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음속 장벽을 깨는 효과. 비행기가 음속 장벽을 깨면 어떻게 될까요? 러시아 여객 초음속 항공기

일러스트 저작권 SPL

촘촘한 수증기 속에 있는 전투기의 장엄한 사진은 종종 음속 장벽을 깨는 항공기를 표현한다고 주장됩니다. 그러나 이것은 실수입니다. 칼럼니스트는 이 현상의 진짜 이유에 대해 이야기한다.

이 놀라운 현상은 사진 작가와 비디오 작가에 의해 반복적으로 포착되었습니다. 군용 제트기가 시속 수백 킬로미터의 빠른 속도로 지상을 통과합니다.

전투기가 가속함에 따라 주변에 촘촘한 응축 원뿔이 형성되기 시작합니다. 비행기가 촘촘한 구름 안에 있는 것 같습니다.

그러한 사진 아래에 있는 상상력이 풍부한 캡션은 종종 이것이 항공기가 초음속에 도달할 때 발생하는 음파 붐의 시각적 증거라고 주장합니다.

실제로 이것은 사실이 아닙니다. 우리는 소위 프란틀-글라우에트 효과(Prandtl-Glauert Effect), 즉 항공기가 음속에 접근할 때 발생하는 물리적 현상을 관찰하고 있습니다. 음속 장벽을 깨는 것과는 아무런 관련이 없습니다.

  • BBC Future 웹사이트의 기타 러시아어 기사

항공기 제조가 발전함에 따라 공기역학적 형태는 더욱 유선형화되고 속도는 더욱 빨라졌습니다. 항공기꾸준히 성장했습니다. 비행기는 더 느리고 부피가 큰 이전 비행기가 할 수 없었던 주변 공기를 사용하여 작업을 수행하기 시작했습니다.

저공비행 항공기가 접근하여 음속 장벽을 깨뜨릴 때 주위에 형성되는 신비한 충격파는 공기가 그러한 속도에서 이상한 방식으로 행동한다는 것을 암시합니다.

그렇다면 이 신비로운 응축 구름은 무엇일까요?

일러스트 저작권게티이미지 캡션 Prandtl-Gloert 효과는 따뜻하고 습한 대기에서 비행할 때 가장 두드러집니다.

왕립 항공 학회(Royal Aeronautical Society)의 공기 역학 그룹 회장인 로드 어윈(Rod Irwin)에 따르면, 증기 원뿔이 발생하는 조건은 항공기가 음속 장벽을 깨기 직전에 발생합니다. 하지만 이런 현상은 보통 약간의 속도로 촬영되는 경우가 많습니다 느린 속도소리.

공기의 표면층은 높은 고도의 대기보다 밀도가 더 높습니다. 낮은 고도에서 비행할 때 마찰과 항력이 증가합니다.

그건 그렇고, 조종사는 육지의 음속 장벽을 깨는 것이 금지되어 있습니다. Irwin은 "바다 위로 초음속으로 갈 수는 있지만 단단한 표면 위로는 갈 수 없습니다"라고 Irwin은 설명합니다. "그런데 이러한 상황은 초음속 여객선 Concorde에 문제가 되었습니다. 운항이 시작된 후 금지령이 내려졌습니다. 승무원은 수면 위에서만 초음속 속도를 낼 수 있도록 허용되었습니다."

더욱이, 항공기가 초음속에 도달할 때 소닉 붐을 육안으로 식별하는 것은 극히 어렵습니다. 육안으로는 볼 수 없으며 특수 장비를 통해서만 볼 수 있습니다.

풍동에서 초음속으로 날아가는 모델을 촬영하려면 일반적으로 충격파 형성으로 인한 빛 반사의 차이를 감지하기 위해 특수 거울을 사용합니다.

일러스트 저작권게티이미지 캡션 기압이 변하면 공기 온도가 낮아지고 공기에 포함된 수분이 응결로 변합니다.

소위 Schlieren 방법(또는 Toepler 방법)으로 얻은 사진을 사용하여 모델 주위에 형성된 충격파(또는 충격파라고도 함)를 시각화합니다.

바람을 불어넣는 동안 풍동에 사용되는 공기는 사전 건조되므로 모델 주변에 응결 원뿔이 생성되지 않습니다.

