팝핑은 왜 일어나는 걸까요? 음속 장벽을 최초로 깨뜨린 사람은 누구였습니까? 충격파 란 무엇입니까?

음속 장벽을 통과했습니다 :-)...

주제에 대해 이야기하기 전에 개념의 정확성에 대한 질문을 명확하게 해보겠습니다(내가 좋아하는 것 :-)). 요즘에는 두 가지 용어가 상당히 널리 사용됩니다. 음속 장벽그리고 초음속 장벽 . 비슷하게 들리지만 여전히 동일하지는 않습니다. 그러나 특별히 엄격할 필요는 없습니다. 본질적으로 둘은 하나이며 동일합니다. 사운드 장벽의 정의는 지식이 풍부하고 항공에 더 가까운 사람들이 가장 자주 사용합니다. 두 번째 정의는 일반적으로 다른 모든 사람입니다.

나는 물리학 (및 러시아어 :-)) 관점에서 볼 때 음속 장벽이라고 말하는 것이 더 정확하다고 생각합니다. 여기에는 간단한 논리가 있습니다. 결국 음속이라는 개념은 있지만, 엄밀히 말하면 초음속이라는 고정된 개념은 없습니다. 조금 앞을 내다보면 그렇게 말할게 항공기초음속으로 날아간 다음 그는 이미 이 장벽을 통과했으며, 이를 통과(극복)하면 동시에 특정 장벽을 통과합니다. 임계치속도는 음속과 동일합니다(초음속 아님).

그런 것 :-). 더욱이 첫 번째 개념은 두 번째 개념보다 훨씬 덜 자주 사용됩니다. 이는 초음속이라는 단어가 더 이국적이고 매력적으로 들리기 때문인 것 같습니다. 그리고 초음속 비행에서는 이국적인 것이 확실히 존재하며 당연히 많은 사람들을 끌어들입니다. 그러나 “라는 말을 음미하는 사람이 모두 그런 것은 아니다. 초음속 장벽“그들은 실제로 그것이 무엇인지 이해합니다. 나는 포럼을보고, 기사를 읽고, 심지어 TV를 시청하면서 이미 이것을 한 번 이상 확신했습니다.

이 질문은 실제로 물리학적 관점에서 볼 때 상당히 복잡합니다. 그러나 물론 우리는 복잡성에 신경쓰지 않을 것입니다. 평소처럼 "손가락으로 공기역학을 설명하는" 원리를 사용하여 상황을 명확히 하려고 노력하겠습니다. :-).

그래서 장벽으로 (소리 :-))!... 비행 중인 비행기는 공기와 같은 탄성 매체에 작용하여 강력한 음파원이 됩니다. 나는 모두가 공기 중의 음파가 무엇인지 알고 있다고 생각합니다 :-).

음파(소리굽쇠).

이는 압축 영역과 희박 영역이 교대로 확산되는 것입니다. 다른 측면음원에서. 파도이기도 한 물 위의 원과 같은 것입니다(소리가 나는 것은 아닙니다 :-)). 인간의 속삭임부터 제트 엔진의 포효까지 세상의 모든 소리를 들을 수 있게 해주는 것이 바로 귀의 고막에 작용하는 이 영역입니다.

음파의 예.

음파 전파 지점은 항공기의 다양한 구성 요소일 수 있습니다. 예를 들어, 엔진(소리는 누구에게나 알려져 있습니다 :-)) 또는 신체의 일부(예: 활)는 움직일 때 앞쪽의 공기를 압축하여 특정 유형의 압력을 생성합니다( 압축) 앞으로 나아가는 파도.

이 모든 음파는 이미 우리에게 알려진 음속으로 공기 중에 전파됩니다. 즉, 비행기가 아음속이고 심지어 저속으로 비행한다면 비행기에서 도망가는 것처럼 보입니다. 결과적으로 그러한 항공기가 접근하면 우리는 먼저 그 소리를 듣고 그 자체로 날아갑니다.

그러나 비행기가 매우 높이 날지 않는 경우에는 이것이 사실이라고 예약하겠습니다. 결국, 소리의 속도는 빛의 속도가 아닙니다 :-). 그 크기는 그다지 크지 않으며 음파가 청취자에게 도달하려면 시간이 필요합니다. 따라서 청취자에게 소리가 나타나는 순서와 비행기가 날아갈 경우 높은 고도바꿀 수있다.

그리고 소리가 그렇게 빠르지 않기 때문에 자체 속도가 증가하면 비행기가 방출하는 파도를 따라잡기 시작합니다. 즉, 그가 움직이지 않으면 파도는 다음과 같은 형태로 그에게서 갈라질 것입니다. 동심원던진 돌로 인해 물 위에 파문이 일어나는 것과 같습니다. 그리고 비행기가 움직이기 때문에 비행 방향에 해당하는 원의 섹터에서 파도의 경계(앞면)가 서로 접근하기 시작합니다.

아음속 신체 움직임.

따라서 항공기(기수)와 첫 번째(머리) 파동의 앞쪽 사이의 간격(즉, 이는 어느 정도 점진적인 제동이 발생하는 영역입니다) 무료 스트림항공기의 기수 (날개, 꼬리)와 만날 때 결과적으로 압력과 온도의 증가)이 수축하기 시작하고 속도가 빠를수록 비행 속도가 높아집니다.

