvuka. Prevladavanje 3. b. postalo moguće zahvaljujući poboljšanju aerodinamičkih oblika zrakoplova i korištenju snažnih... ... Rječnik vojnih pojmova

zvučni zid- zvučna barijera oštro povećanje otpora aerodinamičkog zrakoplova pri Machovim brojevima leta M∞, malo većim od kritičnog broja M*. Razlog je što za brojeve M∞ > Enciklopedija "Zrakoplovstvo"

zvučni zid- zvučna barijera oštro povećanje otpora aerodinamičkog zrakoplova pri Machovim brojevima leta M∞, malo većim od kritičnog broja M*. Razlog je što kod brojeva M∞ > M* dolazi do valne krize,... ... Enciklopedija "Zrakoplovstvo"

- (Francuska barijerna predstraža). 1) vrata u tvrđavama. 2) u arenama i cirkusima postoji ograda, balvan, motka preko koje preskače konj. 3) znak koji borci postižu u dvoboju. 4) ograde, rešetke. Rječnik stranih riječi uključen u... ... Rječnik stranih riječi ruskog jezika

BARIJERA, ah, muž. 1. Prepreka (vrsta zida, prečka) postavljena na stazu (prilikom skakanja, trčanja). Uzmi b. (prevladati ga). 2. Ograda, ograda. B. box, balkon. 3. prijenos Zapreka, zapreka za što n. Rijeka prirodna b. za…… Ozhegovov objašnjavajući rječnik

knjige

• Vegas: Istinita priča (DVD), Naderi Amir. Neki "američki san" traže na najčudnijim mjestima... Nekad davno, Eddie Parker i njegova supruga Tracy bili su strastveni kockari, što i ne čudi: žive u Las Vegasu, gdje svi kockaju...

Službeno, američki pilot Chuck Yeager prvi je savladao nadzvučnu brzinu. Rekord je postavljen 14. listopada 1957. godine na Bell X-1, koji je početkom 1946. za tu namjenu posebno dizajnirao Bell Aircraft. Zrakoplov je proizveden po nalogu vojske, ali nije imao nikakve veze s vođenjem neprijateljstava. Automobil je bio doslovno natrpan istraživačkom opremom. Izvana je Bell X-1 podsjećao na modernu krstareću raketu.

Probni pilot Chuck Yeager

Pilot 1923. 13. veljače. Nakon što je završio školu, mladić je odmah ušao u školu letenja, nakon čega se morao boriti u Europi. Na samom početku svoje letačke karijere pilot je uspio oboriti Messerschmitt 109, ali je kasnije i sam poražen na francuskom nebu te je bio prisiljen skočiti s padobranom.

Pilota su pokupili partizani, ali ga je protuobavještajna služba suspendirala iz letenja. Ogorčen, Chuck je osigurao audijenciju kod Eisenhowera, zapovjednika savezničkih snaga. Vjerovao je mladiću i, kako se pokazalo, ne uzalud: hrabri pilot uspio je oboriti još 13 aviona prije kraja rata.

Yeager se vratio kući s izvrsnim službenim dosjeom, karakteristikama, nagradama i s činom kapetana. To je pridonijelo upisu pilota u poseban tim testera, koji su u to vrijeme birani jednako pažljivo kao i astronauti. Chuck je svoj avion nazvao "Captivating Glenys" u čast svoje žene. Zrakoplov je bio opremljen jednim mlaznim motorom, a lansiran je iz bombardera B-52.

Pilot je više puta postavljao brzinske rekorde na krilatom stroju: krajem 1947. prvi je oborio prethodni visinski rekord (21 372 m), a 1953. uspio je ubrzati uređaj na gotovo 2 800 km/h, odnosno 2,5 M. (brzina zvuka se mjeri u “machu”, nazvanom po njemačkom filozofu i inženjeru; 1 M je približno jednak 1200 km/h). Yeager je umirovljen kao brigadni general 1975., nakon što je služio u Vijetnamskom ratu i borio se u Koreji.

SSSR nije mogao ostati po strani od pokušaja probijanja zvučnog zida; Nekoliko dizajnerskih biroa odjednom (Lavočkin, Jakovljev, Mikojan) sudjelovalo je u pripremi zrakoplova koji je trebao letjeti brže od zvuka. Ta je čast pripala zrakoplovu La-176 iz Lavočkinove "tvrtke". Automobil je u potpunosti spreman za letove 1948., u prosincu. A 26., pukovnik Fedorov je prevladao ozloglašenu barijeru, ubrzavajući u zaronu. Kasnije je pilot dobio titulu Heroja Sovjetskog Saveza.

Što zamišljamo kada čujemo izraz "zvučna barijera"? Određena granica može ozbiljno utjecati na sluh i dobrobit. Obično se zvučni zid povezuje s osvajanjem zračnog prostora i

Prevladavanje ove prepreke može izazvati razvoj starih bolesti, bolnih sindroma i alergijskih reakcija. Jesu li te ideje točne ili predstavljaju ustaljene stereotipe? Imaju li činjeničnu osnovu? Što je zvučni zid? Kako i zašto nastaje? Sve to i neke dodatne nijanse, kao i povijesne činjenice vezane uz ovaj koncept, pokušat ćemo saznati u ovom članku.

Ova misteriozna znanost je aerodinamika

U znanosti o aerodinamici, dizajniran da objasni fenomene koji prate kretanje
zrakoplova, postoji koncept "zvučne barijere". To je niz pojava koje se javljaju tijekom kretanja nadzvučnih letjelica ili raketa koje se kreću brzinama bliskim brzini zvuka ili većim.

Što je udarni val?

