Какво е звукова бариера. Прекъсване на звуковата бариера. Кой пръв пречупи звуковата бариера? Скорост на звуковата бариера

Първият пилот, който преодоля звуковата бариера, беше Чарлз Йегър, който управляваше Bell X-1 през есента на 1947 г. В Съветския съюз този подвиг беше повторен от пилотите Федоров и Соколовски, които пилотираха изтребител LA-176 на височина над 15 хиляди метра. Свръхзвуковата скорост на кораба беше 1104 км / ч, при която той можеше да измине около хиляда километра без зареждане с гориво. Числото на Мах е отношението на скоростта на звука към скоростта, с която се движи самолетът. Кръстен на известния австрийски физик Ернст Майевски, който изучава причините за ударните вълни и аеродинамичните процеси по време на свръхзвуково движение на тела.

Какво е звукова бариера?

Звуковата бариера в аеродинамиката се отнася до редица явления, които съпътстват движението на самолет със звукова скорост (340 m / s) или по -висока. Звуковият бум възниква поради скокове на налягането и е придружен от „взрив“, който се възприема от наблюдателя като звук на експлозия. В резултат на вълновата криза характерът на потока на самолета се променя, появяват се вибрации, вдигами челното съпротивление расте.

Необходимостта от преодоляване на звуковата бариера възниква по време на Втората световна война, когато много пилоти забелязват, че увеличаването на скоростта на изтребител влошава неговата управляемост и редица други важни характеристики, като регулиране на елерони и въздушни кормила. Пилотите на самолети от тип бутало, които се опитват да развият максимални скорости, неизбежно се сблъскват с вълнова криза, от която не беше възможно да се излезе без гмуркане.

Значителна роля в проблема с обяснението и преодоляването на звуковата бариера изиграха научна работапосветени на изучаването на свръхзвуковото движение на газ.

Докато самолетът се движи с ниска скорост (до 420 км / ч) на височина до 3 хиляди метра, е съвсем лесно да се изчислят точните параметри на полета. Въпреки това, в случай на преодоляване на звуковата бариера от самолет, не само температурата зад борда пада, но и плътността на въздушната среда. Когато инструментите показват еквивалентни показания на скоростта на височина от 2000 метра и 10 000 метра, действителната скорост ще бъде по -голяма във въздуха.

Стойността на свръхзвуковата скорост на полета

Със скоростта на звука въздушното пространство престава да бъде хомогенно и значително затруднява движението на нискоскоростни самолети. Създава се среда, в която се появяват ударни вълни и промени в характера на потока около самолета, което създава предпоставки за вълнова криза. Ударната вълна увеличава ентропията на газа, която намалява с преминаването на звуковата бариера.

Характеристики на свръхзвуков полет

Преходът към свръхзвукова скорост е придружен от ударна вълна, възникваща от разликата в налягането. Ако издържи повече от секунда, фюзелажът на плавателния съд може да не издържи на такива натоварвания, което ще доведе до неговото разбиване. Ако погледнете самолета, който преодолява звуковата бариера във видеото, ще забележите, че почти цялото стъкло на жилищни сгради, разположени на земната повърхност, се разрушава от ударната вълна.

След като за първи път американският пилот Чарлз Йегър успя да преодолее звуковата бариера, той беше поразен от „божествената тишина“, която царуваше в пилотската кабина. В момента, в който стрелката на махметъра успее да премине отметката 1.0, звуковото налягане вътре в съда намалява значително. Рискът от деформация на фюзелажа и други части на самолета обаче се увеличава.

Енергийните показатели (интензивността) на удара се влияят от условията на околната среда, характеристики на дизайнасамолета и скоростта на неговото движение. На пилотите на хиперзвуковите пътнически самолети Concorde и TU-144 беше позволено да преодолеят звуковата бариера изключително над повърхността на океана във въздушно пространство на няколко хиляди метра по-високо от височината на движение на стандартните граждански самолети.

Чували ли сте някога пукането от самолет, пресичащ свръхзвукова бариера?

