تأثير كسر حاجز الصوت. ماذا يحدث عندما تخترق الطائرة حاجز الصوت؟ طائرات الركاب الأسرع من الصوت الروسية

حقوق الطبع والنشر التوضيحية SPL

غالبًا ما يُزعم أن الصور الفوتوغرافية المذهلة للطائرات المقاتلة في مخروط كثيف من بخار الماء تمثل اختراق الطائرة لحاجز الصوت. ولكن هذا خطأ. يتحدث الكاتب عن السبب الحقيقي لهذه الظاهرة.

لقد تم التقاط هذه الظاهرة المذهلة مرارًا وتكرارًا من قبل المصورين ومصوري الفيديو. طائرة عسكرية تحلق فوق الأرض بسرعة عالية تصل إلى مئات الكيلومترات في الساعة.

مع تسارع المقاتل، يبدأ مخروط كثيف من التكثيف بالتشكل حوله؛ ويبدو أن الطائرة داخل سحابة مدمجة.

غالبًا ما تدعي التسميات التوضيحية الخيالية الموجودة أسفل هذه الصور أن هذا دليل مرئي على حدوث دوي صوتي عندما تصل الطائرة إلى سرعة تفوق سرعة الصوت.

في الواقع، هذا ليس صحيحا. نحن نلاحظ ما يسمى بتأثير براندتل جلاورت، وهي ظاهرة فيزيائية تحدث عندما تقترب الطائرة من سرعة الصوت. ولا علاقة له بكسر حاجز الصوت.

• مقالات أخرى على موقع بي بي سي فيوتشر باللغة الروسية

ومع تطور تصنيع الطائرات، أصبحت الأشكال الديناميكية الهوائية أكثر انسيابية، وسرعة الطائراتنمت بشكل مطرد - بدأت الطائرات في القيام بأشياء بالهواء المحيط بها لم تكن أسلافها الأبطأ والأضخم قادرة على القيام بها.

غامض موجات الصدمةوالتي تتشكل حول الطائرات التي تحلق على ارتفاع منخفض عندما تقترب من سرعة الصوت ثم تكسر حاجز الصوت، تشير إلى أن الهواء يتصرف بطريقة غريبة للغاية عند مثل هذه السرعات.

إذن ما هي سحب التكثيف الغامضة هذه؟

حقوق الطبع والنشر التوضيحيةجيتيتعليق على الصورة يكون تأثير Prandtl-Gloert أكثر وضوحًا عند الطيران في جو دافئ ورطب.

وفقًا لرود إيروين، رئيس مجموعة الديناميكا الهوائية في الجمعية الملكية للطيران، فإن الظروف التي يحدث فيها مخروط من البخار تسبق مباشرة اختراق الطائرة لحاجز الصوت. ومع ذلك، عادة ما يتم تصوير هذه الظاهرة بسرعات طفيفة سرعة أقلصوت.

تكون طبقات الهواء السطحية أكثر كثافة من الغلاف الجوي على الارتفاعات العالية. عند الطيران على ارتفاعات منخفضة، يحدث زيادة في الاحتكاك والسحب.

وبالمناسبة، يُمنع على الطيارين اختراق حاجز الصوت فوق الأرض. يوضح إيروين: "يمكنك الطيران فوق المحيط، ولكن ليس فوق سطح صلب"، "بالمناسبة، كان هذا الظرف يمثل مشكلة بالنسبة لطائرة الركاب كونكورد الأسرع من الصوت - فقد تم فرض الحظر بعد دخولها حيز التنفيذ. سُمح للطاقم بتطوير سرعة تفوق سرعة الصوت فقط على سطح الماء".

علاوة على ذلك، من الصعب للغاية تسجيل طفرة صوتية بصريًا عندما تصل الطائرة إلى سرعة تفوق سرعة الصوت. ولا يمكن رؤيته بالعين المجردة، إلا بمساعدة معدات خاصة.

لتصوير النماذج التي يتم نفخها بسرعات تفوق سرعة الصوت في أنفاق الرياح، تُستخدم عادةً مرايا خاصة لاكتشاف الاختلاف في انعكاس الضوء الناتج عن تكوين موجة الصدمة.

حقوق الطبع والنشر التوضيحيةجيتيتعليق على الصورة عندما يتغير ضغط الهواء، تنخفض درجة حرارة الهواء وتتحول الرطوبة الموجودة فيه إلى تكاثف

تُستخدم الصور التي تم الحصول عليها بطريقة شليرين (أو طريقة توبلر) لتصور موجات الصدمة (أو كما يطلق عليها أيضًا موجات الصدمة) التي تتكون حول النموذج.

أثناء النفخ، لا يتم إنشاء مخاريط التكثيف حول النماذج، حيث أن الهواء المستخدم في أنفاق الرياح يتم تجفيفه مسبقًا.

ترتبط مخاريط بخار الماء بموجات الصدمة (التي يوجد منها عدة) والتي تتشكل حول الطائرة أثناء اكتسابها السرعة.

