Proč k praskání dochází? Kdo jako první prolomil zvukovou bariéru? Co je to rázová vlna

Překonal zvukovou bariéru :-)...

Než se začneme bavit o tématu, vnesme trochu jasno do otázky správnosti pojmů (co se mi líbí :-)). V současné době jsou poměrně široce používány dva termíny: zvuková bariéra A nadzvuková bariéra . Znějí podobně, ale stále ne stejně. Nemá však smysl být nějak zvlášť přísný: v podstatě jde o jedno a totéž. Definici zvukové bariéry nejčastěji používají lidé znalejší a blíže letectví. A druhou definicí jsou obvykle všichni ostatní.

Myslím, že z hlediska fyziky (a ruského jazyka :-)) je správnější říci zvuková bariéra. Je zde jednoduchá logika. Koneckonců, existuje koncept rychlosti zvuku, ale přísně vzato neexistuje žádný pevný koncept nadzvukové rychlosti. Když se podívám trochu dopředu, řeknu, že kdy letadlo letí nadzvukovou rychlostí, pak už tuto bariéru minul, a když ji mine (překoná), tak zároveň mine určitou prahová hodnota rychlost rovna rychlosti zvuku (ne nadzvukové).

Něco takového:-). Navíc se první koncept používá mnohem méně často než druhý. Je to zřejmě proto, že slovo nadzvuk zní exotičtěji a atraktivněji. A v nadzvukovém letu je exotika jistě přítomná a mnohé přirozeně přitahuje. Ne všichni lidé, kteří mají rádi slova „ nadzvuková bariéra„Vlastně chápou, co to je. Přesvědčil jsem se o tom více než jednou, když jsem se díval na fóra, četl články, dokonce i sledoval televizi.

Tato otázka je ve skutečnosti z fyzikálního hlediska poměrně složitá. Ale samozřejmě se nebudeme obtěžovat složitostí. Pokusíme se jako obvykle objasnit situaci na principu „vysvětlení aerodynamiky na prstech“ :-).

Takže k bariéře (zvuku :-))!... Letadlo, působící na tak elastické médium, jako je vzduch, se stává silným zdrojem zvukových vln. Myslím, že každý ví, co jsou zvukové vlny ve vzduchu :-).

Zvukové vlny (ladička).

Jedná se o střídání oblastí komprese a ředění, rozšiřujících se dovnitř různé strany ze zdroje zvuku. Něco jako kruhy na vodě, což jsou také vlny (jen ne zvukové :-)). Právě tyto oblasti, působící na bubínek ucha, nám umožňují slyšet všechny zvuky tohoto světa, od lidského šepotu až po řev proudových motorů.

Příklad zvukových vln.

Body šíření zvukových vln mohou být různé součásti letadla. Například motor (jeho zvuk zná každý :-)) nebo části těla (například příď), které při pohybu stlačují vzduch před sebou a vytvářejí určitý typ tlaku ( komprese) vlna běžící vpřed.

Všechny tyto zvukové vlny se šíří vzduchem nám již známou rychlostí zvuku. To znamená, že pokud je letadlo podzvukové a dokonce letí nízkou rychlostí, zdá se, že před ním utíkají. Výsledkem je, že když se takové letadlo přiblíží, nejprve slyšíme jeho zvuk a pak samo proletí.

Udělám si však výhradu, že to platí, pokud letadlo neletí příliš vysoko. Přeci jen rychlost zvuku není rychlost světla :-). Jeho velikost není tak velká a zvukové vlny potřebují čas, aby se dostaly k posluchači. Proto je pořadí zvuku pro posluchače i letadlo, pokud letí vysoká nadmořská výška může změnit.

A protože zvuk není tak rychlý, pak se zvýšením vlastní rychlosti letadlo začne dohánět vlny, které vydává. To znamená, že kdyby byl nehybný, pak by se od něj vlny ve formě rozcházely soustředné kruhy jako vlnky na vodě způsobené hozeným kamenem. A jelikož se letadlo pohybuje, v sektoru těchto kružnic odpovídajících směru letu se hranice vln (jejich čela) začnou k sobě přibližovat.

Podzvukový pohyb těla.

Mezera mezi letadlem (jeho nosem) a přední částí úplně první (hlavové) vlny (to je oblast, kde dochází do určité míry k postupnému brzdění). stream zdarma při setkání s nosem letadla (křídlo, ocas) a v důsledku toho zvýšení tlaku a teploty) se začne smršťovat a čím rychleji, tím vyšší je rychlost letu.

Nastává okamžik, kdy tato mezera prakticky zmizí (nebo se stane minimální) a změní se ve zvláštní druh oblasti tzv rázová vlna. To se stane, když rychlost letu dosáhne rychlosti zvuku, to znamená, že letadlo se pohybuje stejnou rychlostí jako vlny, které vydává. Machovo číslo se rovná jednotce (M=1).

Zvukový pohyb tělesa (M=1).

Šokový šok, je velmi úzká oblast média (asi 10 -4 mm), při průchodu kterou již nedochází k pozvolné, ale prudké (skokové) změně parametrů tohoto média - rychlost, tlak, teplota, hustota. V našem případě klesá rychlost, roste tlak, teplota a hustota. Odtud název – rázová vlna.

Poněkud zjednodušeně bych k tomu všemu řekl toto. Není možné prudce zpomalit nadzvukové proudění, ale musí to udělat, protože zde již není možnost postupného brzdění na rychlost proudění před samotným nosem letadla, jako při středních podzvukových rychlostech. Zdá se, že narazí na podzvukovou sekci před přídí letadla (nebo špičkou křídla) a zhroutí se do úzkého skoku, čímž na něj přenese velkou energii pohybu, kterou má.

Mimochodem, můžeme to říci i obráceně: letadlo předá část své energie vzniku rázových vln, aby zpomalilo nadzvukové proudění.

Nadzvukový pohyb těla.

Rázová vlna má i jiný název. Pohybující se s letadlem v prostoru v podstatě představuje předek prudké změny výše zmíněných parametrů prostředí (tedy proudění vzduchu). A to je podstata rázové vlny.

Šokový šok a rázová vlna obecně jsou ekvivalentní definice, ale v aerodynamice se více používá první z nich.

Rázová vlna (neboli rázová vlna) může být prakticky kolmá ke směru letu, v takovém případě nabývají přibližně tvaru kruhu v prostoru a nazývají se přímky. To se obvykle děje v režimech blízkých M=1.

Režimy pohybu těla. ! - podzvuková, 2 - M=1, nadzvuková, 4 - rázová vlna (rázová).

Při M číslech > 1 jsou již umístěny pod úhlem ke směru letu. To znamená, že letadlo již překonává svůj vlastní zvuk. V tomto případě se jim říká šikmé a v prostoru mají tvar kužele, kterému se mimochodem říká Machův kužel, pojmenován po vědci, který studoval nadzvukové proudění (v jednom z nich se o něm zmínil).

