Lennuk ületas helitaseme. Kes murdis esimesena helibarjääri? Mis on helibarjäär ja kuidas see moodustub?

Illustratsiooni autoriõigus SPL

Tihti väidetakse, et suurejoonelised fotod hävitajatest tihedas veeaurukoonuses kujutavad endast helibarjääri purustavat lennukit. Kuid see on viga. Kolumnist räägib nähtuse tõelisest põhjusest.

Fotograafid ja videograafid on seda suurejoonelist nähtust korduvalt jäädvustanud. Sõjalennuk liigub maapinnast suurel kiirusel, mitusada kilomeetrit tunnis.

Kui hävitaja kiirendab, hakkab selle ümber moodustuma tihe kondensatsioonikoonus; tundub, et lennuk on kompaktse pilve sees.

Selliste fotode all olevad kujutlusvõimelised pealdised väidavad sageli, et see on visuaalne tõend helibuumist, kui lennuk saavutab ülehelikiiruse.

Tegelikult pole see tõsi. Vaatleme niinimetatud Prandtl-Glauerti efekti – füüsikalist nähtust, mis tekib siis, kui lennuk läheneb helikiirusele. Sellel pole midagi pistmist helibarjääri purustamisega.

• Teised artiklid BBC Future veebisaidil vene keeles

Lennukite tootmise arenedes muutusid aerodünaamilised kujundid järjest voolujoonelisemaks ja lennukite kiirus aina kasvas – lennukid hakkasid neid ümbritseva õhuga tegema asju, milleks nende aeglasemad ja mahukamad eelkäijad polnud võimelised.

Salapärased lööklained, mis tekivad madalalt lendavate lennukite ümber nende lähenedes ja seejärel helibarjääri lõhuvad, viitavad sellele, et õhk käitub sellise kiiruse juures kummaliselt.

Mis on siis need salapärased kondensatsioonipilved?

Kuningliku lennundusühingu aerodünaamikarühma esimehe Rod Irwini sõnul eelneb aurukoonuse tekkimise tingimused vahetult enne seda, kui õhusõiduk murrab helibarjääri. Seda nähtust pildistatakse aga tavaliselt helikiirusest veidi väiksematel kiirustel.

Õhu pinnakihid on suurtel kõrgustel atmosfäärist tihedamad. Madalatel kõrgustel lennates suureneb hõõrdumine ja takistus.

Muide, pilootidel on maa kohal helibarjääri lõhkumine keelatud. „Ülehelikiirusel saab sõita üle ookeani, kuid mitte üle tahke pinna,” selgitab Irwin. „Muide, see asjaolu oli probleem ka ülehelikiirusega reisilaeva Concorde jaoks – keeld kehtestati pärast selle kasutuselevõttu ja meeskonnal lubati arendada ülehelikiirust ainult üle veepinna.

Pealegi on ülimalt keeruline visuaalselt registreerida helibuumi, kui lennuk saavutab ülehelikiiruse. Palja silmaga seda näha ei saa – ainult spetsiaalse varustuse abil.

Tuuletunnelites ülehelikiirusel puhutud mudelite pildistamiseks kasutatakse tavaliselt spetsiaalseid peegleid, mis tuvastavad lööklaine tekkest tingitud valguse peegelduse erinevuse.

Nn Schliereni meetodil (või Toepleri meetodil) saadud fotosid kasutatakse mudeli ümber moodustunud lööklainete (või nagu neid nimetatakse ka lööklaineteks) visualiseerimiseks.

Puhumise ajal ei teki mudelite ümber kondensatsioonikoonuseid, kuna tuuletunnelites kasutatav õhk on eelnevalt kuivatatud.

Veeauru koonuseid seostatakse lööklainetega (mida on mitu), mis tekivad lennuki ümber, kui see kiirus kasvab.

Kui lennuki kiirus läheneb helikiirusele (merepinnal umbes 1234 km/h), tekib selle ümber voolavas õhus kohaliku rõhu ja temperatuuri erinevus.

Selle tulemusena kaotab õhk niiskuse säilitamise võime ja tekib koonusekujuline kondensaat, nagu sellel videol.

"Nähtava aurukoonuse põhjustab lööklaine, mis tekitab õhusõidukit ümbritsevas õhus rõhu ja temperatuuri erinevuse," ütleb Irwin.

Paljud selle nähtuse parimad fotod on tehtud USA mereväe lennukitelt – see pole üllatav, arvestades, et merepinna lähedal olev soe ja niiske õhk kipub Prandtl-Glauerti efekti rohkem esile tõstma.

Selliseid trikke sooritavad sageli hävitajad-pommitajad F/A-18 Hornet, mis on Ameerika merelennunduse peamine kandjatel põhinevate lennukite tüüp.

Samu lahingumasinaid kasutavad ka USA mereväe Blue Angelsi vigurlennumeeskonna liikmed, kes sooritavad oskuslikult manöövreid, mille käigus õhusõiduki ümber tekib kondenspilv.

