Lėktuvas viršijo garso lygį. Kas pirmasis įveikė garso barjerą? Kas yra garso barjeras ir kaip jis susidaro?

Iliustracijos autorinės teisės SPL

Įspūdingos nuotraukos, kuriose užfiksuoti tankiame vandens garų kūgio naikintuvai, dažnai atvaizduoja garso barjerą įveikiantį orlaivį. Bet tai klaida. Žurnalistas pasakoja apie tikrąją reiškinio priežastį.

Šį įspūdingą reiškinį ne kartą užfiksavo fotografai ir filmuotojai. Karinis lėktuvas dideliu greičiu, kelių šimtų kilometrų per valandą, praskrieja virš žemės.

Kai naikintuvas įsibėgėja, aplink jį pradeda formuotis tankus kondensato kūgis; atrodo, kad lėktuvas yra kompaktiškame debesyje.

Įvaizdingi užrašai po tokiomis nuotraukomis dažnai teigia, kad tai yra vaizdinis garso pakilimo įrodymas, kai orlaivis pasiekia viršgarsinį greitį.

Tiesą sakant, tai netiesa. Stebime vadinamąjį Prandtl-Glauert efektą – fizinį reiškinį, atsirandantį orlaiviui artėjant prie garso greičio. Tai neturi nieko bendra su garso barjero pažeidimu.

• Kiti straipsniai BBC Future svetainėje rusų kalba

Tobulėjant orlaivių gamybai, aerodinaminės formos tapo vis labiau supaprastintos, o orlaivių greitis nuolat didėjo – orlaiviai su juos supančiu oru pradėjo daryti tai, ko nesugebėjo jų lėtesni ir stambesni pirmtakai.

Paslaptingos smūginės bangos, susidarančios aplink žemai skraidančius orlaivius jiems artėjant ir vėliau pralaužiančios garso barjerą, leidžia manyti, kad tokiu greičiu oras elgiasi keistai.

Taigi, kas yra šie paslaptingi kondensato debesys?

Anot Rodo Irwino, Karališkosios aeronautikos draugijos aerodinamikos grupės pirmininko, sąlygos, kuriomis susidaro garų kūgis, yra prieš pat orlaiviui pralaužiant garso barjerą. Tačiau šis reiškinys dažniausiai fotografuojamas kiek mažesniu nei garso greitis.

Paviršiniai oro sluoksniai yra tankesni nei atmosfera dideliame aukštyje. Skrendant mažame aukštyje padidėja trintis ir pasipriešinimas.

Beje, pilotams draudžiama pralaužti garso barjerą virš žemės. „Galite skristi viršgarsiniu virš vandenyno, bet ne per kietą paviršių, – aiškina Irwinas. „Beje, ši aplinkybė buvo problema viršgarsiniam keleiviniam laineriui Concorde – draudimas buvo įvestas jį pradėjus eksploatuoti, o įgulai buvo leista išvystyti viršgarsinį greitį tik virš vandens paviršiaus“.

Be to, itin sunku vizualiai užregistruoti garso bumą, kai orlaivis pasiekia viršgarsinį greitį. Plika akimi to pamatyti negalima – tik specialios įrangos pagalba.

Norint fotografuoti modelius, pučiamus viršgarsiniu greičiu vėjo tuneliuose, dažniausiai naudojami specialūs veidrodžiai, kurie nustato šviesos atspindžio skirtumą, atsirandantį dėl smūgio bangos susidarymo.

Fotografijos, gautos vadinamuoju Schlieren metodu (arba Toeplerio metodu), naudojamos norint vizualizuoti aplink modelį susidariusias smūgines bangas (arba, kaip jos dar vadinamos, smūgines bangas).

Pučiant aplink modelius nesusidaro kondensato kūgiai, nes vėjo tuneliuose naudojamas oras iš anksto išdžiovinamas.

Vandens garų kūgiai yra susiję su smūginėmis bangomis (kurių yra kelios), kurios susidaro aplink orlaivį jam įgyjant greitį.

Lėktuvo greičiui priartėjus prie garso greičio (apie 1234 km/h jūros lygyje), aplink jį tekančiame ore susidaro vietinio slėgio ir temperatūros skirtumas.

Dėl to oras praranda gebėjimą išlaikyti drėgmę ir susidaro kūgio formos kondensatas, pvz. šiame vaizdo įraše.

„Matomą garų kūgį sukelia smūginė banga, kuri sukuria slėgio ir temperatūros skirtumą orlaivį supančiame ore“, – sako Irwinas.

Daugelis geriausių šio reiškinio nuotraukų yra iš JAV karinio jūrų laivyno orlaivių – nenuostabu, nes šiltas, drėgnas oras netoli jūros paviršiaus Prandtl-Glauert efektą daro ryškesnį.

Tokius triukus dažnai atlieka naikintuvai-bombonešiai F/A-18 Hornet – pagrindinis Amerikos karinio jūrų laivyno aviacijos lėktuvų tipas.

Tokias pat kovines mašinas naudoja ir JAV karinio jūrų laivyno „Blue Angels“ akrobatinio skraidymo komandos nariai, meistriškai atliekantys manevrus, kurių metu aplink orlaivį susidaro kondensato debesis.