Dok nadzvučni tok teče oko vozila, u zračnom tunelu se pojavljuje udarni val. Njegovi tragovi mogu biti vidljivi čak i golim okom. Na tlu su izraženi žutom linijom. Izvan stošca udarnog vala, ispred žute linije, ne možete ni čuti avion na zemlji. Pri brzinama većim od zvuka, tijela su podvrgnuta protoku zvuka, koji za sobom povlači udarni val. Može ih biti više od jednog, ovisno o obliku tijela.

Transformacija udarnog vala

Fronta udarnog vala, koja se ponekad naziva i udarni val, ima prilično malu debljinu, što ipak omogućuje praćenje naglih promjena svojstava protoka, smanjenje njegove brzine u odnosu na tijelo i odgovarajuće povećanje tlak i temperatura plina u protoku. U tom se slučaju kinetička energija djelomično pretvara u unutarnju energiju plina. Broj tih promjena izravno ovisi o brzini nadzvučnog strujanja. Kako se udarni val udaljava od aparata, pad tlaka se smanjuje i udarni val se pretvara u zvučni val. Može doći do vanjskog promatrača, koji će čuti karakterističan zvuk nalik eksploziji. Postoji mišljenje da to znači da je uređaj dostigao brzinu zvuka, kada avion iza sebe napusti zvučni zid.

Što se zapravo događa?

Takozvani trenutak probijanja zvučnog zida u praksi predstavlja prolazak udarnog vala uz sve jače brujanje motora zrakoplova. Sada je uređaj ispred popratnog zvuka pa će se nakon njega čuti zujanje motora. Približavanje brzini zvuka postalo je moguće tijekom Drugog svjetskog rata, ali su u isto vrijeme piloti primijetili alarmantne signale u radu zrakoplova.

Nakon završetka rata mnogi konstruktori zrakoplova i piloti nastojali su dosegnuti brzinu zvuka i probiti zvučni zid, no mnogi su od tih pokušaja završili tragično. Pesimistični znanstvenici tvrdili su da se ta granica ne može prijeći. Nikako eksperimentalno, već znanstveno, bilo je moguće objasniti prirodu koncepta "zvučne barijere" i pronaći načine za njeno prevladavanje.

Sigurni letovi transoničkim i nadzvučnim brzinama mogući su izbjegavanjem valne krize čija pojava ovisi o aerodinamičkim parametrima zrakoplova i visini leta. Prijelaze s jedne razine brzine na drugu treba izvesti što je brže moguće pomoću naknadnog izgaranja, što će pomoći u izbjegavanju dugog leta u zoni krize valova. Kriza valova kao pojam proizašla je iz vodnog prometa. Nastao je kada su se brodovi kretali brzinom bliskom brzini valova na površini vode. Ulazak u valnu krizu podrazumijeva poteškoće u povećanju brzine, a ako valnu krizu prebrodite što je moguće jednostavnije, tada možete ući u način ravnanja ili klizanja po vodenoj površini.

Povijest upravljanja zrakoplovom

Prvi koji je postigao nadzvučnu brzinu leta u eksperimentalnom zrakoplovu bio je američki pilot Chuck Yeager. Njegovo postignuće zabilježeno je u povijesti 14. listopada 1947. godine. Na području SSSR-a zvučni zid probili su 26. prosinca 1948. Sokolovski i Fedorov, koji su upravljali iskusnim lovcem.

Među civilima je zvučni zid probio putnički zrakoplov Douglas DC-8, koji je 21. kolovoza 1961. postigao brzinu od 1,012 Macha, odnosno 1262 km/h. Svrha leta bila je prikupljanje podataka za dizajn krila. Među zrakoplovima, svjetski rekord postavila je hipersonična aerobalistička raketa zrak-zemlja, koja je u službi ruske vojske. Na visini od 31,2 kilometra raketa je postigla brzinu od 6389 km/h.

50 godina nakon što je probio zvučni zid u zraku, Englez Andy Green postigao je slično postignuće u automobilu. Amerikanac Joe Kittinger pokušao je oboriti rekord u slobodnom padu dosegnuvši visinu od 31,5 kilometara. Felix Baumgartner je danas, 14. listopada 2012., postavio svjetski rekord, bez pomoći transporta, u slobodnom padu s visine od 39 kilometara, probivši zvučni zid. Njegova brzina dosegla je 1342,8 kilometara na sat.

Najneobičnije probijanje zvučnog zida

Čudno je pomisliti, ali prvi izum na svijetu koji je prešao ovu granicu bio je obični bič, koji su izumili stari Kinezi prije gotovo 7 tisuća godina. Gotovo sve do izuma trenutne fotografije 1927. nitko nije sumnjao da je pucketanje biča minijaturni zvučni prasak. Oštar zamah formira petlju, a brzina se naglo povećava, što potvrđuje klik. Zvučni zid se probija pri brzini od oko 1200 km/h.

Misterij najbučnijeg grada

Nije ni čudo da se stanovnici malih mjesta šokiraju kada prvi put vide glavni grad. Mnoštvo prijevoza, stotine restorana i zabavni centri zbuniti i trgnuti iz vaše uobičajene kolotečine. Početak proljeća u glavnom gradu obično se odnosi na travanj, a ne na buntovni ožujak s mećavom. U travnju je vedro nebo, potoci teku i pupoljci cvjetaju. Ljudi, umorni od duge zime, širom otvaraju prozore prema suncu, a ulične buke prodiru u njihove kuće. Ptice zaglušujuće cvrkuću na ulici, umjetnici pjevaju, veseli studenti recitiraju poeziju, a da ne spominjemo buku u prometnim gužvama i podzemnoj željeznici. Zaposlenici odjela za higijenu napominju da je boravak u bučnom gradu dugo vremena štetan za zdravlje. Zvučnu pozadinu glavnog grada čine promet,
buka zrakoplovstva, industrije i kućanstva. Najštetnija je buka automobila, jer avioni lete prilično visoko, a buka iz poduzeća rastvara se u njihovim zgradama. Konstantna buka automobila na posebno prometnim autocestama dvostruko premašuje sve dopuštene standarde. Kako glavni grad svladava zvučni zid? Moskva je opasna s obiljem zvukova, pa stanovnici glavnog grada postavljaju prozore s dvostrukim staklima kako bi prigušili buku.