수증기 원뿔은 항공기가 속도를 얻을 때 주변에 형성되는 충격파(여러 개가 있음)와 관련이 있습니다.

항공기의 속도가 음속(해발 기준 약 1234km/h)에 가까워지면 주변 공기 흐름에 국부적인 압력과 온도의 차이가 발생합니다.

결과적으로, 공기는 ​​수분을 유지하는 능력을 상실하고, 원뿔 모양으로 응결이 형성됩니다. 이 영상에.

Irwin은 "눈에 보이는 증기 원뿔은 충격파에 의해 발생하며 이로 인해 항공기 주변 공기의 압력과 온도 차이가 발생합니다"라고 말했습니다.

이 현상에 대한 최고의 사진 중 다수는 미 해군 항공기에서 찍은 것입니다. 바다 표면 근처의 따뜻하고 습한 공기가 Prandtl-Glauert 효과를 더욱 두드러지게 만드는 경향이 있다는 점을 고려하면 놀라운 일이 아닙니다.

이러한 묘기는 종종 F/A-18 호넷 전폭기에 의해 수행됩니다. 이는 미국 항공모함 기반 항공기의 주요 유형입니다. 해군 항공.

일러스트 저작권 SPL이미지 캡션 항공기가 초음속에 도달할 때의 충격은 육안으로 감지하기 어렵습니다.

동일한 전투 차량이 미 해군 블루 엔젤스 곡예비행 팀의 구성원들에 의해 사용되며, 이들은 항공기 주변에 응결 구름이 형성되는 기동을 능숙하게 수행합니다.

현상의 장엄한 특성으로 인해 해군 항공을 대중화하는 데 자주 사용됩니다. 조종사는 Prandtl-Gloert 효과 발생 조건이 가장 최적인 바다 위를 의도적으로 조종하고 전문 해군 사진가가 근처에서 근무합니다. 결국 비행하는 제트기의 선명한 사진을 찍는 것은 불가능합니다. 일반 스마트폰으로 시속 960km/h의 속도를 낼 수 있다.

응축 구름은 공기가 부분적으로는 초음속으로, 부분적으로는 아음속으로 항공기 주위를 흐르는 이른바 천음속 비행 모드에서 가장 인상적으로 보입니다.

Irwin은 "비행기가 반드시 초음속으로 비행하는 것은 아니지만 공기가 날개의 아래쪽 표면보다 더 빠른 속도로 날개의 위쪽 표면 위로 흐르기 때문에 국부적인 충격파가 발생합니다."라고 Irwin은 말합니다.

그에 따르면 Prandtl-Glauert 효과가 발생하려면 다음이 필요합니다. 기후 조건(즉, 따뜻하고 습한 공기), 이는 항공모함 기반 전투기가 다른 항공기보다 더 자주 접하게 됩니다.

네가 해야 할 일은 부탁을 하는 것뿐이다. 전문 사진가, 그리고- 짜잔! - 당신의 비행기는 장엄한 수증기 구름에 둘러싸여 포착되었습니다. 우리 중 많은 사람들이 이를 초음속 속도에 도달했다는 신호로 잘못 받아들입니다.

  • 홈페이지에서 읽어보실 수 있어요

"음속 장벽"이라는 표현을 들으면 우리는 무엇을 상상합니까? 특정 한도는 청력과 웰빙에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 일반적으로 음속 장벽은 공역 정복과 관련이 있으며

이 장애물을 극복하면 오래된 질병, 통증 증후군 및 알레르기 반응이 발생할 수 있습니다. 이러한 생각은 정확합니까, 아니면 확립된 고정관념을 나타내는 것입니까? 사실에 근거한 내용이 있나요? 음속 장벽이란 무엇입니까? 어떻게 그리고 왜 발생합니까? 이 기사에서는 이 개념과 관련된 역사적 사실뿐만 아니라 이 모든 것과 몇 가지 추가적인 뉘앙스를 찾으려고 노력할 것입니다.

이 신비로운 과학은 공기역학이다

공기역학 분야에서는 움직임에 수반되는 현상을 설명하기 위해 고안되었습니다.
항공기에는 "음속 장벽"이라는 개념이 있습니다. 이는 음속에 가깝거나 그 이상의 속도로 움직이는 초음속 항공기나 로켓이 이동할 때 발생하는 일련의 현상이다.