Machův kužel.

Tvar tohoto kužele (jeho takříkajíc „štíhlost“) závisí právě na čísle M a souvisí s ním vztahem: M = 1/sin α, kde α je úhel mezi osou kužele a jeho generatrix. A kuželová plocha se dotýká čel všech zvukových vln, jejichž zdrojem bylo letadlo a které „předstihlo“ dosahující nadzvukové rychlosti.

kromě rázové vlny může být také připojený, když přiléhají k povrchu tělesa pohybujícího se nadzvukovou rychlostí, nebo se vzdalují, pokud nejsou v kontaktu s tělesem.

Typy rázových vln při nadzvukovém obtékání těles různých tvarů.

Obvykle se rázy připojí, pokud nadzvukový tok obtéká jakékoli špičaté povrchy. U letadla to může být například špičatý nos, vysokotlaký přívod vzduchu nebo ostrá hrana přívodu vzduchu. Zároveň se říká „skok sedí“, například na nos.

A k odtržení rázu může dojít při obtékání zaoblených ploch, například náběžné zaoblené hrany tlustého profilu křídla.

Různé součásti těla letadla vytvářejí za letu poměrně složitý systém rázových vln. Nejintenzivnější z nich jsou však dva. Jedna je hlavová na přídi a druhá je ocasní část na ocasních prvcích. V určité vzdálenosti od letadla mezirázy buď dohoní hlavový a splynou s ním, nebo je dožene ocasní.

Rázové rázy na modelu letadla během proplachování v aerodynamickém tunelu (M=2).

V důsledku toho zůstávají dva skoky, které jsou obecně pozemským pozorovatelem vnímány jako jeden z důvodu malých rozměrů letadla ve srovnání s výškou letu a tím i krátkého časového úseku mezi nimi.

Intenzita (jinými slovy energie) rázové vlny (rázové vlny) závisí na různých parametrech (rychlost letadla, jeho konstrukční vlastnosti, podmínky prostředí atd.) a je určena tlakovou ztrátou na jeho přední části.

Jak se vzdaluje od vrcholu Machova kužele, tedy od letadla jako zdroje rušení, rázová vlna slábne, postupně se mění v obyčejnou zvukovou vlnu a nakonec úplně zmizí.

A na jaký stupeň intenzity to bude mít rázová vlna(nebo rázová vlna) dosažení země závisí na účinku, který tam může vyvolat. Není žádným tajemstvím, že známý Concorde létal nadzvukovou rychlostí pouze nad Atlantikem a vojenská nadzvuková letadla létají nadzvukově ve velkých výškách nebo v oblastech, kde nejsou osídlené oblasti (alespoň se zdá, že to dělají :-) ).

Tato omezení jsou velmi oprávněná. Pro mě je například samotná definice rázové vlny spojena s výbuchem. A tomu mohou dobře odpovídat věci, které dokáže dostatečně intenzivní rázová vlna. Alespoň sklo z oken může snadno vyletět. Existuje o tom dostatek důkazů (zejména v historii Sovětské letectví, kdy byl poměrně početný a lety byly intenzivní). Ale můžete dělat horší věci. Stačí letět níž :-)…

Z velké části však to, co zbyde z rázových vln, když dosáhnou země, již není nebezpečné. Jen vnější pozorovatel na zemi může slyšet zvuk podobný řevu nebo výbuchu. Právě s touto skutečností je spojena jedna běžná a spíše přetrvávající mylná představa.

Lidé, kteří nejsou příliš zkušení v letecké vědě, když slyší takový zvuk, říkají, že letadlo překonalo zvuková bariéra (nadzvuková bariéra). Ve skutečnosti to není pravda. Toto tvrzení nemá nic společného s realitou minimálně ze dvou důvodů.

Rázová vlna (rázová vlna).

Za prvé, pokud člověk na zemi slyší hlasitý řev vysoko na obloze, pak to znamená pouze (opakuji :-)), že jeho uši dosáhly čelo rázové vlny(nebo rázová vlna) z letadla, které někam letí. Toto letadlo již letí nadzvukovou rychlostí a nejen na ni přešlo.

A pokud by se tentýž člověk mohl náhle ocitnout několik kilometrů před letadlem, pak by znovu slyšel stejný zvuk ze stejného letadla, protože by byl vystaven stejné rázové vlně pohybující se s letadlem.

Pohybuje se nadzvukovou rychlostí, a proto se přibližuje tiše. A poté, co to mělo svůj ne vždy příjemný účinek na ušní bubínky (je dobře, když jen na ně :-)) a bezpečně přešlo, je slyšet řev běžících motorů.

Přibližný letový diagram letadla při různých hodnotách Machova čísla na příkladu stíhačky Saab 35 "Draken". Jazykem je bohužel němčina, ale schéma je obecně jasné.

Navíc samotný přechod na nadzvukový zvuk není doprovázen žádnými jednorázovými „bummy“, praskáním, výbuchy atd. Na moderním nadzvukovém letounu se pilot o takovém přechodu dozví nejčastěji až z údajů přístrojů. V tomto případě však k určitému procesu dochází, ale při dodržení určitých pravidel pilotáže je pro něj prakticky neviditelný.

Ale to není vše :-). řeknu víc. v podobě nějaké hmatatelné, těžké, těžko překonatelné překážky, o kterou se letadlo opírá a kterou je potřeba „probodnout“ (slyšel jsem takové soudy :-)) neexistuje.

Přísně vzato, neexistuje žádná bariéra. Kdysi, na úsvitu rozvoje vysokých rychlostí v letectví, se tento koncept formoval spíše jako psychologická víra o obtížnosti přechodu na nadzvukovou rychlost a létání při ní. Objevily se dokonce výroky, že je to obecně nemožné, zejména proto, že předpoklady pro taková přesvědčení a prohlášení byly zcela specifické.

Nejprve však...

V aerodynamice existuje další termín, který docela přesně popisuje proces interakce s prouděním vzduchu tělesa pohybujícího se v tomto proudu a majícího tendenci přejít k nadzvuku. Tento vlnová krize. Je to on, kdo dělá některé špatné věci, které jsou tradičně spojovány s tímto konceptem zvuková bariéra.

Tak něco o krizi :-). Jakékoli letadlo se skládá z částí, jejichž proudění vzduchu během letu nemusí být stejné. Vezměme si například křídlo, nebo spíše obyčejnou klasiku podzvukový profil.

Ze základních znalostí o tom, jak vzniká vztlak, dobře víme, že rychlost proudění v přilehlé vrstvě horní zakřivené plochy profilu je různá. Tam, kde je profil konvexnější, je větší než celková rychlost proudění, poté, když je profil zploštělý, klesá.