Kako se probija zvučni zid?

Sve do 1947. nije bilo stvarnih podataka o dobrobiti osobe u kokpitu aviona koji leti brže od zvuka. Kako se pokazalo, probijanje zvučnog zida zahtijeva određenu snagu i hrabrost. Tijekom leta postaje jasno da nema jamstva za preživljavanje. Čak ni profesionalni pilot ne može sa sigurnošću reći hoće li dizajn zrakoplova izdržati napad vremenskih nepogoda. Za nekoliko minuta avion se jednostavno može raspasti. Što ovo objašnjava? Valja napomenuti da kretanje podzvučnom brzinom stvara akustične valove koji se šire poput krugova od palog kamena. Nadzvučna brzina pobuđuje udarne valove, a osoba koja stoji na tlu čuje zvuk sličan eksploziji. Bez snažnih računala bilo je teško riješiti složene probleme i morali smo se osloniti na modele puhanja u zračnim tunelima. Ponekad, kada je ubrzanje aviona nedovoljno, udarni val dostigne toliku snagu da na kućama iznad kojih avion leti izlete prozori. Neće svatko moći prevladati zvučnu barijeru, jer se u ovom trenutku cijela konstrukcija trese, a nosači uređaja mogu dobiti značajna oštećenja. Zbog toga su dobro zdravlje i emocionalna stabilnost tako važni za pilote. Ako je let miran i zvučni zid je prevladan što je brže moguće, tada ni pilot ni eventualni putnici neće osjetiti nikakve posebno neugodne osjećaje. Istraživački zrakoplov napravljen je posebno za probijanje zvučnog zida u siječnju 1946. Stvaranje stroja pokrenuto je narudžbom Ministarstva obrane, ali umjesto oružja bio je punjen znanstvenom opremom koja je pratila način rada mehanizama i instrumenata. Ovaj avion je bio poput moderne krstareće rakete s ugrađenim raketnim motorom. Avion je probio zvučni zid pri maksimalnoj brzini od 2736 km/h.

Verbalni i materijalni spomenici osvajanja brzine zvuka

Uspjesi u probijanju zvučnog zida i danas su visoko cijenjeni. Dakle, avion u kojem ga je prvi put nadvladao Chuck Yeager sada je izložen u Nacionalnom muzeju zrakoplovstva i svemira koji se nalazi u Washingtonu. Ali tehnički parametri ovog ljudskog izuma malo bi vrijedili bez zasluga samog pilota. Chuck Yeager je prošao školu leta i borio se u Europi, nakon čega se vratio u Englesku. Nepravedno isključenje iz letenja nije slomilo Yeagerov duh, te je postigao prijem kod vrhovnog zapovjednika europskih trupa. U godinama preostalim do kraja rata, Yeager je sudjelovao u 64 borbene misije, tijekom kojih je oborio 13 zrakoplova. Chuck Yeager vratio se u domovinu s činom kapetana. Njegove karakteristike ukazuju na fenomenalnu intuiciju, nevjerojatnu pribranost i izdržljivost u kritičnim situacijama. Yeager je više puta postavljao rekorde u svom zrakoplovu. Njegova daljnja karijera bila je u jedinicama ratnog zrakoplovstva, gdje je obučavao pilote. Posljednji put kada je Chuck Yeager probio zvučni zid bile su 74 godine, što je bilo na pedesetu godišnjicu njegove povijesti leta i 1997. godine.

Složeni zadaci kreatora zrakoplova

Svjetski poznati zrakoplov MiG-15 počeo je nastajati u trenutku kada su programeri shvatili da se nije moguće osloniti samo na probijanje zvučnog zida, već je potrebno rješavati složene probleme. tehnički problemi. Kao rezultat toga, stvoren je stroj toliko uspješan da su njegove izmjene ušle u službu različite zemlje. Nekoliko različitih dizajnerskih biroa ušlo je u svojevrsnu natjecateljsku borbu u kojoj je nagrada bila patent za najuspješniju i najfunkcionalniju letjelicu. Razvijene su letjelice sa zamašenim krilima, što je bila revolucija u njihovom dizajnu. Idealan uređaj morao je biti snažan, brz i nevjerojatno otporan na bilo kakva vanjska oštećenja. Zamahnuta krila aviona postala su element koji im je pomogao da utrostruče brzinu zvuka. Zatim je nastavio rasti, što je objašnjeno povećanjem snage motora, upotrebom inovativnih materijala i optimizacijom aerodinamičkih parametara. Prevladavanje zvučnog zida postalo je moguće i stvarno čak i za neprofesionalca, ali to ga ne čini ništa manje opasnim, stoga bi svaki ljubitelj ekstremnih sportova trebao razumno procijeniti svoje snage prije nego što se odluči na takav eksperiment.

Jeste li čuli glasan zvuk poput eksplozije kada mlazni avion leti iznad vas? Ovaj zvuk se javlja kada avion probije zvučni zid. Što je zvučni zid i zašto avion proizvodi takav zvuk?

