Efekt przełamania bariery dźwięku. Co się stanie, gdy samolot przełamie barierę dźwięku. Rosyjski pasażerski naddźwiękowy samolot

Prawa autorskie do ilustracji SPL

Często twierdzi się, że spektakularne zdjęcia myśliwców w gęstym stożku pary wodnej przedstawiają samolot przekraczający barierę dźwięku. Ale to błąd. Felietonista opowiada o prawdziwej przyczynie zjawiska.

To spektakularne zjawisko było wielokrotnie uchwycone przez fotografów i kamerzystów. Wojskowy odrzutowiec przelatuje nad ziemią z dużą prędkością kilkuset kilometrów na godzinę.

Gdy myśliwiec przyspiesza, wokół niego zaczyna tworzyć się gęsty stożek kondensacji; wydaje się, że samolot znajduje się w zwartej chmurze.

Pomysłowe podpisy pod takimi zdjęciami często twierdzą, że jest to wizualny dowód wybuchu dźwiękowego, gdy samolot osiąga prędkość ponaddźwiękową.

W rzeczywistości nie jest to prawdą. Obserwujemy tzw. efekt Prandtla-Glauerta – zjawisko fizyczne występujące, gdy samolot zbliża się do prędkości dźwięku. Nie ma to nic wspólnego z przełamaniem bariery dźwięku.

Inne artykuły na stronie BBC Future w języku rosyjskim

Wraz z rozwojem produkcji samolotów, aerodynamiczne kształty stały się bardziej opływowe i szybsze samolot stale rósł – samoloty zaczęły robić z otaczającym je powietrzem rzeczy, do których nie byli w stanie ich wolniejsi i masywniejsi poprzednicy.

Tajemnicze fale uderzeniowe, które tworzą się wokół nisko lecących samolotów w miarę ich zbliżania się, a następnie przekraczają barierę dźwięku, sugerują, że powietrze zachowuje się w dziwny sposób przy takich prędkościach.

Czym więc są te tajemnicze chmury kondensatu?

Prawa autorskie do ilustracji Getty'ego Tytuł Zdjęcia Efekt Prandtla-Gloerta jest najbardziej widoczny podczas lotu w ciepłej i wilgotnej atmosferze.

Według Roda Irwina, przewodniczącego grupy ds. aerodynamiki w Królewskim Towarzystwie Aeronautycznym, warunki, w jakich pojawia się stożek pary, bezpośrednio poprzedzają przekroczenie przez samolot bariery dźwięku. Jednak zjawisko to jest zwykle fotografowane przy niewielkich prędkościach mniejsza prędkość dźwięk.

Powierzchniowe warstwy powietrza są gęstsze niż atmosfera na dużych wysokościach. Podczas lotu na małych wysokościach występuje zwiększone tarcie i opór.

Nawiasem mówiąc, pilotom nie wolno przekraczać bariery dźwięku nad lądem. „Przez ocean można przelecieć naddźwiękiem, ale nie po stałej powierzchni” – wyjaśnia Irwin. „Nawiasem mówiąc, ta okoliczność była problemem dla naddźwiękowego liniowca pasażerskiego Concorde - zakaz wprowadzono po jego uruchomieniu, a załodze pozwolono rozwijać prędkość naddźwiękową tylko nad powierzchnią wody”.

Co więcej, niezwykle trudno jest wizualnie zarejestrować grzmot dźwiękowy, gdy samolot osiąga prędkość naddźwiękową. Nie da się tego zobaczyć gołym okiem – jedynie przy pomocy specjalnego sprzętu.

Do fotografowania modeli dmuchanych z prędkością ponaddźwiękową w tunelach aerodynamicznych zwykle stosuje się specjalne lustra, które wykrywają różnicę w odbiciu światła spowodowanym powstawaniem fali uderzeniowej.

Prawa autorskie do ilustracji Getty'ego Tytuł Zdjęcia Kiedy zmienia się ciśnienie powietrza, temperatura powietrza spada, a zawarta w nim wilgoć zamienia się w kondensację.

Zdjęcia uzyskane tzw. metodą Schlierena (lub metodą Toeplera) służą do wizualizacji fal uderzeniowych (lub, jak się je nazywa, fal uderzeniowych) powstających wokół modelu.

Podczas nadmuchu wokół modeli nie tworzą się stożki kondensacji, ponieważ powietrze wykorzystywane w tunelach aerodynamicznych jest wstępnie osuszane.