ДаНе

Какво се случва със самолета, когато пресече звуковата бариера?

Какво се случва със самолет, когато достигне скоростта на звука? Започва образуването на ударни вълни, които се появяват в опашката на самолета, в задните и предните ръбове, както и на върха на фюзелажа. Ударната вълна има много малка дебелина и ударният фронт се характеризира с драматични промени в свойствата на потока. Показателите за скоростта му намаляват спрямо тялото и скоростта придобива дозвукови свойства. Кинетичната енергия се преобразува частично в газова (вътрешна) енергия.

Пляскането на свръхзвуков самолет е „звуков бум“, който възниква поради скокове на въздушното налягане. Пляскането се появява в резултат на преминаването на основната вълна и се възприема от слушателя всеки път, когато самолетът лети над главата му.

Мащабът на тези промени е правопропорционален на скоростта на хиперзвуковия поток. Числото на Мах в този случай надвишава 5, а показанията на температурата сериозно се увеличават, което причинява редица проблеми на самолетите, движещи се със свръхзвукови скорости. Повредата на термичните щитове предизвика катастрофата на космическата совалка на НАСА за многократна употреба Columbia през 2003 г. Совалката влезе в земната атмосфера, за да кацне и беше повредена от ударна вълна с висока сила.

Руски свръхзвуков пътнически самолет

Първият пътнически самолет, който преодоля звуковата бариера, беше Ту-144, създаден от инженери от конструкторското бюро на Туполев. За да се преодолее звуковата бариера, лайнерът е направен под формата на безхвост самолет с ниско крило, оборудван с допълнителни електроцентрали... TU-144 беше лишен от клапите и ламелите, обичайни за самолетите от предишното поколение, а преминаването към хиперзвуков режим беше извършено благодарение на сложна процедура за преразпределение на горивото към задните центриращи резервоари.

Свръхзвуков бомбардировач „Валкирия“

Високият бомбардировач Valkyrie XB-70, който развива скорост над три Маха (3673 км / ч) и се издига на надморска височина над 20 хиляди метра, лесно преодолява звуковата бариера. За да пътуват с хиперзвукова скорост, конструкторите бяха принудени да намалят излитателното тегло, а също и да прехвърлят самолета в пентаборан (смес от водородни горива), който има повишена енергия на горене. Бомбардировачът е без опашка бомбардировач, изработен от високоякостна инструментална стомана.

Защо е придружен от експлозивен взрив, когато самолетът пресича звуковата бариера? И какво е "звукова бариера"?

Има недоразумение с „пляскане“, причинено от неразбиране на термина „звукова бариера“. Този "пляскане" правилно се нарича "звуков бум". Самолет, който се движи със свръхзвукова скорост, създава ударни вълни в околния въздух, скача във въздушното налягане. Опростено, тези вълни могат да бъдат представени под формата на конус, придружаващ полета на самолета, с върха, така или иначе, вързан към носа на фюзелажа, и генератори, насочени срещу движението на самолета и разпространяващи се доста далеч, например до повърхността на земята.

Когато границата на този въображаем конус, обозначаваща предната част на основната звукова вълна, достигне до човешкото ухо, тогава рязък скок в налягането се възприема от ухото като пляскане. Звуков бум, като привързан, придружава целия полет на самолета, при условие че самолетът се движи достатъчно бързо, макар и с постоянна скорост. Пляскането, от друга страна, изглежда е преминаването на основната вълна на звуков бум над неподвижна точка на земната повърхност, където например е слушателят.

С други думи, ако свръхзвуков самолет с постоянна, но свръхзвукова скорост започна да лети напред -назад над слушателя, попът ще се чува всеки път, известно време след като самолетът прелетя над слушателя на доста близко разстояние.

"Звукова бариера" в аеродинамиката е рязък скок на въздушното съпротивление, което се случва, когато самолетът достигне определена гранична скорост, близка до скоростта на звука. Когато тази скорост бъде достигната, характерът на въздушния поток около самолета се променя драстично, което по едно време затруднява постигането на свръхзвукови скорости. Един обикновен дозвуков самолет не е в състояние да лети постоянно по -бързо от звука, без значение колко ускорен е - той просто ще загуби контрол и ще се разпадне.