Kao što znate, zvuk putuje određenom brzinom. Brzina ovisi o nadmorskoj visini. Na razini mora brzina zvuka je približno 1220 kilometara na sat, a na visini od 11.000 metara - 1060 kilometara na sat. Kad zrakoplov leti brzinom bliskom brzini zvuka, izložen je određenim naprezanjima. Kada leti normalnim (podzvučnim) brzinama, prednji dio aviona gura tlačni val ispred sebe. Ovaj val putuje brzinom zvuka.

Tlačni val je uzrokovan nakupljanjem čestica zraka dok se zrakoplov kreće prema naprijed. Val se kreće brže od aviona kada avion leti podzvučnom brzinom. Kao rezultat toga, ispada da zrak nesmetano prolazi preko površina krila zrakoplova.

Pogledajmo sada avion koji leti brzinom zvuka. Nema vala pritiska ispred ravnine. Ono što se umjesto toga događa je da se val pritiska formira ispred krila (budući da se zrakoplov i val pritiska kreću istom brzinom).

Sada se formira udarni val, koji uzrokuje velika opterećenja u krilu zrakoplova. Izraz "zvučna barijera" potječe iz vremena prije nego što su zrakoplovi mogli letjeti brzinom zvuka - i smatralo se da opisuje stresove koje bi zrakoplov doživio pri tim brzinama. To se smatralo "preprekom".

Ali brzina zvuka nije nikakva prepreka! Inženjeri i dizajneri zrakoplova prevladali su problem novih opterećenja. I sve što nam je ostalo od starih pogleda je da je udar uzrokovan udarnim valom kada avion leti nadzvučnom brzinom.

Izraz "zvučna barijera" pogrešno opisuje uvjete koji se javljaju kada zrakoplov putuje određenom brzinom. Moglo bi se pomisliti da kada avion dostigne brzinu zvuka, pojavi se nešto poput “barijere” - ali ništa od toga se ne događa!

Da biste razumjeli sve ovo, razmislite o avionu koji leti malom, normalnom brzinom. Kako se zrakoplov kreće prema naprijed, ispred zrakoplova se stvara val kompresije. Formira ga letjelica koja se kreće naprijed, koja komprimira čestice zraka.

Ovaj se val kreće ispred zrakoplova brzinom zvuka. I njegova brzina je veća od brzine aviona, koji, kao što smo već rekli, leti malom brzinom. Krećući se ispred aviona, ovaj val tjera zračne struje da teku oko ravnine aviona.

Sada zamislite da avion leti brzinom zvuka. Ispred ravnine se ne stvaraju kompresijski valovi, budući da i ravnina i valovi imaju istu brzinu. Zbog toga se val formira ispred krila.

Kao rezultat toga, pojavljuje se udarni val, koji stvara velika opterećenja na krilima zrakoplova. Prije nego što su zrakoplovi dosegnuli i prešli zvučni zid, vjerovalo se da će takvi udarni valovi i g-sile stvoriti nešto poput barijere za avion - "zvučni zid". Međutim, nije bilo zvučne barijere jer su aeronautički inženjeri za to razvili poseban dizajn letjelice.

Inače, snažan “udarac” koji čujemo kada avion prođe “zvučni zid” je udarni val o kojem smo već govorili - kada su brzina aviona i val kompresije jednake.

Prošao zvučni zid :-)...

Prije nego počnemo govoriti o temi, razjasnimo pitanje točnosti pojmova (što mi se sviđa :-)). Danas su dva pojma u prilično širokoj upotrebi: zvučni zid I nadzvučna barijera. Zvuče slično, ali još uvijek nisu isto. No, nema smisla biti posebno strog: to je u biti jedno te isto. Definiciju zvučnog zida najčešće koriste ljudi upućeniji i bliži zrakoplovstvu. A druga definicija su obično svi ostali.

Mislim da je sa stajališta fizike (i ruskog jezika :-)) ispravnije reći zvučna barijera. Ovdje postoji jednostavna logika. Uostalom, postoji koncept brzine zvuka, ali, strogo govoreći, ne postoji fiksni koncept nadzvučne brzine. Gledajući malo unaprijed, reći ću da kada zrakoplov leti nadzvučnom brzinom, već je prošao ovu barijeru, a kada je prođe (svlada), tada prelazi određenu vrijednost praga brzine jednaku brzini zvuka (a ne nadzvučni).

Nešto kao to:-). Štoviše, prvi koncept se koristi mnogo rjeđe od drugog. To je očito zato što riječ nadzvučno zvuči egzotičnije i privlačnije. A u nadzvučnom letu egzotika je svakako prisutna i, naravno, privlači mnoge. Međutim, nisu svi ljudi koji uživaju u riječima " nadzvučna barijera“Oni zapravo razumiju što je to. U ovo sam se već više puta uvjerio, gledajući forume, čitajući članke, čak i gledajući TV.

Ovo je pitanje zapravo prilično složeno s fizičke točke gledišta. Ali, naravno, nećemo se zamarati složenošću. Pokušat ćemo, kao i obično, razjasniti situaciju koristeći princip "objašnjavanja aerodinamike na prstima" :-).

Dakle, do barijere (zvuka :-))!... Zrakoplov u letu, djelujući na tako elastičan medij kao što je zrak, postaje snažan izvor zvučnih valova. Mislim da svi znaju što su zvučni valovi u zraku :-).

Zvučni valovi (tuning fork).

Ovo je izmjena područja kompresije i razrjeđivanja, koja se šire u različitim smjerovima od izvora zvuka. Nešto poput krugova na vodi, koji su također valovi (samo ne zvučni :-)). Upravo ta područja, djelujući na bubnjić uha, omogućuju nam da čujemo sve zvukove ovoga svijeta, od ljudskog šaputanja do brujanja mlaznih motora.