이 격차가 실질적으로 사라지는(또는 최소화되는) 순간이 옵니다. 충격파. 이는 비행 속도가 음속에 도달할 때 발생합니다. 즉, 비행기가 방출하는 파동과 동일한 속도로 이동합니다. 마하 수는 1과 같습니다(M=1).

몸의 소리 움직임(M=1).

충격 충격는 매체의 매우 좁은 영역(약 10 -4mm)으로, 통과할 때 더 이상 점진적이지 않지만 이 매체의 매개변수에 급격한(점프와 같은) 변화가 있습니다. 속도, 압력, 온도, 밀도. 우리의 경우 속도는 감소하고 압력, 온도 및 밀도는 증가합니다. 따라서 이름은 충격파입니다.

다소 단순화된 방식으로 나는 이 모든 것에 대해 이렇게 말하고 싶습니다. 초음속 흐름을 갑자기 늦추는 것은 불가능하지만, 적당한 아음속 속도에서와 같이 항공기 바로 앞의 흐름 속도에 대해 점진적으로 제동할 가능성이 더 이상 없기 때문에 이렇게 해야 합니다. 그것은 항공기 기수(또는 날개 끝) 앞의 아음속 단면을 발견하고 좁은 점프로 붕괴되어 그것이 가지고 있는 엄청난 운동 에너지를 전달하는 것처럼 보입니다.

그건 그렇고, 우리는 반대로 말할 수 있습니다. 비행기는 초음속 흐름을 늦추기 위해 에너지의 일부를 충격파 형성으로 전달합니다.

초음속 신체 움직임.

충격파에는 또 다른 이름이 있습니다. 우주에서 항공기와 함께 이동하는 것은 본질적으로 위에서 언급한 환경 매개변수(즉, 공기 흐름)의 급격한 변화를 나타냅니다. 그리고 이것이 충격파의 본질입니다.

충격 충격일반적으로 충격파와 충격파는 동일한 정의이지만 공기 역학에서는 첫 번째 정의가 더 많이 사용됩니다.

충격파(또는 충격파)는 실제로 비행 방향에 수직일 수 있으며, 이 경우 공간에서 대략 원 모양을 취하며 직선이라고 합니다. 이는 일반적으로 M=1에 가까운 모드에서 발생합니다.

신체 움직임 모드. ! - 아음속, 2 - M=1, 초음속, 4 - 충격파(충격파).

M > 1인 숫자에서는 이미 비행 방향과 비스듬히 위치해 있습니다. 즉, 비행기는 이미 자체 소리를 능가하고 있습니다. 이 경우 그들은 경사라고 불리며 공간에서는 원뿔 모양을 취하는데, 이는 초음속 흐름을 연구한 과학자의 이름을 딴 마하 원뿔이라고 불립니다(그 중 하나에서 그를 언급했습니다).

마하콘.

이 원뿔의 모양(말하자면 "얇은 정도")은 정확히 숫자 M에 따라 달라지며 다음 관계식으로 원뿔과 관련됩니다. M = 1/sin α, 여기서 α는 원뿔 축과 원뿔 축 사이의 각도입니다. 발생기. 그리고 원뿔형 표면은 모든 음파의 전면에 닿는데, 그 근원은 평면이었고 그것이 "추월"하여 초음속에 도달했습니다.

게다가 충격파수도 있다 부속된, 초음속으로 움직이는 물체의 표면에 인접해 있을 때, 물체와 접촉하지 않으면 멀어질 때.

다양한 모양의 물체 주위에 초음속 흐름이 발생하는 동안 충격파의 유형.

일반적으로 초음속 흐름이 뾰족한 표면 주위로 흐르면 충격이 발생합니다. 예를 들어 비행기의 경우 뾰족한 기수, 고압 공기 흡입구 또는 공기 흡입구의 날카로운 모서리가 될 수 있습니다. 동시에 그들은 예를 들어 코에 "점프가 앉는다"고 말합니다.

그리고 예를 들어 날개의 두꺼운 에어포일의 둥근 앞쪽 가장자리와 같이 둥근 표면 주위로 흐를 때 분리된 충격이 발생할 수 있습니다.

항공기 본체의 다양한 구성 요소는 비행 중에 다소 복잡한 충격파 시스템을 생성합니다. 그러나 그 중 가장 강렬한 것은 두 가지입니다. 하나는 활의 머리 부분이고 두 번째는 꼬리 요소의 꼬리 부분입니다. 항공기로부터 어느 정도 떨어진 곳에 중간 충격이 머리 충격을 따라잡아 합쳐지거나 꼬리 충격이 이를 따라잡습니다.

풍동에서 퍼지하는 동안 모형 항공기에 충격이 가해집니다(M=2).

결과적으로 두 개의 점프가 남아 있으며 일반적으로 비행 고도에 비해 항공기의 크기가 작고 그에 따른 짧은 시간 간격으로 인해 지상 관찰자가 하나로 인식합니다.

충격파(충격파)의 강도(즉, 에너지)는 다양한 매개변수(항공기 속도, 설계 특징, 환경 조건 등)에 따라 달라지며 전면의 압력 강하에 의해 결정됩니다.