عندما تقترب سرعة الطائرة من سرعة الصوت (حوالي 1234 كم/ساعة عند مستوى سطح البحر)، يحدث اختلاف في الضغط المحلي ودرجة الحرارة في الهواء المتدفق حولها.

ونتيجة لذلك، يفقد الهواء قدرته على الاحتفاظ بالرطوبة، فيتشكل التكثيف على شكل مخروطي، مثل على هذا الفيديو.

يقول إيروين: "ينتج مخروط البخار المرئي عن موجة صادمة، مما يخلق اختلافًا في الضغط ودرجة الحرارة في الهواء المحيط بالطائرة".

العديد من أفضل الصور الفوتوغرافية لهذه الظاهرة التقطتها طائرات تابعة للبحرية الأمريكية - وهذا ليس مفاجئا، نظرا لأن الهواء الدافئ الرطب بالقرب من سطح البحر يميل إلى جعل تأثير براندتل-جلاورت أكثر وضوحا.

غالبًا ما يتم تنفيذ مثل هذه الأعمال المثيرة بواسطة القاذفات المقاتلة من طراز F / A-18 Hornet - وهذا هو النوع الرئيسي من الطائرات الأمريكية القائمة على حاملات الطائرات. الطيران البحري.

حقوق الطبع والنشر التوضيحية SPLتعليق على الصورة من الصعب اكتشاف الصدمة التي تحدث عندما تصل الطائرة إلى سرعة تفوق سرعة الصوت بالعين المجردة.

يتم استخدام نفس المركبات القتالية من قبل أعضاء فريق الاستعراضات الجوية التابع للبحرية الأمريكية Blue Angels، الذين يقومون بمهارة بمناورات تتشكل فيها سحابة مكثفة حول الطائرة.

ونظرًا للطبيعة المذهلة لهذه الظاهرة، غالبًا ما يتم استخدامها لترويج الطيران البحري. يقوم الطيارون بالمناورة عمدا فوق البحر، حيث تكون ظروف حدوث تأثير Prandtl-Gloert هي الأمثل، ويوجد مصورون بحريون محترفون في الخدمة في مكان قريب - بعد كل شيء، من المستحيل التقاط صورة واضحة لطائرة نفاثة تحلق على ارتفاع سرعة 960 كم/ساعة بهاتف ذكي عادي.

تبدو سحب التكثيف أكثر إثارة للإعجاب في ما يسمى بوضع الطيران عبر سرعة الصوت، عندما يتدفق الهواء جزئيًا حول الطائرة بسرعات تفوق سرعة الصوت، وجزئيًا بسرعات دون سرعة الصوت.

يقول إيروين: "لا تطير الطائرة بالضرورة بسرعة تفوق سرعة الصوت، لكن الهواء يتدفق فوق السطح العلوي للجناح بسرعة أعلى من السطح السفلي، مما يؤدي إلى موجة صدمية محلية".

ووفقا له، فإن حدوث تأثير براندتل-جلاورت أمر مؤكد الظروف المناخية(أي الهواء الدافئ والرطب)، الذي تواجهه المقاتلات الموجودة على حاملات الطائرات أكثر من الطائرات الأخرى.

كل ما عليك فعله هو طلب معروف مصور محترفو - فويلا! - تم التقاط طائرتك وهي محاطة بسحابة مذهلة من بخار الماء، والتي يعتبرها الكثير منا خطأً علامة على الوصول إلى سرعة تفوق سرعة الصوت.

• يمكنك قراءتها على الموقع

ماذا نتخيل عندما نسمع عبارة "حاجز الصوت"؟ يمكن أن يؤثر حد معين بشكل خطير على السمع والرفاهية. عادةً ما يرتبط حاجز الصوت بغزو المجال الجوي و

التغلب على هذه العقبة يمكن أن يؤدي إلى تطور الأمراض القديمة ومتلازمات الألم وردود الفعل التحسسية. هل هذه الأفكار صحيحة أم أنها تمثل قوالب نمطية راسخة؟ هل لديهم أساس واقعي؟ ما هو حاجز الصوت؟ كيف ولماذا يحدث؟ سنحاول معرفة كل هذا وبعض الفروق الدقيقة الإضافية، وكذلك الحقائق التاريخية المتعلقة بهذا المفهوم، في هذا المقال.

هذا العلم الغامض هو الديناميكا الهوائية

في علم الديناميكا الهوائية، يهدف إلى تفسير الظواهر المصاحبة للحركة
الطائرات، هناك مفهوم "حاجز الصوت". هذه سلسلة من الظواهر التي تحدث أثناء حركة الطائرات أو الصواريخ الأسرع من الصوت والتي تتحرك بسرعات قريبة من سرعة الصوت أو أكبر.