Nähtuse suurejoonelisuse tõttu kasutatakse seda sageli merelennunduse populariseerimiseks. Piloodid manööverdavad teadlikult mere kohal, kus tingimused Prandtl-Gloerti efekti tekkeks on kõige optimaalsemad ning läheduses on ametis professionaalsed merefotograafid - pole ju võimalik teha selget pilti kell lendamast reaktiivlennukist. tavalise nutitelefoniga kiiruseks 960 km/h.

Kondensatsioonipilved näevad kõige muljetavaldavamad välja nn transoonilises lennurežiimis, kui õhk liigub ümber lennuki osaliselt ülehelikiirusel ja osaliselt allahelikiirusel.

"Lennuk ei lenda tingimata ülehelikiirusel, kuid õhk voolab üle tiiva ülemise pinna suurema kiirusega kui alumine pind, mis põhjustab lokaalse lööklaine," ütleb Irwin.

Tema sõnul on Prandtl-Glauerti efekti tekkeks vajalikud teatud kliimatingimused (nimelt soe ja niiske õhk), mida kandjapõhised hävitajad kohtavad sagedamini kui teised lennukid.

Kõik, mida pead tegema, on küsida teenust professionaalselt fotograafilt ja voila! - teie lennuk jäädvustati, ümbritsetuna suurejoonelisest veeaurupilvest, mida paljud meist peavad ekslikult ülehelikiiruse saavutamise märgiks.

• Saate seda lugeda veebisaidilt

Mida me kujutame ette, kui kuuleme väljendit "helibarjäär"? Teatud piir võib tõsiselt mõjutada kuulmist ja heaolu. Tavaliselt on helibarjäär korrelatsioonis õhuruumi vallutamisega ja

Selle takistuse ületamine võib esile kutsuda vanade haiguste, valusündroomide ja allergiliste reaktsioonide arengu. Kas need ideed on õiged või esindavad väljakujunenud stereotüüpe? Kas neil on faktiline alus? Mis on helibarjäär? Kuidas ja miks see tekib? Seda kõike ja mõningaid täiendavaid nüansse, samuti selle kontseptsiooniga seotud ajaloolisi fakte püüame selles artiklis välja selgitada.

See salapärane teadus on aerodünaamika

Aerodünaamika teaduses, mis on mõeldud liikumisega kaasnevate nähtuste selgitamiseks
õhusõidukite puhul on olemas mõiste "helibarjäär". See on rida nähtusi, mis ilmnevad helikiirusele lähedase või suurema kiirusega ülehelikiirusega õhusõidukite või rakettide liikumisel.

Mis on lööklaine?

Kui ülehelikiirusega vool liigub ümber sõiduki, ilmub tuuletunnelis lööklaine. Selle jäljed on nähtavad isegi palja silmaga. Maapinnal väljendatakse neid kollase joonega. Väljaspool lööklaine koonust, kollase joone ees, ei kuule te isegi lennukit maapinnal. Heli ületavatel kiirustel mõjub kehadele helivoog, millega kaasneb lööklaine. Neid võib olla rohkem kui üks, olenevalt keha kujust.

Lööklaine transformatsioon

Lööklaine frondil, mida mõnikord nimetatakse lööklaineks, on üsna väike paksus, mis võimaldab siiski jälgida voolu omaduste järske muutusi, selle kiiruse vähenemist keha suhtes ja vastavat voolu suurenemist. voolus oleva gaasi rõhk ja temperatuur. Sel juhul muundatakse kineetiline energia osaliselt gaasi siseenergiaks. Nende muutuste arv sõltub otseselt ülehelikiiruse voolu kiirusest. Kui lööklaine liigub aparaadist eemale, siis rõhulangused vähenevad ja lööklaine muudetakse helilaineks. See võib jõuda välisvaatlejani, kes kuuleb iseloomulikku plahvatust meenutavat heli. Arvatakse, et see näitab, et seade on saavutanud helikiiruse, kui lennuk lahkub helibarjäärist.

Mis tegelikult toimub?

Niinimetatud helibarjääri purunemise hetk kujutab praktikas lööklaine läbimist lennukimootorite kasvava mürinaga. Nüüd on seade kaasasolevast helist ees, nii et mootori sumin kostub pärast seda. Helikiirusele lähenemine sai võimalikuks Teise maailmasõja ajal, kuid samal ajal märkasid piloodid õhusõidukite käitamisel murettekitavaid signaale.

Pärast sõja lõppu püüdsid paljud lennukikonstruktorid ja piloodid saavutada helikiirust ja murda helibarjääri, kuid paljud neist katsetest lõppesid traagiliselt. Pessimistlikud teadlased väitsid, et seda piiri ei saa ületada. Mitte mingil juhul eksperimentaalselt, vaid teaduslikult oli võimalik selgitada “helibarjääri” mõiste olemust ja leida viise selle ületamiseks.

