لماذا يحدث فرقعة؟ من هو أول من كسر حاجز الصوت؟ ما هي موجة الصدمة

تجاوزت حاجز الصوت :-)...

قبل أن نبدأ الحديث عن الموضوع، دعونا نوضح بعض الشيء لمسألة دقة المفاهيم (ما أحبه :-)). في الوقت الحاضر، يتم استخدام مصطلحين على نطاق واسع إلى حد ما: حاجز الصوتو حاجز أسرع من الصوت . أنها تبدو متشابهة، ولكن لا تزال ليست هي نفسها. ومع ذلك، ليس هناك أي معنى في أن نكون صارمين بشكل خاص: في جوهرهما، هما نفس الشيء. غالبًا ما يتم استخدام تعريف حاجز الصوت من قبل الأشخاص الأكثر معرفة والأقرب إلى الطيران. والتعريف الثاني هو عادة أي شخص آخر.

أعتقد أنه من وجهة نظر الفيزياء (واللغة الروسية :-)) الأصح أن نقول حاجز الصوت. هناك منطق بسيط هنا. بعد كل شيء، هناك مفهوم لسرعة الصوت، ولكن، بالمعنى الدقيق للكلمة، لا يوجد مفهوم ثابت للسرعة الأسرع من الصوت. بالنظر إلى الأمام قليلاً، سأقول ذلك عندما الطائراتيطير بسرعة تفوق سرعة الصوت، فهو قد اجتاز هذا الحاجز بالفعل، وعندما يتجاوزه (يتغلب)، فإنه في نفس الوقت يتجاوز حاجزًا معينًا قيمة العتبةسرعة تساوي سرعة الصوت (وليس الأسرع من الصوت).

شئ مثل هذا:-). علاوة على ذلك، فإن المفهوم الأول يستخدم بشكل أقل تكرارًا من الثاني. ويرجع ذلك على ما يبدو إلى أن كلمة الأسرع من الصوت تبدو أكثر غرابة وجاذبية. وفي الطيران الأسرع من الصوت، من المؤكد أن الغرابة موجودة، وبطبيعة الحال، تجذب الكثيرين. ومع ذلك، ليس كل الناس الذين يتذوقون عبارة " حاجز أسرع من الصوت"إنهم في الواقع يفهمون ما هو عليه. لقد كنت مقتنعا بهذا أكثر من مرة، بالنظر إلى المنتديات، وقراءة المقالات، وحتى مشاهدة التلفزيون.

هذا السؤال في الواقع معقد للغاية من وجهة نظر الفيزياء. ولكن، بالطبع، لن نهتم بالتعقيد. سنحاول فقط، كالعادة، توضيح الموقف باستخدام مبدأ "شرح الديناميكا الهوائية على أصابعك" :-).

لذلك، إلى الحاجز (الصوت :-))!... تصبح الطائرة أثناء الطيران، التي تعمل على وسط مرن مثل الهواء، مصدرًا قويًا للموجات الصوتية. أعتقد أن الجميع يعرف ما هي الموجات الصوتية في الهواء :-).

الموجات الصوتية (الشوكة الرنانة).

هذا هو تناوب مناطق الضغط والتخلخل، وانتشارها جوانب مختلفةمن مصدر الصوت. شيء مثل الدوائر على الماء، وهي أيضًا موجات (ليست موجات سليمة :-)). هذه المناطق، التي تعمل على طبلة الأذن، هي التي تسمح لنا بسماع جميع أصوات هذا العالم، من همسات الإنسان إلى هدير المحركات النفاثة.

مثال على الموجات الصوتية.

يمكن أن تكون نقاط انتشار الموجات الصوتية مكونات مختلفة للطائرة. على سبيل المثال، المحرك (صوته معروف لأي شخص :-))، أو أجزاء من الجسم (على سبيل المثال، القوس)، والتي، عند ضغط الهواء أمامها أثناء تحركها، تخلق نوعًا معينًا من الضغط ( ضغط) موجة تعمل إلى الأمام.

تنتشر كل هذه الموجات الصوتية في الهواء بسرعة الصوت المعروفة لنا بالفعل. وهذا هو، إذا كانت الطائرة دون سرعة الصوت، وحتى تطير بسرعة منخفضة، فيبدو أنهم يهربون منها. ونتيجة لذلك، عندما تقترب مثل هذه الطائرة، نسمع صوتها أولاً، ثم تطير هي نفسها.

ومع ذلك، سأبدي تحفظًا بأن هذا صحيح إذا لم تكن الطائرة تحلق على ارتفاع عالٍ جدًا. ففي النهاية سرعة الصوت ليست سرعة الضوء :-). حجمها ليس كبيرا جدا والموجات الصوتية تحتاج إلى وقت للوصول إلى المستمع. ولذلك ترتيب ظهور الصوت للمستمع وللطائرة إذا طارت ارتفاع عالييمكن أن تتغير.

وبما أن الصوت ليس بهذه السرعة، فمع زيادة سرعته، تبدأ الطائرة في اللحاق بالأمواج التي تنبعث منها. أي أنه لو كان ساكناً لتباعدت عنه الأمواج في الصورة دوائر متحدة المركزمثل تموجات الماء الناتجة عن حجر مرمي. وبما أن الطائرة تتحرك، في قطاع هذه الدوائر المقابلة لاتجاه الرحلة، تبدأ حدود الأمواج (جبهاتها) في الاقتراب من بعضها البعض.

حركة الجسم دون سرعة الصوت.

وعليه فإن الفجوة بين الطائرة (مقدمتها) ومقدمة الموجة (الرأسية) الأولى (أي هذه هي المنطقة التي يحدث فيها الكبح تدريجيًا إلى حد ما) تيار الأحرارعند الالتقاء بمقدمة الطائرة (الجناح والذيل)، ونتيجة لذلك، زيادة في الضغط ودرجة الحرارة) يبدأ بالانكماش وكلما زادت سرعة الطيران.