충격파는 교란원인 마하콘의 꼭대기, 즉 항공기로부터 멀어지면서 약해지며 점차 일반 음파로 바뀌다가 최종적으로는 완전히 사라진다.

그리고 어느 정도의 강도를 갖게 될까요? 충격파(또는 충격파)이 지면에 도달하는 것은 그곳에서 생성할 수 있는 효과에 따라 달라집니다. 잘 알려진 콩코드가 대서양 상공에서만 초음속으로 비행했으며, 군용 초음속 항공기가 높은 고도나 인구가 거주하지 않는 지역에서 초음속으로 비행한다는 것은 비밀이 아닙니다. (적어도 그렇게 해야 하는 것 같습니다 :-) ).

이러한 제한은 매우 정당합니다. 예를 들어, 나에게는 충격파의 정의 자체가 폭발과 연관되어 있습니다. 그리고 충분히 강한 충격파가 할 수 있는 일이 그에 상응할 수도 있습니다. 적어도 창문 유리는 쉽게 날아갈 수 있습니다. 이에 대한 충분한 증거가 있습니다(특히 역사에서). 소련 항공, 꽤 많고 비행이 강렬했을 때). 하지만 더 나쁜 일도 할 수 있습니다. 더 낮게 비행하면 됩니다 :-)…

그러나 대부분의 경우 충격파가 땅에 도달했을 때 남아 있는 충격파는 더 이상 위험하지 않습니다. 지상에 있는 외부 관찰자만이 포효나 폭발음과 유사한 소리를 들을 수 있습니다. 하나의 일반적이고 지속적인 오해가 연관되어 있다는 것은 바로 이 사실과 관련이 있습니다.

항공 과학에 익숙하지 않은 사람들은 그런 소리를 듣고 비행기가 이겼다고 말합니다. 음속 장벽 (초음속 장벽). 실제로 이것은 사실이 아닙니다. 이 진술은 적어도 두 가지 이유로 현실과 아무런 관련이 없습니다.

충격파 (충격파).

첫째, 지상에 있는 사람이 하늘 높은 곳에서 큰 포효 소리를 듣는다면 이는 (반복합니다 :-)) 그의 귀가 도달했다는 의미일 뿐입니다. 충격파 정면(또는 충격파) 어딘가로 날아가는 비행기에서. 이 비행기는 이미 초음속으로 비행하고 있으며 아직 초음속으로 비행하고 있지 않습니다.

그리고 만약 이 사람이 갑자기 비행기보다 몇 킬로미터 앞서 있다는 것을 알게 된다면, 그는 같은 비행기에서 다시 같은 소리를 듣게 될 것입니다. 왜냐하면 그는 비행기와 함께 움직이는 동일한 충격파에 노출될 것이기 때문입니다.

초음속으로 움직이기 때문에 조용히 접근합니다. 그리고 고막에 항상 즐거운 효과는 아니었지만(고막에만 있을 때는 좋습니다 :-)) 안전하게 지나간 후에는 엔진이 작동하는 굉음이 들립니다.

Saab 35 "Draken" 전투기의 예를 사용하여 다양한 마하수 값에서 항공기의 대략적인 비행 다이어그램. 불행히도 언어는 독일어이지만 구성표는 일반적으로 명확합니다.

더욱이 초음속 사운드 자체로의 전환에는 일회성 "붐", 팝, 폭발 등이 수반되지 않습니다. 현대 초음속 항공기에서 조종사는 계기판 판독을 통해서만 이러한 전환에 대해 가장 자주 배웁니다. 그러나이 경우 특정 프로세스가 발생하지만 특정 조종 규칙을 준수하면 사실상 그에게 보이지 않습니다.

하지만 그게 전부는 아닙니다 :-). 더 말하겠습니다. 비행기가 놓여 있고 "뚫려야"하는 유형의 무겁고 건너기 어려운 장애물의 형태로 (나는 그러한 판단을 들었습니다 :-)) 존재하지 않습니다.

엄밀히 말하면 전혀 장벽이 없습니다. 옛날 옛적에 항공 분야의 고속 개발이 시작될 때 이 개념은 오히려 초음속으로 전환하고 비행하는 것이 어렵다는 심리적 신념으로 형성되었습니다. 특히 그러한 신념과 진술에 대한 전제 조건이 매우 구체적이기 때문에 이것이 일반적으로 불가능하다는 진술도있었습니다.

하지만, 먼저 할 일이...

공기 역학에는 이 흐름에서 이동하고 초음속으로 이동하는 경향이 있는 신체의 공기 흐름과 상호 작용하는 과정을 매우 정확하게 설명하는 또 다른 용어가 있습니다. 이것 파도의 위기. 전통적으로 개념과 관련된 나쁜 일을하는 사람은 바로 그 사람입니다. 음속 장벽.

그래서 위기에 관한 것입니다 :-). 모든 항공기는 부품으로 구성되며 비행 중 공기 흐름이 동일하지 않을 수 있습니다. 예를 들어 날개나 오히려 평범한 고전을 생각해 봅시다 아음속 프로필.

양력이 어떻게 생성되는지에 대한 기본 지식을 통해 우리는 프로파일의 상부 곡면에 인접한 층의 유속이 다르다는 것을 잘 알고 있습니다. 프로파일이 더 볼록한 경우 전체 유속보다 크고, 프로파일이 평평해지면 감소합니다.