Stożki pary wodnej są powiązane z falami uderzeniowymi (jest ich kilka), które tworzą się wokół samolotu w miarę zwiększania się prędkości.

Kiedy prędkość samolotu zbliża się do prędkości dźwięku (około 1234 km/h na poziomie morza), w opływającym go powietrzu następuje różnica lokalnego ciśnienia i temperatury.

W rezultacie powietrze traci zdolność zatrzymywania wilgoci, a kondensacja tworzy się w kształcie stożka, jak na tym filmie.

„Widoczny stożek pary powstaje w wyniku fali uderzeniowej, która powoduje różnicę ciśnienia i temperatury w powietrzu otaczającym samolot” – mówi Irwin.

Wiele najlepszych zdjęć tego zjawiska wykonano z samolotów Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych – nie jest to zaskakujące, biorąc pod uwagę, że ciepłe, wilgotne powietrze w pobliżu powierzchni morza powoduje, że efekt Prandtla-Glauerta jest bardziej wyraźny.

Takie akrobacje często wykonują myśliwsko-bombowce F/A-18 Hornet – jest to główny typ amerykańskich samolotów pokładowych lotnictwo morskie.

Prawa autorskie do ilustracji SPL Tytuł Zdjęcia Wstrząs, gdy samolot osiąga prędkość naddźwiękową, jest trudny do wykrycia gołym okiem.

Z tych samych wozów bojowych korzystają członkowie zespołu akrobacyjnego US Navy Blue Angels, którzy umiejętnie wykonują manewry, podczas których wokół samolotu tworzy się chmura kondensacyjna.

Ze względu na spektakularny charakter zjawiska często wykorzystuje się je do popularyzacji lotnictwa morskiego. Piloci celowo manewrują nad morzem, gdzie warunki do wystąpienia efektu Prandtla-Gloerta są najbardziej optymalne, a w pobliżu dyżurują zawodowi fotografowie marynarki wojennej – wszak nie da się zrobić wyraźnego zdjęcia samolotu odrzutowego lecącego z prędkością prędkość 960 km/h na zwykłym smartfonie.

Chmury kondensacyjne najlepiej wyglądają w tzw. trybie lotu transsonicznego, kiedy powietrze częściowo opływa samolot z prędkościami naddźwiękowymi, a częściowo z prędkościami poddźwiękowymi.

„Samolot niekoniecznie leci z prędkością ponaddźwiękową, ale powietrze przepływa nad górną powierzchnią skrzydła z większą prędkością niż dolną, co prowadzi do lokalnej fali uderzeniowej” – mówi Irwin.

Według niego wystąpienie efektu Prandtla-Glauerta jest pewne warunki klimatyczne(mianowicie ciepłe i wilgotne powietrze), z którym myśliwce pokładowe spotykają się częściej niż inne samoloty.

Wszystko, co musisz zrobić, to poprosić o przysługę profesjonalny fotograf i - voila! - Twój samolot został schwytany w otoczeniu spektakularnej chmury pary wodnej, co wielu z nas błędnie bierze za oznakę osiągnięcia prędkości ponaddźwiękowej.

Można go przeczytać na stronie internetowej

Co sobie wyobrażamy, gdy słyszymy wyrażenie „bariera dźwiękowa”? Pewne ograniczenie może poważnie wpłynąć na słuch i samopoczucie. Zwykle bariera dźwiękowa jest skorelowana z podbojem przestrzeni powietrznej i

Pokonanie tej przeszkody może wywołać rozwój starych chorób, zespołów bólowych i reakcji alergicznych. Czy te pomysły są słuszne, czy też odzwierciedlają utrwalone stereotypy? Czy mają one podstawę faktyczną? Jaka jest bariera dźwięku? Jak i dlaczego to występuje? O tym wszystkim i kilku dodatkowych niuansach, a także faktach historycznych związanych z tą koncepcją postaramy się dowiedzieć w tym artykule.

Tą tajemniczą nauką jest aerodynamika

W nauce aerodynamiki mającej na celu wyjaśnienie zjawisk towarzyszących ruchowi
statku powietrznego istnieje koncepcja „bariery dźwiękowej”. Jest to szereg zjawisk zachodzących podczas ruchu naddźwiękowych samolotów lub rakiet, które poruszają się z prędkościami bliskimi prędkości dźwięku lub większymi.

Co to jest fala uderzeniowa?

