Cos'è una barriera del suono. Rompere la barriera del suono. Chi è stato il primo a rompere il muro del suono? Velocità barriera del suono

Il primo pilota a rompere la barriera del suono fu Charles Yeager, che volò su un Bell X-1 nell'autunno del 1947. In Unione Sovietica, questa impresa è stata ripetuta dai piloti Fedorov e Sokolovsky, pilotando un caccia LA-176 a un'altitudine di oltre 15 mila metri. La velocità supersonica della nave era di 1104 km/h, alla quale poteva percorrere circa mille chilometri senza fare rifornimento. Il numero di Mach è il rapporto tra la velocità del suono e la velocità alla quale l'aereo sta viaggiando. Prende il nome dal famoso fisico austriaco Ernst Maievsky, che studiò le cause delle onde d'urto e dei processi aerodinamici durante il movimento supersonico dei corpi.

Cos'è una barriera del suono?

La barriera del suono in aerodinamica si riferisce a una serie di fenomeni che accompagnano il movimento di un aeromobile alla velocità del suono (340 m/s) o superiore. Un boom sonico si verifica a causa di picchi di pressione ed è accompagnato da un "bang", che viene percepito dall'osservatore come il suono di un'esplosione. Come risultato della crisi delle onde, la natura del flusso intorno all'aereo cambia, compaiono vibrazioni, sollevamento e la resistenza frontale sta crescendo.

La necessità di superare la barriera del suono è nata durante la seconda guerra mondiale, quando molti piloti hanno notato che con l'aumento della velocità di un caccia, la sua controllabilità e una serie di altre caratteristiche importanti, come la regolazione degli alettoni e dei timoni aerei, si deteriorano. I piloti di velivoli a pistoni, tentando di sviluppare velocità massime, hanno inevitabilmente affrontato una crisi delle onde, dalla quale non è stato possibile uscire senza un'immersione.

Un ruolo significativo nel problema della spiegazione e del superamento della barriera del suono è stato svolto da lavoro scientifico dedicato allo studio del moto supersonico del gas.

Mentre l'aereo si muove a bassa velocità (fino a 420 km / h) ad un'altitudine fino a 3 mila metri, è abbastanza semplice calcolare i parametri di volo esatti. Tuttavia, in caso di superamento della barriera del suono da parte di un aereo, non solo la temperatura fuori bordo diminuisce, ma anche la densità dell'aria ambiente. Quando gli strumenti mostrano letture di velocità equivalenti a un'altitudine di 2.000 metri e 10.000 metri, la velocità effettiva sarà maggiore nel nulla.

Il valore della velocità di volo supersonico

Alla velocità del suono, lo spazio aereo cessa di essere omogeneo e ostacola notevolmente il movimento degli aerei a bassa velocità. Viene creato un ambiente in cui compaiono le onde d'urto e un cambiamento nella natura del flusso attorno all'aereo, che crea i prerequisiti per una crisi delle onde. Un'onda d'urto aumenta l'entropia del gas, che diminuisce al passaggio della barriera del suono.

Caratteristiche del volo supersonico

Il passaggio alla velocità supersonica è accompagnato da un'onda d'urto derivante dalla differenza di pressione. Se dura più di un secondo, la fusoliera della nave potrebbe non sopportare tali carichi, il che porterà al suo naufragio. Se guardi l'aereo che supera la barriera del suono nel video, noterai che quasi tutti i vetri degli edifici residenziali situati sulla superficie terrestre vengono distrutti dall'onda d'urto.

Dopo che il pilota americano Charles Yeager riuscì a superare per la prima volta la barriera del suono, fu colpito dal "silenzio divino" che regnava nell'abitacolo. Nel momento in cui la freccia del makhmetro riesce a superare il segno 1.0, la pressione sonora all'interno della nave diminuisce notevolmente. Tuttavia, aumenta il rischio di deformazione della fusoliera e di altre parti dell'aeromobile.

Gli indicatori energetici (intensità) dello shock sono influenzati dalle condizioni ambientali, caratteristiche del progetto l'aereo e la velocità del suo movimento. Ai piloti degli aerei passeggeri ipersonici Concorde e TU-144 è stato permesso di superare la barriera del suono esclusivamente sulla superficie dell'oceano in uno spazio aereo di diverse migliaia di metri più alto dell'altezza di movimento degli aerei civili standard.

Hai mai sentito il pop di un aereo che attraversa una barriera supersonica?