تأتي لحظة تختفي فيها هذه الفجوة عمليًا (أو تصبح في حدها الأدنى)، وتتحول إلى منطقة من نوع خاص تسمى هزة أرضية. ويحدث هذا عندما تصل سرعة الطيران إلى سرعة الصوت، أي أن الطائرة تتحرك بنفس سرعة الموجات التي تبثها. رقم ماخ يساوي الوحدة (M=1).

الحركة الصوتية للجسم (M=1).

صدمة الصدمة، هي منطقة ضيقة جدًا من الوسط (حوالي 10 -4 مم)، عند المرور من خلالها لم يعد هناك تغيير تدريجي، ولكن تغيير حاد (يشبه القفز) في معلمات هذا الوسط - السرعة، الضغط، درجة الحرارة، الكثافة. وفي حالتنا تنخفض السرعة ويزداد الضغط ودرجة الحرارة والكثافة. ومن هنا الاسم - موجة الصدمة.

بطريقة مبسطة إلى حد ما، أود أن أقول هذا عن كل هذا. من المستحيل إبطاء التدفق الأسرع من الصوت بشكل حاد، ولكن يجب القيام بذلك، لأنه لم تعد هناك إمكانية الكبح التدريجي لسرعة التدفق أمام مقدمة الطائرة، كما هو الحال في السرعات دون سرعة الصوت المعتدلة. يبدو أنها تصادف مقطعًا دون سرعة الصوت أمام مقدمة الطائرة (أو طرف الجناح) وتنهار في قفزة ضيقة، وتنقل إليها طاقة الحركة العظيمة التي تمتلكها.

بالمناسبة، يمكننا أن نقول العكس: تنقل الطائرة جزءًا من طاقتها لتشكيل موجات الصدمة من أجل إبطاء التدفق الأسرع من الصوت.

حركة الجسم الأسرع من الصوت.

هناك اسم آخر لموجة الصدمة. إن التحرك مع الطائرة في الفضاء يمثل بشكل أساسي جبهة تغيير حاد في المعايير البيئية المذكورة أعلاه (أي تدفق الهواء). وهذا هو جوهر موجة الصدمة.

صدمة الصدمةوموجة الصدمة، بشكل عام، تعريفات متكافئة، ولكن في الديناميكا الهوائية، يتم استخدام التعريف الأول أكثر.

يمكن لموجة الصدمة (أو موجة الصدمة) أن تكون عمليًا متعامدة مع اتجاه الطيران، وفي هذه الحالة تأخذ تقريبًا شكل دائرة في الفضاء وتسمى بالخطوط المستقيمة. يحدث هذا عادةً في الأوضاع القريبة من M=1.

أوضاع حركة الجسم. ! - دون سرعة الصوت، 2 - M=1، أسرع من الصوت، 4 - موجة الصدمة (الصدمة).

عند أرقام M > 1، فهي موجودة بالفعل بزاوية مع اتجاه الطيران. أي أن الطائرة تتجاوز بالفعل صوتها. وهي في هذه الحالة تسمى مائلة وفي الفضاء تأخذ شكل مخروطي، وهو بالمناسبة يسمى مخروط ماخ، سمي على اسم عالم درس التدفقات الأسرع من الصوت (ذكره في إحداها).

مخروط ماخ.

يعتمد شكل هذا المخروط («نحفه» إذا جاز التعبير) على الرقم M ويرتبط به بالعلاقة: M = 1/sin α، حيث α هي الزاوية بين محور المخروط ومحوره. معرف com لهذا التطبيق هو com.generatrix. ويلامس السطح المخروطي مقدمات جميع الموجات الصوتية التي كان مصدرها الطائرة، والتي «تجاوزتها» لتصل إلى سرعة تفوق سرعة الصوت.

بجانب موجات الصدمةقد تكون أيضا المرفقة، عندما تكون مجاورة لسطح جسم يتحرك بسرعة تفوق سرعة الصوت، أو تبتعد إذا لم تكن على اتصال بالجسم.

أنواع موجات الصدمة أثناء التدفق الأسرع من الصوت حول الأجسام ذات الأشكال المختلفة.

عادةً ما تصبح الصدمات متصلة إذا تدفق التدفق الأسرع من الصوت حول أي أسطح مدببة. بالنسبة للطائرة، على سبيل المثال، يمكن أن يكون هذا مقدمة مدببة، أو مدخل هواء عالي الضغط، أو حافة حادة لسحب الهواء. وفي نفس الوقت يقولون "القفزة تجلس" على سبيل المثال على الأنف.

ويمكن أن تحدث صدمة منفصلة عند التدفق حول الأسطح المستديرة، على سبيل المثال، الحافة المستديرة الأمامية للجنيح السميك للجناح.

تخلق المكونات المختلفة لجسم الطائرة نظامًا معقدًا إلى حد ما من موجات الصدمة أثناء الطيران. ومع ذلك، فإن أشدها هما اثنان. الأول هو الرأس على القوس والثاني هو الذيل على عناصر الذيل. على مسافة ما من الطائرة، إما أن تلحق الصدمات المتوسطة بالرأس وتندمج معها، أو يلحق بها الذيل.

الصدمات الصادمة على طائرة نموذجية أثناء التطهير في نفق الرياح (M=2).

ونتيجة لذلك، تبقى قفزتان، والتي، بشكل عام، ينظر إليها من قبل المراقب الأرضي على أنها واحدة بسبب صغر حجم الطائرة مقارنة بارتفاع الرحلة، وبالتالي الفترة الزمنية القصيرة بينهما.

تعتمد شدة (وبعبارة أخرى، الطاقة) لموجة الصدمة (موجة الصدمة) على عوامل مختلفة (سرعة الطائرة، وميزات تصميمها، والظروف البيئية، وما إلى ذلك) ويتم تحديدها من خلال انخفاض الضغط في مقدمتها.