충격파란 무엇입니까?

차량 주위에 초음속 흐름이 흐르면서 풍동에 충격파가 나타납니다. 그 흔적은 육안으로도 볼 수 있습니다. 지상에는 노란색 선으로 표현되어 있습니다. 충격파 원뿔 밖, 노란색 선 앞에는 비행기가 지상에 있는 소리조차 들리지 않습니다. 소리를 초과하는 속도에서 신체는 충격파를 수반하는 소리 흐름의 흐름을 받게 됩니다. 신체의 모양에 따라 둘 이상이 있을 수 있습니다.

충격파 변환

때때로 충격파라고도 불리는 충격파 전면은 두께가 매우 얇지만 그럼에도 불구하고 흐름 특성의 급격한 변화, 몸체에 대한 속도의 감소 및 이에 따른 흐름의 증가를 추적할 수 있습니다. 흐름에 있는 가스의 압력과 온도. 이 경우 운동에너지의 일부가 기체의 내부에너지로 변환됩니다. 이러한 변화의 수는 초음속 흐름의 속도에 직접적으로 의존합니다. 충격파가 장치에서 멀어짐에 따라 압력 강하가 감소하고 충격파가 음파로 변환됩니다. 그것은 폭발과 유사한 특징적인 소리를 듣게 될 외부 관찰자에게 도달할 수 있습니다. 이는 비행기가 음속 장벽을 벗어날 때 장치가 음속에 도달했음을 나타내는 의견이 있습니다.

정말 무슨 일이 일어나고 있는 걸까요?

실제로 소위 음속 장벽이 무너지는 순간은 항공기 엔진의 포효가 증가하면서 충격파가 통과하는 것을 나타냅니다. 이제 장치가 수반되는 소리보다 앞서 있으므로 그 후에 엔진의 윙윙거리는 소리가 들립니다. 제2차 세계 대전 중에 음속에 접근하는 것이 가능해졌지만 동시에 조종사들은 항공기 운항 중에 경고 신호를 발견했습니다.

전쟁이 끝난 후 많은 항공기 설계자와 조종사는 음속을 달성하고 음속 장벽을 깨려고 노력했지만 이러한 시도 중 상당수는 비극적으로 끝났습니다. 비관적인 과학자들은 이 한계를 초과할 수 없다고 주장했습니다. 결코 실험적이지 않고 과학적인 방법으로 '음속 장벽' 개념의 본질을 설명하고 이를 극복할 수 있는 방법을 찾는 것이 가능했습니다.

항공기의 공기 역학적 매개 변수와 비행 고도에 따라 발생하는 파동 위기를 피함으로써 천음속 및 초음속 속도의 안전한 비행이 가능합니다. 한 속도 수준에서 다른 속도 수준으로의 전환은 애프터버너를 사용하여 가능한 한 빨리 수행되어야 하며, 이는 파도 위기 구역에서 장시간 비행을 피하는 데 도움이 됩니다. 개념으로서의 파도 위기는 해상 운송에서 비롯되었습니다. 선박이 수면의 파도 속도에 가까운 속도로 움직일 때 발생했습니다. 파도 위기에 빠지면 속도를 높이는 데 어려움이 따르며, 파도 위기를 최대한 간단하게 극복하면 수면을 따라 활주하거나 미끄러지는 모드로 들어갈 수 있습니다.

항공기 통제의 역사

실험용 항공기로 초음속 비행 속도에 도달한 최초의 사람은 미국 조종사 척 예거(Chuck Yeager)였습니다. 그의 업적은 1947년 10월 14일 역사에 기록되었습니다. 소련 영토에서는 1948년 12월 26일 숙련된 전투기를 조종하던 소콜로프스키와 페도로프에 의해 음속 장벽이 무너졌습니다.

민간인 사이에서 여객기 더글러스 DC-8(Douglas DC-8)은 1961년 8월 21일에 마하 1.012, 즉 1262km/h의 속도에 도달하여 음속 장벽을 무너뜨렸습니다. 비행의 목적은 날개 설계를 위한 데이터 수집이었습니다. 항공기 중에서는 러시아군이 운용하는 초음속 공대지 공대지 미사일이 세계 기록을 세웠다. 고도 31.2km에서 로켓의 속도는 6389km/h에 달했다.