Primjer zvučnih valova.

Točke širenja zvučnih valova mogu biti različite komponente zrakoplova. Na primjer, motor (njegov zvuk je svima poznat :-)), ili dijelovi tijela (npr. nakloniti se), koji, zbijajući zrak ispred sebe dok se kreću, stvaraju određenu vrstu tlačnog (kompresijskog) vala koji ide naprijed.

Svi ti zvučni valovi šire se u zraku već poznatom brzinom zvuka. Odnosno, ako je avion podzvučan, pa čak i leti malom brzinom, onda se čini da bježe od njega. Kao rezultat toga, kada se takav zrakoplov približi, prvo čujemo njegov zvuk, a zatim on sam proleti.

Ipak ću reći da je to istina ako avion ne leti jako visoko. Uostalom, brzina zvuka nije brzina svjetlosti :-). Njegova veličina nije tako velika i zvučnim valovima treba vremena da dopru do slušatelja. Stoga se redoslijed pojavljivanja zvuka za slušatelja i zrakoplov, ako leti na velikoj visini, može promijeniti.

A budući da zvuk nije tako brz, tada s povećanjem vlastite brzine avion počinje sustizati valove koje emitira. Odnosno, da je nepomičan, valovi bi se od njega odvajali u obliku koncentrične kružnice poput mreškanja na vodi izazvanih bačenim kamenom. A budući da se zrakoplov kreće, u sektoru ovih krugova koji odgovara smjeru leta, granice valova (njihove fronte) počinju se približavati jedna drugoj.

Podzvučno kretanje tijela.

Prema tome, razmak između zrakoplova (njegovog nosa) i prednjeg dijela prvog (glavnog) vala (to jest, ovo je područje gdje dolazi do postupnog, u određenoj mjeri, kočenja besplatni tok prilikom susreta s nosom zrakoplova (krilo, rep) i, kao rezultat, povećanje tlaka i temperature) počinje stezati i to brže što je veća brzina leta.

Dolazi trenutak kada taj jaz praktički nestaje (ili postaje minimalan), pretvarajući se u posebnu vrstu područja tzv udarni val. To se događa kada brzina leta dostigne brzinu zvuka, odnosno kada se avion kreće istom brzinom kao i valovi koje emitira. Machov broj jednak je jedinici (M=1).

Zvučno kretanje tijela (M=1).

Šok šok, vrlo je usko područje medija (oko 10 -4 mm), pri prolasku kroz koje više ne dolazi do postupne, već oštre (skokovite) promjene parametara ovog medija - brzina, pritisak, temperatura, gustoća. U našem slučaju se smanjuje brzina, povećavaju tlak, temperatura i gustoća. Otuda i naziv - udarni val.

Nešto pojednostavljeno, o svemu ovome bih rekao ovo. Nadzvučni tok je nemoguće naglo usporiti, ali to mora učiniti, jer više ne postoji mogućnost postupnog kočenja do brzine toka ispred samog nosa zrakoplova, kao kod umjerenih podzvučnih brzina. Čini se da nailazi na podzvučni dio ispred nosa zrakoplova (ili vrha krila) i kolabira u uzak skok, prenoseći na njega veliku energiju kretanja koju posjeduje.

Usput, možemo reći i obrnuto: avion dio svoje energije predaje stvaranju udarnih valova kako bi usporio nadzvučni tok.

Nadzvučno kretanje tijela.

Postoji još jedno ime za udarni val. Krećući se sa zrakoplovom u prostoru, on u biti predstavlja frontu oštre promjene gore navedenih parametara okoline (odnosno strujanja zraka). I to je bit udarnog vala.

Šok šok i udarni val, općenito, ekvivalentne su definicije, ali u aerodinamici se više koristi prva.

Udarni val (ili udarni val) može biti praktički okomit na smjer leta, u tom slučaju poprimaju približno oblik kruga u prostoru i nazivaju se ravnim linijama. To se obično događa u načinima rada blizu M=1.

Načini kretanja tijela. ! - podzvučni, 2 - M=1, nadzvučni, 4 - udarni val (udarni val).

Kod brojeva M > 1 već se nalaze pod kutom u odnosu na smjer leta. Odnosno, avion već nadmašuje vlastiti zvuk. U tom slučaju nazivaju se kosi i u svemiru poprimaju oblik stošca, koji se, usput, zove Machov stožac, nazvan po znanstveniku koji je proučavao nadzvučna strujanja (spomenuo ga je u jednom od njih).

Machov konus.

Oblik ovog stošca (njegova “vitkost”, da tako kažemo) ovisi upravo o broju M i povezan je s njim relacijom: M = 1/sin α, gdje je α kut između osi stošca i njegove osi. generatrisa. A stožasta ploha dodiruje fronte svih zvučnih valova čiji je izvor bio avion, a koje je “prestigao” dostigavši ​​nadzvučnu brzinu.

osim udarni valovi također može biti pripojen, kada se nalaze uz površinu tijela koje se kreće nadzvučnom brzinom, ili se udaljavaju, ako nisu u kontaktu s tijelom.

Vrste udarnih valova pri nadzvučnom optjecanju tijela različitih oblika.

Udarci obično nastaju ako nadzvučni tok teče oko bilo koje šiljaste površine. Za avion, na primjer, to može biti šiljati nos, visokotlačni usisnik zraka ili oštar rub usisnika zraka. U isto vrijeme kažu da "skok sjedi", na primjer, na nosu.

A odvojeni udar može se dogoditi kada struji oko zaobljenih površina, na primjer, vodeći zaobljeni rub debelog aeroprofila krila.