ومع تحركها بعيدا عن قمة مخروط ماخ، أي عن الطائرة، كمصدر للاضطراب، تضعف موجة الصدمة، وتتحول تدريجيا إلى موجة صوتية عادية وتختفي تماما في النهاية.

وعلى أي درجة سيكون لها من الشدة هزة أرضية(أو موجة الصدمة) وصولها إلى الأرض يعتمد على التأثير الذي يمكن أن تنتجه هناك. ليس سرا أن الكونكورد الشهير طار بسرعة تفوق سرعة الصوت فقط فوق المحيط الأطلسي، والطائرات العسكرية الأسرع من الصوت تطير على ارتفاعات عالية أو في المناطق التي لا توجد بها مناطق مأهولة (على الأقل يبدو أنهم من المفترض أن يفعلوا ذلك :-) ).

هذه القيود مبررة للغاية. بالنسبة لي، على سبيل المثال، يرتبط تعريف موجة الصدمة بحد ذاته بالانفجار. والأشياء التي يمكن لموجة الصدمة الشديدة أن تفعلها قد تتوافق معها. على الأقل يمكن للزجاج من النوافذ أن يطير بسهولة. والأدلة كثيرة على ذلك (خاصة في التاريخ). الطيران السوفيتي، عندما كانت كثيرة جدًا وكانت الرحلات الجوية مكثفة). ولكن يمكنك أن تفعل أشياء أسوأ. عليك فقط أن تطير على ارتفاع أقل :-)…

ومع ذلك، في معظم الأحيان، فإن ما تبقى من موجات الصدمة عند وصولها إلى الأرض لم يعد خطيرا. مجرد مراقب خارجي على الأرض يمكنه سماع صوت يشبه الزئير أو الانفجار. وبهذه الحقيقة يرتبط مفهوم خاطئ شائع ومستمر إلى حد ما.

الأشخاص الذين ليس لديهم خبرة كبيرة في علوم الطيران، عند سماع مثل هذا الصوت، يقولون إن الطائرة تغلبت حاجز الصوت (حاجز أسرع من الصوت). في الواقع، هذا ليس صحيحا. هذا البيان لا علاقة له بالواقع لسببين على الأقل.

موجة الصدمة (موجة الصدمة).

أولاً، إذا سمع شخص على الأرض هديراً عالياً عالياً في السماء، فهذا يعني فقط (أكرر :-)) أن أذنيه قد وصلتا موجة الصدمة الأمامية(أو هزة أرضية) من طائرة تحلق في مكان ما. هذه الطائرة تطير بالفعل بسرعة تفوق سرعة الصوت، ولم تتحول إليها فقط.

وإذا وجد هذا الشخص نفسه فجأة أمام الطائرة بعدة كيلومترات، فإنه سيسمع مرة أخرى نفس الصوت من نفس الطائرة، لأنه سيتعرض لنفس موجة الصدمة التي تتحرك مع الطائرة.

يتحرك بسرعة تفوق سرعة الصوت، وبالتالي يقترب بصمت. وبعد أن لم يكن دائمًا تأثيرًا لطيفًا على طبلة الأذن (إنه جيد عندما يكون ذلك فقط :-)) ويمر بأمان، يصبح هدير المحركات الجارية مسموعًا.

رسم تخطيطي تقريبي لرحلة طائرة بقيم مختلفة لعدد ماخ باستخدام مثال المقاتلة Saab 35 "Draken". اللغة للأسف هي الألمانية، لكن المخطط واضح بشكل عام.

علاوة على ذلك، فإن الانتقال إلى الصوت الأسرع من الصوت في حد ذاته لا يصاحبه أي "طفرات" أو فرقعات أو انفجارات أو ما إلى ذلك لمرة واحدة. في الطائرات الأسرع من الصوت الحديثة، غالبا ما يتعلم الطيار عن هذا الانتقال فقط من خلال قراءات الأجهزة. ومع ذلك، في هذه الحالة، تحدث عملية معينة، ولكن إذا تم مراعاة قواعد طيارة معينة، فإنها تكون غير مرئية بالنسبة له عمليًا.

ولكن هذا ليس كل شيء :-). سأقول المزيد. في شكل عائق ملموس وثقيل يصعب تجاوزه تستقر عليه الطائرة ويحتاج إلى "ثقب" (سمعت مثل هذه الأحكام :-)) غير موجود.

بالمعنى الدقيق للكلمة، لا يوجد أي حاجز على الإطلاق. ذات مرة، في فجر تطور السرعات العالية في الطيران، تشكل هذا المفهوم بالأحرى كاعتقاد نفسي حول صعوبة الانتقال إلى السرعة الأسرع من الصوت والطيران بها. بل كانت هناك تصريحات مفادها أن هذا مستحيل بشكل عام، خاصة وأن المتطلبات الأساسية لمثل هذه المعتقدات والتصريحات كانت محددة تمامًا.

ومع ذلك، الأشياء الأولى أولا ...

في الديناميكا الهوائية، هناك مصطلح آخر يصف بدقة عملية التفاعل مع تدفق الهواء لجسم يتحرك في هذا التدفق ويميل إلى تجاوز سرعة الصوت. هذا أزمة الموجة. هو الذي يفعل بعض الأشياء السيئة المرتبطة تقليديًا بالمفهوم حاجز الصوت.

إذن شيئًا عن الأزمة :-). تتكون أي طائرة من أجزاء قد لا يكون تدفق الهواء حولها هو نفسه أثناء الرحلة. لنأخذ على سبيل المثال الجناح، أو بالأحرى الكلاسيكية العادية الملف الشخصي دون سرعة الصوت.

من المعرفة الأساسية لكيفية توليد الرفع، نعلم جيدًا أن سرعة التدفق في الطبقة المجاورة للسطح المنحني العلوي للملف الجانبي مختلفة. عندما يكون المظهر الجانبي أكثر محدبًا، يكون أكبر من سرعة التدفق الإجمالية، ثم عندما يكون المظهر الجانبي مسطحًا، فإنه يتناقص.