За да преодолеят звуковата бариера, учените трябваше да разработят крило със специален аеродинамичен профил и да измислят други трикове. Интересно е, че пилотът на съвременен свръхзвуков самолет чувства добре „преодоляването“ на звуковата бариера от своя самолет: при преминаване към свръхзвуков поток се усеща „аеродинамичен удар“ и характерни „скокове“ в управляемостта. Но тези процеси не са пряко свързани с „пукането“ на място.

Преди самолетът да пробие звуковата бариера, може да се образува необичаен облак, чийто произход все още не е ясен. Според най-популярната хипотеза в близост до равнината настъпва спад на налягането и т.нар Особеност на Прандт-Глауертпоследвано от кондензация на водни капчици от влажен въздух. Всъщност виждате конденза на снимките по -долу ...

Щракнете върху снимката, за да я увеличите.

Звуковата бариера е явление, което възниква по време на полет на самолет или ракета в момента на преход от дозвукова към свръхзвукова скорост на полета в атмосферата. Когато скоростта на самолета се доближи до скоростта на звука (1200 км / ч), пред него се появява тънка област, в която има рязко увеличаване на налягането и плътността на въздушната среда. Това уплътняване на въздуха пред самолет в полет се нарича ударна вълна. На земята преминаването на ударна вълна се възприема като поп, подобно на звука на изстрел. Превишавайки скоростта на звука, самолетът преминава през тази зона с повишена плътност на въздуха, сякаш го пробива - преодолява звуковата бариера. Дълго време преодоляването на звуковата бариера изглеждаше сериозен проблем в развитието на авиацията. За да се реши това, беше необходимо да се промени профилът и формата на крилото на самолета (той стана по -тънък и изметен), да се направи предната част на фюзелажа по -заострена и да се снабдят самолета с реактивни двигатели. За първи път скоростта на звука е превишена през 1947 г. от C. Yeager на ракетен двигател с течно гориво Bell X-1 (САЩ), изстрелян от самолет Boeing B-29. В Русия първият, който преодоля звуковата бариера през 1948 г., беше пилотът О. В. Соколовски на експериментален самолет Ла-176 с турбореактивен двигател.

Видео.

Скорост на звука.

Скорост на разпространение (спрямо средата) на малки смущения в налягането. В перфектен газ (например във въздух при умерени температури и налягане) C. h. не зависи от естеството на разпространяващото се малко смущение и е еднакво както за монохроматични трептения с различни честоти (), така и за слаби ударни вълни. В перфектен газ в разглеждана точка в пространството, C. z. но зависи само от състава на газа и неговата абсолютна температура T:
a = (dp / d (()) 1/2 = ((() p / (()) 1/2 = ((() RT / (()) 1/2,
където dp / d (() е производната на налягането по отношение на плътността за изоентропния процес, (-) е адиабатният показател, R е универсалната газова константа, (-) е молекулното тегло (във въздуха 20.1T1 / 2 m / s. При 0 (°) C a = 332 m / s).
В газ с физико -химични трансформации, например в дисоцииращ газ, C. z. ще зависи от това как - в равновесно или неравновесно състояние - тези процеси протичат във вълната на смущения. При термодинамично равновесие S. z. зависи само от състава на газа, неговата температура и налягане. При неравновесен ход на физични и химични процеси се извършва дисперсия на звука, т.е. S. z. зависи не само от състоянието на средата, но и от честотата на вибрациите (). Високочестотните трептения ((tm), ()) - време на релаксация) се разпространяват от замразения S. z. aj, нискочестотен ((,) 0) - с равновесен S. z. ae, и aj> ae. Разликата между aj и ai обикновено е малка (във въздуха при T = 6000 (°) C и p = 105 Pa, тя е около 15%). В течностите на S. z. много по -висока, отколкото в газ (във вода 1500 m / s)