Dėl įspūdingo reiškinio pobūdžio jis dažnai naudojamas populiarinti jūrų aviaciją. Pilotai sąmoningai manevruoja virš jūros, kur sąlygos Prandtl-Gloert efektui atsirasti optimaliausios, o šalia budi profesionalūs jūrų fotografai – juk neįmanoma aiškiai nufotografuoti skrendančio reaktyvinio lėktuvo. 960 km/h greitis su įprastu išmaniuoju telefonu.

Kondensacijos debesys įspūdingiausiai atrodo vadinamojo transoninio skrydžio režimu, kai oras iš dalies teka aplink orlaivį viršgarsiniu, o iš dalies ikigarsiniu greičiu.

„Lėktuvas nebūtinai skrenda viršgarsiniu greičiu, bet oras virš viršutinio sparno paviršiaus teka didesniu greičiu nei apatinis, o tai sukelia vietinę smūginę bangą“, – sako Irwinas.

Pasak jo, Prandtl-Glauert efektui atsirasti būtinos tam tikros klimato sąlygos (būtent šiltas ir drėgnas oras), su kuriomis vežėjai naikintuvai susiduria dažniau nei kiti orlaiviai.

Tereikia šios paslaugos paprašyti profesionalaus fotografo, ir voila! - jūsų lėktuvas buvo užfiksuotas apsuptas įspūdingo vandens garų debesies, kurį daugelis klaidingai laiko viršgarsinio greičio pasiekimo ženklu.

• Ją galite perskaityti svetainėje

Ką įsivaizduojame išgirdę posakį „garso barjeras“? Tam tikra riba gali rimtai paveikti klausą ir gerovę. Paprastai garso barjeras yra koreliuojamas su oro erdvės užkariavimu ir

Šios kliūties įveikimas gali išprovokuoti senų ligų, skausmo sindromų ir alerginių reakcijų vystymąsi. Ar šios idėjos teisingos, ar jos atspindi nusistovėjusius stereotipus? Ar jie turi faktinį pagrindą? Kas yra garso barjeras? Kaip ir kodėl tai atsiranda? Visa tai ir kai kuriuos papildomus niuansus bei istorinius faktus, susijusius su šia koncepcija, pabandysime išsiaiškinti šiame straipsnyje.

Šis paslaptingas mokslas yra aerodinamika

Aerodinamikos moksle, skirta paaiškinti judėjimą lydintiems reiškiniams
orlaiviuose yra „garso barjero“ sąvoka. Tai eilė reiškinių, atsirandančių viršgarsiniams orlaiviams arba raketoms, judančioms artimu garso greičiui ar didesniu greičiu.

Kas yra smūginė banga?

Viršgarsiniam srautui tekant aplink transporto priemonę, vėjo tunelyje atsiranda smūgio banga. Jo pėdsakai gali būti matomi net plika akimi. Ant žemės jie išreiškiami geltona linija. Už smūgio bangos kūgio, priešais geltoną liniją, net nesigirdi lėktuvo ant žemės. Kai greitis viršija garsą, kūnai yra veikiami garso srauto, kuris sukelia smūgio bangą. Priklausomai nuo kūno formos, gali būti daugiau nei vienas.

Smūgio bangos transformacija

Smūginės bangos frontas, kuris kartais vadinamas smūgine banga, yra gana mažo storio, o tai vis dėlto leidžia stebėti staigius srauto savybių pokyčius, jo greičio sumažėjimą kūno atžvilgiu ir atitinkamai padidėjusį srautą. sraute esančių dujų slėgis ir temperatūra. Šiuo atveju kinetinė energija iš dalies paverčiama vidine dujų energija. Šių pokyčių skaičius tiesiogiai priklauso nuo viršgarsinio srauto greičio. Smūginei bangai tolstant nuo aparato, slėgis mažėja ir smūginė banga paverčiama garso banga. Jis gali pasiekti pašalinį stebėtoją, kuris išgirs būdingą garsą, primenantį sprogimą. Manoma, kad tai rodo, kad prietaisas pasiekė garso greitį, kai lėktuvas palieka garso barjerą.

Kas iš tikrųjų vyksta?

Vadinamasis garso barjero pramušimo momentas praktiškai reiškia smūginės bangos praėjimą, didėjant orlaivio variklių riaumojimui. Dabar prietaisas lenkia lydintį garsą, todėl po jo pasigirs variklio ūžesys. Artėti prie garso greičio tapo įmanoma per Antrąjį pasaulinį karą, tačiau tuo pačiu metu pilotai pastebėjo nerimą keliančius signalus skrendant orlaiviams.

Pasibaigus karui daugelis orlaivių konstruktorių ir pilotų siekė pasiekti garso greitį ir pralaužti garso barjerą, tačiau daugelis šių bandymų baigėsi tragiškai. Pesimistiškai nusiteikę mokslininkai tvirtino, kad šios ribos peržengti negalima. Jokiu būdu ne eksperimentiškai, o moksliškai pavyko paaiškinti „garso barjero“ sąvokos prigimtį ir rasti būdų, kaip ją įveikti.