عندما يتحرك الجناح في التدفق بسرعات قريبة من سرعة الصوت، قد تأتي لحظة عندما تصبح في مثل هذه المنطقة المحدبة، على سبيل المثال، سرعة طبقة الهواء، والتي هي بالفعل أكبر من السرعة الإجمالية للتدفق، صوتي وحتى أسرع من الصوت.

موجة الصدمة المحلية التي تحدث عند الموجات الصوتية أثناء أزمة الموجة.

على طول الملف الشخصي، تنخفض هذه السرعة وفي مرحلة ما تصبح دون سرعة الصوت مرة أخرى. ولكن، كما قلنا أعلاه، لا يمكن للتدفق الأسرع من الصوت أن يتباطأ بسرعة، وبالتالي فإن ظهور هزة أرضية.

تظهر مثل هذه القفزات مناطق مختلفةالأسطح الانسيابية، وهي في البداية ضعيفة جدًا، ولكن يمكن أن يكون عددها كبيرًا، ومع زيادة السرعة الإجمالية للتدفق، تزداد المناطق الأسرع من الصوت، وتصبح الصدمات "أقوى" وتتحول إلى الحافة الخلفية للملف الشخصي. في وقت لاحق، تظهر نفس موجات الصدمة على السطح السفلي للملف الشخصي.

تدفق أسرع من الصوت بالكامل حول شكل الجناح.

ماذا يعني كل هذا؟ هذا ما. أولاً- وهذا أمر مهم زيادة في السحب الديناميكي الهوائيفي نطاق السرعة التراسونيكية (حوالي M = 1، أكثر أو أقل). وتنمو هذه المقاومة بسبب الارتفاع الحاد في أحد مكوناتها - مقاومة الموجة. نفس الشيء الذي لم نأخذه في الاعتبار سابقًا عند التفكير في الرحلات الجوية بسرعات أقل من سرعة الصوت.

لتكوين موجات صدمية عديدة (أو موجات صدمية) أثناء تباطؤ التدفق الأسرع من الصوت، كما قلت أعلاه، يتم إهدار الطاقة، ويتم أخذها من الطاقة الحركية لحركة الطائرة. أي أن الطائرة تتباطأ ببساطة (وبشكل ملحوظ جدًا!). هذا ما هو عليه مقاومة الموجة.

علاوة على ذلك، فإن موجات الصدمة، بسبب التباطؤ الحاد في التدفق فيها، تساهم في فصل الطبقة الحدودية التي تقف خلفها وتحولها من الصفحي إلى المضطرب. وهذا يزيد من السحب الديناميكي الهوائي.

تورم الملف الشخصي عند أرقام ماخ مختلفة، والصدمات الصادمة، والمناطق الأسرع من الصوت، والمناطق المضطربة.

ثانية. نظرًا لظهور مناطق أسرع من الصوت محلية على شكل الجناح وانتقالها الإضافي إلى الجزء الخلفي من المظهر الجانبي مع زيادة سرعة التدفق، وبالتالي تغيير نمط توزيع الضغط على المظهر الجانبي، فإن نقطة تطبيق القوى الديناميكية الهوائية (المركز الضغط) ينتقل أيضًا إلى الحافة الخلفية. ونتيجة لذلك، يبدو لحظة الغوصنسبة إلى مركز كتلة الطائرة، مما أدى إلى خفض مقدمتها.

إلى ماذا يؤدي كل هذا... نظرًا للزيادة الحادة في السحب الديناميكي الهوائي، تتطلب الطائرة انخفاضًا ملحوظًا احتياطي طاقة المحركللتغلب على المنطقة الصوتية والوصول، إذا جاز التعبير، إلى صوت حقيقي أسرع من الصوت.

زيادة حادة في السحب الديناميكي الهوائي عند الموجات الصوتية (أزمة الموجة) بسبب زيادة سحب الموجة. Сd - معامل المقاومة.

إضافي. بسبب حدوث لحظة الغوص، تنشأ صعوبات في التحكم في الملعب. بالإضافة إلى ذلك، وبسبب اضطراب وتفاوت العمليات المرتبطة بظهور مناطق أسرع من الصوت محلية ذات موجات صادمة، السيطرة تصبح صعبة. على سبيل المثال، في لفة، بسبب العمليات المختلفة على الطائرات اليسرى واليمنى.

بالإضافة إلى حدوث اهتزازات، غالبًا ما تكون قوية جدًا بسبب الاضطرابات المحلية.

بشكل عام، مجموعة كاملة من الملذات، والتي تسمى أزمة الموجة. لكن الحقيقة هي أنها جميعها تحدث (كان، ملموسًا :-)) عند استخدام طائرات نموذجية دون سرعة الصوت (ذات جناح مستقيم سميك) من أجل تحقيق سرعات تفوق سرعة الصوت.

في البداية، عندما لم تكن هناك معرفة كافية بعد، ولم تتم دراسة عمليات الوصول إلى الصوت الأسرع من الصوت بشكل شامل، فقد اعتبرت هذه المجموعة ذاتها غير قابلة للتغلب عليها بشكل قاتل تقريبًا وكان يطلق عليها اسم حاجز الصوت(أو حاجز أسرع من الصوت، أذا أردت:-)).

لقد وقعت العديد من الحوادث المأساوية عند محاولة التغلب على سرعة الصوت على الطائرات المكبسية التقليدية. أدى الاهتزاز القوي في بعض الأحيان إلى حدوث أضرار هيكلية. لم يكن لدى الطائرات القوة الكافية للتسارع المطلوب. في الطيران الأفقي، كان ذلك مستحيلًا بسبب التأثير الذي له نفس الطبيعة أزمة الموجة.