Když se křídlo pohybuje v proudění rychlostí blízkou rychlosti zvuku, může nastat okamžik, kdy se v takto konvexní oblasti např. rychlost vzduchové vrstvy, která je již větší než celková rychlost proudění, stane zvukové a dokonce nadzvukové.

Lokální rázová vlna, která se vyskytuje na transonics během vlnové krize.

Dále v profilu tato rychlost klesá a v určitém bodě se opět stává podzvukovou. Ale, jak jsme si řekli výše, nadzvukové proudění nemůže rychle zpomalit, takže vznik rázová vlna.

Takové skoky se objevují na různé oblasti proudnicové povrchy a zpočátku jsou docela slabé, ale jejich počet může být velký a se zvýšením celkové rychlosti proudění se zvětšují nadzvukové zóny, rázy „zesilují“ a posouvají se k odtokové hraně profilu. Později se na spodní ploše profilu objevují stejné rázové vlny.

Plné nadzvukové proudění kolem profilu křídla.

Co to všechno znamená? Tady je co. První– to je významné zvýšení aerodynamického odporu v rozsahu transsonických rychlostí (asi M=1, více či méně). Tento odpor roste v důsledku prudkého nárůstu jedné z jeho složek - vlnový odpor. Totéž, co jsme dříve nebrali v úvahu při zvažování letů podzvukovou rychlostí.

Aby se vytvořily četné rázové vlny (nebo rázové vlny) během zpomalování nadzvukového proudění, jak jsem řekl výše, energie je plýtvána a je odebírána z kinetické energie pohybu letadla. To znamená, že letadlo jednoduše zpomalí (a velmi znatelně!). Tak to je vlnový odpor.

Navíc rázové vlny v důsledku prudkého zpomalení proudění v nich přispívají k oddělení mezní vrstvy za sebou a její přeměně z laminární na turbulentní. To dále zvyšuje aerodynamický odpor.

Nabobtnání profilu při různých Machových rázech, lokální nadzvukové zóny, turbulentní zóny.

Druhý. Vzhledem k výskytu lokálních nadzvukových zón na profilu křídla a jejich dalšímu posunu do ocasní části profilu se zvyšující se rychlostí proudění a tím i změnou rozložení tlaku na profilu, místo působení aerodynamických sil (střed tlaku) se také posune k odtokové hraně. V důsledku toho se objeví okamžik ponoru vzhledem k těžišti letadla, což způsobí, že sklopí nos.

Co z toho všeho vyplývá... Vzhledem k poměrně prudkému nárůstu aerodynamického odporu letoun vyžaduje znatelný výkonová rezerva motoru překonat transsonickou zónu a dosáhnout takříkajíc skutečného nadzvukového zvuku.

Prudký nárůst aerodynamického odporu při transonics (vlnová krize) v důsledku zvýšení odporu vln. Сd - koeficient odporu.

Dále. Vzhledem k výskytu potápěčského momentu vznikají potíže při kontrole sklonu. Navíc v důsledku neuspořádanosti a nerovnoměrnosti procesů spojených se vznikem lokálních nadzvukových zón s rázovými vlnami, ovládání se stává obtížným. Například v roli, kvůli různým procesům na levé a pravé rovině.

Navíc dochází k vibracím, často dosti silným v důsledku lokálních turbulencí.

Obecně platí, že kompletní soubor potěšení, který je tzv vlnová krize. Ale pravdou je, že všechny probíhají (měl, beton :-)) při použití typických podzvukových letadel (s tlustým rovným profilem křídla) za účelem dosažení nadzvukových rychlostí.

Zpočátku, když ještě nebylo dostatek znalostí a procesy dosažení nadzvuku nebyly komplexně studovány, byla právě tato sada považována za téměř fatálně nepřekonatelnou a byla tzv. zvuková bariéra(nebo nadzvuková bariéra, Pokud chceš:-)).

Při pokusu o překonání rychlosti zvuku na konvenčních pístových letadlech došlo k mnoha tragickým incidentům. Silné vibrace někdy vedly k poškození konstrukce. Letouny neměly dostatek výkonu na požadované zrychlení. V horizontálním letu to bylo nemožné kvůli efektu, který má stejnou povahu jako vlnová krize.

Ke zrychlení byl proto použit ponor. Ale klidně to mohlo být osudné. Okamžik potápění, který se objevil při vlnové krizi, způsobil, že se ponor prodloužil a někdy z něj nebylo cesty ven. Koneckonců, aby bylo možné obnovit kontrolu a odstranit vlnovou krizi, bylo nutné snížit rychlost. Ale udělat to při ponoru je extrémně obtížné (ne-li nemožné).

Stažení do střemhlavého letu z horizontálního letu je považováno za jeden z hlavních důvodů katastrofy v SSSR 27. května 1943 slavné experimentální stíhačky BI-1 s kapalným raketovým motorem. Zkoušky byly prováděny na maximální rychlost letu a podle odhadů konstruktérů byla dosažená rychlost více než 800 km/h. Načež došlo ke zpoždění ponoru, ze kterého se letadlo nevzpamatovalo.

Experimentální stíhačka BI-1.

V naší době vlnová krize je již docela dobře nastudován a překonán zvuková bariéra(v případě potřeby :-)) není těžké. Na letounech, které jsou konstruovány tak, aby létaly poměrně vysokou rychlostí, jsou uplatňována určitá konstrukční řešení a omezení pro usnadnění jejich letového provozu.

Jak známo, vlnová krize začíná u M čísel blízkých jedné. Proto téměř všechna podzvuková proudová letadla (zejména osobní) mají let omezení počtu M. Obvykle je to v oblasti 0,8-0,9M. Pilot je instruován, aby to sledoval. U mnoha letadel navíc při dosažení mezní hladiny, po jejímž překročení se musí snížit rychlost letu.

Téměř všechna letadla létající rychlostí alespoň 800 km/h a vyšší mají zametené křídlo(alespoň po náběžné hraně :-)). Umožňuje oddálit začátek ofenzívy vlnová krize až do otáček odpovídajících M=0,85-0,95.

Zametené křídlo. Základní akce.

Důvod tohoto efektu lze vysvětlit poměrně jednoduše. Na rovném křídle se proudění vzduchu rychlostí V přibližuje téměř v pravém úhlu a na křídle sweep (úhel rozmítání χ) pod určitým úhlem klouzání β. Rychlost V lze vektorově rozložit na dva toky: Vτ a Vn.

Průtok Vτ neovlivňuje rozložení tlaku na křídle, ale má vliv proudění Vn, které přesně určuje nosné vlastnosti křídla. A je zjevně menší co do velikosti celkového průtoku V. Proto na smeteném křídle nástup vlnové krize a nárůst vlnový odpor dochází výrazně později než na rovném křídle při stejné rychlosti volného proudu.

Experimentální stíhačka E-2A (předchůdce MIG-21). Typické zametené křídlo.