날개가 음속에 가까운 속도로 흐름 속에서 움직일 때, 그러한 볼록한 영역, 예를 들어 이미 흐름의 총 속도보다 큰 공기층의 속도가 다음과 같은 순간이 올 수 있습니다. 음파, 심지어 초음속까지요.

파동 위기 동안 천음속에서 발생하는 국부 충격파.

프로파일을 따라 더 나아가면 이 속도는 감소하고 어느 시점에서는 다시 아음속이 됩니다. 그러나 위에서 말했듯이 초음속 흐름은 빠르게 느려질 수 없으므로 충격파.

이러한 점프가 나타납니다. 다른 지역유선형 표면이며 처음에는 매우 약하지만 그 수가 많을 수 있으며 전체 유속이 증가하면 초음속 영역이 증가하고 충격이 "강해지며" 프로파일의 후미로 이동합니다. 나중에 동일한 충격파가 프로파일의 아래쪽 표면에 나타납니다.

날개 프로필 주변의 완전한 초음속 흐름.

이 모든 것이 무엇을 의미합니까? 여기에 내용이 있습니다. 첫 번째– 이것은 중요하다 공기 역학적 항력 증가천음속 범위(대략 M=1, 다소간)에서. 이 저항은 구성 요소 중 하나의 급격한 증가로 인해 증가합니다. 파도 저항. 아음속 비행을 고려할 때 이전에 고려하지 않았던 것과 동일한 것입니다.

위에서 말했듯이 초음속 흐름이 감속하는 동안 수많은 충격파(또는 충격파)를 형성하려면 에너지가 낭비되며, 이는 항공기 운동의 운동 에너지에서 가져옵니다. 즉, 비행기의 속도가 느려집니다(매우 눈에 띄게!). 그게 바로 그거야 파도 저항.

더욱이 충격파는 흐름의 급격한 감속으로 인해 경계층 자체가 분리되고 층류에서 난류로 변형되는 데 기여합니다. 이는 공기역학적 항력을 더욱 증가시킵니다.

다양한 마하수에서의 프로파일 팽창 충격 충격, 국지적 초음속 영역, 난류 영역.

두번째. 날개 프로파일에 국부적인 초음속 영역이 나타나고 유속이 증가함에 따라 프로파일의 꼬리 부분으로 추가 이동하여 프로파일의 압력 분포 패턴이 변경되기 때문에 공기 역학적 힘의 적용 지점(중심) 압력)도 후미로 이동합니다. 결과적으로 나타나는데 다이빙 순간항공기의 질량 중심에 비해 기수가 낮아지게 됩니다.

이 모든 결과는 무엇입니까... 공기 역학적 항력의 급격한 증가로 인해 항공기에는 눈에 띄는 엔진 파워 리저브천음속대를 극복하고 말하자면 실제 초음속 소리에 도달하는 것입니다.

파도 항력의 증가로 인해 천음속(파도 위기)에서 공기 역학적 항력이 급격히 증가합니다. Сd - 저항 계수.

더 나아가. 다이빙 순간이 발생하여 피치 컨트롤에 어려움이 발생합니다. 또한, 충격파를 동반한 국지적 초음속대의 출현과 관련된 과정의 무질서 및 불균일성으로 인해, 통제가 어려워진다. 예를 들어 롤에서는 왼쪽과 오른쪽 평면의 프로세스가 다르기 때문입니다.

더욱이, 국지적 난류로 인해 종종 매우 강한 진동이 발생합니다.

일반적으로 완전한 즐거움 세트는 다음과 같습니다. 파도의 위기. 그러나 사실은 초음속을 달성하기 위해 일반적인 아음속 항공기(두꺼운 직선 날개 프로필 포함)를 사용할 때 이러한 현상이 모두 발생합니다(구체적으로 :-).

처음에는 아직 지식이 충분하지 않았고 초음속에 도달하는 과정이 포괄적으로 연구되지 않았을 때 바로 이 세트는 거의 치명적으로 극복할 수 없는 것으로 간주되어 호출되었습니다. 음속 장벽(또는 초음속 장벽, 원하는 경우:-)).

기존의 피스톤 항공기에서 음속을 극복하려다 비극적인 사건이 많이 발생했습니다. 강한 진동으로 인해 구조적 손상이 발생하는 경우도 있었습니다. 비행기에는 필요한 가속을 위한 충분한 전력이 없었습니다. 수평비행에서는 효과로 인해 불가능했는데, 이는 다음과 같은 성질을 갖는다. 파도의 위기.

따라서 가속을 위해 다이빙이 사용되었습니다. 하지만 치명적일 수도 있었습니다. 파도 위기 때 등장한 잠수 순간은 잠수를 장기화시켰고, 때로는 빠져나갈 방법이 없을 때도 있었다. 결국 통제력을 회복하고 파도 위기를 해소하기 위해서는 속도를 줄여야 했다. 그러나 다이빙에서 이것을 하는 것은 매우 어렵습니다(불가능하지는 않더라도).