لذلك، تم استخدام الغوص للتسريع. ولكن كان من الممكن أن تكون قاتلة. لحظة الغوص التي ظهرت أثناء أزمة الأمواج جعلت الغوص يطول، وفي بعض الأحيان لم يكن هناك مخرج منه. بعد كل شيء، من أجل استعادة السيطرة والقضاء على أزمة الموجة، كان من الضروري تقليل السرعة. لكن القيام بذلك أثناء الغوص أمر صعب للغاية (إن لم يكن مستحيلاً).

يعتبر الانسحاب من الطيران الأفقي أحد الأسباب الرئيسية لكارثة المقاتلة التجريبية الشهيرة BI-1 بمحرك صاروخي سائل في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في 27 مايو 1943. تم إجراء الاختبارات لسرعة الطيران القصوى، وبحسب تقديرات المصممين فإن السرعة التي تم تحقيقها كانت أكثر من 800 كم/ساعة. وبعد ذلك حدث تأخير في الغوص ولم تتعاف الطائرة منه.

المقاتلة التجريبية BI-1.

في زماننا أزمة الموجةتمت دراستها جيدًا بالفعل والتغلب عليها حاجز الصوت(إذا لزم الأمر :-)) ليس بالأمر الصعب. في الطائرات المصممة للطيران بسرعات عالية إلى حد ما، يتم تطبيق حلول وقيود تصميمية معينة لتسهيل عملية طيرانها.

وكما هو معروف فإن أزمة الموجة تبدأ عند أرقام M قريبة من الواحد. لذلك، فإن جميع الطائرات النفاثة دون سرعة الصوت تقريبًا (طائرات الركاب، على وجه الخصوص) لديها رحلة حد لعدد م. عادة ما يكون في منطقة 0.8-0.9 م. تم توجيه الطيار لمراقبة ذلك. بالإضافة إلى ذلك، في العديد من الطائرات، عند الوصول إلى مستوى الحد، وبعد ذلك يجب تقليل سرعة الطيران.

تقريبا جميع الطائرات التي تحلق بسرعة لا تقل عن 800 كم / ساعة وما فوق لديها الجناح اجتاحت(على الأقل على طول الحافة الأمامية :-)). يسمح لك بتأخير بدء الهجوم أزمة الموجةحتى السرعات المقابلة لـ M=0.85-0.95.

الجناح اجتاحت. الإجراء الأساسي.

يمكن تفسير سبب هذا التأثير بكل بساطة. على الجناح المستقيم، يقترب تدفق الهواء بسرعة V تقريبًا من الزاوية اليمنى، وعلى الجناح المنجرف (زاوية الاجتياح χ) عند زاوية انزلاق معينة β. يمكن أن تتحلل السرعة V اتجاهيًا إلى تدفقين: Vτ وVn.

لا يؤثر التدفق Vτ على توزيع الضغط على الجناح، لكن التدفق Vn يؤثر، والذي يحدد بدقة خصائص تحمل الحمولة للجناح. ومن الواضح أنه أصغر حجمًا من إجمالي التدفق V. لذلك، على الجناح المنجرف، تبدأ أزمة الموجة وزيادة مقاومة الموجةيحدث بشكل متأخر بشكل ملحوظ عن الجناح المستقيم بنفس سرعة التدفق الحر.

المقاتلة التجريبية E-2A (سلف MIG-21). جناح اجتاحت نموذجي.

أحد التعديلات على الجناح المنجرف كان الجناح ذو الملف فوق الحرج(ذكره). كما أنه يجعل من الممكن تحويل بداية أزمة الموجة إلى سرعات أعلى، وبالإضافة إلى ذلك، فإنه يجعل من الممكن زيادة الكفاءة، وهو أمر مهم لطائرات الركاب.

SuperJet 100. جناح مجنح بمظهر فوق حرج.

إذا كانت الطائرة مخصصة للمرور حاجز الصوت(مرور و أزمة الموجةأيضًا :-)) والطيران الأسرع من الصوت، وعادةً ما يختلف دائمًا في بعض ميزات التصميم. على وجه الخصوص، عادة ما يكون جناح رفيع وشكل ذيل الذيل ذو حواف حادة(بما في ذلك الماس أو الثلاثي) وشكل جناح معين في المخطط (على سبيل المثال، مثلث أو شبه منحرف مع تجاوز، وما إلى ذلك).

الأسرع من الصوت ميغ-21. تابع E-2A. جناح دلتا نموذجي.

ميغ-25. مثال على طائرة نموذجية مصممة للطيران الأسرع من الصوت. ملامح الجناح والذيل رقيقة وحواف حادة. جناح شبه منحرف. حساب تعريفي

تمرير المثل حاجز الصوتأي أن مثل هذه الطائرات تنتقل إلى سرعة تفوق سرعة الصوت عمل الحارق اللاحق للمحركبسبب زيادة المقاومة الديناميكية الهوائية، وبطبيعة الحال، من أجل المرور بسرعة عبر المنطقة أزمة الموجة. وفي أغلب الأحيان لا يتم الشعور بلحظة هذا الانتقال بأي شكل من الأشكال (أكرر :-)) سواء من قبل الطيار (قد يواجه فقط انخفاضًا في مستوى ضغط الصوت في قمرة القيادة)، أو من قبل مراقب خارجي، إذا بالطبع يمكنه ملاحظة ذلك :-).

ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى فكرة خاطئة أخرى تتعلق بالمراقبين الخارجيين. من المؤكد أن الكثيرين قد شاهدوا صوراً من هذا النوع، تقول التعليقات التي تحتها أن هذه هي اللحظة التي تتغلب فيها الطائرة حاجز الصوت، إذا جاز التعبير، بصريا.

تأثير براندتل-جلورت. لا يتضمن كسر حاجز الصوت.

أولاً، نحن نعلم بالفعل أنه لا يوجد حاجز صوت على هذا النحو، والانتقال إلى الصوت الأسرع من الصوت في حد ذاته لا يصاحبه أي شيء غير عادي (بما في ذلك ضجة أو انفجار).