Jednou z úprav zameteného křídla bylo křídlo s nadkritický profil(zmínil se o něm). Umožňuje také posunout nástup vlnové krize do vyšších rychlostí a navíc umožňuje zvýšit efektivitu, která je pro dopravní letadla důležitá.

SuperJet 100. Šikmé křídlo s nadkritickým profilem.

Pokud je letadlo určeno k průletu zvuková bariéra(průjezd a vlnová krize taky :-)) a nadzvukový let se většinou vždy v určitých konstrukčních vlastnostech liší. Zejména obvykle má tenký profil křídla a ocasních ploch s ostrými hranami(včetně kosočtvercového nebo trojúhelníkového) a určitý tvar křídla v půdorysu (například trojúhelníkové nebo lichoběžníkové s přepadem atd.).

Nadzvukový MIG-21. Následník E-2A. Typické delta křídlo.

MIG-25. Příklad typického letadla určeného pro nadzvukový let. Tenké profily křídla a ocasu, ostré hrany. Lichoběžníkové křídlo. profil

Absolvování pověstného zvuková bariéra, tedy takový přechod letadla na nadzvukovou rychlost při provoz motoru s přídavným spalováním z důvodu zvýšení aerodynamického odporu, a samozřejmě za účelem rychlého průjezdu zónou vlnová krize. A samotný okamžik tohoto přechodu nejčastěji nijak nepocítí (opakuji :-)) ani pilot (může zaznamenat pouze pokles hladiny akustického tlaku v kokpitu), ani vnější pozorovatel, pokud , samozřejmě to mohl pozorovat :-).

Zde však stojí za zmínku ještě jedna mylná představa spojená s vnějšími pozorovateli. Určitě mnozí viděli fotografie tohoto druhu, jejichž popisky říkají, že toto je okamžik, kdy letadlo překonává zvuková bariéra, abych tak řekl, vizuálně.

Prandtl-Gloertův efekt. Nezahrnuje porušení zvukové bariéry.

Za prvé, už víme, že žádná zvuková bariéra jako taková neexistuje a samotný přechod na nadzvuk neprovází nic mimořádného (včetně třesku či výbuchu).

Za druhé. To, co jsme viděli na fotografii, je tzv Prandtl-Gloertův efekt. Už jsem o něm psal. V žádném případě to přímo nesouvisí s přechodem na nadzvuk. Jde jen o to, že při vysokých rychlostech (mimochodem podzvukových :-)) letadlo, pohybující určitou masu vzduchu před sebou, vytváří určité množství vzduchu za sebou oblast vzácnosti. Ihned po letu se tato oblast začne plnit vzduchem z blízkého přírodního prostoru. zvětšení objemu a prudký pokles teploty.

Li vlhkost vzduchu dostatečné a teplota klesne pod rosný bod okolního vzduchu, pak kondenzaci vlhkosti z vodní páry v podobě mlhy, kterou vidíme. Jakmile se podmínky obnoví na původní úroveň, tato mlha okamžitě zmizí. Celý tento proces je poměrně krátkodobý.

Tento proces při vysokých transsonických rychlostech může být usnadněn místním rázové vlny Já občas pomáhám tvořit něco jako jemný kužel kolem letadla.

Vysoké rychlosti tomuto jevu napomáhají, pokud je však vlhkost vzduchu dostatečná, může (a také dochází) k němu při poměrně nízkých rychlostech. Například nad hladinou nádrží. Většina, mimochodem, krásné fotky tohoto charakteru byly vyrobeny na palubě letadlové lodi, tedy v dosti vlhkém vzduchu.

Takto to funguje. Stopáž je samozřejmě v pohodě, podívaná je to velkolepá :-), ale takhle se to vůbec nejčastěji nazývá. s tím nemá vůbec nic společného (a nadzvuková bariéra Stejný:-)). A to je, myslím, dobře, jinak by pozorovatelé, kteří tento druh fotek a videí pořizují, nemuseli být šťastní. Rázová vlna, víš:-)…

Na závěr je jedno video (už jsem ho použil), jehož autoři ukazují účinek rázové vlny z letadla letícího v malé výšce nadzvukovou rychlostí. Určitá nadsázka tam samozřejmě je :-), ale obecný princip srozumitelný. A opět velkolepé :-)…

To je pro dnešek vše. Děkuji za přečtení článku až do konce :-). Do příště...

Fotky jsou klikatelné.

Neobvyklý obraz lze někdy pozorovat při letu proudových letadel, která jako by vystupovala z oblaku mlhy. Tento jev se nazývá Prandtl-Gloertův efekt a spočívá ve vzhledu mraku za objektem pohybujícím se transsonickou rychlostí v podmínkách vysoké vlhkosti vzduchu.

Důvodem tohoto neobvyklého jevu je to, že osoba letí vysoká rychlost Letadlo vytváří oblast vysokého tlaku vzduchu před sebou a oblast nízkého tlaku za sebou. Poté, co letadlo projde, se oblast nízkého tlaku začne plnit okolním vzduchem. V tomto případě je v důsledku dostatečně velké setrvačnosti vzduchových hmot nejprve celá oblast nízkého tlaku naplněna vzduchem z blízkých oblastí sousedících s oblastí nízkého tlaku.

Tento proces je lokálně adiabatickým procesem, kdy se zvětšuje objem, který zaujímá vzduch a klesá jeho teplota. Pokud je vlhkost vzduchu dostatečně vysoká, může teplota klesnout až na takovou hodnotu, že je pod rosným bodem. Poté vodní pára obsažená ve vzduchu kondenzuje do drobných kapiček, které tvoří malý obláček.

Klikací 2600 px

Jak se tlak vzduchu normalizuje, teplota se v něm vyrovná a opět stoupne nad rosný bod a mrak se rychle rozpustí ve vzduchu. Jeho životnost obvykle nepřesahuje zlomek sekundy. Proto, když letadlo letí, zdá se, že ho následuje mrak - díky tomu, že se neustále tvoří bezprostředně za letadlem a pak mizí.

Existuje obecná mylná představa, že výskyt mraku v důsledku Prandtl-Glauertova efektu znamená, že toto je okamžik, kdy letadlo prolomí zvukovou bariéru. Za podmínek normální nebo mírně zvýšené vlhkosti se oblak tvoří pouze při vysokých rychlostech, blízkých rychlosti zvuku. Přitom při letu v malé výšce a v podmínkách velmi vysoké vlhkosti (například nad oceánem) lze tento efekt pozorovat při rychlostech výrazně nižších, než je rychlost zvuku.

Klikací 2100 px

Dochází k nedorozumění s výrazem „tlesknutí“ způsobenému nepochopením pojmu „zvuková bariéra“. Tento „pop“ se správně nazývá „zvukový třesk“. Letadlo pohybující se nadzvukovou rychlostí vytváří v okolním vzduchu rázové vlny a rázy tlaku vzduchu. Zjednodušeně si lze tyto vlny představit ve formě kužele doprovázejícího let letadla s vrcholem jakoby přivázaným k nosu trupu a generaticemi namířenými proti pohybu letadla a šířící se poměrně daleko, například až na povrch země.