수평 비행에서 다이빙을 하는 것은 1943년 5월 27일 소련에서 액체 로켓 엔진을 탑재한 유명한 실험 전투기 BI-1이 재난을 겪은 주요 원인 중 하나로 간주됩니다. 최대 비행 속도에 대한 테스트가 수행되었으며 설계자의 추정에 따르면 달성된 속도는 800km/h 이상이었습니다. 그 후 다이빙이 지연되어 비행기가 회복되지 않았습니다.

실험용 전투기 BI-1.

우리 시대에는 파도의 위기이미 꽤 잘 연구되고 극복되었습니다. 음속 장벽(필요한 경우 :-)) 어렵지 않습니다. 상당히 빠른 속도로 비행하도록 설계된 비행기에서는 비행 작동을 용이하게 하기 위해 특정 설계 솔루션과 제한 사항이 적용됩니다.

알려진 바와 같이 파동 위기는 1에 가까운 M 숫자에서 시작됩니다. 따라서 거의 모든 아음속 제트 여객기 (특히 승객)에는 비행이 있습니다. M 개수 제한. 일반적으로 0.8-0.9M 영역에 있습니다. 조종사는 이를 감시하라는 지시를 받았습니다. 또한 많은 항공기에서는 제한 수준에 도달하면 비행 속도를 줄여야 합니다.

최소 800km/h 이상의 속도로 비행하는 거의 모든 항공기에는 휩쓸린 날개(적어도 앞쪽 가장자리를 따라 :-)). 공격 시작을 지연시킬 수 있습니다. 파도의 위기 M=0.85-0.95에 해당하는 최대 속도.

휩쓸린 날개. 기본 동작.

이 효과의 이유는 아주 간단하게 설명할 수 있습니다. 직선 날개에서는 속도 V의 공기 흐름이 거의 직각으로 접근하고, 스윕 날개(스윕 각도 χ)에서는 특정 활공 각도 β로 접근합니다. 속도 V는 Vτ와 Vn이라는 두 가지 흐름으로 벡터적으로 분해될 수 있습니다.

흐름 Vτ는 날개의 압력 분포에 영향을 미치지 않지만 흐름 Vn은 영향을 미치며 날개의 하중 지지 특성을 정확하게 결정합니다. 그리고 총 흐름 V의 크기는 분명히 더 작습니다. 따라서 휩쓸린 날개에서 파도 위기가 시작되고 증가합니다. 파도 저항동일한 자유 흐름 속도에서 직선 날개보다 훨씬 늦게 발생합니다.

실험용 전투기 E-2A(MIG-21의 전신). 전형적인 스윕 날개.

휩쓸린 날개의 수정 중 하나는 다음과 같은 날개였습니다. 초임계 프로필(그를 언급했습니다). 또한 파도 위기의 시작을 더 빠른 속도로 전환할 수 있게 하며, 또한 여객기에게 중요한 효율성을 높이는 것도 가능하게 합니다.

SuperJet 100. 초임계 프로파일을 갖춘 후퇴익.

비행기가 통과를 목적으로 하는 경우 음속 장벽(통과하고 파도의 위기너무 :-)) 및 초음속 비행은 일반적으로 특정 디자인 기능이 항상 다릅니다. 특히, 일반적으로 얇은 날개 프로필과 날카로운 모서리가 있는 미부(다이아몬드 모양 또는 삼각형 포함) 및 평면상의 특정 날개 모양(예: 삼각형 또는 오버플로가 있는 사다리꼴 등).

초음속 MIG-21. 추종자 E-2A. 전형적인 델타윙입니다.

MIG-25. 초음속 비행을 위해 설계된 일반적인 항공기의 예. 얇은 날개와 꼬리 프로필, 날카로운 모서리. 사다리꼴 날개. 프로필

속담을 통과 음속 장벽즉, 그러한 항공기는 다음과 같은 초음속 속도로 전환됩니다. 엔진의 애프터버너 작동공기 역학적 저항의 증가로 인해 물론 영역을 빠르게 통과하기 위해 파도의 위기. 그리고 이 전환의 바로 그 순간은 조종사(그는 조종석의 음압 수준의 감소만을 경험할 수 있음)나 외부 관찰자에 의해 어떤 식으로든 느껴지지 않는 경우가 가장 많습니다(반복합니다 :-). , 물론 그는 그것을 관찰할 수 있었습니다 :-).

그러나 여기서는 외부 관찰자와 관련된 또 하나의 오해를 언급할 가치가 있습니다. 분명히 많은 사람들이 이런 종류의 사진을 본 적이 있을 것입니다. 캡션에는 이것이 비행기가 극복하는 순간이라고 적혀 있습니다. 음속 장벽, 말하자면 시각적으로.

프란틀-글로르트 효과. 음속 장벽을 깨는 일이 포함되지 않습니다.

첫째로, 우리는 이미 음속 장벽이 없으며 초음속으로의 전환 자체에 특별한 현상(폭발이나 폭발 포함)이 수반되지 않는다는 것을 이미 알고 있습니다.

둘째. 우리가 사진에서 본 것은 소위입니다. 프란틀-글로르트 효과. 나는 이미 그에 대해 썼습니다. 이는 초음속으로의 전환과 직접적인 관련이 없습니다. 단지 고속(아음속, 그런데 :-))에서 비행기가 특정 질량의 공기를 앞쪽으로 이동시키면 그 뒤에 일정량의 공기가 생성된다는 것입니다. 희박 지역. 비행 직후, 이 지역은 인근 자연 공간의 공기로 채워지기 시작합니다. 부피가 증가하고 온도가 급격히 떨어집니다.