Saugūs skrydžiai transoniniu ir viršgarsiniu greičiu įmanomi išvengus bangų krizės, kurios atsiradimas priklauso nuo orlaivio aerodinaminių parametrų ir skrydžio aukščio. Perėjimas iš vieno greičio lygio į kitą turėtų būti atliekamas kuo greičiau naudojant papildomą degiklį, kuris padės išvengti ilgo skrydžio bangų krizės zonoje. Bangų krizė kaip koncepcija kilo iš vandens transporto. Jis atsirado, kai laivai judėjo greičiu, artimu bangų greičiui vandens paviršiuje. Patekus į bangų krizę, kyla sunkumų didinant greitį, o jei bangų krizę įveiksite kuo paprasčiau, galėsite pereiti į obliavimo arba slydimo vandens paviršiumi režimą.

Lėktuvų valdymo istorija

Pirmasis žmogus, pasiekęs viršgarsinį skrydžio greitį eksperimentiniu orlaiviu, buvo amerikiečių pilotas Chuckas Yeageris. Jo pasiekimas istorijoje buvo pažymėtas 1947 m. spalio 14 d. SSRS teritorijoje garso barjerą 1948 m. gruodžio 26 d. pralaužė Sokolovskis ir Fiodorovas, skridę patyrusiu naikintuvu.

Tarp civilių garso barjerą pramušė keleivinis lėktuvas Douglas DC-8, kuris 1961 metų rugpjūčio 21 dieną pasiekė 1,012 macho, arba 1262 km/val., greitį. Skrydžio tikslas buvo rinkti duomenis sparnų projektavimui. Tarp orlaivių pasaulio rekordą pasiekė hipergarsinė aerobalistinė raketa „oras-žemė“, kuri naudojama Rusijos armijoje. 31,2 kilometro aukštyje raketa pasiekė 6389 km/h greitį.

Praėjus 50 metų po to, kai įveikė garso barjerą ore, anglas Andy Greenas pasiekė panašų pasiekimą automobilyje. Amerikietis Joe Kittingeris bandė pagerinti laisvo kritimo rekordą, pasiekęs 31,5 kilometro aukštį. Šiandien, 2012 m. spalio 14 d., Felixas Baumgartneris, be transporto pagalbos, laisvu kritimu iš 39 kilometrų aukščio įlaužęs garso barjerą pasiekė pasaulio rekordą. Jo greitis siekė 1342,8 kilometro per valandą.

Labiausiai neįprastas garso barjero pralaužimas

Keista pagalvoti, bet pirmasis išradimas pasaulyje, įveikęs šią ribą, buvo paprastas botagas, kurį senovės kinai išrado beveik prieš 7 tūkstančius metų. Beveik iki momentinės fotografijos išradimo 1927 m. niekas neįtarė, kad rykštės plyšimas yra miniatiūrinis garsinis bumas. Staigus siūbavimas sudaro kilpą, o greitis smarkiai padidėja, o tai patvirtina paspaudimas. Garso barjeras pralaužiamas važiuojant apie 1200 km/h greičiu.

Triukšmingiausio miesto paslaptis

Nieko keisto, kad mažų miestelių gyventojai nustemba pirmą kartą pamatę sostinę. Transporto gausa, šimtai restoranų ir pramogų centrų glumina ir neramina. Pavasario pradžia sostinėje dažniausiai datuojama balandį, o ne maištingą, audringą kovą. Balandžio mėnesį giedras dangus, teka upeliai, žydi pumpurai. Žmonės, pavargę nuo ilgos žiemos, plačiai atveria langus į saulę, o į jų namus veržiasi gatvės triukšmas. Gatvėje kurtinamai čiulba paukščiai, dainuoja menininkai, linksmi studentai deklamuoja poeziją, jau nekalbant apie triukšmą kamščiuose ir metro. Higienos skyriaus darbuotojai pastebi, kad ilgas buvimas triukšmingame mieste kenkia sveikatai. Sostinės garso foną sudaro transportas,
aviacijos, pramonės ir buities triukšmas. Žalingiausias yra automobilių triukšmas, nes lėktuvai skraido gana aukštai, o įmonių triukšmas ištirpsta jų pastatuose. Nuolatinis automobilių riaumojimas ypač judriuose greitkeliuose visus leistinus standartus viršija dvigubai daugiau. Kaip sostinė įveikia garso barjerą? Maskva pavojinga garsų gausa, todėl sostinės gyventojai, norėdami nuslopinti triukšmą, įsirengia dvigubo stiklo langus.

Kaip šturmuojamas garso barjeras?