Gdy wokół pojazdu przepływa strumień naddźwiękowy, w tunelu aerodynamicznym pojawia się fala uderzeniowa. Jej ślady widać nawet gołym okiem. Na ziemi są one oznaczone żółtą linią. Poza stożkiem fali uderzeniowej, przed żółtą linią, nie słychać nawet samolotu na ziemi. Przy prędkościach przekraczających dźwięk ciała poddawane są przepływowi dźwięku, co powoduje powstanie fali uderzeniowej. Może być ich więcej niż jeden, w zależności od kształtu ciała.

Transformacja fali uderzeniowej

Czoło fali uderzeniowej, zwane czasem falą uderzeniową, ma dość małą grubość, co jednak pozwala na śledzenie gwałtownych zmian właściwości przepływu, spadku jego prędkości względem ciała i odpowiedniego wzrostu ciśnienie i temperatura gazu w przepływie. W tym przypadku energia kinetyczna jest częściowo przekształcana w energię wewnętrzną gazu. Liczba tych zmian zależy bezpośrednio od prędkości przepływu naddźwiękowego. Gdy fala uderzeniowa oddala się od urządzenia, spadki ciśnienia zmniejszają się, a fala uderzeniowa przekształca się w falę dźwiękową. Może dotrzeć do zewnętrznego obserwatora, który usłyszy charakterystyczny dźwięk przypominający eksplozję. Istnieje opinia, że oznacza to, że urządzenie osiągnęło prędkość dźwięku w momencie, gdy samolot opuszcza barierę dźwiękową.

Co się naprawdę dzieje?

Tak zwany moment przełamania bariery dźwięku w praktyce oznacza przejście fali uderzeniowej wraz z narastającym rykiem silników lotniczych. Teraz urządzenie wyprzedza towarzyszący mu dźwięk, więc po nim będzie słychać szum silnika. Zbliżenie się do prędkości dźwięku stało się możliwe w czasie II wojny światowej, ale jednocześnie piloci zauważali niepokojące sygnały w działaniu samolotów.

Po zakończeniu wojny wielu projektantów samolotów i pilotów próbowało osiągnąć prędkość dźwięku i przełamać barierę dźwięku, jednak wiele z tych prób kończyło się tragicznie. Pesymistyczni naukowcy argumentowali, że tej granicy nie można przekroczyć. Nie eksperymentalnie, ale naukowo udało się wyjaśnić naturę pojęcia „bariery dźwięku” i znaleźć sposoby na jej pokonanie.

Bezpieczne loty z prędkościami transsonicznymi i naddźwiękowymi możliwe są dzięki uniknięciu kryzysu falowego, którego wystąpienie uzależnione jest od parametrów aerodynamicznych statku powietrznego oraz wysokości lotu. Przejścia z jednego poziomu prędkości na drugi należy wykonywać jak najszybciej, korzystając z dopalacza, co pozwoli uniknąć długiego lotu w strefie kryzysu falowego. Koncepcja kryzysu falowego wywodzi się z transportu wodnego. Powstał, gdy statki poruszały się z prędkością bliską prędkości fal na powierzchni wody. Wejście w kryzys falowy wiąże się z trudnością w zwiększaniu prędkości, a jeśli pokonasz kryzys falowy w najprostszy sposób, to możesz wejść w tryb ślizgania się lub ślizgania po powierzchni wody.

Historia sterowania samolotami

Pierwszą osobą, która osiągnęła prędkość lotu naddźwiękowego w eksperymentalnym samolocie, był amerykański pilot Chuck Yeager. Jego osiągnięcie przeszło do historii 14 października 1947 r. Na terytorium ZSRR bariera dźwięku została przełamana 26 grudnia 1948 r. przez Sokołowskiego i Fiodorowa, którzy latali doświadczonym myśliwcem.

Wśród ludności cywilnej samolot pasażerski Douglas DC-8 przekroczył barierę dźwięku, który 21 sierpnia 1961 roku osiągnął prędkość 1,012 Macha, czyli 1262 km/h. Celem lotu było zebranie danych do projektu skrzydła. Wśród samolotów rekord świata ustanowił hipersoniczny pocisk aerobalistyczny powietrze-ziemia, będący na wyposażeniu armii rosyjskiej. Na wysokości 31,2 km rakieta osiągnęła prędkość 6389 km/h.