ما هي موجة الصدمة؟

عندما يتدفق تدفق أسرع من الصوت حول السيارة، تظهر موجة صدمية في نفق الرياح. وآثاره يمكن رؤيتها حتى بالعين المجردة. على الأرض يتم التعبير عنها بخط أصفر. خارج مخروط موجة الصدمة، أمام الخط الأصفر، لا يمكنك حتى سماع الطائرة على الأرض. عند السرعات التي تتجاوز الصوت، تتعرض الأجسام لتدفق من تدفق الصوت، والذي يستلزم موجة صدمية. وقد يكون هناك أكثر من واحد، حسب شكل الجسم.

تحول موجة الصدمة

تتميز واجهة موجة الصدمة، والتي تسمى أحيانًا بموجة الصدمة، بسمك صغير إلى حد ما، مما يجعل من الممكن مع ذلك تتبع التغيرات المفاجئة في خصائص التدفق، وانخفاض سرعتها بالنسبة للجسم والزيادة المقابلة في ضغط ودرجة حرارة الغاز في التدفق. وفي هذه الحالة، يتم تحويل الطاقة الحركية جزئيًا إلى طاقة داخلية للغاز. يعتمد عدد هذه التغييرات بشكل مباشر على سرعة التدفق الأسرع من الصوت. ومع تحرك موجة الصدمة بعيدًا عن الجهاز، ينخفض ​​الضغط وتتحول موجة الصدمة إلى موجة صوتية. ويمكن أن يصل إلى مراقب خارجي يسمع صوتًا مميزًا يشبه الانفجار. وهناك رأي مفاده أن هذا يدل على أن الجهاز قد وصل إلى سرعة الصوت عندما تغادر الطائرة حاجز الصوت خلفها.

ما الذي يحدث حقا؟

إن ما يسمى بلحظة كسر حاجز الصوت عمليًا يمثل مرور موجة الصدمة مع تزايد هدير محركات الطائرات. الآن الجهاز متقدم على الصوت المصاحب، فيسمع بعده طنين المحرك. أصبح الاقتراب من سرعة الصوت ممكنا خلال الحرب العالمية الثانية، ولكن في الوقت نفسه لاحظ الطيارون إشارات تنذر بالخطر في تشغيل الطائرات.

بعد انتهاء الحرب، سعى العديد من مصممي الطائرات والطيارين للوصول إلى سرعة الصوت وكسر حاجز الصوت، لكن العديد من هذه المحاولات انتهت بشكل مأساوي. وجادل العلماء المتشائمون بأنه لا يمكن تجاوز هذا الحد. ليس تجريبيا بأي حال من الأحوال، ولكن علمي، كان من الممكن شرح طبيعة مفهوم "حاجز الصوت" وإيجاد طرق للتغلب عليه.

من الممكن القيام برحلات جوية آمنة بسرعات تفوق سرعة الصوت وأسرع من الصوت من خلال تجنب أزمة الأمواج، التي يعتمد حدوثها على المعلمات الديناميكية الهوائية للطائرة وارتفاع الرحلة. يجب إجراء التحولات من مستوى سرعة إلى آخر في أسرع وقت ممكن باستخدام احتراق، مما سيساعد على تجنب رحلة طويلة في منطقة أزمة الأمواج. أزمة الأمواج كمفهوم جاءت من النقل المائي. نشأت عندما تحركت السفن بسرعة قريبة من سرعة الأمواج على سطح الماء. يستلزم الدخول في أزمة الأمواج صعوبة في زيادة السرعة، وإذا تغلبت على أزمة الموجة ببساطة قدر الإمكان، فيمكنك الدخول في وضع التخطيط أو الانزلاق على طول سطح الماء.

التاريخ في السيطرة على الطائرات

أول شخص وصل إلى سرعة الطيران الأسرع من الصوت في طائرة تجريبية كان الطيار الأمريكي تشاك ييغر. تم تسجيل إنجازه في التاريخ في 14 أكتوبر 1947. على أراضي الاتحاد السوفياتي، تم كسر حاجز الصوت في 26 ديسمبر 1948 من قبل سوكولوفسكي وفيدوروف، الذين كانوا يطيرون بمقاتلة من ذوي الخبرة.

بين المدنيين، اخترقت طائرة الركاب دوغلاس دي سي-8 حاجز الصوت، الذي وصلت سرعته في 21 أغسطس 1961 إلى 1.012 ماخ، أو 1262 كم/ساعة. كان الغرض من الرحلة هو جمع البيانات لتصميم الجناح. من بين الطائرات، تم تسجيل الرقم القياسي العالمي بواسطة صاروخ باليستي جو-أرض تفوق سرعته سرعة الصوت، وهو في الخدمة مع الجيش الروسي. وعلى ارتفاع 31.2 كيلومترا، وصل الصاروخ إلى سرعة 6389 كيلومترا في الساعة.