만약에 공기 습도충분하고 온도가 주변 공기의 이슬점 아래로 떨어지면 수분 응결우리가 보는 안개 형태의 수증기로부터. 조건이 원래 수준으로 복원되자마자 이 안개는 즉시 사라집니다. 이 전체 과정은 매우 짧습니다.

높은 천음속 속도에서의 이 과정은 국소적으로 촉진될 수 있습니다. 충격파나는 때때로 평면 주위에 부드러운 원뿔과 같은 것을 형성하는 데 도움을 줍니다.

고속에서는 이러한 현상이 선호되지만, 공기 습도가 충분하면 상당히 낮은 속도에서도 이러한 현상이 발생할 수 있습니다. 예를 들어 저수지 표면 위입니다. 그런데 대부분은 아름다운 사진들이러한 성격의 제품은 항공 모함, 즉 상당히 습한 공기에서 만들어졌습니다.

이것이 작동하는 방식입니다. 물론 영상은 멋지고 광경은 훌륭합니다 :-) 그러나 이것이 가장 자주 불리는 것은 아닙니다. 전혀 관련이 없습니다(그리고 초음속 장벽같은:-)). 그리고 제 생각에는 이것은 좋은 일입니다. 그렇지 않으면 이런 종류의 사진과 비디오를 찍는 관찰자들이 행복하지 않을 수도 있습니다. 충격파, 알고 계시나요?:-)…

결론적으로, 저고도에서 초음속으로 비행하는 항공기의 충격파 효과를 보여주는 비디오 (이전에 사용한 적이 있음)가 하나 있습니다. 물론 어느 정도 과장된 부분도 있지만 :-) 일반 원칙이해할 수 있는. 그리고 다시 한 번 인상적이었습니다 :-)…

오늘은 그게 다야. 글을 끝까지 읽어주셔서 감사합니다 :-). 다음 시간까지...

사진은 클릭 가능합니다.

안개 구름 속에서 나타나는 것처럼 보이는 제트기의 비행 중에 때때로 특이한 그림이 관찰될 수 있습니다. 이 현상을 Prandtl-Gloert 효과라고 하며 습도가 높은 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 이슬점 이하로 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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"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. 음속 장벽은 시속 1200km 정도에서 깨집니다.

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 귀청이 떨어질 정도로 지저귀고, 예술가들은 노래를 부르고, 쾌활한 학생들은 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.

현재 '음속 장벽 파괴' 문제는 고출력 추진 엔진의 본질적인 문제인 것으로 보인다. 음속 장벽까지 그리고 즉시 발생하는 항력의 증가를 극복할 만큼 충분한 추력이 있어 항공기가 임계 속도 범위를 빠르게 통과할 수 있다면 특별한 어려움은 예상되지 않습니다. 항공기가 아음속과 초음속 속도 사이의 전환 범위에서보다 초음속 속도 범위에서 비행하는 것이 더 쉬울 수 있습니다.

따라서 상황은 라이트 형제가 충분한 추력을 가진 가벼운 엔진을 가지고 있었기 때문에 동력 비행의 가능성을 증명할 수 있었던 금세기 초에 만연했던 상황과 다소 유사합니다. 적절한 엔진이 있다면 초음속 비행이 꽤 흔해질 것입니다. 최근까지 수평 비행에서 음속 장벽을 깨는 것은 연료 소비가 매우 높은 로켓 및 램제트 엔진과 같이 다소 비경제적인 추진 시스템을 사용하는 경우에만 수행되었습니다. X-1 및 스카이 로켓과 같은 실험용 항공기에는 몇 분 동안만 비행할 수 있는 로켓 엔진 또는 터보가 장착되어 있습니다. 제트 엔진애프터버너를 사용하지만 이 글을 쓰는 시점에 30분 동안 초음속으로 비행할 수 있는 여러 항공기가 만들어졌습니다. 신문에서 비행기가 "음속 장벽을 통과했다"는 내용을 읽었다면 이는 종종 다이빙을 통해 통과했다는 의미입니다. 이 경우 부족한 견인력을 중력이 보완했습니다.