Iki 1947 metų nebuvo realių duomenų apie žmogaus savijautą greičiau nei garsą skrendančio lėktuvo kabinoje. Pasirodo, garso barjero įveikimas reikalauja tam tikros jėgos ir drąsos. Skrydžio metu tampa aišku, kad garantijos išlikti nėra. Net profesionalus pilotas negali tiksliai pasakyti, ar orlaivio konstrukcija atlaikys stichijų ataką. Per kelias minutes lėktuvas gali tiesiog subyrėti. Kas tai paaiškina? Reikėtų pažymėti, kad judėjimas ikigarsiniu greičiu sukuria akustines bangas, kurios sklinda kaip apskritimai nuo nukritusio akmens. Viršgarsinis greitis sužadina smūgines bangas, o ant žemės stovintis žmogus girdi garsą, panašų į sprogimą. Be galingų kompiuterių buvo sunku išspręsti sudėtingas problemas ir reikėjo pasikliauti vėjo tuneliuose pučiamais modeliais. Kartais, kai lėktuvo pagreitis yra nepakankamas, smūgio banga pasiekia tokią jėgą, kad iš namų, virš kurių skrenda lėktuvas, išskrenda langai. Ne visiems pavyks įveikti garso barjerą, nes šiuo metu visa konstrukcija dreba, o įrenginio tvirtinimai gali būti smarkiai pažeisti. Štai kodėl gera sveikata ir emocinis stabilumas yra labai svarbūs pilotams. Jei skrydis bus sklandus, o garso barjeras įveikiamas kuo greičiau, tuomet nei pilotas, nei galimi keleiviai nepajus itin nemalonių pojūčių. 1946 m. ​​sausio mėn. buvo sukurtas tyrimų lėktuvas, skirtas garso barjerui pralaužti. Mašinos kūrimas buvo inicijuotas Gynybos ministerijos įsakymu, tačiau vietoj ginklų buvo prikimštas mokslinės įrangos, kuri stebėjo mechanizmų ir prietaisų veikimo režimą. Šis lėktuvas buvo tarsi moderni sparnuotoji raketa su įmontuotu raketiniu varikliu. Lėktuvas pramušė garso barjerą lėkdamas didžiausią 2736 km/h greitį.

Žodiniai ir materialūs paminklai garso greičiui įveikti

Pasiekimai įveikiant garso barjerą ir šiandien yra labai vertinami. Taigi lėktuvas, kuriuo Chuckas Yeageris pirmą kartą jį įveikė, dabar eksponuojamas Nacionaliniame oro ir kosmoso muziejuje, kuris yra Vašingtone. Tačiau šio žmogaus išradimo techniniai parametrai būtų menkai verti be paties piloto nuopelnų. Chuckas Yeageris baigė skrydžio mokyklą ir kovojo Europoje, po to grįžo į Angliją. Nesąžiningas atsisakymas skraidyti nepalaužė Yeager dvasios ir jis sulaukė priėmimo su vyriausiuoju Europos kariuomenės vadu. Per metus, likusius iki karo pabaigos, Yeager dalyvavo 64 kovinėse misijose, kurių metu numušė 13 lėktuvų. Chuckas Yeageris grįžo į tėvynę su kapitono laipsniu. Jo savybės rodo fenomenalią intuiciją, neįtikėtiną santūrumą ir ištvermę kritinėse situacijose. Ne kartą Yeageris savo lėktuve pasiekė rekordus. Tolimesnė jo karjera buvo oro pajėgų daliniuose, kur ruošė pilotus. Paskutinį kartą Chuckas Yeageris garso barjerą įveikė būdamas 74 metų, tai buvo jo skrydžio istorijos penkiasdešimtmetis ir 1997 m.

Sudėtingos orlaivių kūrėjų užduotys

Visame pasaulyje žinomas lėktuvas MiG-15 buvo pradėtas kurti tuo metu, kai kūrėjai suprato, kad negalima pasikliauti tik garso barjero pramušimu, tačiau reikia išspręsti sudėtingas technines problemas. Dėl to mašina buvo sukurta taip sėkmingai, kad jos modifikacijos buvo pradėtos naudoti įvairiose šalyse. Keletas skirtingų projektavimo biurų įsitraukė į savotišką konkurencinę kovą, kurios prizas buvo sėkmingiausio ir funkcionaliausio orlaivio patentas. Buvo sukurti orlaiviai su sparnais, o tai buvo jų konstrukcijos revoliucija. Idealus įrenginys turėjo būti galingas, greitas ir neįtikėtinai atsparus bet kokiai išorinei žalai. Lėktuvų nušluoti sparnai tapo elementu, padėjusiu trigubai padidinti garso greitį. Tada jis toliau didėjo, o tai buvo paaiškinta variklio galios padidėjimu, naujoviškų medžiagų naudojimu ir aerodinaminių parametrų optimizavimu. Garso barjero įveikimas tapo įmanomas ir realus net neprofesionalui, tačiau dėl to tai netampa mažiau pavojinga, todėl bet kuris ekstremalaus sporto entuziastas, prieš ryždamasis tokiam eksperimentui, turėtų protingai įvertinti savo jėgas.

Kodėl lėktuvas sprogstamu trenksmu pramuša garso barjerą? O kas yra „garso barjeras“?

Yra nesusipratimas su „popu“, kurį sukelia neteisingas termino „garso barjeras“ supratimas. Šis „popsas“ tinkamai vadinamas „garso bumu“. Viršgarsiniu greičiu judantis lėktuvas aplinkiniame ore sukuria smūgines bangas ir oro slėgio šuolių. Supaprastintai šias bangas galima įsivaizduoti kaip orlaivio skrydį lydintį kūgį, kurio viršūnė tarsi pririšta prie fiuzeliažo nosies, o generatoriai nukreipti prieš orlaivio judėjimą ir sklindantys gana toli. , pavyzdžiui, į žemės paviršių.