بعد 50 عاماً على كسر حاجز الصوت في الهواء، حقق الإنجليزي آندي غرين إنجازاً مماثلاً في السيارة. حاول الأمريكي جو كيتنجر تحطيم الرقم القياسي في السقوط الحر، حيث وصل إلى ارتفاع 31.5 كيلومتر. اليوم، في 14 أكتوبر 2012، سجل فيليكس بومغارتنر رقماً قياسياً عالمياً، دون مساعدة وسائل النقل، في السقوط الحر من ارتفاع 39 كيلومتراً، مخترقاً حاجز الصوت. وبلغت سرعتها 1342.8 كيلومترا في الساعة.

الكسر الأكثر غرابة لحاجز الصوت

من الغريب أن نفكر، لكن أول اختراع في العالم تجاوز هذا الحد هو السوط العادي، الذي اخترعه الصينيون القدماء منذ ما يقرب من 7 آلاف عام. حتى اختراع التصوير الفوتوغرافي الفوري في عام 1927 تقريبًا، لم يكن أحد يشك في أن فرقعة السوط كانت عبارة عن دوي صوتي مصغر. يشكل التأرجح الحاد حلقة، وتزداد السرعة بشكل حاد، وهو ما تؤكده النقرة. يتم كسر حاجز الصوت بسرعة حوالي 1200 كم/ساعة.

سر المدينة الأكثر ضجيجا

فلا عجب أن يصاب سكان البلدات الصغيرة بالصدمة عندما يرون العاصمة لأول مرة. الكثير من وسائل النقل ومئات المطاعم و مراكز الترفيهيربكك ويزعجك من روتينك المعتاد. عادة ما يتم تأريخ بداية الربيع في العاصمة بشهر أبريل، وليس بشهر مارس المتمرد والعاصف الثلجي. في شهر أبريل، تكون السماء صافية، وتتدفق الأنهار، وتتفتح البراعم. الناس، الذين تعبوا من الشتاء الطويل، يفتحون نوافذهم على مصراعيها نحو الشمس، فتقتحم منازلهم ضجيج الشوارع. تغرد الطيور بصوت يصم الآذان في الشارع، ويغني الفنانون، ويقرأ الطلاب المبتهجون الشعر، ناهيك عن الضوضاء في الاختناقات المرورية ومترو الأنفاق. ويشير موظفو قسم النظافة إلى أن البقاء في مدينة صاخبة لفترة طويلة يضر بالصحة. الخلفية الصوتية للعاصمة تتكون من النقل،
الطيران والضوضاء الصناعية والمنزلية. الأكثر ضررا هو ضجيج السيارات، لأن الطائرات تطير عاليا جدا، والضوضاء الصادرة عن الشركات تذوب في مبانيها. إن الزئير المستمر للسيارات على الطرق السريعة المزدحمة بشكل خاص يتجاوز جميع المعايير المسموح بها بمقدار الضعف. كيف تتغلب العاصمة على حاجز الصوت؟ موسكو خطيرة بسبب وفرة الأصوات، لذلك يقوم سكان العاصمة بتثبيت نوافذ زجاجية مزدوجة لإخماد الضوضاء.

كيف يتم اقتحام حاجز الصوت؟

حتى عام 1947، لم تكن هناك بيانات فعلية عن صحة الشخص في قمرة القيادة لطائرة تطير بسرعة تفوق سرعة الصوت. وكما تبين، فإن كسر حاجز الصوت يتطلب قدرًا معينًا من القوة والشجاعة. أثناء الرحلة يصبح من الواضح أنه لا يوجد ضمان للبقاء على قيد الحياة. حتى الطيار المحترف لا يستطيع أن يقول على وجه اليقين ما إذا كان تصميم الطائرة سيصمد أمام أي هجوم من العناصر. وفي غضون دقائق، يمكن للطائرة أن تنهار ببساطة. ما الذي يفسر هذا؟ تجدر الإشارة إلى أن الحركة بسرعة دون سرعة الصوت تخلق موجات صوتية تنتشر مثل الدوائر من الحجر المتساقط. تثير السرعة الأسرع من الصوت موجات صادمة، ويسمع الشخص الذي يقف على الأرض صوتًا مشابهًا للانفجار. وبدون أجهزة كمبيوتر قوية، كان من الصعب حل المشكلات المعقدة وكان على المرء الاعتماد على نماذج النفخ في أنفاق الرياح. في بعض الأحيان، عندما يكون تسارع الطائرة غير كاف، تصل موجة الصدمة إلى هذه القوة التي تتطاير النوافذ من المنازل التي تحلق فوقها الطائرة. لن يتمكن الجميع من التغلب على حاجز الصوت، لأنه في هذه اللحظة يهتز الهيكل بأكمله، ويمكن أن تتعرض حوامل الجهاز لأضرار كبيرة. ولهذا السبب تعتبر الصحة الجيدة والاستقرار العاطفي أمرًا في غاية الأهمية للطيارين. إذا كانت الرحلة سلسة وتم التغلب على حاجز الصوت في أسرع وقت ممكن، فلن يشعر الطيار ولا أي ركاب محتملين بأي أحاسيس غير سارة بشكل خاص. تم بناء طائرة بحثية خصيصًا لكسر حاجز الصوت في يناير 1946. بدأ إنشاء الآلة بأمر من وزارة الدفاع، ولكن بدلاً من الأسلحة تم تزويدها بمعدات علمية تراقب طريقة عمل الآليات والأدوات. وكانت هذه الطائرة بمثابة صاروخ كروز حديث مزود بمحرك صاروخي مدمج. اخترقت الطائرة حاجز الصوت عندما السرعة القصوى 2736 كم/ساعة.