Različite komponente tijela zrakoplova stvaraju prilično složen sustav udarnih valova u letu. Ipak, najintenzivnija su dva. Jedna je glava na pramcu, a druga je rep na elementima repa. Na određenoj udaljenosti od zrakoplova, međuudarci ili sustižu čelni i stapaju se s njim, ili ih sustiže repni.

Udarni udari na modelu zrakoplova tijekom pročišćavanja u zračnom tunelu (M=2).

Kao rezultat toga, ostaju dva skoka, koje zemaljski promatrač općenito percipira kao jedan zbog male veličine zrakoplova u usporedbi s visinom leta i, shodno tome, kratkog vremenskog razdoblja između njih.

Intenzitet (drugim riječima, energija) udarnog vala (udarni val) ovisi o različitim parametrima (brzini zrakoplova, njegovim konstrukcijskim značajkama, uvjetima okoline itd.) I određen je padom tlaka na njegovoj prednjoj strani.

Udaljavanjem od vrha Machovog stošca, odnosno od letjelice kao izvora smetnje, udarni val slabi, postupno prelazi u obični zvučni val i na kraju potpuno nestaje.

I koji će stupanj intenziteta imati udarni val(ili udarni val) koji će doći do tla ovisi o učinku koji tamo može proizvesti. Nije tajna da je dobro poznati Concorde nadzvučnom brzinom letio samo iznad Atlantika, a vojni nadzvučni zrakoplovi nadzvučno lete na velikim visinama ili u područjima gdje nema naseljenih mjesta (barem bi tako trebali :-) ).

Ta su ograničenja vrlo opravdana. Kod mene, primjerice, sama definicija udarnog vala asocira na eksploziju. A stvari koje dovoljno intenzivan udarni val može učiniti mogu odgovarati tome. Barem staklo s prozora može lako izletjeti. O tome ima dovoljno dokaza (posebno u povijesti sovjetskog zrakoplovstva, kada je ono bilo dosta brojno, a letovi intenzivni). Ali možete učiniti i gore stvari. Samo treba letjeti niže :-)…

Međutim, uglavnom ono što ostane od udarnih valova kada dođu do tla više nije opasno. Samo vanjski promatrač na tlu može čuti zvuk sličan urliku ili eksploziji. Uz tu je činjenicu povezana jedna česta i prilično uporna zabluda.

Ljudi koji nisu previše iskusni u zrakoplovstvu, čuvši takav zvuk, kažu da je avion prevladao zvučni zid (nadzvučna barijera). Zapravo to nije istina. Ova izjava nema nikakve veze sa stvarnošću iz najmanje dva razloga.

Udarni val (udarni val).

Prvo, ako osoba na zemlji čuje glasnu graju visoko na nebu, onda to samo znači (ponavljam :-)) da su mu uši doprle front udarnog vala(ili udarni val) iz aviona koji negdje leti. Ovaj avion već leti nadzvučnom brzinom, a nije tek tako prešao na nju.

A ako bi se ta ista osoba iznenada mogla naći nekoliko kilometara ispred aviona, tada bi opet čula isti zvuk iz istog aviona, jer bi bila izložena istom udarnom valu koji se kreće s avionom.

Kreće se nadzvučnom brzinom i stoga se približava nečujno. I nakon što je imao svoj ne uvijek ugodan učinak na bubnjiće (dobro je, samo na njih :-)) i sigurno prošao dalje, čuje se brujanje motora koji rade.

Približan dijagram leta zrakoplova pri različitim vrijednostima Machovog broja na primjeru lovca Saab 35 "Draken". Jezik je, nažalost, njemački, ali shema je uglavnom jasna.

Štoviše, sam prijelaz na nadzvučni zvuk nije popraćen nikakvim jednokratnim "bumovima", pucima, eksplozijama itd. Na suvremenom nadzvučnom zrakoplovu pilot najčešće doznaje za takav prijelaz samo iz očitanja instrumenata. U ovom slučaju, međutim, događa se određeni proces, ali ako se poštuju određena pravila pilotiranja, njemu je to praktički nevidljivo.

Ali to nije sve :-). Reći ću više. u obliku neke opipljive, teške, teško prohodne prepreke na koju se avion naslanja i koju treba “probušiti” (čuo sam takve prosudbe :-)) ne postoji.

Strogo govoreći, ne postoji nikakva prepreka. Nekada davno, u praskozorje razvoja velikih brzina u zrakoplovstvu, ovaj se koncept formirao više kao psihološko uvjerenje o težini prelaska na nadzvučnu brzinu i letenja njome. Bilo je čak izjava da je to generalno nemoguće, tim više što su preduvjeti za takva uvjerenja i izjave bili vrlo specifični.

Ipak, prvo, prvo...

U aerodinamici postoji još jedan pojam koji prilično točno opisuje proces interakcije sa strujom zraka tijela koje se kreće u toj struji i teži postati nadzvučnom. Ovaj kriza valova. On je taj koji radi neke loše stvari koje se tradicionalno vežu uz taj koncept zvučni zid.

Pa nešto o krizi :-). Svaki zrakoplov sastoji se od dijelova, strujanje zraka oko kojih tijekom leta ne mora biti isto. Uzmimo, na primjer, krilo, odnosno običnu klasiku podzvučni profil.

Iz osnovnih spoznaja o tome kako nastaje lift Dobro nam je poznato da je brzina strujanja u susjednom sloju gornje zakrivljene površine profila različita. Tamo gdje je profil konveksniji, veća je od ukupne brzine protoka, a kada je profil spljošten, smanjuje se.