영국인 앤디 그린(Andy Green)은 공중에서 음속 장벽을 허물고 50년 만에 자동차에서도 비슷한 성과를 거두었습니다. 미국인 Joe Kittinger는 자유낙하 기록을 깨려고 31.5km 높이에 도달했습니다. 오늘, 2012년 10월 14일, 펠릭스 바움가르트너(Felix Baumgartner)는 교통의 도움 없이 39km 높이에서 자유낙하하여 음속을 깨며 세계 기록을 세웠습니다. 속도는 시속 1342.8km에 이르렀습니다.

음속 장벽의 가장 특이한 파괴

생각해보면 이상하지만 이 한계를 극복한 세계 최초의 발명품은 거의 7천년 전 고대 중국인이 발명한 일반 채찍이었습니다. 1927년 즉석 사진이 발명되기 전까지는 누구도 채찍 소리가 소형 음파 붐이라고 의심하지 않았습니다. 날카로운 스윙은 루프를 형성하고 속도가 급격히 증가하는 것을 클릭으로 확인합니다. 방음벽약 1200km/h의 속도로 극복합니다.

가장 시끄러운 도시의 미스터리

작은 마을 주민들이 처음으로 수도를 보고 충격을 받는 것은 당연합니다. 다양한 교통수단, 수백 개의 레스토랑 및 엔터테인먼트 센터당신을 평소의 틀에 박힌 틀에서 혼란스럽게 하고 불안하게 만듭니다. 수도의 봄은 반항적이고 눈보라가 몰아치는 3월이 아닌 일반적으로 4월부터 시작됩니다. 4월에는 하늘이 맑고, 시냇물이 흐르고, 꽃봉오리가 피어납니다. 긴 겨울에 지친 사람들은 햇살을 향해 창문을 활짝 열고, 거리의 소음이 집 안으로 터져 나온다. 거리에서는 새들이 귀가 먹먹하게 지저귀고, 예술가들이 노래하고, 쾌활한 학생들이 시를 낭송하며, 교통 체증과 지하철의 소음은 말할 것도 없습니다. 위생부 직원들은 시끄러운 도시에 오랫동안 머무르는 것이 건강에 해롭다고 지적합니다. 수도의 건전한 배경은 교통,
항공, 산업 및 가정용 소음. 가장 해로운 것은 자동차 소음입니다. 비행기가 꽤 높이 날고 기업의 소음이 건물에 녹아 있기 때문입니다. 특히 바쁜 고속도로에서 끊임없는 자동차의 포효는 모든 허용 기준을 두 배나 초과합니다. 자본은 어떻게 음속 장벽을 극복합니까? 모스크바는 소리가 많아 위험하기 때문에 수도 주민들은 소음을 줄이기 위해 이중창을 설치합니다.

음속 장벽은 어떻게 습격됩니까?

1947년까지는 소리보다 빠르게 나는 비행기 조종석에 앉은 사람의 건강 상태에 대한 실제 데이터가 없었습니다. 알고 보니 음속 장벽을 깨려면 어느 정도의 힘과 용기가 필요합니다. 비행 중에는 생존이 보장되지 않는다는 것이 분명해집니다. 전문 조종사라도 항공기 설계가 외부 요인의 공격을 견딜 수 있는지 여부는 확실히 말할 수 없습니다. 몇 분 안에 비행기가 무너질 수 있습니다. 이것을 설명하는 것은 무엇입니까? 아음속 속도의 움직임은 떨어진 돌에서 원처럼 퍼지는 음파를 생성한다는 점에 유의해야 합니다. 초음속의 속도는 충격파를 일으키고, 땅에 서 있는 사람에게는 폭발음과 비슷한 소리가 들립니다. 강력한 컴퓨터가 없으면 복잡한 문제를 해결하기 어려웠고 풍동에서 불어오는 모델에 의존해야 했습니다. 때로는 비행기의 가속도가 불충분할 때 충격파가 비행기가 날아가는 집 밖으로 창문이 날아갈 정도의 힘에 도달합니다. 이 순간 전체 구조가 흔들리고 장치 장착부가 심각한 손상을 입을 수 있기 때문에 모든 사람이 음속 장벽을 극복할 수 있는 것은 아닙니다. 이것이 바로 조종사에게 건강과 정서적 안정이 그토록 중요한 이유입니다. 비행이 순조롭게 진행되고 음속 장벽이 최대한 빨리 극복된다면 조종사나 승객 모두 특별히 불쾌한 감각을 느끼지 못할 것입니다. 1946년 1월 음속 장벽을 무너뜨리기 위해 특별히 연구용 항공기가 제작되었습니다. 기계 제작은 국방부의 명령에 따라 시작되었지만 무기 대신 메커니즘과 도구의 작동 모드를 모니터링하는 과학 장비로 채워졌습니다. 이 비행기는 로켓 엔진이 내장된 현대식 순항 미사일과 같았습니다. 비행기가 음속 장벽을 깨뜨린 순간 최대 속도시속 2736km.