الآثار اللفظية والمادية للتغلب على سرعة الصوت

لا تزال الإنجازات في كسر حاجز الصوت تحظى بتقدير كبير اليوم. لذلك، فإن الطائرة التي تغلب عليها تشاك ييغر لأول مرة، معروضة الآن في المتحف الوطني للطيران والفضاء، الذي يقع في واشنطن. لكن المواصفات الفنيةلن يكون لهذا الاختراع البشري قيمة تذكر لولا مزايا الطيار نفسه. ذهب تشاك ييغر إلى مدرسة الطيران وقاتل في أوروبا، وبعد ذلك عاد إلى إنجلترا. الاستبعاد غير العادل من الطيران لم يكسر معنويات ييغر، وحظي باستقبال لدى القائد الأعلى للقوات الأوروبية. وفي السنوات المتبقية حتى نهاية الحرب، شارك ييغر في 64 مهمة قتالية، أسقط خلالها 13 طائرة. عاد تشاك ييغر إلى وطنه برتبة نقيب. تشير خصائصه إلى حدس هائل ورباطة جأش لا تصدق وتحمل في المواقف الحرجة. أكثر من مرة سجل ييغر الأرقام القياسية على طائرته. وكانت مسيرته المهنية الإضافية في وحدات القوات الجوية، حيث قام بتدريب الطيارين. آخر مرة اخترق فيها تشاك ييغر حاجز الصوت كان عمره 74 عامًا، وكان ذلك في الذكرى الخمسين لتاريخ رحلته وذلك في عام 1997.

المهام المعقدة لمبدعي الطائرات

بدأ إنشاء طائرة MiG-15 ذات الشهرة العالمية في الوقت الذي أدرك فيه المطورون أنه من المستحيل الاعتماد فقط على كسر حاجز الصوت، ولكن كان لا بد من حل هذه المشاكل التقنية المعقدة. ونتيجة لذلك، تم إنشاء الجهاز بنجاح كبير لدرجة أن تعديلاته دخلت الخدمة دول مختلفة. اختلافات عديدة مكاتب التصميمانضم إلى نوع من مسابقةوالتي كانت جائزتها براءة اختراع لأكثر الطائرات نجاحًا وعمليًا. تم تطوير الطائرات ذات الأجنحة المائلة، مما أحدث ثورة في تصميمها. يجب أن يكون الجهاز المثالي قويًا وسريعًا ومقاومًا بشكل لا يصدق لأي ضرر خارجي. أصبحت أجنحة الطائرات المجنحة عنصرًا ساعدها على مضاعفة سرعة الصوت ثلاث مرات. ثم استمرت في الزيادة، وهو ما تم تفسيره من خلال زيادة قوة المحرك، واستخدام المواد المبتكرة وتحسين المعلمات الديناميكية الهوائية. أصبح التغلب على حاجز الصوت ممكنًا وحقيقيًا حتى بالنسبة لغير المحترفين، لكن هذا لا يجعله أقل خطورة، لذلك يجب على أي متحمس للرياضة المتطرفة تقييم نقاط قوته بشكل معقول قبل اتخاذ قرار بشأن مثل هذه التجربة.

في بعض الأحيان، عندما تحلق طائرة نفاثة في السماء، يمكنك سماع دوي عالٍ يبدو وكأنه انفجار. هذا "الانفجار" هو نتيجة اختراق الطائرة لحاجز الصوت.

ما هو حاجز الصوت ولماذا نسمع صوت انفجار؟ و من هو أول من كسر حاجز الصوت ؟ سننظر في هذه الأسئلة أدناه.

ما هو حاجز الصوت وكيف يتكون؟

حاجز الصوت الديناميكي الهوائي عبارة عن سلسلة من الظواهر التي تصاحب حركة أي طائرة (طائرة، صاروخ، إلخ) سرعتها تساوي أو تتجاوز سرعة الصوت. وبعبارة أخرى، فإن "حاجز الصوت" الديناميكي الهوائي هو قفزة حادة في مقاومة الهواء تحدث عندما تصل الطائرة إلى سرعة الصوت.