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Cosa succede all'aereo quando attraversa la barriera del suono?

Cosa succede all'aereo quando raggiunge la velocità del suono? Inizia la formazione di onde d'urto, che compaiono nella sezione di coda dell'aeromobile, nei bordi posteriori e frontali, nonché sulla punta della fusoliera. L'onda d'urto ha uno spessore molto piccolo e il fronte d'urto è caratterizzato da cambiamenti drammatici nelle proprietà del flusso. I suoi indicatori di velocità diminuiscono in relazione al corpo e la velocità acquisisce proprietà subsoniche. L'energia cinetica viene parzialmente convertita in energia gassosa (interna).

L'applauso di un aereo supersonico è un "boom sonico" che si verifica a causa di picchi di pressione dell'aria. Il battito delle mani appare come risultato del passaggio dell'onda principale e viene percepito dall'ascoltatore ogni volta che l'aereo vola sopra la sua testa.

La scala di tali cambiamenti è direttamente proporzionale alla velocità del flusso ipersonico. Il numero di Mach in questo caso supera 5 e le letture della temperatura aumentano in modo significativo, il che causa una serie di problemi agli aerei che si muovono a velocità supersoniche. I danni agli scudi termici hanno innescato lo schianto della navetta spaziale riutilizzabile della NASA Columbia nel 2003. La navetta è entrata nell'atmosfera terrestre per atterrare ed è stata danneggiata da un'onda d'urto ad alta forza.

Aerei passeggeri supersonici russi

Il primo aereo passeggeri a rompere la barriera del suono è stato il Tu-144, creato dagli ingegneri dell'ufficio di progettazione Tupolev. Per superare la barriera del suono, il rivestimento è stato realizzato sotto forma di un aereo ad ala bassa senza coda, dotato di ulteriori centrali elettriche... Il TU-144 è stato privato dei flap e delle lamelle consueti per gli aerei della generazione precedente e il passaggio alla modalità ipersonica è stato effettuato grazie a una complessa procedura per ridistribuire il carburante ai serbatoi di centraggio posteriori.

Bombardiere supersonico d'alta quota Valkyrie

Il bombardiere d'alta quota Valkyrie XB-70, che sviluppa una velocità di oltre tre Mach (3673 km/h) e sale a un'altitudine di oltre 20mila metri, supera facilmente la barriera del suono. Per viaggiare a velocità ipersonica, i progettisti furono costretti a ridurre il peso al decollo e anche a trasferire l'aereo in un pentaboran (miscela di carburante boroidrogeno) con maggiore energia di combustione. Il bombardiere è un bombardiere senza coda realizzato in acciaio per utensili ad alta resistenza.

Perché l'aereo sta superando la barriera del suono accompagnato da uno scoppio esplosivo? E cos'è una "barriera del suono"?

C'è un malinteso con “clap”, causato da un malinteso del termine “barriera del suono”. Questo "clap" è correttamente chiamato "sonic boom". Un aeroplano che si muove a velocità supersonica crea onde d'urto nell'aria circostante, salta nella pressione dell'aria. Semplificando, queste onde possono essere immaginate sotto forma di un cono che accompagna il volo dell'aereo, con la parte superiore, per così dire, legata al muso della fusoliera, e generatrici dirette contro il movimento dell'aereo e che si propagano abbastanza lontano, per esempio, alla superficie della terra.

Quando il confine di questo cono immaginario, che denota la parte anteriore dell'onda sonora principale, raggiunge l'orecchio umano, allora un brusco salto di pressione viene percepito dall'orecchio come un battito di mani. Un boom sonico, come quello legato, accompagna l'intero volo dell'aereo, a condizione che l'aereo si muova abbastanza velocemente, anche se a velocità costante. Un clap, invece, sembra essere il passaggio dell'onda principale di un boom sonoro su un punto fisso sulla superficie terrestre, dove, ad esempio, si trova l'ascoltatore.

In altre parole, se un aereo supersonico con una velocità costante ma supersonica iniziasse a volare avanti e indietro sull'ascoltatore, il pop si sentirebbe ogni volta, qualche tempo dopo che l'aereo aveva sorvolato l'ascoltatore a una distanza abbastanza ravvicinata.