소리의 속도를 정복하기 위한 언어적, 물질적 기념물

음속 장벽을 깨는 성과는 오늘날에도 여전히 높은 평가를 받고 있습니다. 그래서 척 예거가 처음 이겨낸 비행기는 현재 워싱턴에 있는 국립항공우주박물관에 전시돼 있다. 하지만 기술 사양이 인간 발명품은 조종사 자신의 장점이 없다면 가치가 거의 없을 것입니다. 척 예거(Chuck Yeager)는 비행학교를 졸업하고 유럽에서 전투를 벌인 후 영국으로 돌아왔습니다. 비행에서 부당하게 제외된 것은 예거의 정신을 꺾지 않았고, 그는 유럽군 총사령관과의 환대를 달성했습니다. 전쟁이 끝날 때까지 남은 몇 년 동안 Yeager는 64개의 전투 임무에 참여했으며 그 동안 13대의 항공기를 격추했습니다. 척 예거는 선장으로 고국으로 돌아왔다. 그의 특성은 중요한 상황에서 경이로운 직관, 놀라운 평정심 및 인내력을 나타냅니다. Yeager는 비행기에서 여러 번 기록을 세웠습니다. 그의 추가 경력은 공군 부대에서 이루어졌으며 그곳에서 조종사를 훈련했습니다. 척 예거가 마지막으로 음속을 깨뜨린 것은 74세의 비행 역사 50주년이자 1997년이었다.

항공기 제작자의 복잡한 작업

세계적으로 유명한 MiG-15 항공기는 개발자들이 음속 장벽을 깨는 것에만 의존하는 것은 불가능하고 복잡한 기술적 문제를 해결해야 한다는 것을 깨달은 순간 만들어지기 시작했습니다. 그 결과, 기계가 매우 성공적으로 생성되어 수정 사항이 서비스에 들어갔습니다. 다른 나라. 여러 가지 디자인 국일종의 합류했다 경쟁, 그 상은 가장 성공적이고 기능적인 항공기에 대한 특허였습니다. 날개를 휘두르는 항공기가 개발되었는데, 이는 설계에 있어서 혁명이었습니다. 이상적인 장치는 강력하고 빠르며 외부 손상에 대한 내구성이 뛰어나야 합니다. 비행기의 날개는 음속을 세 배로 높이는 데 도움이 되는 요소가 되었습니다. 그런 다음 엔진 출력 증가, 혁신적인 재료 사용 및 공기 역학적 매개 변수 최적화로 설명되는 계속 증가했습니다. 전문가가 아닌 사람도 음속 장벽을 극복하는 것이 가능하고 현실화되었지만 이것이 덜 위험한 것은 아니므로 익스트림 스포츠 애호가라면 그러한 실험을 결정하기 전에 자신의 강점을 현명하게 평가해야 합니다.

가끔 제트기가 하늘을 날 때 폭발음 같은 큰 소리가 들릴 때가 있습니다. 이 "폭발"은 항공기가 음속 장벽을 깨뜨린 결과입니다.

음속 장벽은 무엇이며 폭발음이 들리는 이유는 무엇입니까? 그리고 음속의 장벽을 최초로 깨뜨린 사람은 누구였습니까? ? 우리는 아래에서 이러한 질문을 고려할 것입니다.

음속 장벽은 무엇이며 어떻게 형성됩니까?

공기역학적 음속 장벽은 음속과 같거나 그 이상의 속도를 갖는 모든 항공기(비행기, 로켓 등)의 움직임에 수반되는 일련의 현상입니다. 즉, 공기역학적 “음속 장벽”은 비행기가 음속에 도달할 때 발생하는 공기 저항의 급격한 증가입니다.