Klikatelné 2500 px

Když hranice tohoto pomyslného kužele, který označuje přední část hlavní zvukové vlny, dosáhne lidského ucha, je slyšet prudký skok v tlaku jako klapnutí. Sonický třesk jakoby upoutaný doprovází celý let letadla za předpokladu, že se letadlo pohybuje dostatečně rychle, byť konstantní rychlostí. Klapka se zdá být průchodem hlavní vlny sonického třesku přes pevný bod na povrchu země, kde se nachází například posluchač.

Jinými slovy, pokud by nadzvukové letadlo začalo létat tam a zpět nad posluchačem konstantní, ale nadzvukovou rychlostí, pak by rána byla slyšet pokaždé, nějakou dobu poté, co letadlo proletělo nad posluchačem v poměrně blízké vzdálenosti.

Ale podívejte se, jaký zajímavý záběr! Tohle je poprvé, co to vidím!

Klikací 1920 px - komu na stůl!

Co si představíme, když slyšíme výraz „zvuková bariéra“? Určitý limit může vážně ovlivnit sluch a pohodu. Obvykle je zvuková bariéra korelována s dobytím vzdušného prostoru a

Překonání této překážky může vyvolat rozvoj starých nemocí, bolestivých syndromů a alergických reakcí. Jsou tyto myšlenky správné nebo představují zavedené stereotypy? Mají faktický základ? Co je to zvuková bariéra? Jak a proč k tomu dochází? To vše a některé další nuance, stejně jako historická fakta související s tímto konceptem, se pokusíme zjistit v tomto článku.

Touto záhadnou vědou je aerodynamika

Ve vědě o aerodynamice, navržený k vysvětlení jevů doprovázejících pohyb
letadla, existuje koncept „zvukové bariéry“. Jedná se o sérii jevů, ke kterým dochází při pohybu nadzvukových letadel nebo raket, které se pohybují rychlostí blízkou rychlosti zvuku nebo větší.

Co je to rázová vlna?

Když kolem vozidla proudí nadzvukové proudění, ve větrném tunelu se objeví rázová vlna. Jeho stopy jsou viditelné i pouhým okem. Na zemi jsou vyjádřeny žlutou čarou. Mimo kužel rázové vlny, před žlutou čárou, není letadlo na zemi ani slyšet. Při rychlostech převyšujících zvuk jsou těla vystavena toku zvuku, který způsobuje rázovou vlnu. V závislosti na tvaru těla jich může být více.

Transformace rázové vlny

Čelo rázové vlny, které se někdy říká rázová vlna, má dosti malou tloušťku, což nicméně umožňuje sledovat prudké změny vlastností proudění, snížení jeho rychlosti vůči tělesu a odpovídající zvýšení proudění. tlak a teplota plynu v proudu. V tomto případě se kinetická energie částečně přemění na vnitřní energii plynu. Počet těchto změn přímo závisí na rychlosti nadzvukového proudění. Jak se rázová vlna vzdaluje od přístroje, poklesy tlaku se snižují a rázová vlna se přeměňuje na zvukovou vlnu. Může se dostat k vnějšímu pozorovateli, který uslyší charakteristický zvuk připomínající výbuch. Existuje názor, že to naznačuje, že zařízení dosáhlo rychlosti zvuku, když letadlo opustí zvukovou bariéru.

Co se to vlastně děje?

Takzvaný moment prolomení zvukové bariéry v praxi představuje průchod rázové vlny se sílícím rachotem leteckých motorů. Nyní je zařízení před doprovodným zvukem, takže po něm bude slyšet hučení motoru. Přiblížit se rychlosti zvuku bylo možné během druhé světové války, ale zároveň piloti zaznamenali alarmující signály v provozu letadel.

Po skončení války se mnoho leteckých konstruktérů a pilotů snažilo dosáhnout rychlosti zvuku a prolomit zvukovou bariéru, ale mnohé z těchto pokusů skončily tragicky. Pesimističtí vědci tvrdili, že tuto hranici nelze překročit. V žádném případě experimentálně, ale vědecky bylo možné vysvětlit podstatu pojmu „zvuková bariéra“ a najít způsoby, jak ji překonat.

Bezpečné lety transsonickou a nadzvukovou rychlostí jsou možné tím, že se vyhneme vlnové krizi, jejíž vznik závisí na aerodynamických parametrech letadla a výšce letu. Přechody z jedné rychlostní úrovně na druhou by měly být prováděny co nejrychleji pomocí přídavného spalování, které pomůže vyhnout se dlouhému letu v zóně vlnové krize. Vlnová krize jako pojem vzešla z vodní dopravy. Vznikl, když se lodě pohybovaly rychlostí blízkou rychlosti vln na hladině vody. Dostat se do vlnové krize s sebou nese potíže se zvyšováním rychlosti, a pokud vlnovou krizi překonáte co nejjednodušeji, můžete vstoupit do režimu hoblování nebo klouzání po vodní hladině.

Historie v řízení letadel

První člověk, který dosáhl nadzvukové rychlosti letu v experimentálním letadle, byl americký pilot Chuck Yeager. Jeho úspěch byl zaznamenán v historii 14. října 1947. Na území SSSR zvukovou bariéru prolomili 26. prosince 1948 Sokolovský a Fedorov, kteří létali na zkušené stíhačce.

Mezi civilisty prolomilo zvukovou bariéru osobní dopravní letadlo Douglas DC-8, které 21. srpna 1961 dosáhlo rychlosti 1,012 Mach, tedy 1262 km/h. Účelem letu bylo shromáždit data pro konstrukci křídla. Mezi letadly světový rekord vytvořila hypersonická aerobalistická střela vzduch-země, která je ve výzbroji ruské armády. Ve výšce 31,2 kilometru dosáhla raketa rychlosti 6389 km/h.

50 let po prolomení zvukové bariéry ve vzduchu dosáhl Angličan Andy Green podobného úspěchu v autě. Američan Joe Kittinger se pokusil překonat rekord ve volném pádu, dostal se do výšky 31,5 kilometru. Felix Baumgartner dnes, 14. října 2012, vytvořil světový rekord, bez pomoci transportu, ve volném pádu z výšky 39 kilometrů, čímž prolomil zvukovou bariéru. Jeho rychlost dosáhla 1342,8 kilometrů za hodinu.

Nejneobvyklejší prolomení zvukové bariéry

Je zvláštní si to myslet, ale prvním vynálezem na světě, který tuto hranici překonal, byl obyčejný bič, který vynalezli staří Číňané téměř před 7 tisíci lety. Téměř až do vynálezu okamžité fotografie v roce 1927 nikdo netušil, že prásknutí bičem je miniaturní sonický třesk. Prudký švih tvoří smyčku a rychlost se prudce zvyšuje, což potvrzuje cvaknutí. Zvuková bariéra se prolomí při rychlosti asi 1200 km/h.