Kada se krilo kreće u struji brzinama bliskim brzini zvuka, može doći trenutak kada u takvom konveksnom području, na primjer, brzina sloja zraka, koja je već veća od ukupne brzine strujanja, postane zvučni pa čak i nadzvučni.

Lokalni udarni val koji se javlja kod transonika tijekom krize vala.

Dalje duž profila ta se brzina smanjuje iu nekom trenutku ponovno postaje podzvučna. Ali, kao što smo gore rekli, nadzvučni protok ne može brzo usporiti, tako da nastanak udarni val.

Takvi udari pojavljuju se u različitim područjima aerodinamičnih površina, iu početku su prilično slabi, ali njihov broj može biti velik, a s povećanjem ukupne brzine protoka povećavaju se nadzvučne zone, udari "jačaju" i prelaze na stražnji rub profila. Kasnije se isti udarni valovi pojavljuju na donjoj površini profila.

Puno nadzvučno strujanje oko profila krila.

Što sve ovo znači? Evo što. Prvi– ovo je značajno povećanje aerodinamičkog otpora u transoničnom području brzina (oko M=1, više ili manje). Ovaj otpor raste zbog naglog povećanja jedne od njegovih komponenti - valni otpor. Ista stvar koju prije nismo uzeli u obzir kada smo razmatrali letove podzvučnim brzinama.

Za formiranje brojnih udarnih valova (ili udarnih valova) tijekom usporavanja nadzvučnog protoka, kao što sam rekao gore, energija se gubi, a uzima se iz kinetičke energije gibanja zrakoplova. Odnosno, avion jednostavno usporava (i to vrlo primjetno!). To je ono što je valni otpor.

Štoviše, udarni valovi, zbog naglog usporavanja toka u njima, doprinose odvajanju graničnog sloja iza sebe i njegovoj transformaciji iz laminarnog u turbulentni. To dodatno povećava aerodinamički otpor.

Bubrenje profila pri različitim Machovim brojevima.Udarni udari, lokalne nadzvučne zone, turbulentne zone.

Drugi. Zbog pojave lokalnih nadzvučnih zona na profilu krila i njihovog daljnjeg pomicanja prema repnom dijelu profila s povećanjem brzine strujanja, a time i promjene rasporeda tlaka na profilu, točka primjene aerodinamičkih sila (središte pritiska) također se pomiče na stražnji rub. Kao rezultat toga, pojavljuje se trenutak ronjenja u odnosu na središte mase zrakoplova, uzrokujući spuštanje nosa.

Što sve to rezultira... Zbog prilično naglog povećanja aerodinamičkog otpora, zrakoplov zahtijeva primjetan rezerva snage motora prevladati transoničnu zonu i doći do, da tako kažem, pravog nadzvučnog zvuka.

Oštar porast aerodinamičkog otpora kod transonike (valna kriza) zbog povećanja valnog otpora. Sd - koeficijent otpora.

Unaprijediti. Zbog pojave trenutka poniranja nastaju poteškoće u kontroli visine. Osim toga, zbog nereda i neujednačenosti procesa povezanih s pojavom lokalnih nadzvučnih zona s udarnim valovima, kontrola postaje teška. Na primjer, u kotrljanju, zbog različitih procesa na lijevoj i desnoj ravnini.

Štoviše, dolazi do pojave vibracija, često prilično jakih zbog lokalnih turbulencija.

Općenito, kompletan skup užitaka, koji se zove kriza valova. Ali, istina je, svi se oni događaju (imali, konkretni :-)) kada se koriste tipični podzvučni zrakoplovi (s debelim ravnim profilom krila) za postizanje nadzvučnih brzina.

U početku, kada još nije bilo dovoljno znanja, a procesi postizanja nadzvučnosti nisu bili sveobuhvatno proučavani, upravo se taj skup smatrao gotovo kobno nepremostivim i nazivao se zvučni zid(ili nadzvučna barijera, ako želiš:-)).

Bilo je mnogo tragičnih incidenata prilikom pokušaja prevladavanja brzine zvuka na konvencionalnim klipnim letjelicama. Snažne vibracije ponekad su dovele do oštećenja strukture. Avioni nisu imali dovoljno snage za potrebno ubrzanje. U vodoravnom letu to je bilo nemoguće zbog učinka, koji ima istu prirodu kao kriza valova.

Stoga je za ubrzanje korišten zaron. Ali moglo je biti kobno. Trenutak ronjenja koji se pojavio tijekom krize valova učinio je da se ronjenje oduži, a ponekad iz njega nije bilo izlaza. Uostalom, da bi se povratila kontrola i uklonila kriza valova, bilo je potrebno smanjiti brzinu. Ali učiniti to u ronjenju je izuzetno teško (ako ne i nemoguće).

Povlačenje u zaron iz vodoravnog leta smatra se jednim od glavnih razloga katastrofe u SSSR-u 27. svibnja 1943. poznatog eksperimentalnog lovca BI-1 s raketnim motorom na tekuće gorivo. Provedena su ispitivanja maksimalne brzine leta, a prema procjenama konstruktora postignuta je brzina veća od 800 km/h. Nakon čega je došlo do odgode poniranja od koje se zrakoplov nije oporavio.

Eksperimentalni lovac BI-1.

U naše vrijeme kriza valova je već prilično dobro proučen i prevladan zvučni zid(ako je potrebno :-)) nije teško. Na zrakoplovima koji su projektirani za let prilično velikim brzinama, primjenjuju se određena konstrukcijska rješenja i ograničenja kako bi se olakšao njihov let.