음파는 높이, 온도 및 압력에 따라 달라지는 특정 속도로 공간을 통과합니다. 예를 들어, 해수면에서 소리의 속도는 약 1220km/h이고 고도 15,000m에서는 최대 1000km/h입니다. 항공기의 속도가 음속에 가까워지면 특정 하중이 가해집니다. 정상 속도(아음속)에서 항공기의 기수는 전방의 압축 공기 파동을 "구동"하며, 그 속도는 음속에 해당합니다. 파도의 속도는 항공기의 정상 속도보다 빠릅니다. 결과적으로 공기는 항공기 표면 전체에 자유롭게 흐릅니다.

그러나 항공기의 속도가 음속과 일치하면 압축파는 기수가 아닌 날개 앞쪽에 형성됩니다. 결과적으로 충격파가 형성되어 날개에 가해지는 하중이 증가합니다.

항공기가 음속 장벽을 극복하려면 특정 속도 외에도 특별한 설계가 필요합니다. 이것이 바로 항공기 설계자가 항공기 제작에 있어 특별한 공기역학적 날개 프로파일과 기타 기술을 개발하고 사용한 이유입니다. 음속 장벽을 깨는 순간, 현대 초음속 항공기의 조종사는 진동, "점프" 및 "공기역학적 충격"을 느끼며, 이는 지상에서 팝이나 폭발로 인식됩니다.

음속 장벽을 최초로 깨뜨린 사람은 누구였습니까?

음속 장벽의 "선구자"에 대한 질문은 최초의 우주 탐험가의 질문과 동일합니다. "라는 질문에 초음속 장벽을 최초로 깨뜨린 사람은 누구였습니까? ? 다양한 대답을 할 수 있습니다. 이것은 음속의 장벽을 깨뜨린 최초의 사람이자 최초의 여성이며, 이상하게도 최초의 장치입니다...

음속의 장벽을 최초로 깨뜨린 사람은 시험 조종사 찰스 에드워드 예거(척 예거)였다. 1947년 10월 14일, 로켓 엔진을 장착한 그의 실험용 Bell X-1 항공기는 미국 캘리포니아주 빅터빌(Victorville) 상공 21,379m 상공에서 얕은 잠수에 들어가 음속에 도달했습니다. 당시 비행기의 속도는 1207km/h였다.

그의 경력 전반에 걸쳐 군사 조종사는 미국뿐만 아니라 발전에 큰 공헌을했습니다. 군사 항공, 우주 비행도 마찬가지입니다. Charles Elwood Yeager는 세계 여러 지역을 방문하며 미 공군 장군으로서의 경력을 마감했습니다. 군 조종사의 경험은 할리우드에서도 장편 영화 '파일럿'에서 화려한 공중 곡예를 선보일 때 큰 도움이 됐다.

음속 장벽을 깨는 척 예거의 이야기는 1984년 오스카상 4개 부문을 수상한 영화 "라이트 가이즈(The Right Guys)"에서 잘 알려져 있습니다.

음속 장벽의 다른 "정복자"

최초로 음속 장벽을 깨뜨린 찰스 예거(Charles Yeager) 외에도 다른 기록 보유자가 있었습니다.

  1. 최초의 소련 시험 조종사 - Sokolovsky(1948년 12월 26일).
  2. 첫 번째 여성은 미국인 재클린 코크런(1953년 5월 18일)이다. 그녀의 F-86 항공기는 에드워드 공군 기지(미국 캘리포니아) 상공을 비행하면서 1223km/h의 속도로 음속 장벽을 무너뜨렸습니다.
  3. 최초의 민간 항공기는 미국 여객기 Douglas DC-8(1961년 8월 21일)이었습니다. 약 12.5,000m의 고도에서 이루어진 비행은 실험적이었고 날개 앞쪽 가장자리의 향후 설계에 필요한 데이터를 수집할 목적으로 구성되었습니다.
  4. 음속 장벽을 깬 최초의 자동차 - Thrust SSC(1997년 10월 15일).
  5. 자유낙하로 음속 장벽을 최초로 깨뜨린 사람은 미국인 조 키팅거(1960)로 31.5km 상공에서 낙하산을 타고 내려갔다. 그러나 그 후 2012년 10월 14일 미국 로스웰(미국 뉴멕시코주) 상공을 비행한 오스트리아의 펠릭스 바움가르트너(Felix Baumgartner)는 낙하산이 달린 풍선을 고도 39km에 남겨 세계 기록을 세웠습니다. 속도는 약 1342.8km/h였으며, 대부분 자유낙하 상태에서 지상으로 하강하는 데 10분밖에 걸리지 않았다.
  6. 항공기로 음속 장벽을 돌파한 세계 기록은 현재 러시아군에서 운용 중인 극초음속 공대지 공대지 미사일 X-15(1967)에 속합니다. 고도 31.2km에서의 로켓 속도는 6389km/h였습니다. 유인 항공기 역사상 인간이 이동할 수 있는 최대 속도는 39,897km/h이며, 이는 1969년 미국 과학자들이 달성한 것입니다. 우주선"아폴로 10호".