ثانيًا. ما رأيناه في الصورة هو ما يسمى تأثير براندتل-جلورت. لقد كتبت عنه بالفعل. لا يرتبط بأي حال من الأحوال بشكل مباشر بالانتقال إلى الأسرع من الصوت. الأمر فقط أنه عند السرعات العالية (بالمناسبة دون سرعة الصوت :-))، فإن الطائرة، التي تحرك كتلة معينة من الهواء أمام نفسها، تخلق كمية معينة من الهواء خلفها منطقة الندرة. مباشرة بعد الرحلة، تبدأ هذه المنطقة بالامتلاء بالهواء القادم من المساحة الطبيعية القريبة. زيادة في الحجم وانخفاض حاد في درجة الحرارة.

لو رطوبة الجوكافية وتنخفض درجة الحرارة إلى ما دون نقطة الندى للهواء المحيط تكثيف الرطوبةمن بخار الماء على شكل ضباب الذي نراه. وبمجرد عودة الظروف إلى مستوياتها الأصلية، يختفي هذا الضباب على الفور. هذه العملية برمتها قصيرة الأجل إلى حد ما.

يمكن تسهيل هذه العملية بسرعات ترانسونيكية عالية بواسطة محلي موجات الصدمةأحيانًا أساعد في تشكيل شيء مثل مخروط لطيف حول الطائرة.

السرعات العالية تفضل هذه الظاهرة، ومع ذلك، إذا كانت رطوبة الهواء كافية، فيمكن (وهذا يحدث بالفعل) بسرعات منخفضة إلى حد ما. على سبيل المثال، فوق سطح الخزانات. بالمناسبة الأغلبية صور جميلةتم صنع هذه النوعية على متن حاملة طائرات، أي في هواء رطب إلى حد ما.

هذه هي الطريقة التي يعمل بها. اللقطات، بالطبع، رائعة، المشهد مذهل :-)، ولكن هذا ليس على الإطلاق ما يطلق عليه في أغلب الأحيان. لا علاقة له على الإطلاق (و حاجز أسرع من الصوتنفس:-)). وأعتقد أن هذا أمر جيد، وإلا فإن المراقبين الذين يلتقطون هذا النوع من الصور والفيديو قد لا يكونون سعداء. هزة أرضية، هل تعرف:-)…

في الختام، هناك مقطع فيديو واحد (لقد استخدمته بالفعل من قبل)، يوضح مؤلفوه تأثير موجة الصدمة من طائرة تحلق على ارتفاع منخفض بسرعة تفوق سرعة الصوت. هناك، بالطبع، بعض المبالغة هناك :-)، ولكن المبدأ العاممفهومة. ومرة أخرى مذهلة: -)…

هذا كل شيء لهذا اليوم. شكرا لك على قراءة المقال حتى النهاية :-). حتى المرة القادمة...

الصور قابلة للنقر.

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.

هذه العملية هي عملية محلية ثابتة الحرارة، 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!

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 اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، 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 يتم تأكيده بالنقرة. 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.

كيفية 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 تتسارع الطائرة بشكل غير كاف، تصل موجة الصدمة إلى هذه القوة التي تطير النوافذ من المنازل التي تطير 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 الظالم من الطيران لم يكسر معنويات ييغر، وحظي باستقبال لدى القائد العام للقوات المسلحة 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 الحدس الهائل ورباطة الجأش المذهلة والتحمل 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 أن يقرر إجراء مثل هذه التجربة.

في الوقت الحاضر، يبدو أن مشكلة "كسر حاجز الصوت" هي في الأساس مشكلة بالنسبة لمحركات الدفع عالية الطاقة. إذا كان هناك دفع كافٍ للتغلب على الزيادة في السحب التي تمت مواجهتها حتى حاجز الصوت وعلى الفور، بحيث تتمكن الطائرة من المرور بسرعة عبر نطاق السرعة الحرج، فلا ينبغي توقع صعوبة خاصة. قد يكون من الأسهل على الطائرة أن تطير في نطاق السرعة الأسرع من الصوت مقارنة بنطاق الانتقال بين السرعات دون سرعة الصوت والأسرع من الصوت.

وبالتالي فإن الوضع يشبه إلى حد ما ما كان سائدا في بداية هذا القرن، عندما تمكن الأخوان رايت من إثبات إمكانية الطيران بالطاقة، لأنهما كانا يمتلكان محركا خفيفا ذو قوة دفع كافية. إذا كان لدينا المحركات المناسبة، فإن الطيران الأسرع من الصوت سيصبح شائعًا جدًا. حتى وقت قريب، لم يكن كسر حاجز الصوت في الطيران الأفقي ممكنًا إلا باستخدام أنظمة دفع غير اقتصادية إلى حد ما، مثل الصواريخ والمحركات النفاثة ذات الاستهلاك العالي للوقود. تم تجهيز الطائرات التجريبية مثل X-1 وSky-rocket بمحركات صاروخية يمكن الاعتماد عليها لبضع دقائق فقط من الطيران، أو توربو. المحركات النفاثةمع الحارقات اللاحقة، ولكن في وقت كتابة هذه السطور، تم إنشاء العديد من الطائرات التي يمكنها الطيران بسرعة تفوق سرعة الصوت لمدة نصف ساعة. إذا قرأت في إحدى الصحف أن الطائرة "اجتازت حاجز الصوت"، فهذا يعني غالبًا أنها فعلت ذلك عن طريق الغوص. في هذه الحالة، استكملت الجاذبية قوة الجر غير الكافية.