Kai šio įsivaizduojamo kūgio, žyminčio pagrindinės garso bangos priekį, riba pasiekia žmogaus ausį, kaip plojimas pasigirsta staigus slėgio šuolis. Garsinis bumas, tarsi pririštas, lydi visą orlaivio skrydį, su sąlyga, kad orlaivis juda pakankamai greitai, nors ir pastoviu greičiu. Atrodo, kad plojimai yra pagrindinės garsinio bumo bangos perėjimas per fiksuotą žemės paviršiaus tašką, kuriame, pavyzdžiui, yra klausytojas.

Kitaip tariant, jei viršgarsinis lėktuvas pradėtų skraidyti pirmyn ir atgal virš klausytojo pastoviu, bet viršgarsiniu greičiu, tada trenksmas būtų girdimas kiekvieną kartą, praėjus kuriam laikui po to, kai lėktuvas skrido virš klausytojo gana arti.

O „garso barjeras“ aerodinamikoje yra staigus oro pasipriešinimo šuolis, atsirandantis, kai lėktuvas pasiekia tam tikrą ribinį greitį, artimą garso greičiui. Pasiekus šį greitį, oro srauto aplink orlaivį pobūdis smarkiai pasikeičia, todėl vienu metu buvo labai sunku pasiekti viršgarsinį greitį. Paprastas, ikigarsinis orlaivis nesugeba stabiliai skristi greičiau už garsą, kad ir kiek būtų pagreitintas – jis paprasčiausiai praras kontrolę ir subyrės.

Norėdami įveikti garso barjerą, mokslininkai turėjo sukurti specialaus aerodinaminio profilio sparną ir sugalvoti kitų gudrybių. Įdomu tai, kad modernaus viršgarsinio orlaivio pilotas puikiai jaučia savo lėktuvu „įveikęs“ garso barjerą: pereinant prie viršgarsinio srauto jaučiamas „aerodinaminis smūgis“ ir būdingi valdomumo „šuoliai“. Tačiau šie procesai nėra tiesiogiai susiję su „plojimu“ ant žemės.

Lėktuvui nepramušant garso barjero gali susidaryti neįprastas debesis, kurio kilmė vis dar neaiški. Pagal populiariausią hipotezę, slėgio kritimas įvyksta šalia orlaivio ir vadinamasis Prandtl-Glauert singuliarumas po to iš drėgno oro kondensuojasi vandens lašeliai. Tiesą sakant, žemiau esančiose nuotraukose matote kondensaciją...

Spustelėkite paveikslėlį, kad jį padidintumėte.

1947 m. spalio 14 d. žmonija peržengė dar vieną etapą. Riba gana objektyvi, išreiškiama konkrečiu fizikiniu dydžiu – garso greičiu ore, kuris žemės atmosferos sąlygomis, priklausomai nuo jos temperatūros ir slėgio, yra 1100-1200 km/val. Viršgarsinį greitį užkariavo amerikiečių lakūnas Chuckas Yeageris (Charles Elwood „Chuck“ Yeager), jaunas Antrojo pasaulinio karo veteranas, pasižymėjęs nepaprasta drąsa ir puikiu fotogeniškumu, kurio dėka iš karto išpopuliarėjo gimtinėje, kaip ir 14 m. vėliau Jurijus Gagarinas.

O peržengti garso barjerą tikrai reikėjo drąsos. Sovietų lakūnas Ivanas Fiodorovas, po metų, 1948-aisiais, pakartojęs Yeagerio pasiekimą, prisiminė tuometinius jausmus: „Prieš skrydį pralaužti garso barjerą tapo akivaizdu, kad po jo išgyventi nėra garantijų. Niekas praktiškai nežinojo, kas tai yra ir ar orlaivio konstrukcija gali atlaikyti elementus. Bet mes stengėmės apie tai negalvoti“.

Iš tiesų, nebuvo visiško aiškumo, kaip automobilis elgsis viršgarsiniu greičiu. Lėktuvų dizaineriai vis dar turėjo šviežių prisiminimų apie staigią 30-ųjų nelaimę, kai, didėjant orlaivių greičiams, teko skubiai išspręsti plazdėjimo problemą – savaiminius virpesius, kylančius tiek standžiose orlaivio konstrukcijose, tiek jo viduje. odą, per kelias minutes suplėšydamas orlaivį. Procesas vystėsi kaip lavina, greitai, pilotai nespėjo pakeisti skrydžio režimo, o mašinos subyrėjo ore. Gana ilgą laiką matematikai ir dizaineriai įvairiose šalyse stengėsi išspręsti šią problemą. Galų gale reiškinio teoriją sukūrė tuomet jaunas rusų matematikas Mstislavas Vsevolodovičius Keldyšas (1911–1978), vėliau SSRS mokslų akademijos prezidentas. Šios teorijos pagalba buvo galima rasti būdą, kaip visam laikui atsikratyti nemalonaus reiškinio.