음속 장벽을 깨뜨린 최초의 발명품

이상하게도 음속을 깨뜨린 최초의 발명품은... 7천년 전 고대 중국인이 발명한 간단한 채찍이었습니다.

1927년 즉석 사진이 발명되기 전에는 채찍이 갈라지는 소리가 단지 끈이 손잡이에 닿는 것이 아니라 작은 초음속 딸깍 소리라고 생각한 사람은 아무도 없었습니다. 날카로운 스윙 중에 루프가 형성되고 속도가 수십 배 증가하고 클릭이 동반됩니다. 루프는 약 1200km/h의 속도로 음속 장벽을 무너뜨립니다.

음속 장벽은 항공기나 로켓이 비행하는 동안 대기권에서 아음속 비행 속도에서 초음속 비행 속도로 전환되는 순간에 발생하는 현상입니다. 항공기의 속도가 음속(1200km/h)에 가까워짐에 따라 전방의 공기에 얇은 영역이 나타나 공기의 압력과 밀도가 급격히 증가합니다. 비행하는 항공기 앞의 공기 압축을 충격파라고 합니다. 지상에서는 충격파의 통과가 총소리와 유사한 굉음으로 인식됩니다. 음속을 초과하면 비행기는 마치 관통하는 것처럼 공기 밀도가 증가한 영역을 통과하여 음속 장벽을 깨뜨립니다. 오랫동안 음속의 장벽을 무너뜨리는 것은 항공 발전에 있어 심각한 문제로 여겨졌습니다. 이를 해결하려면 항공기 날개의 윤곽과 모양을 변경하고(더 얇아지고 뒤로 젖혀짐) 동체 앞부분을 더 뾰족하게 만들고 항공기에 장착해야 했습니다. 제트 엔진. 1947년 Charles Yeager가 Boeing B-29 항공기에서 발사한 액체 로켓 엔진을 장착한 Bell X-1 항공기(미국)를 타고 처음으로 음속을 초과했습니다. 러시아에서 1948년 처음으로 음속 장벽을 무너뜨린 사람은 터보제트 엔진을 장착한 실험용 La-176 항공기의 조종사 O.V. Sokolovsky였습니다.






동영상.

소리 속도.

작은 압력 교란의 전파 속도(매체 기준)입니다. 이상기체(예: 적당한 온도와 압력의 공기)에서 S. z. 전파되는 작은 교란의 특성에 의존하지 않으며 서로 다른 주파수의 단색 진동()과 약한 충격파 모두에 대해 동일합니다. 고려되는 우주 지점의 이상기체에서 S. z. a는 가스의 조성과 절대 온도 T에만 의존합니다.
a = (dp/d(())1/2 = ((()p/(())1/2 = ((()RT/(())1/2,
여기서 dp/d(() - 등엔트로피 공정의 밀도에 대한 압력 미분, (-) - 단열 지수, R - 범용 기체 상수, (-) - 분자량(공기 중 20.1T1/2m/s) 0(°)C에서 a = 332m/s).
예를 들어 해리 가스에서 물리화학적 변형이 있는 가스에서 S. z. 평형 또는 비평형 등 이러한 과정이 교란파에서 어떻게 발생하는지에 따라 달라집니다. 열역학적 평형 S.z에서. 가스의 구성, 온도 및 압력에만 의존합니다. 물리화학적 과정이 비평형 방식으로 일어날 때 소리의 분산, 즉 소리의 분산이 발생합니다. 매체의 상태뿐만 아니라 진동 빈도()에 따라 달라집니다. 고주파 진동((tm), ()) - 이완 시간)은 얼어붙은 태양계에서 전파됩니다. aj, 저주파 ((,) 0) - 평형 S. z. ae이고, aj > ae입니다. aj와 ai의 차이는 일반적으로 작습니다(T = 6000(°)C 및 p = 105 Pa의 공기에서는 약 15%입니다). 액체 S. z. 가스보다 상당히 높음(물에서 1500m/s)