تنتقل الموجات الصوتية عبر الفضاء بسرعة معينة تختلف باختلاف الارتفاع ودرجة الحرارة والضغط. على سبيل المثال، عند مستوى سطح البحر تبلغ سرعة الصوت حوالي 1220 كم/ساعة، وعلى ارتفاع 15 ألف متر – حتى 1000 كم/ساعة، إلخ. عندما تقترب سرعة الطائرة من سرعة الصوت، يتم تطبيق أحمال معينة عليها. عند السرعات العادية (دون سرعة الصوت)، فإن مقدمة الطائرة "تدفع" أمامها موجة من الهواء المضغوط، تتوافق سرعتها مع سرعة الصوت. سرعة الموجة أكبر من السرعة العادية للطائرة. ونتيجة لذلك، يتدفق الهواء بحرية حول كامل سطح الطائرة.

ولكن، إذا كانت سرعة الطائرة تتوافق مع سرعة الصوت، فإن موجة الضغط لا تتشكل عند الأنف، ولكن أمام الجناح. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل موجة الصدمة، مما يزيد من الحمل على الأجنحة.

ولكي تتمكن الطائرة من التغلب على حاجز الصوت، بالإضافة إلى سرعة معينة، يجب أن يكون لها تصميم خاص. ولهذا السبب قام مصممو الطائرات بتطوير واستخدام شكل خاص للجناح الديناميكي الهوائي وحيل أخرى في بناء الطائرات. في لحظة كسر حاجز الصوت، يشعر طيار الطائرة الأسرع من الصوت الحديثة بالاهتزازات و"القفزات" و"الصدمات الديناميكية الهوائية"، والتي نعتبرها على الأرض بمثابة فرقعة أو انفجار.

من هو أول من كسر حاجز الصوت؟

سؤال "رواد" حاجز الصوت هو نفس سؤال رواد الفضاء الأوائل. للسؤال " من هو أول من كسر حاجز الصوت الأسرع من الصوت؟ ؟ يمكنك إعطاء إجابات مختلفة. هذا هو أول شخص يكسر حاجز الصوت، وأول امرأة، والغريب أول جهاز..

أول شخص اخترق حاجز الصوت كان طيار الاختبار تشارلز إدوارد ييغر (تشاك ييغر). في 14 أكتوبر 1947، دخلت طائرته التجريبية Bell X-1، المجهزة بمحرك صاروخي، في غوص ضحل من ارتفاع 21379 مترًا فوق فيكتورفيل (كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية)، ووصلت إلى سرعة الصوت. وكانت سرعة الطائرة في تلك اللحظة 1207 كم/ساعة.

طوال حياته المهنية، قدم الطيار العسكري مساهمة كبيرة في تطوير ليس فقط الأمريكي الطيران العسكريولكن أيضًا رواد الفضاء. أنهى تشارلز إلوود ييغر مسيرته المهنية كجنرال في القوات الجوية الأمريكية، بعد أن زار أجزاء كثيرة من العالم. أصبحت تجربة الطيار العسكري مفيدة حتى في هوليوود عند القيام بحركات جوية مذهلة في الفيلم الروائي "الطيار".

يتم سرد قصة تشاك ييغر حول كسر حاجز الصوت في فيلم "The Right Guys" الذي فاز بأربع جوائز أوسكار عام 1984.

"الفاتحون" الآخرون لحاجز الصوت

بالإضافة إلى تشارلز ييغر، الذي كسر أول حاجز الصوت، كان هناك أصحاب أرقام قياسية أخرى.

1. أول طيار اختبار سوفيتي - سوكولوفسكي (26 ديسمبر 1948).
2. المرأة الأولى هي الأمريكية جاكلين كوكران (18 مايو 1953). أثناء التحليق فوق قاعدة إدواردز الجوية (كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية)، اخترقت طائرتها من طراز F-86 حاجز الصوت بسرعة 1223 كم/ساعة.
3. أول طائرة مدنية كانت طائرة الركاب الأمريكية دوغلاس دي سي-8 (21 أغسطس 1961). وكانت رحلتها، التي تمت على ارتفاع حوالي 12.5 ألف متر، تجريبية وتم تنظيمها بهدف جمع البيانات اللازمة للتصميم المستقبلي للحواف الأمامية للأجنحة.
4. أول سيارة تخترق حاجز الصوت - Thrust SSC (15 أكتوبر 1997).
5. أول شخص كسر حاجز الصوت في السقوط الحر كان الأمريكي جو كيتنجر (1960)، الذي قفز بالمظلة من ارتفاع 31.5 كم. ومع ذلك، بعد ذلك، بعد التحليق فوق مدينة روزويل الأمريكية (نيو مكسيكو، الولايات المتحدة الأمريكية) في 14 أكتوبر 2012، سجل النمساوي فيليكس بومغارتنر رقماً قياسياً عالمياً بترك منطاد بمظلة على ارتفاع 39 كم. وبلغت سرعتها حوالي 1342.8 كم/ساعة، واستغرق هبوطها على الأرض، والذي كان أغلبه في حالة سقوط حر، 10 دقائق فقط.
6. الرقم القياسي العالمي لكسر حاجز الصوت بواسطة طائرة يعود إلى الصاروخ الباليستي جو-أرض الذي تفوق سرعته سرعة الصوت X-15 (1967)، وهو الآن في الخدمة مع الجيش الروسي. وكانت سرعة الصاروخ على ارتفاع 31.2 كم 6389 كم/ساعة. وأود أن أشير إلى أن أقصى سرعة ممكنة لحركة الإنسان في تاريخ الطائرات المأهولة هي 39897 كم/ساعة، وهي السرعة التي وصل إليها الأمريكيون عام 1969. سفينة فضائية"أبولو 10".