Visiškai aišku, kad ne mažiau nemalonių staigmenų buvo tikimasi iš garso barjero. Sudėtingų diferencialinių aerodinamikos lygčių skaitinis sprendimas be galingų kompiuterių buvo neįmanomas, reikėjo pasikliauti modelių „pūtimu“ vėjo tuneliuose. Tačiau iš kokybinių sumetimų buvo aišku, kad pasiekus garso greitį šalia orlaivio atsirado smūginė banga. Svarbiausias momentas – garso barjero pralaužimas, kai lėktuvo greitis lyginamas su garso greičiu. Šiuo metu slėgių skirtumas skirtingose ​​bangos fronto pusėse greitai didėja, o jei momentas trunka ilgiau nei akimirką, lėktuvas gali subyrėti ne blogiau nei nuo plazdėjimo. Kartais, peržengiant garso barjerą nepakankamu pagreičiu, orlaivio sukurta smūgio banga net išmuša stiklą iš po juo žemėje esančių namų langų.

Lėktuvo greičio ir garso greičio santykis vadinamas Macho skaičiumi (pavadintas garsaus vokiečių mechaniko ir filosofo Ernsto Macho vardu). Pravažiuojant garso barjerą pilotui atrodo, kad M skaičius peršoka per vieną: Chuckas Yeageris matė, kaip spidometro rodyklė šoktelėjo nuo 0,98 iki 1,02, po to kabinoje iš tikrųjų stojo „dieviška“ tyla, akivaizdus: tik lygis Garso slėgis orlaivio salone nukrenta kelis kartus. Šis „išsivalymo nuo garso“ momentas yra labai klastingas, kainavo daugelio bandytojų gyvybes. Tačiau buvo mažai pavojaus, kad jo orlaivis X-1 subyrės.

X-1, kurį 1946 m. ​​sausį pagamino Bell Aircraft, buvo grynai tiriamasis orlaivis, sukurtas pralaužti garso barjerą ir nieko daugiau. Nepaisant to, kad transporto priemonę užsakė Gynybos ministerija, vietoj ginklų ji buvo prikimšta mokslinės įrangos, kuri stebi komponentų, prietaisų ir mechanizmų veikimo režimus. X-1 buvo tarsi moderni sparnuotoji raketa. Jame buvo vienas „Reaction Motors“ raketinis variklis, kurio trauka siekė 2722 kg. Maksimalus kilimo svoris 6078 kg. Ilgis 9,45 m, aukštis 3,3 m, sparnų plotis 8,53 m Maksimalus greitis 18290 m aukštyje 2736 km/val. Transporto priemonė buvo paleista iš strateginio bombonešio B-29 ir nusileido ant plieninių „slidžių“ ant sauso druskos ežero.

Ne mažiau įspūdingi jo piloto „taktiniai ir techniniai parametrai“. Chuckas Yeageris gimė 1923 m. vasario 13 d. Po mokyklos įstojau į skrydžio mokyklą, o ją baigęs išvykau kovoti į Europą. Numušė vieną Messerschmitt-109. Jis pats buvo nušautas Prancūzijos padangėje, tačiau partizanų jį išgelbėjo. Lyg nieko nebūtų nutikę, jis grįžo į savo bazę Anglijoje. Tačiau budri kontržvalgyba, netikėjusi stebuklingu paleidimu iš nelaisvės, pašalino pilotą iš skrydžio ir pasiuntė į užnugarį. Ambicingas Yeageris sulaukė priėmimo su vyriausiuoju sąjungininkų pajėgų Europoje vadu generolu Eisenhoweriu, kuris tikėjo Yeager. Ir jis neklydo – per šešis mėnesius, likusius iki karo pabaigos, jis atliko 64 kovines misijas, numušė 13 priešo lėktuvų, 4 viename mūšyje. Ir jis grįžo į tėvynę su kapitono laipsniu su puikiu dosjė, kuriame teigiama, kad jis turi fenomenalią skrydžio intuiciją, neįtikėtiną santūrumą ir nuostabią ištvermę bet kokioje kritinėje situacijoje. Dėl šios savybės jis buvo įtrauktas į viršgarsinių bandytojų komandą, kuri buvo atrenkama ir mokoma taip pat kruopščiai, kaip ir vėliau astronautai.

Pervadinęs X-1 „Glamorous Glennis“ savo žmonos garbei, Yeageris su juo rekordus pasiekė ne kartą. 1947 metų spalio pabaigoje nukrito ankstesnis aukščio rekordas – 21 372 m. 1953 metų gruodį nauja mašinos modifikacija X-1A pasiekė 2,35 M greitį ir beveik 2800 km/h, o po šešių mėnesių pakilo. iki 27 430 m aukščio Ir prieš Be to, buvo išbandyti daugybė naikintuvų, paleistų į serijas ir mūsų MiG-15, paimtų ir gabentų į Ameriką Korėjos karo metu. Vėliau Yeageris vadovavo įvairiems oro pajėgų bandomiesiems daliniams tiek JAV, tiek Amerikos bazėse Europoje ir Azijoje, dalyvavo kovinėse operacijose Vietname ir rengė pilotus. Išėjo į pensiją 1975 metų vasarį, turėdamas brigados generolo laipsnį, per savo narsią tarnybą išskraidęs 10 tūkstančių valandų, išbandęs 180 skirtingų viršgarsinių modelių ir surinkęs unikalią ordinų ir medalių kolekciją. Devintojo dešimtmečio viduryje buvo sukurtas filmas pagal drąsaus vaikino, kuris pirmasis pasaulyje įveikė garso barjerą, biografiją, o po to Chuckas Yeageris tapo net ne didvyriu, o nacionaline relikvija. Paskutinį kartą F-16 jis skrido 1997 m. spalio 14 d., perlaužęs garso barjerą, minint penkiasdešimtąsias savo istorinio skrydžio metines. Yeageriui tada buvo 74 metai. Apskritai, kaip sakė poetas, iš šių žmonių reikia padaryti nagus.