Ohutuid lende trans- ja ülehelikiirusel on võimalik vältides lainekriisi, mille tekkimine sõltub lennuki aerodünaamilistest parameetritest ja lennu kõrgusest. Üleminekud ühelt kiirustasemelt teisele tuleks võimalikult kiiresti läbi viia järelpõleti abil, mis aitab vältida pikka lendu lainekriisi tsoonis. Lainekriis kui kontseptsioon tuli veetranspordist. See tekkis siis, kui laevad liikusid veepinnal lainete kiirusele lähedase kiirusega. Lainekriisi sattumine toob endaga kaasa kiiruse suurendamise raskusi ja kui saate lainekriisist võimalikult lihtsalt üle, saate siseneda mööda veepinda hööveldamise või libisemise režiimi.

Lennuki juhtimise ajalugu

Esimene inimene, kes saavutas eksperimentaallennukiga ülehelikiiruse, oli Ameerika piloot Chuck Yeager. Tema saavutus märgiti ajalukku 14. oktoobril 1947. aastal. NSV Liidu territooriumil lõhkusid helibarjääri 26. detsembril 1948 kogenud hävitajaga lendanud Sokolovsky ja Fedorov.

Tsiviilelanike seas lõhkus helibarjääri reisilennuk Douglas DC-8, mis saavutas 21. augustil 1961 kiiruseks 1,012 Machi ehk 1262 km/h. Lennu eesmärk oli koguda andmeid tiibade projekteerimiseks. Lennukite seas püstitas maailmarekordi ülihelikiirusega õhk-maa aeroballistiline rakett, mis on Vene armee teenistuses. 31,2 kilomeetri kõrgusel saavutas rakett kiiruse 6389 km/h.

50 aastat pärast õhus helibarjääri purustamist saavutas inglane Andy Green samasuguse saavutuse autos. Ameeriklane Joe Kittinger üritas rekordit purustada vabalangemises, saavutades 31,5 kilomeetri kõrguse. Täna, 14. oktoobril 2012 püstitas Felix Baumgartner ilma transpordi abita vabalangemises 39 kilomeetri kõrguselt helibarjääri purustades maailmarekordi. Selle kiirus ulatus 1342,8 kilomeetrini tunnis.

Kõige ebatavalisem helibarjääri purunemine

Kummaline mõelda, kuid esimene leiutis maailmas, mis selle piiri ületas, oli tavaline piits, mille leiutasid iidsed hiinlased peaaegu 7 tuhat aastat tagasi. Peaaegu kuni kiirfotograafia leiutamiseni 1927. aastal ei kahtlustanud keegi, et piitsa mõranemine on miniatuurne helibuum. Terav kiik moodustab silmuse ja kiirus suureneb järsult, mida kinnitab klõps. Helibarjäär puruneb umbes 1200 km/h kiirusel.

Kõige mürarikkama linna mõistatus

Pole ime, et väikelinnade elanikud on esimest korda pealinna nähes šokeeritud. Transpordi rohkus, sajad restoranid ja meelelahutuskeskused ajavad segadusse ja tekitavad rahutust. Tavaliselt dateeritakse kevade algust pealinnas pigem aprilli, kui mässumeelse tuisuva märtsiga. Aprillis on selge taevas, voolavad ojad ja õitsevad pungad. Pikast talvest väsinud inimesed avavad aknad pärani päikese poole ja tänavamüra tungib nende majja. Linnud siristavad tänaval kõrvulukustavalt, artistid laulavad, rõõmsameelsed õpilased luuletavad, ummikutes ja metroos valitsevast mürast rääkimata. Hügieeniosakonna töötajad märgivad, et pikaajaline viibimine mürarikkas linnas on tervisele kahjulik. Pealinna helitaust koosneb transpordist,
lennundus-, tööstus- ja majapidamismüra. Kõige kahjulikum on automüra, kuna lennukid lendavad üsna kõrgel ja ettevõtete müra lahustub nende hoonetes. Pidev autode mürin eriti tiheda liiklusega maanteedel ületab kõik lubatud normid kaks korda rohkem. Kuidas pealinn helibarjääri ületab? Moskva on helirohkusega ohtlik, seetõttu paigaldavad pealinna elanikud müra summutamiseks topeltklaasid.

Kuidas helibarjääri tormitakse?

Kuni 1947. aastani puudusid tegelikud andmed helist kiiremini lendava lennuki kokpitis viibiva inimese heaolu kohta. Nagu selgub, nõuab helibarjääri purustamine teatud jõudu ja julgust. Lennu ajal saab selgeks, et ellujäämise garantiid pole. Isegi elukutseline piloot ei oska kindlalt öelda, kas lennuki konstruktsioon peab vastu elementide rünnakule. Mõne minutiga võib lennuk lihtsalt laiali kukkuda. Mis seda seletab? Tuleb märkida, et alahelikiirusel liikumine tekitab akustilisi laineid, mis levivad mahakukkunud kivilt ringidena. Ülehelikiirus ergastab lööklaineid ja maas seisev inimene kuuleb plahvatuse sarnast heli. Ilma võimsate arvutiteta oli keeruline lahendada keerulisi probleeme ja tuli loota tuuletunnelites puhutavatele mudelitele. Mõnikord, kui lennuki kiirendus on ebapiisav, ulatub lööklaine nii suureks, et majadest, mille kohal lennuk lendab, lendavad aknad välja. Kõik ei suuda helibarjääri ületada, sest sel hetkel väriseb kogu konstruktsioon ja seadme kinnitused võivad oluliselt kahjustada saada. Seetõttu on pilootide jaoks nii oluline hea tervis ja emotsionaalne stabiilsus. Kui lend on sujuv ja helibarjäär võimalikult kiiresti ületatud, ei tunne piloot ega ka võimalikud reisijad mingeid eriti ebameeldivaid aistinguid. Uurimislennuk ehitati spetsiaalselt helibarjääri purustamiseks 1946. aasta jaanuaris. Masina loomine algatati kaitseministeeriumi korraldusel, kuid relvade asemel topiti sellesse teadusaparatuuri, mis jälgis mehhanismide ja instrumentide töörežiimi. See lennuk oli nagu kaasaegne tiibrakett, millel oli sisseehitatud rakettmootor. Lennuk lõhkus helibarjääri maksimaalse kiirusega 2736 km/h.