50 lat po przełamaniu bariery dźwięku w powietrzu Anglik Andy Green dokonał podobnego osiągnięcia w samochodzie. Amerykanin Joe Kittinger próbował pobić rekord swobodnego spadania, osiągając wysokość 31,5 km. Dziś, 14 października 2012 roku, Felix Baumgartner ustanowił rekord świata, bez pomocy transportu, w swobodnym spadku z wysokości 39 kilometrów, przekraczając barierę dźwięku. Jego prędkość osiągnęła 1342,8 kilometrów na godzinę.

Najbardziej niezwykłe przełamanie bariery dźwięku

Dziwnie myśleć, ale pierwszym wynalazkiem na świecie, który przekroczył tę granicę, był zwykły bicz, który został wynaleziony przez starożytnych Chińczyków prawie 7 tysięcy lat temu. Prawie aż do wynalezienia fotografii natychmiastowej w 1927 roku nikt nie podejrzewał, że trzask bicza to miniaturowy boom dźwiękowy. Ostry zamach tworzy pętlę, a prędkość gwałtownie wzrasta, co potwierdza kliknięcie. Bariera dźwięku pokonywać z prędkością około 1200 km/h.

Tajemnica najgłośniejszego miasta

Nic więc dziwnego, że mieszkańcy małych miasteczek są zszokowani, gdy po raz pierwszy widzą stolicę. Mnóstwo transportu, setki restauracji i centra rozrywki dezorientować i wytrącać Cię z rutyny. Początek wiosny w stolicy datuje się zazwyczaj na kwiecień, a nie na zbuntowany, zamieciowy marzec. W kwietniu niebo jest czyste, płyną strumienie i kwitną pąki. Zmęczeni długą zimą ludzie otwierają szeroko okna w stronę słońca, a do ich domów wdziera się uliczny hałas. Ptaki na ulicy ogłuszająco ćwierkają, artyści śpiewają, weseli uczniowie recytują poezję, nie mówiąc już o hałasie w korkach i metrze. Pracownicy działu higieny zwracają uwagę, że długotrwałe przebywanie w hałaśliwym mieście jest szkodliwe dla zdrowia. Tłem dźwiękowym stolicy jest transport,
hałas lotniczy, przemysłowy i domowy. Najbardziej szkodliwy jest hałas samochodów, ponieważ samoloty latają dość wysoko, a hałas przedsiębiorstw rozpuszcza się w ich budynkach. Ciągły ryk samochodów na szczególnie ruchliwych autostradach dwukrotnie przekracza wszelkie dopuszczalne normy. Jak stolica pokonuje barierę dźwięku? Moskwa jest niebezpieczna z dużą ilością dźwięków, dlatego mieszkańcy stolicy instalują okna z podwójnymi szybami, aby stłumić hałas.

Jak burzona jest bariera dźwięku?

Do 1947 r. nie było aktualnych danych na temat stanu zdrowia człowieka w kokpicie samolotu lecącego szybciej niż dźwięk. Jak się okazuje, przełamanie bariery dźwięku wymaga pewnej siły i odwagi. Podczas lotu staje się jasne, że nie ma gwarancji przeżycia. Nawet zawodowy pilot nie może z całą pewnością stwierdzić, czy konstrukcja samolotu wytrzyma atak żywiołów. W ciągu kilku minut samolot może po prostu się rozpaść. Co to wyjaśnia? Należy zauważyć, że ruch z prędkością poddźwiękową wytwarza fale akustyczne, które rozprzestrzeniają się jak kręgi od upadłego kamienia. Prędkość naddźwiękowa wzbudza fale uderzeniowe, a osoba stojąca na ziemi słyszy dźwięk podobny do eksplozji. Bez potężnych komputerów trudno było rozwiązywać złożone problemy i trzeba było polegać na dmuchaniu modeli w tunelach aerodynamicznych. Czasami, gdy przyspieszenie samolotu jest niewystarczające, fala uderzeniowa osiąga taką siłę, że z domów, nad którymi przelatuje samolot, wylatują okna. Nie każdemu uda się pokonać barierę dźwięku, gdyż w tym momencie cała konstrukcja się trzęsie, a mocowania urządzenia mogą doznać znacznych uszkodzeń. Dlatego tak ważne dla pilotów jest dobre zdrowie i stabilność emocjonalna. Jeśli lot będzie przebiegał spokojnie, a bariera dźwięku zostanie pokonana możliwie najszybciej, to ani pilot, ani ewentualni pasażerowie nie odczują szczególnie nieprzyjemnych wrażeń. Samolot badawczy został zbudowany specjalnie w celu przełamania bariery dźwięku w styczniu 1946 roku. Tworzenie maszyny rozpoczęło się na rozkaz Ministerstwa Obrony Narodowej, ale zamiast broni wypchano ją sprzętem naukowym monitorującym tryb pracy mechanizmów i przyrządów. Samolot ten przypominał nowoczesny pocisk manewrujący z wbudowanym silnikiem rakietowym. Kiedy samolot przekroczył barierę dźwięku maksymalna prędkość 2736 kilometrów na godzinę.