أول اختراع لكسر حاجز الصوت

والغريب أن أول اختراع كسر حاجز الصوت كان... السوط البسيط، الذي اخترعه الصينيون القدماء منذ 7 آلاف سنة.

قبل اختراع التصوير الفوتوغرافي الفوري في عام 1927، لم يكن أحد يظن أن طقطقة السوط لم تكن مجرد ارتطام حزام بالمقبض، بل كانت نقرة مصغرة تفوق سرعة الصوت. أثناء التأرجح الحاد، يتم تشكيل حلقة، تزيد سرعتها عدة عشرات المرات وتكون مصحوبة بنقرة. تكسر الحلقة حاجز الصوت بسرعة حوالي 1200 كم/ساعة.

حاجز الصوت هو ظاهرة تحدث أثناء تحليق طائرة أو صاروخ في وقت الانتقال من سرعة الطيران دون سرعة الصوت إلى سرعة الطيران الأسرع من الصوت في الغلاف الجوي. ومع اقتراب سرعة الطائرة من سرعة الصوت (1200 كم/ساعة)، تظهر منطقة رقيقة في الهواء أمامها، يحدث فيها ارتفاع حاد في ضغط الهواء وكثافته. يُطلق على ضغط الهواء أمام الطائرة اسم موجة الصدمة. على الأرض، يُنظر إلى مرور موجة الصدمة على أنه دوي يشبه صوت طلقة نارية. وبعد أن تجاوزت سرعة الصوت، تمر الطائرة عبر هذه المنطقة ذات كثافة الهواء المتزايدة، وكأنها تخترقها - وتكسر حاجز الصوت. لفترة طويلة، بدا أن كسر حاجز الصوت يمثل مشكلة خطيرة في تطور الطيران. لحل هذه المشكلة، كان من الضروري تغيير المظهر الجانبي وشكل جناح الطائرة (أصبح أرق ومائلًا للخلف)، وجعل الجزء الأمامي من جسم الطائرة أكثر وضوحًا وتجهيز الطائرة المحركات النفاثة. تم تجاوز سرعة الصوت لأول مرة في عام 1947 من قبل تشارلز ييغر على متن طائرة Bell X-1 (الولايات المتحدة الأمريكية) بمحرك صاروخي سائل تم إطلاقه من طائرة Boeing B-29. في روسيا، كان أول من كسر حاجز الصوت في عام 1948 هو الطيار أو.في.سوكولوفسكي على متن طائرة تجريبية من طراز La-176 بمحرك نفاث.

فيديو.

سرعة الصوت.

سرعة انتشار (نسبة إلى الوسط) لاضطرابات الضغط الصغيرة. في الغاز المثالي (على سبيل المثال، في الهواء عند درجات حرارة وضغط معتدلين) S. z. لا يعتمد على طبيعة الاضطراب الصغير المنتشر وهو نفسه بالنسبة للتذبذبات أحادية اللون ذات الترددات المختلفة () وموجات الصدمة الضعيفة. في الغاز المثالي عند النقطة المعينة في الفضاء، يكون S. z. a يعتمد فقط على تركيبة الغاز ودرجة حرارته المطلقة T :
أ = (dp/d(())1/2 = ((()p/(())1/2 = ((()RT/(())1/2,
حيث dp/d(() - مشتق كثافة الضغط لعملية متساوية الانتروبيا، (-) - الأس الأديابي، R - ثابت الغاز العالمي، (-) - الوزن الجزيئي (في الهواء 20.1T1/2 م/ث عند 0 ( °)C أ = 332 م/ث).
في الغاز الذي له تحولات فيزيائية وكيميائية، على سبيل المثال، في الغاز المنفصل، S. z. سوف يعتمد على كيفية - التوازن أو عدم التوازن - تحدث هذه العمليات في موجة الاضطراب. في التوازن الديناميكي الحراري S. z. يعتمد فقط على تكوين الغاز ودرجة حرارته وضغطه. عندما تحدث العمليات الفيزيائية والكيميائية بطريقة غير متوازنة، يحدث تشتت الصوت، أي تشتت الصوت. لا يعتمد فقط على حالة الوسط، ولكن أيضًا على تردد التذبذبات (). تنتشر التذبذبات عالية التردد ((tm, ()) - وقت الاسترخاء) من النظام الشمسي المتجمد. aj، التردد المنخفض ((،) 0) - مع التوازن S. z. أ، و اج > أ. عادة ما يكون الفرق بين aj وai صغيرًا (في الهواء عند T = 6000(°)C وp = 105 Pa يكون حوالي 15%). في السوائل S. z. أعلى بكثير مما كانت عليه في الغاز (في الماء 1500 م / ث)

يمكن في بعض الأحيان ملاحظة صورة غير عادية أثناء تحليق طائرة نفاثة تبدو وكأنها تخرج من سحابة الضباب. تسمى هذه الظاهرة بتأثير Prandtl-Gloert وتتكون من ظهور سحابة خلف جسم يتحرك بسرعة ترانسونيكية في ظروف رطوبة الهواء العالية.