Tokių žmonių kitoje vandenyno pusėje yra daug, sovietų dizaineriai pradėjo bandyti įveikti garso barjerą tuo pačiu metu kaip ir amerikietiški. Tačiau jiems tai buvo ne tikslas savaime, o visiškai pragmatiškas veiksmas. Jei X-1 buvo grynai mokslinių tyrimų mašina, tai mūsų šalyje garso barjeras buvo užpultas naikintuvų prototipams, kurie turėjo būti paleisti į serijas oro pajėgų daliniams aprūpinti.

Konkurse dalyvavo keli projektavimo biurai: Lavochkin OKB, Mikoyan OKB ir Yakovlev OKB, kurie tuo pačiu metu kūrė orlaivius su nuplautais sparnais, o tai tuomet buvo revoliucinis dizaino sprendimas. Viršgarsinį finišą jie pasiekė tokia tvarka: La-176 (1948), MiG-15 (1949), Yak-50 (1950). Tačiau ten problema buvo sprendžiama gana sudėtingame kontekste: karinė transporto priemonė turi pasižymėti ne tik dideliu greičiu, bet ir daugybe kitų savybių – manevringumu, išgyvenamumu, minimaliu pasiruošimo prieš skrydį laiku, galingais ginklais, įspūdinga amunicija ir t.t. ir taip toliau. Pažymėtina ir tai, kad sovietmečiu valstybinių priėmimo komisijų sprendimams dažnai įtaką darė ne tik objektyvūs, bet ir subjektyvūs veiksniai, susiję su plėtotojų politiniais manevrais. Dėl visų šių aplinkybių buvo paleistas naikintuvas MiG-15, kuris šeštajame dešimtmetyje gerai pasirodė vietinėse karinių operacijų arenose. Būtent šiuo Korėjoje užfiksuotu automobiliu, kaip minėta aukščiau, Chuckas Yeageris „važiavo“.

La-176 tuo metu naudojo rekordinį sparno šlavimą, prilygstantį 45 laipsniais. Turboreaktyvinis variklis VK-1 užtikrino 2700 kg trauką. Ilgis 10,97 m, sparnų plotis 8,59 m, sparno plotas 18,26 kv.m. Kilimo svoris 4636 kg. Lubos 15 000 m Skrydžio nuotolis 1000 km. Ginkluoti vieną 37 mm patranką ir du 23 mm. Automobilis buvo paruoštas 1948 metų rudenį, o gruodį prasidėjo jo skrydžio bandymai Kryme, netoli Sakio miesto esančiame kariniame aerodrome. Tarp testus vedusių buvo būsimasis akademikas Vladimiras Vasiljevičius Struminskis (1914–1998), eksperimentinio lėktuvo pilotai – kapitonas Olegas Sokolovskis ir pulkininkas Ivanas Fiodorovas, vėliau gavęs Sovietų Sąjungos didvyrio vardą. Sokolovskis per absurdišką avariją mirė ketvirtojo skrydžio metu, pamiršęs uždaryti kabinos stogelį.

Pulkininkas Ivanas Fiodorovas garso barjerą įveikė 1948 metų gruodžio 26 dieną. Pakilęs į 10 tūkstančių metrų aukštį, jis nusuko valdymo svirtį nuo savęs ir ėmė greitėti nardydamas. „Iš didelio aukščio pagreitinu savo 176“, – prisiminė pilotas. Pasigirsta varginantis žemas švilpukas. Didėjant greičiui, lėktuvas veržiasi link žemės. Spidometro skalėje rodyklė juda nuo triženklių skaičių iki keturženklių skaičių. Lėktuvas dreba tarsi karščiuojant. Ir staiga tyla! Garso barjeras buvo paimtas. Vėlesnis oscilogramų dekodavimas parodė, kad skaičius M viršijo vienetą. Tai įvyko 7000 metrų aukštyje, kur užfiksuotas 1,02 M greitis.

Vėliau pilotuojamų orlaivių greitis nuolat didėjo dėl variklio galios didėjimo, naujų medžiagų naudojimo ir aerodinaminių parametrų optimizavimo. Tačiau šis procesas nėra neribotas. Viena vertus, jį stabdo racionalumo sumetimai, kai atsižvelgiama į degalų sąnaudas, plėtros išlaidas, skrydžių saugą ir kitus ne tuščius dalykus. Ir net karinėje aviacijoje, kur pinigai ir pilotų saugumas nėra tokie reikšmingi, „greičiausių“ mašinų greičiai svyruoja nuo 1,5 iki 3 mln. Atrodo, kad daugiau nereikia. (pilotuojamų orlaivių su reaktyviniais varikliais greičio rekordas priklauso amerikiečių žvalgybiniam lėktuvui SR-71 ir yra 3,2 M.)