Werbalne i materialne pomniki pokonania prędkości dźwięku

Osiągnięcia w przełamywaniu bariery dźwięku są nadal wysoko cenione. Tak więc samolot, w którym Chuck Yeager po raz pierwszy go pokonał, jest obecnie wystawiany w Narodowym Muzeum Lotnictwa i Przestrzeni Kosmicznej w Waszyngtonie. Ale Specyfikacja techniczna ten ludzki wynalazek byłby niewiele wart bez zasług samego pilota. Chuck Yeager przeszedł szkołę lotniczą i walczył w Europie, po czym wrócił do Anglii. Niesłuszne wykluczenie z latania nie złamało ducha Yeagera, który został przyjęty przez naczelnego wodza wojsk europejskich. W latach pozostałych do zakończenia wojny Jaeger wziął udział w 64 misjach bojowych, podczas których zestrzelił 13 samolotów. Chuck Yeager wrócił do ojczyzny w randze kapitana. Jego cechy wskazują na fenomenalną intuicję, niesamowity spokój i wytrzymałość w sytuacjach krytycznych. Niejednokrotnie Yeager ustanawiał rekordy w swoim samolocie. Jego dalsza kariera zawodowa związana była z jednostkami Sił Powietrznych, gdzie szkolił pilotów. Ostatni raz Chuck Yeager przekroczył barierę dźwięku miał 74 lata, czyli w pięćdziesiątą rocznicę swojej historii lotów oraz w 1997 roku.

Złożone zadania twórców samolotów

Słynny na całym świecie samolot MiG-15 zaczął powstawać w momencie, gdy konstruktorzy zdali sobie sprawę, że nie można polegać wyłącznie na przełamaniu bariery dźwięku, ale trzeba rozwiązać złożone problemy techniczne. W rezultacie powstała maszyna tak udana, że jej modyfikacje weszły do służby różne kraje. Kilka różnych biura projektowe dołączył się w pewnym sensie konkurs, którego nagrodą był patent na najbardziej udany i funkcjonalny samolot. Opracowano samoloty ze skośnymi skrzydłami, co było rewolucją w ich konstrukcji. Idealne urządzenie musiało być mocne, szybkie i niezwykle odporne na wszelkie uszkodzenia zewnętrzne. Skośne skrzydła samolotów stały się elementem, który pomógł im potroić prędkość dźwięku. Następnie nadal rosła, co tłumaczono wzrostem mocy silnika, zastosowaniem innowacyjnych materiałów i optymalizacją parametrów aerodynamicznych. Pokonanie bariery dźwięku stało się możliwe i realne nawet dla nieprofesjonalisty, ale to nie czyni go mniej niebezpiecznym, dlatego każdy miłośnik sportów ekstremalnych powinien rozsądnie ocenić swoje siły, zanim zdecyduje się na taki eksperyment.

Czasami, gdy odrzutowiec przelatuje po niebie, słychać głośny huk, który brzmi jak eksplozja. Ten „wybuch” jest wynikiem przełamania przez samolot bariery dźwięku.

Co to jest bariera dźwięku i dlaczego słyszymy eksplozję? I który jako pierwszy przekroczył barierę dźwięku ? Rozważymy te pytania poniżej.

Co to jest bariera dźwiękowa i jak powstaje?

Aerodynamiczna bariera dźwiękowa to szereg zjawisk towarzyszących ruchowi dowolnego statku powietrznego (samolotu, rakiety itp.), którego prędkość jest równa lub większa od prędkości dźwięku. Innymi słowy, aerodynamiczna „bariera dźwiękowa” to gwałtowny skok oporu powietrza, który pojawia się, gdy samolot osiąga prędkość dźwięku.

Fale dźwiękowe przemieszczają się w przestrzeni z określoną prędkością, która zmienia się w zależności od wysokości, temperatury i ciśnienia. Przykładowo na poziomie morza prędkość dźwięku wynosi około 1220 km/h, na wysokości 15 tys. m – do 1000 km/h itd. Kiedy prędkość samolotu zbliża się do prędkości dźwięku, przykładane są do niego pewne obciążenia. Przy normalnych prędkościach (poddźwiękowych) dziób samolotu „napędza” przed sobą falę sprężonego powietrza, której prędkość odpowiada prędkości dźwięku. Prędkość fali jest większa niż normalna prędkość samolotu. Dzięki temu powietrze swobodnie przepływa po całej powierzchni samolotu.