هناك ظاهرة غريبة مرتبطة بهذه الأرقام الأكروباتالذي أود أن أشير إليه. لنفترض أن الطائرة

يقترب من المراقب بسرعة دون سرعة الصوت، ويغوص، ويصل إلى سرعة تفوق سرعة الصوت، ثم يخرج من الغوص ويستمر مرة أخرى في الطيران بسرعة دون سرعة الصوت. في هذه الحالة، غالبًا ما يسمع المراقب الموجود على الأرض صوتين مرتفعين يتبعان بعضهما البعض بسرعة كبيرة: "بوم، بوم!" اقترح بعض العلماء تفسيرات لأصل الهمهمة المزدوجة. اقترح كل من أكيريت في زيورخ وموريس روي في باريس أن الطنين كان بسبب تراكم نبضات الصوت، مثل ضجيج المحرك، المنبعثة أثناء مرور الطائرة عبر سرعة الصوت. إذا كانت الطائرة تتحرك نحو مراقب، فإن الضوضاء التي تنتجها الطائرة ستصل إلى المراقب في فترة زمنية أقصر مقارنة بالفاصل الزمني الذي صدرت فيه. وبالتالي، هناك دائمًا بعض التراكم للنبضات الصوتية، بشرط أن يكون مصدر الصوت متجهًا نحو الراصد. ومع ذلك، إذا تحرك مصدر الصوت بسرعة قريبة من سرعة الصوت، فإن التراكم يتكثف إلى أجل غير مسمى. ويصبح هذا واضحا إذا اعتبرنا أن كل الصوت المنبعث من مصدر يتحرك بالضبط بسرعة الصوت مباشرة نحو الراصد سيصل إلى الأخير في لحظة زمنية قصيرة، أي عندما يقترب مصدر الصوت من مكان الراصد. والسبب هو أن الصوت ومصدر الصوت سيتحركان بنفس السرعة. إذا كان الصوت يتحرك بسرعة تفوق سرعة الصوت خلال هذه الفترة الزمنية، فسيتم عكس تسلسل النبضات الصوتية المحسوسة والمنبعثة؛ سوف يميز المراقب الإشارات المنبعثة لاحقًا قبل أن يدرك الإشارات المنبعثة سابقًا.

يمكن توضيح عملية الهمهمة المزدوجة، وفقًا لهذه النظرية، من خلال الرسم البياني في الشكل. 58. لنفترض أن طائرة تتحرك بشكل مستقيم نحو المراقب، ولكن بسرعة متغيرة. يوضح منحنى AB حركة الطائرة كدالة للزمن. تشير زاوية المماس للمنحنى إلى السرعة اللحظية للطائرة. تشير الخطوط المتوازية الموضحة في الشكل إلى انتشار الصوت؛ وتتوافق زاوية الميل في هذه الخطوط المستقيمة مع سرعة الصوت. أولاً، في هذا المقطع، تكون سرعة الطائرة أقل من سرعة الصوت، ثم في هذا المقطع تكون أسرع من الصوت، وأخيرًا، في هذا المقطع تكون أسرع من الصوت مرة أخرى. إذا كان الراصد على المسافة الأولية D، فإن النقاط الموضحة على الخط الأفقي تتوافق مع تسلسل الإدراك

أرز. 58. رسم تخطيطي للمسافة والزمن لطائرة تحلق بسرعة متغيرة. الخطوط المتوازية ذات زاوية الميل توضح انتشار الصوت.

نبضات الصوت. نرى أن الصوت الذي تصدره الطائرة أثناء المرور الثاني لحاجز الصوت (النقطة) يصل إلى المراقب في وقت أبكر من الصوت الناتج أثناء المرور الأول (النقطة). خلال هاتين اللحظتين، يدرك الراصد، خلال فترة زمنية متناهية الصغر، نبضات منبعثة خلال فترة زمنية محدودة. وبالتالي يسمع صوت دوي يشبه الانفجار. وبين الصوتين المدمدمين، فإنه يستقبل في الوقت نفسه ثلاث نبضات تنبعث في أوقات مختلفة من الطائرة.

في التين. ويبين الشكل 59 بشكل تخطيطي شدة الضوضاء التي يمكن توقعها في هذه الحالة المبسطة. وتجدر الإشارة إلى أن تراكم النبضات الصوتية في حالة اقتراب مصدر الصوت هي نفس العملية المعروفة بتأثير دوبلر؛ ومع ذلك، فإن خاصية التأثير الأخير تقتصر عادةً على التغير في درجة الصوت المرتبط بعملية التراكم. من الصعب حساب شدة الضوضاء المحسوسة لأنها تعتمد على آلية إنتاج الصوت، وهي آلية غير معروفة جيدًا. بالإضافة إلى ذلك، فإن العملية معقدة بسبب شكل المسار والأصداء المحتملة وكذلك موجات الصدمة التي يتم ملاحظتها في أجزاء مختلفة من الطائرة أثناء الطيران والتي تتحول طاقتها إلى موجات صوتية بعد أن تقلل الطائرة من سرعتها. في بعض

أرز. 59. تمثيل تخطيطي لشدة الضوضاء التي يدركها المراقب.

وقد نسبت المقالات الحديثة حول هذا الموضوع ظاهرة الهمهمة المزدوجة، وأحيانًا الثلاثية، التي لوحظت في الغوص عالي السرعة إلى موجات الصدمة هذه.

يبدو أن مشكلة "كسر حاجز الصوت" أو "جدار الصوت" تستحوذ على خيال الجمهور (فيلم إنجليزي بعنوان "كسر حاجز الصوت" يعطي فكرة عن التحديات المرتبطة بالطيران بسرعة Mach 1)؛ يناقش الطيارون والمهندسون المشكلة بجدية ومازحين. يوضح "التقرير العلمي" التالي للطيران عبر الصوت مزيجًا رائعًا من المعرفة التقنية والرخصة الشعرية:

لقد انزلقنا بسلاسة في الهواء بسرعة 540 ميلاً في الساعة. لقد أحببت دائمًا XP-AZ5601-NG الصغير لعناصر التحكم البسيطة وحقيقة أن مؤشر Prandtl-Reynolds موجود في الزاوية اليمنى أعلى اللوحة. لقد راجعت الأدوات. الماء، الوقود، عدد الدورات في الدقيقة، كفاءة كارنو، السرعة الأرضية، المحتوى الحراري. كل شيء جيد. بالطبع 270 درجة. كفاءة الاحتراق طبيعية - 23 بالمائة. كان المحرك النفاث القديم يصدر صوت خرخرة بهدوء كما هو الحال دائمًا، وأسنان توني بالكاد تنقر من أبوابه السبعة عشر الملقاة فوق شينيكتادي. تسربت كمية قليلة فقط من الزيت من المحرك. هذه هى الحياة!