Sõnalised ja materiaalsed monumendid helikiiruse vallutamiseks

Saavutused helibarjääri purustamisel on tänapäevalgi kõrgelt hinnatud. Niisiis on lennuk, millega Chuck Yeager sellest esimest korda üle sai, nüüd väljas Washingtonis asuvas riiklikus õhu- ja kosmosemuuseumis. Kuid selle inimliku leiutise tehnilised parameetrid oleksid ilma piloodi enda eelisteta vähe väärt. Chuck Yeager läbis lennukooli ja võitles Euroopas, pärast mida naasis Inglismaale. Ebaõiglane lendamisest kõrvalejätmine ei murdnud Yeageri vaimu ja ta saavutas Euroopa vägede ülemjuhataja vastuvõtu. Sõja lõpuni jäänud aastate jooksul osales Yeager 64 lahingumissioonil, mille käigus tulistas alla 13 lennukit. Chuck Yeager naasis kodumaale kapteni auastmega. Tema omadused viitavad fenomenaalsele intuitsioonile, uskumatule meelekindlusele ja vastupidavusele kriitilistes olukordades. Rohkem kui korra püstitas Yeager oma lennukis rekordeid. Tema edasine karjäär oli õhuväe üksustes, kus ta koolitas piloote. Viimati murdis Chuck Yeager helibarjääri 74-aastaselt, mis oli tema lennuajaloo viiekümnendal aastapäeval ja 1997. aastal.

Lennukiloojate keerulised ülesanded

Maailmakuulsat MiG-15 lennukit hakati looma hetkel, mil arendajad mõistsid, et ei saa loota ainult helibarjääri purustamisele, vaid lahendada tuleb keerulised tehnilised probleemid. Selle tulemusel loodi masin nii edukas, et selle modifikatsioonid võeti kasutusele erinevates riikides. Mitmed erinevad disainibürood astusid omamoodi konkurentsivõitlusse, mille auhinnaks oli patent edukaima ja funktsionaalsema lennuki jaoks. Töötati välja pühitud tiibadega lennukid, mis oli nende disainis revolutsioon. Ideaalne seade pidi olema võimas, kiire ja uskumatult vastupidav igasugustele välistele kahjustustele. Lennukite pühitud tiibadest sai element, mis aitas neil helikiirust kolmekordistada. Seejärel see kasvas jätkuvalt, mis oli seletatav mootori võimsuse kasvu, uuenduslike materjalide kasutamise ja aerodünaamiliste parameetrite optimeerimisega. Helibarjääri ületamine on muutunud võimalikuks ja reaalseks ka mitteprofessionaalile, kuid see ei muuda seda vähem ohtlikuks, nii et iga ekstreemspordihuviline peaks enne sellise katse kasuks otsustamist oma tugevusi mõistlikult hindama.

Miks lõhub lennuk plahvatusliku pauguga helibarjääri? Ja mis on "helibarjäär"?

"Popi" puhul tekib arusaamatus termini "helibarjäär" valesti mõistmisest. Seda "poppi" nimetatakse õigesti "helibuumiks". Ülehelikiirusel liikuv lennuk tekitab ümbritsevas õhus lööklaineid ja õhurõhu hüppeid. Lihtsustatult võib neid laineid ette kujutada kui lennuki lendu saatvat koonust, mille tipp on justkui seotud kere nina külge ning generaatorid on suunatud lennuki liikumise vastu ja levivad üsna kaugele. näiteks maapinnale.

Kui selle peamise helilaine esiosa tähistava kujuteldava koonuse piir jõuab inimese kõrvani, kostab plaksuna järsk rõhuhüpe. Helipoom, justkui lõastatuna, saadab kogu lennuki lendu eeldusel, et lennuk liigub piisavalt kiiresti, ehkki ühtlase kiirusega. Plaks näib olevat helibuumi põhilaine läbimine üle kindla punkti maapinnal, kus asub näiteks kuulaja.

Teisisõnu, kui ülehelikiirusega lennuk hakkaks pidevalt, kuid ülehelikiirusel üle kuulaja edasi-tagasi lendama, siis oleks pauku kuulda iga kord, mõni aeg pärast seda, kui lennuk lendas kuulajast üsna lähedalt üle.