Jeśli jednak prędkość samolotu odpowiada prędkości dźwięku, fala kompresji powstaje nie na nosie, ale przed skrzydłem. W rezultacie powstaje fala uderzeniowa, zwiększająca obciążenie skrzydeł.

Aby samolot pokonał barierę dźwięku, oprócz określonej prędkości, musi mieć specjalną konstrukcję. Dlatego projektanci samolotów opracowali i zastosowali specjalny aerodynamiczny profil skrzydeł oraz inne triki w konstrukcji samolotów. W momencie przekroczenia bariery dźwięku pilot nowoczesnego samolotu naddźwiękowego odczuwa wibracje, „podskoki” i „szok aerodynamiczny”, który na ziemi odbieramy jako trzask lub eksplozję.

Kto jako pierwszy przekroczył barierę dźwięku?

Kwestia „pionierów” bariery dźwiękowej jest taka sama, jak kwestia pierwszych badaczy kosmosu. Do pytania " Kto jako pierwszy przekroczył barierę naddźwiękową? ? Możesz podać różne odpowiedzi. To pierwsza osoba, która przekroczyła barierę dźwięku, pierwsza kobieta i, co ciekawe, pierwsze urządzenie…

Pierwszą osobą, która przekroczyła barierę dźwięku, był pilot testowy Charles Edward Yeager (Chuck Yeager). 14 października 1947 roku jego eksperymentalny samolot Bell X-1, wyposażony w silnik rakietowy, wszedł w płytkie nurkowanie z wysokości 21 379 m nad Victorville (Kalifornia, USA) i osiągnął prędkość dźwięku. Prędkość samolotu w tym momencie wynosiła 1207 km/h.

Przez całą swoją karierę pilot wojskowy wniósł ogromny wkład w rozwój nie tylko amerykańskiego lotnictwo wojskowe, ale także astronautyka. Charles Elwood Yeager zakończył karierę jako generał Sił Powietrznych USA, odwiedzając wiele części świata. Doświadczenie pilota wojskowego przydało się nawet w Hollywood przy realizacji spektakularnych akrobacji lotniczych w filmie fabularnym „Pilot”.

Historię przełamania bariery dźwięku przez Chucka Yeagera opowiedziano w filmie „The Right Guys”, który w 1984 roku zdobył cztery Oscary.

Kolejni „zdobywcy” bariery dźwięku

Oprócz Charlesa Yeagera, który jako pierwszy przekroczył barierę dźwięku, byli też inni rekordziści.

Pierwszy radziecki pilot doświadczalny – Sokołowski (26 grudnia 1948 r.).
Pierwszą kobietą jest Amerykanka Jacqueline Cochran (18 maja 1953). Przelatując nad Bazą Sił Powietrznych Edwards (Kalifornia, USA) jej samolot F-86 przekroczył barierę dźwięku z prędkością 1223 km/h.
Pierwszym samolotem cywilnym był amerykański samolot pasażerski Douglas DC-8 (21 sierpnia 1961). Jego lot, który odbył się na wysokości około 12,5 tys. m, miał charakter eksperymentalny i zorganizowany został w celu zebrania danych niezbędnych do przyszłego projektu krawędzi natarcia skrzydeł.
Pierwszy samochód, który przekroczył barierę dźwięku - Thrust SSC (15 października 1997).
Pierwszą osobą, która przekroczyła barierę dźwięku podczas swobodnego spadania, był Amerykanin Joe Kittinger (1960), który skoczył na spadochronie z wysokości 31,5 km. Jednak potem, przelatując nad amerykańskim miastem Roswell (Nowy Meksyk, USA) 14 października 2012 r. Austriak Felix Baumgartner ustanowił rekord świata, zostawiając balon ze spadochronem na wysokości 39 km. Jego prędkość wynosiła około 1342,8 km/h, a zejście na ziemię, z której większość odbywała się w stanie swobodnym, trwało zaledwie 10 minut.
Rekord świata w przełamaniu bariery dźwięku przez samolot należy do hipersonicznego rakiety aerobalistycznej powietrze-ziemia X-15 (1967), obecnie będącej na wyposażeniu armii rosyjskiej. Prędkość rakiety na wysokości 31,2 km wyniosła 6389 km/h. Pragnę zauważyć, że maksymalna możliwa prędkość ruchu człowieka w historii załogowych statków powietrznych wynosi 39 897 km/h, co osiągnęli w 1969 roku Amerykanie statek kosmiczny„Apollo 10”.