Záhada nejhlučnějšího města

Není divu, že obyvatelé malých měst jsou šokováni, když poprvé uvidí hlavní město. Spousta dopravy, stovky restaurací a zábavní centra zmást a vyvést z vaší obvyklé vyjeté koleje. Začátek jara v hlavním městě se obvykle datuje na duben, spíše než na vzpurný, sněhový březen. V dubnu je jasná obloha, tečou potoky a kvetou poupata. Lidé unavení dlouhou zimou otevírají okna dokořán směrem ke slunci a do jejich domů se řítí pouliční hluk. Na ulici ohlušující cvrlikání ptáků, umělci zpívají, veselí studenti recitují poezii, nemluvě o hluku v zácpách a metru. Pracovníci hygieny podotýkají, že dlouhodobý pobyt v hlučném městě je zdraví škodlivý. Zvukové zázemí hlavního města tvoří doprava,
hluk z letectví, průmyslu a domácností. Nejškodlivější je hluk automobilů, protože letadla létají poměrně vysoko a hluk z podniků se rozpouští v jejich budovách. Neustálý řev aut na obzvlášť frekventovaných dálnicích dvojnásobně překračuje všechny přípustné normy. Jak hlavní město překonává zvukovou bariéru? Moskva je nebezpečná množstvím zvuků, takže obyvatelé hlavního města instalují okna s dvojitým zasklením, aby hluk tlumili.

Jak je narušena zvuková bariéra?

Až do roku 1947 neexistovaly žádné skutečné údaje o pohodě člověka v kokpitu letadla, které letí rychleji než zvuk. Jak se ukazuje, prolomení zvukové bariéry vyžaduje určitou sílu a odvahu. Během letu se ukáže, že neexistuje žádná záruka přežití. Ani profesionální pilot nemůže s jistotou říci, zda konstrukce letadla odolá útoku živlů. Během několika minut se letadlo může jednoduše rozpadnout. co to vysvětluje? Je třeba poznamenat, že pohyb podzvukovou rychlostí vytváří akustické vlny, které se šíří jako kruhy z padlého kamene. Nadzvuková rychlost vybudí rázové vlny a člověk stojící na zemi slyší zvuk podobný výbuchu. Bez výkonných počítačů bylo složité řešit složité problémy a člověk se musel spoléhat na foukací modely v aerodynamických tunelech. Někdy při nedostatečném zrychlení letadla dosáhne rázová vlna takové síly, že z domů, nad kterými letadlo letí, vylétají okna. Ne každý bude schopen překonat zvukovou bariéru, protože v tuto chvíli se celá konstrukce otřese a upevnění zařízení může utrpět značné poškození. To je důvod, proč jsou pro piloty tak důležité dobré zdraví a emoční stabilita. Pokud je let plynulý a zvuková bariéra je překonána co nejrychleji, pak pilot ani případní cestující nepocítí žádné zvlášť nepříjemné pocity. Výzkumné letadlo bylo postaveno speciálně k prolomení zvukové bariéry v lednu 1946. Vznik stroje inicioval příkaz ministerstva obrany, ale místo zbraní byl napěchován vědeckým vybavením, které sledovalo provozní režim mechanismů a přístrojů. Toto letadlo bylo jako moderní řízená střela s vestavěným raketovým motorem. Letadlo prolomilo zvukovou bariéru, když maximální rychlost 2736 km/h.

Slovní a hmotné památky na dobytí rychlosti zvuku

Úspěchy v prolomení zvukové bariéry jsou i dnes vysoce ceněny. Takže letadlo, ve kterém ji Chuck Yeager poprvé překonal, je nyní vystaveno v Národním muzeu letectví a kosmonautiky, které se nachází ve Washingtonu. Ale Technické specifikace tento lidský vynález by neměl žádnou cenu bez zásluh samotného pilota. Chuck Yeager prošel leteckou školou a bojoval v Evropě, poté se vrátil do Anglie. Nespravedlivé vyloučení z létání nezlomilo Yeagerova ducha a dosáhl přijetí u vrchního velitele evropských jednotek. V letech zbývajících do konce války se Yeager zúčastnil 64 bojových misí, během kterých sestřelil 13 letadel. Chuck Yeager se vrátil do své vlasti v hodnosti kapitána. Jeho vlastnosti naznačují fenomenální intuici, neuvěřitelnou vyrovnanost a výdrž v kritických situacích. Yeager nejednou vytvořil rekordy ve svém letadle. Jeho další kariéra byla u jednotek letectva, kde cvičil piloty. Naposledy Chuck Yeager prolomil zvukovou bariéru ve věku 74 let, což bylo v den padesátého výročí jeho letové historie a v roce 1997.

Komplexní úkoly tvůrců letadel

Světoznámý letoun MiG-15 začal vznikat v okamžiku, kdy vývojáři pochopili, že nelze spoléhat pouze na prolomení zvukové bariéry, ale že je třeba vyřešit složité technické problémy. V důsledku toho byl vytvořen stroj tak úspěšný, že jeho modifikace vstoupily do služby rozdílné země. Několik různých designové kanceláře připojil se k jakési soutěž, jehož cenou byl patent na nejúspěšnější a nejfunkčnější letoun. Byly vyvinuty letouny se šikmými křídly, což znamenalo revoluci v jejich konstrukci. Ideální zařízení muselo být výkonné, rychlé a neuvěřitelně odolné vůči jakémukoli vnějšímu poškození. Šikmá křídla letadel se stala prvkem, který jim pomohl ztrojnásobit rychlost zvuku. Poté se dále zvyšoval, což bylo vysvětlováno zvýšením výkonu motoru, použitím inovativních materiálů a optimalizací aerodynamických parametrů. Překonání zvukové bariéry se stalo možným a skutečným i pro neprofesionála, ale to ho nečiní méně nebezpečným, takže každý nadšenec extrémních sportů by měl rozumně zhodnotit své síly, než se pro takový experiment rozhodne.

V současnosti se problém „prolomení zvukové bariéry“ jeví v podstatě jako problém vysoce výkonných pohonných motorů. Pokud existuje dostatečný tah k překonání nárůstu odporu ke zvukové bariéře a bezprostředně u ní, takže letadlo může rychle proletět rozsahem kritických rychlostí, pak by se neměly očekávat žádné zvláštní potíže. Pro letadlo může být snazší létat v rozsahu nadzvukových rychlostí než v přechodovém rozsahu mezi podzvukovými a nadzvukovými rychlostmi.