이 수치와 관련된 이상한 현상이 있습니다. 곡예 비행나는 그것을 지적하고 싶다. 비행기가 있다고 가정하자

아음속으로 관찰자에게 접근하고, 다이빙하여 초음속에 도달한 다음 다이빙을 종료하고 다시 아음속으로 계속 비행합니다. 이 경우, 지상에 있는 관찰자는 꽤 빠르게 서로를 따라가는 두 번의 큰 소리를 듣게 됩니다. "붐, 붐!" 일부 과학자들은 이중 웅웅거림의 기원에 대한 설명을 제안했습니다. 취리히의 Ackeret과 파리의 Maurice Roy는 둘 다 윙윙거리는 소리가 항공기가 음속을 통과하는 동안 방출되는 엔진 소음과 같은 소리 펄스의 축적으로 인한 것이라고 제안했습니다. 비행기가 관찰자를 향해 이동하는 경우 비행기에서 생성된 소음은 방출된 간격에 비해 더 짧은 시간 내에 관찰자에게 도달합니다. 따라서 음원이 관찰자를 향해 이동하는 경우 항상 사운드 펄스가 어느 정도 축적됩니다. 그러나 음원이 음속에 가까운 속도로 이동하면 축적이 무한정 강화됩니다. 관찰자를 향해 직접적으로 음속으로 움직이는 음원에서 방출되는 모든 소리가 짧은 순간, 즉 음원이 관찰자의 위치에 접근할 때 후자에 도달한다는 점을 고려하면 이는 분명해집니다. 그 이유는 소리와 소리의 근원이 같은 속도로 이동하기 때문입니다. 이 기간 동안 소리가 초음속으로 이동한다면 감지되고 방출되는 소리 펄스의 순서가 바뀔 것입니다. 관찰자는 먼저 방출된 신호를 인식하기 전에 나중에 방출된 신호를 구별할 것입니다.

이 이론에 따른 이중 험의 과정은 그림 1의 다이어그램으로 설명할 수 있습니다. 58. 비행기가 관찰자를 향해 직선으로 움직이지만 속도는 가변적이라고 가정합니다. AB 곡선은 시간에 따른 항공기의 움직임을 보여줍니다. 곡선에 접하는 각도는 항공기의 순간 속도를 나타냅니다. 다이어그램에 표시된 평행선은 소리의 전파를 나타냅니다. 이 직선의 경사각은 소리의 속도에 해당합니다. 첫째, 해당 구간에서 항공기 속도는 아음속이고, 다음 구간에서는 초음속이며, 마지막으로 해당 구간에서는 다시 아음속입니다. 관찰자가 초기 거리 D에 있는 경우 수평선에 표시된 점은 인식된 순서에 해당합니다.

쌀. 58. 가변 속도로 비행하는 비행기의 거리-시간 다이어그램. 경사각이 있는 평행선은 소리의 전파를 나타냅니다.

소리 충동. 우리는 음속 장벽의 두 번째 통과(점 ) 동안 항공기에서 생성된 소리가 첫 번째 통과(점) 동안 생성된 소리보다 더 일찍 관찰자에게 도달한다는 것을 알 수 있습니다. 이 두 순간 동안 관찰자는 극소의 시간 간격을 통해 제한된 시간 동안 방출되는 자극을 인식합니다. 결과적으로 그는 폭발음과 같은 굉음을 듣습니다. 두 개의 럼블 소리 사이에서 항공기가 서로 다른 시간에 방출하는 세 개의 펄스를 동시에 감지합니다.

그림에서. 그림 59는 이 단순화된 사례에서 예상할 수 있는 노이즈 강도를 개략적으로 보여줍니다. 접근하는 음원의 경우 사운드 펄스의 축적은 도플러 효과로 알려진 동일한 과정이라는 점에 유의해야 합니다. 그러나 후자 효과의 특징은 일반적으로 축적 과정과 관련된 음조의 변화로 제한됩니다. 인지되는 소음의 강도는 잘 알려져 있지 않은 소리 생성 메커니즘에 따라 달라지기 때문에 계산하기 어렵습니다. 또한, 비행 중 항공기의 여러 부분에서 관찰되는 충격파, 항공기가 속도를 줄인 후 그 에너지가 음파로 변환되는 궤적의 모양, 가능한 에코, 충격파로 인해 프로세스가 복잡해집니다. 일부에서는

쌀. 59. 관찰자가 인지하는 소음 강도의 도식적 표현.

이 주제에 관한 최근 기사에서는 고속 다이빙에서 관찰되는 이중 험, 때로는 삼중 험 현상이 이러한 충격파에 기인한다고 밝혔습니다.

"음속 파괴" 또는 "음벽" 문제는 대중의 상상력을 사로잡는 것 같습니다("Breaking the Sound Barrier"라는 영국 영화는 마하 1 비행과 관련된 과제에 대한 아이디어를 제공합니다). 조종사와 엔지니어는 문제에 대해 진지하게, 농담으로 토론합니다. 천음속 비행에 관한 다음의 "과학적 보고서"는 기술적 지식과 시적 자유의 훌륭한 조합을 보여줍니다.

우리는 시속 540마일의 속도로 공중을 부드럽게 활공했습니다. 나는 간단한 컨트롤과 Prandtl-Reynolds 표시기가 패널 상단의 오른쪽 모서리에 자리잡고 있다는 사실 때문에 작은 XP-AZ5601-NG를 항상 좋아했습니다. 악기를 확인해 봤습니다. 물, 연료, 분당 회전수, 카르노 효율, 지상 속도, 엔탈피. 다 괜찮아. 코스 270°. 연소 효율은 정상입니다 - 23 %. 낡은 터보제트 엔진은 언제나처럼 차분하게 윙윙 소리를 냈고 토니는 스키넥터디 위로 던져진 17개의 문에서 거의 딸깍 소리를 내며 날아갔습니다. 엔진에서 아주 약간의 오일만 누출되었습니다. 이것이 인생이다!