Pierwszy wynalazek przełamujący barierę dźwięku

Co ciekawe, pierwszym wynalazkiem, który przełamał barierę dźwięku, był... prosty bicz, wynaleziony przez starożytnych Chińczyków 7 tysięcy lat temu.

Przed wynalezieniem fotografii natychmiastowej w 1927 roku nikt nie pomyślałby, że trzask bicza to nie tylko uderzenie paska w rękojeść, ale miniaturowe, naddźwiękowe kliknięcie. Podczas ostrego zamachu tworzy się pętla, której prędkość wzrasta kilkadziesiąt razy i towarzyszy jej kliknięcie. Pętla przełamuje barierę dźwięku przy prędkości około 1200 km/h.

Bariera dźwięku to zjawisko występujące podczas lotu samolotu lub rakiety w momencie przejścia w atmosferze z prędkości lotu poddźwiękowej na naddźwiękową. Gdy prędkość samolotu zbliża się do prędkości dźwięku (1200 km/h), w powietrzu przed nim pojawia się cienki obszar, w którym następuje gwałtowny wzrost ciśnienia i gęstości powietrza. To zagęszczenie powietrza przed lecącym samolotem nazywa się falą uderzeniową. Na ziemi przejście fali uderzeniowej odbierane jest jako huk, podobny do dźwięku wystrzału. Po przekroczeniu prędkości dźwięku samolot przechodzi przez ten obszar o zwiększonej gęstości powietrza, jakby go przebijając - przełamując barierę dźwięku. Przez długi czas przełamanie bariery dźwięku wydawało się poważnym problemem w rozwoju lotnictwa. Aby go rozwiązać, konieczna była zmiana profilu i kształtu skrzydła samolotu (stało się cieńsze i odchylone do tyłu), zaostrzenie przedniej części kadłuba oraz wyposażenie samolotu silniki odrzutowe. Prędkość dźwięku po raz pierwszy przekroczył w 1947 roku Charles Yeager na samolocie Bell X-1 (USA) z silnikiem rakietowym na paliwo ciekłe wystrzelonym z samolotu Boeing B-29. W Rosji pierwszym, który przekroczył barierę dźwięku w 1948 r., był pilot O.V. Sokołowski na eksperymentalnym samolocie Ła-176 z silnikiem turboodrzutowym.

Wideo.

Prędkość dźwięku.

Prędkość propagacji (w stosunku do ośrodka) małych zaburzeń ciśnienia. W gazie doskonałym (na przykład w powietrzu o umiarkowanej temperaturze i ciśnieniu) S. z. nie zależy od charakteru propagującego się małego zakłócenia i jest taka sama zarówno dla oscylacji monochromatycznych o różnych częstotliwościach (), jak i dla słabych fal uderzeniowych. W gazie doskonałym w rozważanym punkcie przestrzeni S. z. a zależy tylko od składu gazu i jego temperatury bezwzględnej T:
a = (dp/d(())1/2 = ((()p/(())1/2 = ((()RT/(())1/2,
gdzie dp/d(() - pochodna ciśnienia po gęstości dla procesu izentropowego, (-) - wykładnik adiabatyczny, R - uniwersalna stała gazowa, (-) - masa cząsteczkowa (w powietrzu a 20,1T1/2 m/s w 0 (°)C a = 332 m/s).
W gazie z przemianami fizykochemicznymi, na przykład w gazie dysocjującym, S. z. będzie zależeć od tego, jak - w równowadze lub nierównowadze - procesy te zachodzą w fali zakłócającej. W równowadze termodynamicznej S. z. zależy tylko od składu gazu, jego temperatury i ciśnienia. Gdy procesy fizykochemiczne zachodzą w sposób nierównowagowy, następuje rozproszenie dźwięku, czyli rozproszenie dźwięku. zależy nie tylko od stanu ośrodka, ale także od częstotliwości oscylacji (). Oscylacje o wysokiej częstotliwości ((tm), ()) - czas relaksacji) rozchodzą się z zamarzniętego Układu Słonecznego. aj, niska częstotliwość ((,) 0) - z równowagą S. z. ae i aj > ae. Różnica pomiędzy aj i ai jest z reguły niewielka (w powietrzu o temperaturze T = 6000(°)C i p = 105 Pa wynosi około 15%). W cieczach S. z. znacznie wyższa niż w gazie (w wodzie a 1500 m/s)

Niezwykły obraz można czasem zaobserwować podczas lotu samolotów odrzutowych, które zdają się wyłaniać z chmury mgły. Zjawisko to nazywane jest efektem Prandtla-Gloerta i polega na pojawieniu się chmury za obiektem poruszającym się z prędkością transoniczną w warunkach dużej wilgotności powietrza.