Ja aerodünaamika “helibarjääriks” on õhutakistuse järsk hüpe, mis tekib siis, kui lennuk saavutab teatud helikiirusele lähedase piirikiiruse. Selle kiiruse saavutamisel muutub õhusõidukit ümbritseva õhuvoolu iseloom dramaatiliselt, mis omal ajal muutis ülehelikiiruse saavutamise väga keeruliseks. Tavaline allahelikiirusega lennuk ei ole võimeline lendama stabiilselt helist kiiremini, ükskõik kui palju seda ka ei kiirendaks – see lihtsalt kaotab juhitavuse ja laguneb laiali.

Helibarjääri ületamiseks pidid teadlased välja töötama spetsiaalse aerodünaamilise profiiliga tiiva ja välja mõtlema muid nippe. Huvitav on see, et moodsa ülehelikiirusega lennuki piloodil on oma lennukiga helibarjääri “ületamine” hea: ülehelikiirusele üleminekul on tunda “aerodünaamilist šokki” ja iseloomulikke “hüppeid” juhitavuses. Kuid need protsessid ei ole otseselt seotud "plaksutamisega" kohapeal.

Enne kui lennuk murrab helibarjääri, võib tekkida ebatavaline pilv, mille päritolu on siiani ebaselge. Kõige populaarsema hüpoteesi järgi toimub õhusõiduki läheduses rõhulangus ja nn Prandtl-Glauerti singulaarsus millele järgneb veepiiskade kondenseerumine niiskest õhust. Tegelikult näete allolevatel fotodel kondensatsiooni...

Klõpsake pildil, et seda suurendada.

14. oktoobril 1947 ületas inimkond järjekordse verstaposti. Piir on üsna objektiivne, väljendudes konkreetses füüsikalises suuruses - heli kiiruses õhus, mis maakera atmosfääri tingimustes jääb olenevalt selle temperatuurist ja rõhust vahemikku 1100-1200 km/h. Ülehelikiiruse vallutas Ameerika piloot Chuck Yeager (Charles Elwood "Chuck" Yeager), II maailmasõja noor veteran, kellel oli erakordne julgus ja suurepärane fotogeensus, tänu millele sai ta kodumaal kohe populaarseks, nagu 14 aastat. hiljem Juri Gagarin.

Ja helibarjääri ületamiseks oli tõesti vaja julgust. Nõukogude piloot Ivan Fedorov, kes kordas Yeageri saavutusi aasta hiljem, 1948. aastal, meenutas oma toonaseid tundeid: "Enne helibarjääri murdmise lendu sai selgeks, et pärast seda pole ellujäämise garantiid. Keegi ei teadnud praktiliselt, mis see on ja kas lennuki konstruktsioon peab elementidele vastu. Kuid me püüdsime sellele mitte mõelda.

Tõepoolest, polnud täielikku selgust, kuidas auto ülehelikiirusel käitub. Lennukikonstruktoritel oli veel värskeid mälestusi 30ndate äkilisest ebaõnnest, mil lennukite kiiruste suurenedes tuli kiiresti lahendada laperduse probleem – isevõnkumised, mis tekivad nii lennuki jäikades konstruktsioonides kui ka selle konstruktsioonides. nahka, rebenes lennuki mõne minutiga laiali. Protsess arenes nagu laviin, kiiresti, piloodid ei jõudnud lennurežiimi muuta ja masinad lagunesid õhus. Üsna pikka aega nägid matemaatikud ja disainerid erinevates riikides vaeva selle probleemi lahendamisega. Lõpuks lõi nähtuse teooria toonane noor vene matemaatik Mstislav Vsevolodovitš Keldõš (1911–1978), hilisem NSVL Teaduste Akadeemia president. Selle teooria abil oli võimalik leida viis ebameeldivast nähtusest igaveseks vabanemiseks.

On üsna selge, et sama ebameeldivaid üllatusi oli oodata ka helibarjäärist. Aerodünaamika keeruliste diferentsiaalvõrrandite numbriline lahendamine võimsate arvutite puudumisel oli võimatu ja tuli loota mudelite tuuletunnelites "puhumisele". Kuid kvalitatiivsetest kaalutlustest oli selge, et helikiiruse saavutamisel tekkis lennuki lähedale lööklaine. Kõige otsustavam hetk on helibarjääri lõhkumine, kui lennuki kiirust võrreldakse helikiirusega. Sel hetkel suureneb lainefrondi erinevatel külgedel rõhkude vahe kiiresti ja kui hetk kestab kauem kui hetke, võib lennuk laguneda mitte halvemini kui laperdamisest. Mõnikord lööb ebapiisava kiirendusega helibarjääri lõhkudes lennuki tekitatud lööklaine isegi selle all maapinnal asuvate majade akende klaasid välja.