안개 구름 속에서 나타나는 것처럼 보이는 제트기의 비행 중에 때때로 특이한 그림이 관찰될 수 있습니다. 이 현상을 Prandtl-Gloert 효과라고 하며 높은 습도 조건에서 천음속으로 움직이는 물체 뒤에 구름이 나타나는 것으로 구성됩니다.

이런 특이한 현상이 나타나는 이유는 비행하는 사람이 고속비행기는 앞쪽에 높은 기압 영역을 만들고 뒤쪽에 낮은 압력 영역을 만듭니다. 비행기가 지나간 후 ​​저기압 영역이 주변 공기로 채워지기 시작합니다. 이 경우 기단의 관성이 충분히 높기 때문에 먼저 전체 저압 영역이 저압 영역에 인접한 인근 영역의 공기로 채워집니다.

이 과정은 공기가 차지하는 부피가 증가하고 온도가 감소하는 국지적인 단열 과정입니다. 공기 습도가 충분히 높으면 온도가 이슬점보다 낮은 값으로 떨어질 수 있습니다. 그런 다음 공기에 포함된 수증기가 작은 물방울로 응결되어 작은 구름을 형성합니다.


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기압이 정상화됨에 따라 온도가 고르게 유지되고 다시 이슬점 이상으로 올라가고 구름이 공기 중으로 빠르게 용해됩니다. 일반적으로 수명은 1초도 넘지 않습니다. 따라서 비행기가 날아갈 때 구름이 비행기 바로 뒤에 지속적으로 형성되었다가 사라지기 때문에 구름이 따라오는 것처럼 보입니다.


Prandtl-Glauert 효과로 인해 구름이 나타나는 것은 항공기가 음속 장벽을 깨는 순간이라는 것을 의미한다는 일반적인 오해가 있습니다. 습도가 보통이거나 약간 증가한 조건에서 구름은 음속에 가까운 고속에서만 형성됩니다. 동시에, 낮은 고도와 습도가 매우 높은 조건(예: 바다 위)에서 비행할 때 이 효과는 음속보다 훨씬 낮은 속도에서 관찰될 수 있습니다.

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'음속벽'이라는 용어에 대한 오해로 인해 '박수'에 대한 오해가 생기고 있습니다. 이 "팝"은 정확하게 "소닉 붐"이라고 불립니다. 초음속으로 움직이는 비행기는 충격파를 일으키고 주변 공기에 기압이 급상승합니다. 단순화된 방식으로, 이러한 파동은 항공기의 비행을 수반하는 원뿔로 상상할 수 있으며, 정점은 동체의 기수에 묶여 있고 생성기는 항공기의 움직임에 반대하여 상당히 멀리 퍼집니다. , 예를 들어 지구 표면까지.

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주 음파의 앞부분을 표시하는 이 가상의 원뿔의 경계가 사람의 귀에 도달하면 박수처럼 급격한 압력 상승이 들립니다. 항공기가 일정한 속도에도 불구하고 충분히 빠르게 움직이는 경우 마치 밧줄로 묶인 것처럼 소닉 붐이 항공기의 전체 비행을 수반합니다. 박수소리는 예를 들어 청취자가 위치한 지구 표면의 고정된 지점 위로 소닉붐의 주파가 통과하는 것처럼 보입니다.


즉, 초음속 비행기가 청자 위를 일정하지만 초음속 속도로 앞뒤로 날기 시작하면 비행기가 상당히 가까운 거리에서 청자 위를 날아간 후 얼마 후에 매번 굉음이 들릴 것입니다.

하지만 정말 흥미로운 장면을 보세요! 이런 모습은 처음이에요!


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