Powodem tego niezwykłego zjawiska jest to, że osoba lata wysoka prędkość Samolot tworzy przed sobą obszar wysokiego ciśnienia powietrza i obszar niskiego ciśnienia za nim. Po przelocie samolotu obszar niskiego ciśnienia zaczyna wypełniać się otaczającym powietrzem. W tym przypadku, ze względu na odpowiednio dużą bezwładność mas powietrza, w pierwszej kolejności cały obszar niżu napełnia się powietrzem z pobliskich obszarów sąsiadujących z obszarem niżu.

Proces ten jest lokalnie procesem adiabatycznym, podczas którego zwiększa się objętość zajmowana przez powietrze i spada jego temperatura. Jeśli wilgotność powietrza jest wystarczająco wysoka, temperatura może spaść do wartości poniżej punktu rosy. Następnie para wodna zawarta w powietrzu skrapla się w maleńkie kropelki, które tworzą małą chmurkę.

Klikalne 2600 pikseli

Gdy ciśnienie powietrza normalizuje się, temperatura w nim wyrównuje się i ponownie wzrasta powyżej punktu rosy, a chmura szybko rozpuszcza się w powietrzu. Zwykle jego czas życia nie przekracza ułamka sekundy. Dlatego też, gdy samolot leci, chmura wydaje się podążać za nim - ze względu na to, że stale tworzy się bezpośrednio za samolotem, a następnie znika.

Panuje błędne przekonanie, że pojawienie się chmury na skutek efektu Prandtla-Glauerta oznacza, że jest to moment, w którym samolot przekracza barierę dźwięku. W warunkach normalnej lub lekko podwyższonej wilgotności chmura tworzy się tylko przy dużych prędkościach, bliskich prędkości dźwięku. Jednocześnie podczas lotu na małych wysokościach i w warunkach bardzo dużej wilgotności (np. nad oceanem) efekt ten można zaobserwować przy prędkościach znacznie mniejszych od prędkości dźwięku.

Klikalne 2100 pikseli

Istnieje nieporozumienie dotyczące „klaśnięcia” spowodowane niezrozumieniem terminu „bariera dźwiękowa”. Ten „pop” jest słusznie nazywany „boomem dźwiękowym”. Samolot poruszający się z prędkością ponaddźwiękową wytwarza fale uderzeniowe i skoki ciśnienia w otaczającym powietrzu. W uproszczeniu fale te można sobie wyobrazić jako stożek towarzyszący lotowi samolotu, którego wierzchołek jest niejako przywiązany do nosa kadłuba, a generatory skierowane są przeciwko ruchowi samolotu i rozprzestrzeniają się dość daleko na przykład na powierzchnię ziemi.

Klikalne 2500 pikseli

Kiedy granica tego wyimaginowanego stożka, wyznaczająca przód głównej fali dźwiękowej, dociera do ludzkiego ucha, słychać gwałtowny skok ciśnienia w postaci klaśnięcia. Boom dźwiękowy niczym na uwięzi towarzyszy całemu lotowi samolotu, pod warunkiem, że samolot porusza się odpowiednio szybko, aczkolwiek ze stałą prędkością. Klaśnięcie zdaje się być przejściem głównej fali huku dźwiękowego nad ustalonym punktem na powierzchni ziemi, gdzie na przykład znajduje się słuchacz.

Innymi słowy, gdyby naddźwiękowy samolot zaczął przelatywać tam i z powrotem nad słuchaczem ze stałą, ale naddźwiękową prędkością, wówczas huk byłby słyszalny za każdym razem, jakiś czas po tym, jak samolot przeleciał nad słuchaczem w dość bliskiej odległości.

Ale spójrz, jakie ciekawe ujęcie! To pierwszy raz, kiedy to widzę!

Klikalna rozdzielczość 1920 pikseli - do kogo na stole!