Situace je tak trochu podobná té, která panovala na začátku tohoto století, kdy bratři Wrightové mohli prokázat možnost motorového letu, protože měli lehký motor s dostatečným tahem. Kdybychom měli správné motory, nadzvukový let by se stal zcela běžným. Donedávna bylo prolomení zvukové bariéry v horizontálním letu možné pouze s použitím značně nehospodárných pohonných systémů, jako jsou raketové a náporové motory s velmi vysokou spotřebou paliva. Experimentální letadla jako X-1 a Sky-rocket jsou vybavena raketovými motory, které jsou spolehlivé jen na několik minut letu, nebo turbo proudové motory s přídavným spalováním, ale v době psaní tohoto článku bylo vytvořeno několik letadel, která mohou létat nadzvukovou rychlostí po dobu půl hodiny. Pokud se v novinách dočtete, že letadlo „překonalo zvukovou bariéru“, často to znamená, že se tak stalo potápěním. V tomto případě gravitace doplnila nedostatečnou tažnou sílu.

S těmito figurami je spojen zvláštní jev letecká akrobacie na kterou bych rád upozornil. Předpokládejme, že letadlo

Přiblíží se k pozorovateli podzvukovou rychlostí, ponoří se, dosáhne nadzvukové rychlosti, poté ponor opustí a znovu pokračuje v letu podzvukovou rychlostí. V tomto případě pozorovatel na zemi často slyší dva hlasité dunivé zvuky, které se poměrně rychle následují za sebou: "Bum, bum!" Někteří vědci navrhli vysvětlení původu dvojitého hučení. Ackeret v Curychu a Maurice Roy v Paříži oba navrhli, že hučení bylo způsobeno nahromaděním zvukových impulsů, jako je hluk motoru, vydávaných, když letadlo procházelo rychlostí zvuku. Pokud se letadlo pohybuje směrem k pozorovateli, pak hluk produkovaný letadlem dosáhne pozorovatele za kratší dobu ve srovnání s intervalem, ve kterém byl emitován. Vždy tedy dochází k určité akumulaci zvukových impulsů za předpokladu, že se zdroj zvuku pohybuje směrem k pozorovateli. Pokud se však zdroj zvuku pohybuje rychlostí blízkou rychlosti zvuku, pak se akumulace nekonečně zintenzivňuje. To je zřejmé, uvážíme-li, že veškerý zvuk vydávaný zdrojem pohybujícím se přesně rychlostí zvuku přímo k pozorovateli k pozorovateli dorazí v jediném krátkém okamžiku, totiž když se zdroj zvuku přiblíží k místu pozorovatele. Důvodem je, že zvuk a zdroj zvuku se budou šířit stejnou rychlostí. Pokud by se zvuk během tohoto časového období pohyboval nadzvukovou rychlostí, pak by se sekvence vnímaných a vydávaných zvukových pulzů obrátila; pozorovatel bude rozlišovat signály vysílané později, než vnímá signály vysílané dříve.

Proces dvojitého brumu lze v souladu s touto teorií znázornit diagramem na Obr. 58. Předpokládejme, že se letadlo pohybuje přímo k pozorovateli, ale proměnnou rychlostí. Křivka AB znázorňuje pohyb letadla jako funkci času. Úhel tečny ke křivce udává okamžitou rychlost letadla. Rovnoběžné čáry zobrazené v diagramu ukazují šíření zvuku; úhel sklonu v těchto přímkách odpovídá rychlosti zvuku. Nejprve je rychlost letadla na segmentu podzvuková, poté na segmentu nadzvuková a nakonec na segmentu opět podzvuková. Pokud je pozorovatel v počáteční vzdálenosti D, pak body zobrazené na vodorovné čáře odpovídají posloupnosti vnímaného

Rýže. 58. Diagram vzdálenost-čas letounu letícího proměnnou rychlostí. Rovnoběžné čáry s úhlem sklonu ukazují šíření zvuku.

zvukové impulsy. Vidíme, že zvuk vydávaný letadlem při druhém průletu zvukovou bariérou (bod ) se dostane k pozorovateli dříve než zvuk vydávaný při prvním průletu (bod). Během těchto dvou okamžiků pozorovatel vnímá v nekonečně malém časovém intervalu impulsy emitované během omezeného časového úseku. V důsledku toho slyší bum jako výbuch. Mezi dvěma rachotivými zvuky současně vnímá tři pulsy vydávané v různých časech letadlem.

Na Obr. Obrázek 59 schematicky ukazuje intenzitu hluku, kterou lze v tomto zjednodušeném případě očekávat. Je třeba poznamenat, že akumulace zvukových impulsů v případě blížícího se zdroje zvuku je stejný proces známý jako Dopplerův jev; charakteristika druhého účinku je však obvykle omezena na změnu výšky tónu spojenou s procesem akumulace. Intenzitu vnímaného hluku je obtížné vypočítat, protože závisí na mechanismu produkce zvuku, který není příliš známý. Proces navíc komplikuje tvar trajektorie, možné ozvěny a také rázové vlny, které jsou během letu pozorovány v různých částech letadla a jejichž energie se po snížení rychlosti letadla přemění na zvukové vlny. V některých

Rýže. 59. Schematické znázornění intenzity hluku vnímané pozorovatelem.

Nedávné články na toto téma připisují těmto rázovým vlnám fenomén dvojitého, někdy i trojitého hučení pozorovaného při vysokorychlostních ponorech.

Zdá se, že problém „prolomení zvukové bariéry“ nebo „zvukové stěny“ zaujme představivost veřejnosti (anglický film nazvaný „Breaking the Sound Barrier“ poskytuje určitou představu o výzvách spojených s letem Mach 1); piloti a inženýři diskutují o problému jak vážně, tak žertem. Následující „vědecká zpráva“ o transsonickém letu demonstruje skvělou kombinaci technických znalostí a poetické licence:

Hladce jsme klouzali vzduchem rychlostí 540 mil za hodinu. Malý XP-AZ5601-NG se mi vždy líbil pro jeho jednoduché ovládání a fakt, že indikátor Prandtl-Reynolds je zastrčený v pravém rohu v horní části panelu. Zkontroloval jsem nástroje. Voda, palivo, otáčky za minutu, Carnotova účinnost, pojezdová rychlost, entalpie. Vše OK. Kurz 270°. Účinnost spalování je normální – 23 procent. Starý proudový motor předl klidně jako vždy a Tonymu sotva cvakaly zuby z jeho 17 dveří, vržených přes Schenectady. Z motoru unikal jen tenký pramínek oleje. To je život!