Lennuki kiiruse ja helikiiruse suhet nimetatakse Machi numbriks (nimetatud kuulsa saksa mehaaniku ja filosoofi Ernst Machi järgi). Helibarjääri läbides tundub piloodile, et M-number hüppab hüppeliselt üle ühe: Chuck Yeager nägi, kuidas spidomeetri nõel hüppas 0.98 pealt 1.02 peale, misjärel valitses kokpitis tegelikult “jumalik” vaikus, ilmne: just tase Helirõhk lennuki salongis langeb mitu korda. See "helist puhastamise" hetk on väga salakaval, see maksis paljude testijate elu. Kuid tema X-1 lennuki lagunemise oht oli väike.

1946. aasta jaanuaris Bell Aircrafti toodetud X-1 oli puhtalt uurimislennuk, mis oli mõeldud helibarjääri purustamiseks ja ei midagi enamat. Hoolimata asjaolust, et sõiduki tellis kaitseministeerium, topiti sellesse relvade asemel teadusaparatuur, mis jälgib komponentide, instrumentide ja mehhanismide töörežiime. X-1 oli nagu kaasaegne tiibrakett. Sellel oli üks Reaction Motorsi rakettmootor, mille tõukejõud oli 2722 kg. Maksimaalne stardimass 6078 kg. Pikkus 9,45 m, kõrgus 3,3 m, tiibade siruulatus 8,53 m Maksimaalne kiirus kõrgusel 18290 m 2736 km/h. Sõiduk lasti välja strateegiliselt pommitajalt B-29 ja maandus terasest "suuskadele" kuivale soolajärvele.

Selle piloodi "taktikalised ja tehnilised parameetrid" pole vähem muljetavaldavad. Chuck Yeager sündis 13. veebruaril 1923. aastal. Pärast kooli läksin lennukooli ja pärast selle lõpetamist läksin Euroopasse võitlema. Tulistas alla ühe Messerschmitt-109. Ta ise tulistati Prantsusmaa taevas alla, kuid partisanid päästsid ta. Nagu poleks midagi juhtunud, naasis ta oma baasi Inglismaal. Valvas vastuluureteenistus, kes ei uskunud vangistuse imelist vabanemist, eemaldas aga piloodi lendamisest ja saatis ta tagalasse. Ambitsioonikas Yeager saavutas vastuvõtu liitlasvägede Euroopa ülemjuhataja kindral Eisenhoweriga, kes uskus Yeagerit. Ja ta ei eksinud - sõja lõpuni jäänud kuue kuu jooksul sooritas ta 64 lahingumissiooni, tulistas alla 13 vaenlase lennukit, 4 ühes lahingus. Ja ta naasis kodumaale kapteni auastmega suurepärase toimikuga, mis väitis, et tal on fenomenaalne lennuintuitsioon, uskumatu meelekindlus ja hämmastav vastupidavus igas kriitilises olukorras. Tänu sellele omadusele kuulus ta ülehelikiirusega testijate meeskonda, keda valiti ja koolitati sama hoolikalt kui hilisemaid astronaude.

Nimetades X-1 oma naise auks ümber “Glamourous Glennis”, püstitas Yeager sellega rekordeid rohkem kui korra. 1947. aasta oktoobri lõpus langes senine kõrgusrekord 21 372 m. Detsembris 1953 saavutas masina uus modifikatsioon X-1A kiiruse 2,35 M ja peaaegu 2800 km/h ning kuus kuud hiljem tõusis. kõrgusele 27 430 m Ja enne Lisaks katsetati mitmeid seeriasse lastud hävitajaid ja testiti meie MiG-15, mis püüti kinni ja transporditi Korea sõja ajal Ameerikasse. Seejärel juhtis Yeager erinevaid õhujõudude katseüksusi nii USA-s kui ka Ameerika baasides Euroopas ja Aasias, osales lahingutegevuses Vietnamis ja koolitas piloote. Ta läks pensionile 1975. aasta veebruaris brigaadikindrali auastmes, olles oma vapra teenistuse jooksul lennanud 10 tuhat tundi, katsetanud 180 erinevat ülehelikiirusega mudelit ning kogunud ainulaadse ordenite ja medalite kollektsiooni. 80ndate keskel tehti maailmas esimesena helibarjääri vallutanud vapra tüübi eluloo põhjal film ja pärast seda ei saanud Chuck Yeagerist isegi mitte kangelane, vaid rahvuslik reliikvia. Ta lendas F-16-ga viimast korda 14. oktoobril 1997, purustades helibarjääri oma ajaloolise lennu viiekümnendal aastapäeval. Yeager oli siis 74-aastane. Üldiselt, nagu luuletaja ütles, tuleks neist inimestest naelad teha.

Selliseid inimesi on teispool ookeani palju. Nõukogude disainerid hakkasid ameerika omadega samal ajal helibarjääri vallutama. Kuid nende jaoks polnud see eesmärk omaette, vaid täiesti pragmaatiline tegu. Kui X-1 oli puhtalt uurimismasin, siis meie riigis vallutati helibarjäär hävitajate prototüüpidele, mis pidid õhuväe üksuste varustamiseks seeriatesse minema.