Una "barriera del suono" in aerodinamica è un brusco salto nella resistenza dell'aria che si verifica quando l'aereo raggiunge una certa velocità limite vicina alla velocità del suono. Quando viene raggiunta questa velocità, la natura del flusso d'aria intorno all'aereo cambia drasticamente, il che un tempo rendeva molto difficile raggiungere velocità supersoniche. Un normale aereo subsonico non è in grado di volare stabilmente più veloce del suono, indipendentemente da come viene accelerato: perderà semplicemente il controllo e cadrà a pezzi.

Per superare la barriera del suono, gli scienziati hanno dovuto sviluppare un'ala con uno speciale profilo aerodinamico e inventare altri trucchi. È interessante notare che il pilota di un moderno aereo supersonico sente bene il "superamento" della barriera del suono da parte del suo aereo: quando si passa al flusso supersonico, si avvertono un "impatto aerodinamico" e caratteristici "salti" nella controllabilità. Ma questi processi non sono direttamente correlati ai "pop" sul campo.

Prima che l'aereo rompa la barriera del suono, potrebbe formarsi una nuvola insolita, la cui origine non è ancora chiara. Secondo l'ipotesi più diffusa, in prossimità del piano si verifica una caduta di pressione e un cosiddetto Singolarità di Prandtl-Glauert seguita dalla condensazione delle gocce d'acqua dall'aria umida. In realtà, vedi la condensa nelle immagini qui sotto ...

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Una barriera del suono è un fenomeno che si verifica durante il volo di un aeroplano o di un razzo al momento della transizione dalla velocità di volo subsonica a quella supersonica nell'atmosfera. Quando la velocità dell'aereo si avvicina alla velocità del suono (1200 km / h), di fronte ad essa appare un'area sottile, in cui si verifica un forte aumento della pressione e della densità dell'aria ambiente. Questa compattazione dell'aria davanti a un aereo in volo è chiamata onda d'urto. A terra, il passaggio di un'onda d'urto è percepito come un pop, simile al suono di uno sparo. Dopo aver superato la velocità del suono, l'aereo passa attraverso quest'area di maggiore densità dell'aria, come se la perforasse - supera la barriera del suono. Per molto tempo, il superamento della barriera del suono sembrava essere un problema serio nello sviluppo dell'aviazione. Per risolverlo fu necessario modificare il profilo e la forma dell'ala dell'aereo (diventò più sottile e spazzata), rendere più appuntita la parte anteriore della fusoliera e dotare l'aereo di motori a reazione. Per la prima volta la velocità del suono fu superata nel 1947 da C. Yeager su un motore a razzo a propellente liquido Bell X-1 (USA) lanciato da un aereo Boeing B-29. In Russia, il primo a superare la barriera del suono nel 1948 fu il pilota O. V. Sokolovsky su un aereo sperimentale La-176 con un motore a turbogetto.

Video.

Velocità del suono.

La velocità di propagazione (relativa al mezzo) di piccole perturbazioni di pressione. In un gas perfetto (ad esempio in aria a temperature e pressioni moderate) C. h. non dipende dalla natura della piccola perturbazione propagantesi ed è la stessa sia per oscillazioni monocromatiche di frequenze diverse () sia per onde d'urto deboli. In un gas perfetto in un punto dello spazio considerato, C. z. ma dipende solo dalla composizione del gas e dalla sua temperatura assoluta T:
a = (dp / d (()) 1/2 = ((() p / (()) 1/2 = ((() RT / (()) 1/2,
dove dp / d (() è la derivata della pressione rispetto alla densità per il processo isoentropico, (-) è l'esponente adiabatico, R è la costante universale dei gas, (-) è il peso molecolare (in aria a 20.1T1 / 2 m/s a 0 (°) C a = 332 m/s).
In un gas con trasformazioni fisico-chimiche, ad esempio, in un gas dissociante, C. z. dipenderà da come - in equilibrio o disequilibrio - questi processi procedono nell'onda di disturbo. All'equilibrio termodinamico S. z. dipende solo dalla composizione del gas, dalla sua temperatura e pressione. Con un corso disequilibrato di processi fisici e chimici, avviene la dispersione del suono, cioè S. z. dipende non solo dallo stato del mezzo, ma anche dalla frequenza di vibrazione (). Le oscillazioni ad alta frequenza ((mt), ()) - tempo di rilassamento) si propagano dalla S. z congelata. aj, bassa frequenza ((,) 0) - con equilibrio S. z. ae, e aj> ae. La differenza tra aj e ai è solitamente piccola (in aria a T = 6000 (°) C e p = 105 Pa, è circa il 15%). Nei liquidi di S. z. molto più alto che nel gas (in acqua a 1500 m/s)