Věděl jsem, že motor letadla je dobrý pro vyšší rychlosti, než jsme kdy zkoušeli. Počasí bylo tak jasné, obloha tak modrá, vzduch tak klidný, že jsem neodolal a zvýšil rychlost. Pomalu jsem posunul páku o jednu pozici dopředu. Regulátor se jen nepatrně pohnul a zhruba po pěti minutách byl vše v klidu. 590 mph. Znovu jsem stiskl páku. Jsou ucpané pouze dvě trysky. Stiskl jsem čistič úzkých otvorů. Znovu otevřít. 640 mph. Klid. Výfukové potrubí bylo téměř úplně ohnuté a na jedné straně bylo ještě několik čtverečních palců. Ruce mě svrběly po páce, tak jsem ji znovu stiskl. Letadlo zrychlilo na 690 mil za hodinu a proletělo kritickým segmentem bez rozbití jediného okna. Kabina se oteplovala, tak jsem přidal trochu vzduchu do vírového chladiče. Mach 0,9! Nikdy jsem neletěl rychleji. Viděl jsem mírné otřesy mimo průzor, takže jsem upravil tvar křídla a šlo to.

Tony teď podřimoval a já jsem mu vyfoukl kouř z dýmky. Neodolal jsem a zvýšil rychlost ještě o jeden stupeň. Přesně za deset minut jsme dosáhli Mach 0,95. Vzadu ve spalovacích prostorech celkový tlak pekelně klesal. Tohle byl život! Kapesní indikátor ukazoval červeně, ale bylo mi to jedno. Tonyho svíčka stále hořela. Věděl jsem, že gama je na nule, ale bylo mi to jedno.

Z vzrušení se mi točila hlava. Trochu více! Položil jsem ruku na páku, ale právě v tu chvíli se Tony natáhl a jeho koleno narazilo do mé ruky. Páka vyskočila o deset úrovní! Do prdele! Malé letadlo se otřáslo po celé své délce a obrovská ztráta rychlosti nás s Tonym vrhla na panel. Bylo to, jako bychom narazili na pevnou cihlovou zeď! Viděl jsem, že nos letadla byl rozdrcen. Podíval jsem se na tachometr a ztuhl! 1,00! Bože, v mžiku jsem si pomyslel, jsme na maximu! Pokud ho nedonutím zpomalit, než uklouzne, skončíme v klesajícím odporu! Příliš pozdě! Mach 1,01! 1.02! 1.03! 1.04! 1.06! 1.09! 1.13! 1.18! Byl jsem zoufalý, ale Tony věděl, co má dělat. V mrknutí oka couval

hýbat se! Horký vzduch se hnal do výfukového potrubí, v turbíně byl stlačen, znovu pronikl do komor a roztáhl kompresor. Do nádrží začalo proudit palivo. Měřič entropie se vychýlil k nule. Mach 1,20! 1.19! 1.18! 1.17! Jsme zachráněni. Sklouzlo to zpátky, sklouzlo to zpátky, zatímco jsme se s Tonym modlili, aby se rozdělovač toku nedržel. 1.10! 1.08! 1.05!

Do prdele! Narazili jsme na druhou stranu zdi! Jsme v pasti! Není dostatek negativního tahu k proražení!

Když jsme se krčili ve strachu ze zdi, ocas malého letadla se rozpadl a Tony zakřičel: "Zapni raketové zesilovače!" Ale otočili se špatným směrem!

Tony natáhl ruku a šťouchl je dopředu, z prstů mu vycházely Machovy čáry. Zapálil jsem je! Rána byla ohromující. Ztratili jsme vědomí.

Když jsem se vzpamatoval, naše malé letadlo, celé polámané, právě prolétalo nulou Mach! Vytáhl jsem Tonyho a tvrdě jsme spadli na zem. Letadlo zpomalovalo směrem na východ. O několik sekund později jsme slyšeli rachot, jako by narazil do jiné zdi.

Nebyl nalezen jediný šroub. Tony začal tkát síťovinu a já putoval na MIT.

Zvuková bariéra je jev, ke kterému dochází při letu letadla nebo rakety v okamžiku přechodu z podzvukové na nadzvukovou rychlost letu v atmosféře. Když se rychlost letadla blíží rychlosti zvuku (1200 km/h), objeví se ve vzduchu před ním tenká oblast, ve které dochází k prudkému nárůstu tlaku a hustoty vzduchu. Toto zhutnění vzduchu před letícím letadlem se nazývá rázová vlna. Na zemi je průchod rázové vlny vnímán jako rána, podobně jako zvuk výstřelu. Po překročení rychlosti zvuku letadlo prochází touto oblastí se zvýšenou hustotou vzduchu, jako by ji prorazilo - prolomilo zvukovou bariéru. Prolomení zvukové bariéry se dlouhou dobu zdálo být vážným problémem ve vývoji letectví. K jeho vyřešení bylo nutné změnit profil a tvar křídla letounu (ztenčilo se a sklopilo dozadu), přední část trupu více zašpičatěla a letoun vybavil proudovými motory. Rychlost zvuku poprvé překonal v roce 1947 Charles Yeager na letounu Bell X-1 (USA) s kapalným raketovým motorem startovaným z letadla Boeing B-29. V Rusku jako první prolomil zvukovou bariéru v roce 1948 pilot O.V. Sokolovskij na experimentálním letounu La-176 s proudovým motorem.

Video.

Rychlost zvuku.

Rychlost šíření (vzhledem k médiu) malých tlakových poruch. V dokonalém plynu (například ve vzduchu při mírných teplotách a tlaku) S. z. nezávisí na povaze šířící se drobné poruchy a je stejná jak pro monochromatické kmity různých frekvencí (), tak pro slabé rázové vlny. V dokonalém plynu v uvažovaném bodě prostoru je S.z. a závisí pouze na složení plynu a jeho absolutní teplotě T:
a = (dp/d(())1/2 = ((()p/(())1/2 = ((()RT/(())1/2,
kde dp/d(() - derivace tlaku vzhledem k hustotě pro isentropický děj, (-) - adiabatický exponent, R - univerzální plynová konstanta, (-) - molekulová hmotnost (ve vzduchu a 20,1T1/2 m/s při 0 (°)C a = 332 m/s).
V plynu s fyzikálně-chemickými přeměnami, například v disociačním plynu, S.z. bude záviset na tom, jak - rovnovážné nebo nerovnovážné - tyto procesy probíhají v poruchové vlně. Při termodynamické rovnováze S.z. závisí pouze na složení plynu, jeho teplotě a tlaku. Když fyzikálně-chemické procesy probíhají nerovnovážným způsobem, dochází k disperzi zvuku, tedy k rozptylu zvuku. závisí nejen na stavu média, ale také na frekvenci kmitů (). Ze zamrzlé sluneční soustavy se šíří vysokofrekvenční oscilace ((tm), ()) - doba relaxace. aj, nízkofrekvenční ((,) 0) - s rovnováhou S. z. ae, a aj > ae. Rozdíl mezi aj a ai je obvykle malý (ve vzduchu při T = 6000(°)C a p = 105 Pa je to asi 15 %). V kapalinách S. z. výrazně vyšší než v plynu (ve vodě 1500 m/s)