Kao što je poznato, kriza valova počinje kod M brojeva blizu jedan. Stoga gotovo svi podzvučni mlazni zrakoplovi (osobito putnički) imaju let ograničenje broja M. Obično je u području od 0,8-0,9M. Pilot je upućen da to prati. Osim toga, kod mnogih zrakoplova, kada se dosegne granična razina, nakon koje se brzina leta mora smanjiti.

Gotovo svi zrakoplovi koji lete brzinama od najmanje 800 km/h i više imaju zamahnuto krilo(barem duž prednjeg ruba :-)). Omogućuje vam odgodu početka ofenzive kriza valova do brzina koje odgovaraju M=0,85-0,95.

Zamahnuto krilo. Osnovno djelovanje.

Razlog za ovaj učinak može se objasniti vrlo jednostavno. Na ravnom krilu protok zraka brzinom V približava se gotovo pod pravim kutom, a pod zametnim kutom (kut zahvata χ) pod određenim kutom klizanja β. Brzina V može se vektorski rastaviti na dva toka: Vτ i Vn.

Protok Vτ ne utječe na raspodjelu tlaka na krilu, ali utječe na protok Vn koji upravo određuje nosivost krila. I očito je manji u veličini ukupnog protoka V. Stoga, na zamašenom krilu, početak krize vala i povećanje valni otpor javlja se znatno kasnije nego na ravnom krilu pri istoj brzini slobodnog toka.

Eksperimentalni lovac E-2A (prethodnik MIG-21). Tipično strelovito krilo.

Jedna od modifikacija zaokretnog krila bilo je krilo s superkritični profil(spomenuo ga). Također omogućuje pomicanje početka krize valova na veće brzine, a osim toga, omogućuje povećanje učinkovitosti, što je važno za putničke zrakoplove.

SuperJet 100. Zakretno krilo s superkritičnim profilom.

Ako je avion namijenjen za prolaz zvučni zid(prolazak i kriza valova također :-)) i nadzvučni let, obično se uvijek razlikuje u određenim značajkama dizajna. Konkretno, obično ima tanak profil krila i perje s oštrim rubovima(uključujući oblik dijamanta ili trokuta) i određeni oblik krila u tlocrtu (na primjer, trokutast ili trapezoidan s preljevom itd.).

Nadzvučni MIG-21. Sljedbenik E-2A. Tipično delta krilo.

MIG-25. Primjer tipičnog zrakoplova dizajniranog za nadzvučni let. Tanki profili krila i repa, oštri rubovi. Trapezoidno krilo. profil

Prenošenje poslovice zvučni zid, odnosno takve letjelice prelaze na nadzvučnu brzinu pri naknadni rad motora zbog povećanja aerodinamičkog otpora, te, naravno, kako bi brzo prošao kroz zonu kriza valova. A sam trenutak tog prijelaza najčešće nikako ne osjeti (ponavljam :-)) ni pilot (može samo doživjeti smanjenje razine zvučnog tlaka u kokpitu), ni vanjski promatrač, ako , naravno, mogao je to promatrati :-).

No, ovdje je vrijedno spomenuti još jednu zabludu vezanu uz vanjske promatrače. Zasigurno su mnogi vidjeli ovakve fotografije, ispod kojih piše da je to trenutak kada avion prevladava zvučni zid, da tako kažem, vizualno.

Prandtl-Gloertov učinak. Ne uključuje probijanje zvučnog zida.

Prvo, već znamo da ne postoji zvučna barijera kao takva, a sam prijelaz na nadzvučni nije popraćen ničim izvanrednim (uključujući prasak ili eksploziju).

Drugo. Ono što smo vidjeli na fotografiji je tzv Prandtl-Gloertov učinak. O njemu sam već pisao. To ni na koji način nije izravno povezano s prijelazom na nadzvučni. Samo što pri velikim brzinama (podzvučnim, usput :-)) avion, pomičući određenu masu zraka ispred sebe, stvara određenu količinu zraka iza sebe područje razrjeđivanja. Odmah nakon leta ovo se područje počinje puniti zrakom iz obližnjeg prirodnog prostora. povećanje volumena i nagli pad temperature.

Ako vlažnost zraka dovoljna i temperatura padne ispod točke rosišta okolnog zraka kondenzacija vlage od vodene pare u obliku magle, koju vidimo. Čim se uvjeti vrate na izvorne razine, ova magla odmah nestaje. Cijeli ovaj proces je dosta kratkotrajan.

Ovaj proces pri velikim transoničkim brzinama može biti olakšan lokalnim udarni valovi Ja ponekad pomažem da se oblikuje nešto poput blagog stošca oko ravnine.

Velike brzine pogoduju ovoj pojavi, međutim, ako je vlažnost zraka dovoljna, može se (i događa se) dogoditi i pri prilično niskim brzinama. Na primjer, iznad površine rezervoara. Većina, usput, prekrasne fotografije ove prirode napravljene su na nosaču zrakoplova, odnosno u prilično vlažnom zraku.

Ovako to funkcionira. Snimak je, naravno, cool, spektakl je spektakularan :-), ali to uopće nije ono što se najčešće naziva. nema nikakve veze s tim (i nadzvučna barijera Isti:-)). I to je dobro, mislim, inače promatrači koji snimaju ovakvu fotografiju i video možda ne bi bili sretni. Udarni val, znaš li:-)…

U zaključku, postoji jedan video (već sam ga prije koristio), čiji autori pokazuju učinak udarnog vala iz zrakoplova koji leti na maloj visini nadzvučnom brzinom. Ima tu, naravno, pretjerivanja :-), ali opći princip Razumljivo. I opet impresivno :-)…

To je sve za danas. Hvala što ste pročitali članak do kraja :-). Do sljedećeg puta...

Fotografije se mogu kliknuti.