Konkursil osalesid mitmed disainibürood: Lavochkini disainibüroo, Mikojani disainibüroo ja Yakovlev Design Bureau, mis arendasid samaaegselt pühkinud tiibadega lennukeid, mis oli tollal revolutsiooniline disainilahendus. Ülehelikiiruseni jõudsid nad järgmises järjekorras: La-176 (1948), MiG-15 (1949), Jak-50 (1950). Seal aga lahendati probleem üsna keerulises kontekstis: sõjaväemasinal peab olema lisaks suurele kiirusele ka palju muid omadusi - manööverdusvõime, ellujäämisvõime, minimaalne lennueelne ettevalmistusaeg, võimsad relvad, muljetavaldav laskemoon jne. ja nii edasi. Samuti tuleb märkida, et nõukogude ajal mõjutasid riiklike vastuvõtukomisjonide otsuseid sageli mitte ainult objektiivsed, vaid ka arendajate poliitiliste manöövritega seotud subjektiivsed tegurid. Kogu see asjaolude kogum viis hävitaja MiG-15 käivitamiseni, mis toimis 50ndatel kohalikel sõjaliste operatsioonide areenidel hästi. Just selle Koreas jäädvustatud autoga, nagu eespool mainitud, Chuck Yeager "ringi sõitis".

La-176 kasutas sel ajal rekordilist tiiva pühkimist, mis võrdub 45 kraadiga. Turboreaktiivmootor VK-1 andis tõukejõu 2700 kg. Pikkus 10,97 m, tiibade siruulatus 8,59 m, tiiva pindala 18,26 ruutmeetrit. Stardimass 4636 kg. Lagi 15 000 m. Lennuulatus 1000 km. Relvastus üks 37 mm kahur ja kaks 23 mm. Auto sai valmis 1948. aasta sügisel ja detsembris algasid selle lennukatsetused Krimmis Saki linna lähistel sõjaväelennuväljal. Katseid juhtis tulevane akadeemik Vladimir Vassiljevitš Struminski (1914–1998), katselennuki piloodid olid kapten Oleg Sokolovski ja hiljem Nõukogude Liidu kangelase tiitli saanud kolonel Ivan Fedorov. Sokolovsky suri absurdse õnnetuse läbi neljanda lennu ajal, unustades kokpiti varikatuse sulgeda.

Kolonel Ivan Fedorov purustas helibarjääri 26. detsembril 1948. aastal. Tõusnud 10 tuhande meetri kõrgusele, pööras ta juhtnupu endast eemale ja hakkas sukeldumisel kiirendama. "Ma kiirendan oma 176 suurelt kõrguselt," meenutas piloot. Kostab tüütu madal vile. Kiirust suurendades kihutab lennuk maa poole. Spidomeetri skaalal liigub nõel kolmekohalistelt numbritelt neljakohaliste numbriteni. Lennuk väriseb nagu palavikus. Ja järsku vaikus! Helibarjäär on võetud. Hilisem ostsillogrammide dekodeerimine näitas, et arv M oli ületanud ühe. See juhtus 7000 meetri kõrgusel, kus registreeriti kiiruseks 1,02 M.

Seejärel jätkas mehitatud õhusõidukite kiirus pidevat tõusu mootori võimsuse suurenemise, uute materjalide kasutamise ja aerodünaamiliste parameetrite optimeerimise tõttu. See protsess ei ole aga piiramatu. Ühelt poolt pärsivad seda ratsionaalsuskaalutlused, kui arvestatakse kütusekulu, arenduskulusid, lennuohutust ja muid mitte tühikäiguga seotud kaalutlusi. Ja isegi sõjalennunduses, kus raha ja pilootide ohutus pole nii oluline, jäävad kõige “kiiremate” masinate kiirused vahemikku 1,5–3 miljonit. Tundub, et rohkem polegi vaja. (Reaktiivmootoriga mehitatud lennukite kiirusrekord kuulub Ameerika luurelennukile SR-71 ja on 3,2 M.)

Teisest küljest on olemas ületamatu soojusbarjäär: teatud kiirusel toimub autokere kuumenemine õhuga hõõrdumisel nii kiiresti, et selle pinnalt pole võimalik soojust eemaldada. Arvutused näitavad, et normaalrõhul peaks see toimuma kiirusel, mis on suurusjärgus 10 Machi.

Sellest hoolimata saavutati 10M piir ikkagi samal Edwardsi treeningväljakul. See juhtus 2005. aastal. Rekordiomanik oli mehitamata rakettlennuk X-43A, mis toodeti 7-aastase ambitsioonika Hiper-X programmi raames, et töötada välja uut tüüpi tehnoloogia, mille eesmärk on muuta radikaalselt tulevase raketi- ja kosmosetehnoloogia palet. Selle maksumus on 230 miljonit dollarit.Rekord püstitati 33 tuhande meetri kõrgusel. Droon kasutab uut kiirendussüsteemi. Kõigepealt lastakse välja traditsiooniline tahkekütuse rakett, mille abil saavutab X-43A kiiruse 7 Machi ja seejärel lülitatakse sisse uut tüüpi mootor - hüperhelikiirusega ramjet-mootor (scramjet või scramjet). mis oksüdeerijana kasutatakse tavalist atmosfääriõhku ja oksüdeerijana gaaskütust.vesinik (üsna klassikaline kontrollimatu plahvatuse skeem).