والسبب في هذه الظاهرة غير العادية هو أن الشخص يطير السرعه العاليهتخلق الطائرة منطقة ذات ضغط جوي مرتفع أمامها ومنطقة ذات ضغط منخفض خلفها. وبعد مرور الطائرة، تبدأ منطقة الضغط المنخفض بالامتلاء بالهواء المحيط. في هذه الحالة، وبسبب القصور الذاتي العالي للكتل الهوائية، يتم أولاً ملء منطقة الضغط المنخفض بأكملها بالهواء من المناطق المجاورة المتاخمة لمنطقة الضغط المنخفض.

تعتبر هذه العملية محليًا عملية أداباتيكية، حيث يزداد الحجم الذي يشغله الهواء وتنخفض درجة حرارته. إذا كانت رطوبة الهواء مرتفعة بما فيه الكفاية، يمكن أن تنخفض درجة الحرارة إلى قيمة أقل من نقطة الندى. ثم يتكثف بخار الماء الموجود في الهواء إلى قطرات صغيرة تشكل سحابة صغيرة.

قابلة للنقر 2600 بكسل

مع عودة ضغط الهواء إلى طبيعته، تتساوى درجة الحرارة فيه وترتفع مرة أخرى فوق نقطة الندى، وتذوب السحابة بسرعة في الهواء. عادة لا يتجاوز عمره جزءًا من الثانية. لذلك، عندما تطير طائرة، يبدو أن السحابة تتبعها - نظرًا لحقيقة أنها تتشكل باستمرار خلف الطائرة مباشرة ثم تختفي.

هناك اعتقاد خاطئ شائع بأن ظهور السحابة بسبب تأثير براندتل-جلاورت يعني أن هذه هي اللحظة التي تخترق فيها الطائرة حاجز الصوت. في ظل ظروف الرطوبة العادية أو المرتفعة قليلاً، تتشكل السحابة فقط بسرعات عالية، قريبة من سرعة الصوت. في الوقت نفسه، عند الطيران على ارتفاع منخفض وفي ظروف الرطوبة العالية جدا (على سبيل المثال، فوق المحيط)، يمكن ملاحظة هذا التأثير بسرعات أقل بكثير من سرعة الصوت.

قابلة للنقر 2100 بكسل

هناك سوء فهم مع "التصفيق" سببه سوء فهم لمصطلح "حاجز الصوت". يُطلق على هذا "البوب" بشكل صحيح اسم "الطفرة الصوتية". تتسبب الطائرة التي تتحرك بسرعة تفوق سرعة الصوت في حدوث موجات صادمة وارتفاع ضغط الهواء في الهواء المحيط. وبطريقة مبسطة، يمكن تصور هذه الموجات على أنها مخروط يرافق طيران الطائرة، حيث تكون قمته مربوطة بمقدمة جسم الطائرة، وتكون تولداتها موجهة ضد حركة الطائرة وتنتشر لمسافة بعيدة. على سبيل المثال إلى سطح الأرض.

قابلة للنقر 2500 بكسل

وعندما يصل حد هذا المخروط الوهمي، الذي يمثل مقدمة الموجة الصوتية الرئيسية، إلى الأذن البشرية، يُسمع قفزة حادة في الضغط على شكل تصفيق. يرافق الطفرة الصوتية، كما لو كانت مربوطة، رحلة الطائرة بأكملها، بشرط أن تتحرك الطائرة بسرعة كافية، وإن كان بسرعة ثابتة. ويبدو أن التصفيق هو مرور الموجة الرئيسية لدوي صوتي فوق نقطة ثابتة على سطح الأرض، حيث يوجد المستمع على سبيل المثال.

بمعنى آخر، إذا بدأت طائرة أسرع من الصوت في التحليق ذهابًا وإيابًا فوق المستمع بسرعة ثابتة ولكن أسرع من الصوت، فسيتم سماع الانفجار في كل مرة، بعد مرور بعض الوقت على تحليق الطائرة فوق المستمع على مسافة قريبة إلى حد ما.

لكن انظر يا لها من لقطة مثيرة للاهتمام! هذه هي المرة الأولى التي أرى هذا!

قابلة للنقر 1920 بكسل - لمن على الطاولة!