كنت أعلم أن محرك الطائرة جيد للسرعات الأعلى مما حاولنا من قبل. كان الطقس صافيًا جدًا، والسماء زرقاء جدًا، والهواء هادئًا جدًا لدرجة أنني لم أستطع المقاومة وزادت من سرعتي. قمت بتحريك الرافعة ببطء إلى الأمام بمقدار موضع واحد. تحرك المنظم قليلا، وبعد خمس دقائق أو نحو ذلك أصبح كل شيء هادئا. 590 ميلا في الساعة. لقد ضغطت على الرافعة مرة أخرى. تم انسداد فتحتين فقط. لقد ضغطت على منظف الفتحة الضيقة. افتح مرة اخرة. 640 ميلا في الساعة. هادئ. كان أنبوب العادم منحنيًا بالكامل تقريبًا، مع وجود بضع بوصات مربعة مكشوفة على جانب واحد. كانت يداي تشعران بالحكة تجاه الرافعة، لذلك ضغطت عليها مرة أخرى. وتسارعت الطائرة إلى 690 ميلاً في الساعة، مروراً بالمقطع الحرج دون كسر نافذة واحدة. كانت المقصورة تزداد دفئًا، لذا أضفت المزيد من الهواء إلى المبرد الدوامي. ماخ 0.9! لم يسبق لي أن طرت بشكل أسرع. استطعت رؤية اهتزاز طفيف خارج الكوة لذا قمت بتعديل شكل الجناح واختفى.

كان توني نائمًا الآن، فنفخت الدخان من غليونه. لم أستطع المقاومة ورفعت السرعة إلى مستوى آخر. وفي عشر دقائق بالضبط وصلنا إلى 0.95 ماخ. في الخلف، في غرف الاحتراق، انخفض الضغط الإجمالي بشكل رهيب. كانت هذه الحياة! أظهر مؤشر الجيب اللون الأحمر، لكنني لم أهتم. كانت شمعة توني لا تزال مشتعلة. كنت أعرف أن جاما كانت عند الصفر، لكنني لم أهتم.

لقد شعرت بالدوار من الإثارة. اكثر قليلا! وضعت يدي على الرافعة، لكن في تلك اللحظة مد توني يده واصطدمت ركبته بيدي. قفزت الرافعة إلى أعلى عشرة مستويات! اللعنة! ارتجفت الطائرة الصغيرة على طولها بالكامل، وتسبب فقدان هائل في السرعة في سقوطي أنا وتوني على اللوحة. شعرت وكأننا اصطدمنا بجدار من الطوب الصلب! رأيت أن مقدمة الطائرة تحطمت. نظرت إلى عداد السرعة وتجمدت! 1.00! يا إلهي، في لحظة ظننت أننا وصلنا إلى الحد الأقصى! إذا لم أجعله يبطئ قبل أن ينزلق، فسوف ينتهي بنا الأمر إلى تناقص السحب! بعد فوات الأوان! ماخ 1.01! 1.02! 1.03! 1.04! 1.06! 1.09! 1.13! 1.18! كنت يائسة، لكن توني عرف ما يجب فعله. في غمضة عين انه احتياطيا

يتحرك! اندفع الهواء الساخن إلى أنبوب العادم، وتم ضغطه في التوربين، ثم اقتحم الغرف مرة أخرى، وقام بتوسيع الضاغط. بدأ الوقود يتدفق إلى الخزانات. وتأرجح مقياس الإنتروبيا إلى الصفر. ماخ 1.20! 1.19! 1.18! 1.17! لقد خلصنا. لقد انزلق للخلف، انزلق للخلف، بينما صلينا أنا وتوني حتى لا يلتصق مقسم التدفق. 1.10! 1.08! 1.05!

اللعنة! لقد ضربنا الجانب الآخر من الجدار! حوصر! ليس هناك ما يكفي من التوجه السلبي لكسر مرة أخرى!

وبينما كنا نرتعد خوفًا من الجدار، انهار ذيل الطائرة الصغيرة وصرخ توني: "أشعلوا معززات الصواريخ!" لكنهم تحولوا في الاتجاه الخاطئ!

مد توني يده ودفعهم إلى الأمام، وتدفقت خطوط ماخ من أصابعه. لقد أشعلت النار فيهم! وكانت الضربة مذهلة. لقد فقدنا الوعي.

عندما عدت إلى صوابي، كانت طائرتنا الصغيرة، المشوهة بالكامل، تمر عبر سرعة صفر ماك! لقد أخرجت توني وسقطنا بقوة على الأرض. وكانت الطائرة تتباطأ باتجاه الشرق. وبعد ثوانٍ قليلة سمعنا ارتطامًا، كما لو أنه اصطدم بجدار آخر.

لم يتم العثور على المسمار واحد. بدأ توني في نسج الشباك وذهبت أنا إلى معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

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 شكل جناح الطائرة وشكله (أصبح أرق ومائلًا إلى الخلف)، وجعل الجزء الأمامي من جسم الطائرة أكثر وضوحًا، وتجهيز الطائرة بمحركات نفاثة. 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 الضغط بالنسبة للكثافة لعملية متساوية الانتروبيا، (-) - الأس ثابت الحرارة، R - ثابت الغاز العالمي، (-) - الوزن الجزيئي (في الهواء 20.1T1/2 م/ث عند 0 (درجة) مئوية 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)