Programmi kohaselt valmistati kolm mehitamata mudelit, mis pärast ülesande täitmist ookeani uputati. Järgmine etapp hõlmab mehitatud sõidukite loomist. Pärast nende testimist võetakse saadud tulemusi arvesse mitmesuguste "kasulike" seadmete loomisel. Lisaks lennukitele luuakse NASA vajadusteks hüperhelikiirusega sõjaväesõidukeid – pommitajad, luurelennukid ja transpordilennukid. Hiper-X programmis osalev Boeing plaanib aastaks 2030–2040 luua 250 reisijale mahutava hüperhelikiirusega reisilennuki. On täiesti selge, et aknaid, mis sellistel kiirustel aerodünaamikat lõhuvad ega talu soojust, ei tule. Illuminaatorite asemel on ekraanid videosalvestistega mööduvatest pilvedest.

Pole kahtlustki, et seda tüüpi transport on nõutud, sest mida edasi, seda kallimaks aeg läheb, mahutades ajaühikusse üha rohkem emotsioone, teenitud dollareid ja muid tänapäevase elu komponente. Sellega seoses pole kahtlustki, et kunagi muutuvad inimesed ühepäevaliblikateks: üks päev on sama sündmusterohke kui kogu praegune (õigemini eilne) inimelu. Ja võib oletada, et keegi või miski rakendab Hiper-X programmi seoses inimkonnaga.

Kas olete kuulnud valju heli nagu plahvatus, kui reaktiivlennuk lendab pea kohal? See heli tekib siis, kui lennuk murrab helibarjääri. Mis on helibarjäär ja miks lennuk sellist häält teeb?

Nagu teate, liigub heli teatud kiirusega. Kiirus oleneb kõrgusest. Merepinnal on heli kiirus ligikaudu 1220 kilomeetrit tunnis ja 11 000 meetri kõrgusel 1060 kilomeetrit tunnis. Kui lennuk lendab helikiirusele lähedase kiirusega, avaldab see teatud pingeid. Kui see lendab normaalsel (allhelikiirusel), surub lennuki esiosa enda ette rõhulaine. See laine liigub helikiirusel.

Rõhulaine põhjustab õhuosakeste kogunemine lennuki edasiliikumisel. Laine liigub lennukist kiiremini, kui lennuk lendab allahelikiirusel. Ja selle tulemusena selgub, et õhk liigub takistamatult üle lennuki tiibade pindade.

Nüüd vaatame lennukit, mis lendab helikiirusel. Lennuki ees pole survelainet. Juhtub hoopis see, et tiiva ette tekib rõhulaine (kuna lennuk ja rõhulaine liiguvad sama kiirusega).

Nüüd tekib lööklaine, mis põhjustab suuri koormusi lennukitiivale. Väljend "helibarjäär" pärineb ajast, mil lennukid suutsid lennata helikiirusel – ja arvati, et see kirjeldab pingeid, mida lennuk sellistel kiirustel kogeb. Seda peeti "tõkkeks".

Kuid heli kiirus pole üldse takistuseks! Insenerid ja lennukikonstruktorid said uute koormate probleemist jagu. Ja vanadest vaadetest on meile jäänud vaid see, et löögi põhjustab lööklaine, kui lennuk lendab ülehelikiirusel.

Mõiste "helibarjäär" kirjeldab eksitavalt tingimusi, mis tekivad õhusõiduki liikumisel teatud kiirusega. Võiks arvata, et kui lennuk saavutab helikiiruse, ilmub midagi “tõkke” taolist – aga midagi sellist ei juhtu!

Selle kõige mõistmiseks kaaluge lennukit, mis lendab väikese ja normaalse kiirusega. Lennuki edasiliikumisel tekib lennuki ette survelaine. Selle moodustab edasi liikuv õhusõiduk, mis surub kokku õhuosakesed.

See laine liigub helikiirusel lennukist ette. Ja selle kiirus on suurem kui lennuki kiirus, mis, nagu me juba ütlesime, lendab väikese kiirusega. Liikudes lennukist ette, sunnib see laine õhuvoolusid ümber lennuki tasapinna voolama.

Kujutage nüüd ette, et lennuk lendab helikiirusel. Tasapinnast ette ei teki survelaineid, kuna nii tasapinnal kui ka lainetel on sama kiirus. Seetõttu tekib laine tiibade ette.

Selle tulemusena tekib lööklaine, mis tekitab lennuki tiibadele suuri koormusi. Enne kui lennukid helibarjääri jõudsid ja ületasid, usuti, et sellised lööklained ja g-jõud loovad lennukile midagi barjääri sarnast – "helibarjääri". Helibarjääri aga polnud, sest lennuinsenerid töötasid selleks välja spetsiaalse lennukidisaini.

Muide, tugev "löök", mida kuuleme, kui lennuk läbib "helibarjääri", on lööklaine, millest me juba rääkisime - kui lennuki kiirus ja survelaine on võrdsed.