나는 비행기 엔진이 우리가 시도한 것보다 더 빠른 속도에 적합하다는 것을 알았습니다. 날씨는 너무 맑고, 하늘은 파랗고, 공기는 ​​너무 잔잔해서 참지 못하고 속도를 높였습니다. 나는 천천히 레버를 한 위치 앞으로 옮겼습니다. 조절 장치는 약간만 움직일 뿐이었고, 5분 정도 지나자 모든 것이 조용해졌습니다. 시속 590마일. 나는 다시 레버를 눌렀다. 노즐 2개만 막혔습니다. 좁은 구멍 클리너를 눌렀습니다. 다시 열어보세요. 시속 640마일. 조용한. 배기관은 거의 완전히 구부러져 있었고 한쪽 면은 몇 평방 인치 정도 노출되어 있었습니다. 손이 근질근질해서 레버를 다시 눌렀습니다. 비행기는 시속 690마일로 가속되어 유리창 하나도 깨지지 않고 중요한 구간을 통과했습니다. 객실이 따뜻해지고 있었기 때문에 볼텍스 쿨러에 공기를 더 추가했습니다. 마하 0.9! 나는 더 빨리 날아본 적이 없습니다. 현창 바깥쪽에서 약간의 흔들림이 보여서 날개 모양을 조정했더니 없어졌습니다.

토니는 지금 졸고 있었고 나는 그의 파이프에서 연기를 뿜어냈다. 나는 참지 못하고 속도를 한 단계 더 높였다. 정확히 10분 만에 마하 0.95에 도달했습니다. 뒤쪽 연소실의 전체적인 압력은 지옥처럼 떨어졌습니다. 이것이 인생이었습니다! Pocket 표시기가 빨간색으로 표시되었지만 상관하지 않았습니다. 토니의 촛불은 여전히 ​​타고 있었다. 감마가 0이라는 것을 알았지만 상관하지 않았습니다.

나는 흥분해서 어지러웠다. 조금 더! 나는 레버에 손을 얹었지만 바로 그 순간 토니가 손을 뻗었고 그의 무릎이 내 손에 닿았습니다. 레버가 10레벨 위로 올라갔습니다! 못쓰게 만들다! 작은 비행기는 전체 길이에 걸쳐 떨렸고 엄청난 속도 손실로 인해 Tony와 나는 패널 위로 던져졌습니다. 마치 단단한 벽돌벽에 부딪힌 것 같았어요! 비행기 기수가 뭉개져 있는 걸 볼 수 있었어요. 나는 속도계를보고 얼었다! 1.00! 맙소사, 순간 우리가 최대치에 도달했다는 생각이 들었습니다! 그가 미끄러지기 전에 속도를 늦추지 않으면 우리는 결국 항력이 줄어들게 될 것입니다! 너무 늦었어요! 마하 1.01! 1.02! 1.03! 1.04! 1.06! 1.09! 1.13! 1.18! 나는 절망적이었지만 토니는 무엇을 해야 할지 알고 있었습니다. 눈 깜짝할 사이에 그는 후진했다

이동하다! 뜨거운 공기가 배기관으로 돌진하여 터빈에서 압축되고 다시 챔버로 침입하여 압축기를 확장했습니다. 연료가 탱크로 흘러 들어가기 시작했습니다. 엔트로피 측정기가 0으로 바뀌었습니다. 마하 1.20! 1.19! 1.18! 1.17! 우리는 구원받았습니다. 그것은 뒤로 미끄러졌습니다. Tony와 내가 흐름 분배기가 달라붙지 않기를 기도하는 동안 그것은 뒤로 미끄러졌습니다. 1.10! 1.08! 1.05!

못쓰게 만들다! 우리는 벽 반대편에 부딪혔습니다! 우리는 갇혀있다! 반격하기에 충분한 부정적인 추진력이 없습니다!

우리가 벽에 대한 두려움에 움츠러들자 소형 비행기의 꼬리가 무너지고 토니가 “로켓 부스터에 불을 붙여라!”라고 외쳤습니다. 하지만 그들은 잘못된 방향으로 돌아섰습니다!

토니는 손을 뻗어 그들을 앞으로 밀어냈고, 그의 손가락에서는 마하 선이 흘러나왔다. 내가 불을 질렀어요! 타격은 놀랍습니다. 우리는 의식을 잃었습니다.

정신을 차렸을 때 우리의 작은 비행기는 모두 엉망이 되어 마하 0을 통과하고 있었습니다! 나는 토니를 끌어내었고 우리는 땅바닥에 세게 쓰러졌습니다. 비행기는 동쪽으로 속도를 늦추고 있었다. 몇 초 후 우리는 마치 그가 다른 벽에 부딪힌 것처럼 충돌하는 소리를 들었습니다.

나사는 하나도 발견되지 않았습니다. Tony는 그물을 짜기 시작했고 나는 MIT로 떠났습니다.

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. 이 문제를 해결하려면 항공기 날개의 윤곽과 모양을 변경하고(더 얇아지고 뒤로 젖혀짐) 동체 앞부분을 더 뾰족하게 만들고 항공기에 제트 엔진을 장착해야 했습니다. 1947년 Charles Yeager가 Boeing B-29 항공기에서 발사된 액체 로켓 엔진을 장착한 Bell X-1 항공기(미국)를 타고 처음으로 음속을 초과했습니다. 러시아에서 1948년 최초로 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 완전 기체에서 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 a 20.1T1/2 m/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. z. 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)