Kita vertus, yra neįveikiama šiluminė barjera: esant tam tikram greičiui, automobilio kėbulas įkaista dėl trinties su oru taip greitai, kad neįmanoma pašalinti šilumos nuo jo paviršiaus. Skaičiavimai rodo, kad esant normaliam slėgiui tai turėtų vykti maždaug 10 Mach greičiu.

Nepaisant to, 10M riba vis tiek buvo pasiekta toje pačioje Edwardso treniruočių aikštelėje. Tai įvyko 2005 m. Rekordininkas buvo nepilotuojamas raketinis orlaivis X-43A, pagamintas pagal 7 metus trukusią ambicingą programą Hiper-X, skirtą sukurti naujo tipo technologiją, skirtą radikaliai pakeisti ateities raketų ir kosmoso technologijų veidą. Jo kaina – 230 milijonų dolerių.Rekordas užfiksuotas 33 tūkstančių metrų aukštyje. Drone naudojama nauja pagreičio sistema. Pirmiausia iššaunama tradicinė kietojo kuro raketa, kurios pagalba X-43A pasiekia 7 Mach greitį, o po to įjungiamas naujo tipo variklis - hipergarsinis ramjet variklis (scramjet, arba scramjet). kurios įprastas atmosferos oras naudojamas kaip oksidatorius, o dujinis kuras – kaip oksidatorius.vandenilis (gana klasikinė nevaldomo sprogimo schema).

Pagal programą buvo pagaminti trys nepilotuojami modeliai, kurie, atlikę užduotį, nuskendo vandenyne. Kitas etapas susijęs su pilotuojamų transporto priemonių kūrimu. Išbandžius juos, į gautus rezultatus bus atsižvelgta kuriant įvairiausius „naudingus“ įrenginius. Be orlaivių, NASA reikmėms bus kuriamos ir hipergarsinės karinės transporto priemonės – bombonešiai, žvalgybiniai ir transportiniai lėktuvai. „Hiper-X“ programoje dalyvaujanti „Boeing“ planuoja iki 2030–2040 metų sukurti 250 keleivių talpinantį hipergarsinį lėktuvą. Visiškai aišku, kad nebus langų, kurie tokiu greičiu laužo aerodinamiką ir neatlaikys šiluminio šildymo. Vietoj iliuminatorių – ekranai su vaizdo įrašais apie prabėgančius debesis.

Neabejotina, kad toks transportas bus paklausus, nes kuo toliau, tuo laikas brangsta, į laiko vienetą sutalpindamas vis daugiau emocijų, uždirbtų dolerių ir kitų šiuolaikinio gyvenimo komponentų. Šiuo atžvilgiu neabejotina, kad kada nors žmonės pavirs vienadieniais drugeliais: viena diena bus tokia pat įvykių kupina, kaip visas dabartinis (tiksliau, vakarykštis) žmogaus gyvenimas. Ir galima daryti prielaidą, kad kažkas ar kažkas įgyvendina Hiper-X programą žmonijos atžvilgiu.

Ar girdėjote stiprų garsą, panašų į sprogimą, kai virš galvos skrenda reaktyvinis lėktuvas? Šis garsas atsiranda, kai lėktuvas įveikia garso barjerą. Kas yra garso barjeras ir kodėl lėktuvas skleidžia tokį garsą?

Kaip žinote, garsas sklinda tam tikru greičiu. Greitis priklauso nuo aukščio. Jūros lygyje garso greitis yra maždaug 1220 kilometrų per valandą, o 11 000 metrų aukštyje – 1060 kilometrų per valandą. Kai lėktuvas skrenda artimu garso greičiui, jis patiria tam tikrų įtempių. Kai jis skrenda įprastu (ikigarsiniu) greičiu, lėktuvo priekis stumia prieš save slėgio bangą. Ši banga sklinda garso greičiu.

Slėgio bangą sukelia oro dalelių kaupimasis orlaiviui judant į priekį. Banga juda greičiau nei lėktuvas, kai lėktuvas skrenda ikigarsiniu greičiu. Ir dėl to paaiškėja, kad oras netrukdomas sklinda per orlaivio sparnų paviršius.

Dabar pažiūrėkime į lėktuvą, kuris skrenda garso greičiu. Priešais lėktuvą nėra slėgio bangos. Vietoj to atsitinka tai, kad prieš sparną susidaro slėgio banga (nes orlaivis ir slėgio banga juda tuo pačiu greičiu).

Dabar susidaro smūginė banga, kuri sukelia dideles apkrovas orlaivio sparne. Posakis „garso barjeras“ kilęs iš tų laikų, kai lėktuvai galėjo skristi garso greičiu – ir buvo manoma, kad jis apibūdina įtampą, kurią patirtų lėktuvas esant tokiam greičiui. Tai buvo laikoma „barjeru“.

Tačiau garso greitis nėra kliūtis! Inžinieriai ir orlaivių dizaineriai įveikė naujų krovinių problemą. O iš senųjų pažiūrų mums liko tik tiek, kad smūgį sukelia smūginė banga, kai lėktuvas skrenda viršgarsiniu greičiu.

Terminas „garso barjeras“ klaidinančiai apibūdina sąlygas, kurios atsiranda orlaiviui skraidant tam tikru greičiu. Galima pamanyti, kad lėktuvui pasiekus garso greitį, atsiranda kažkas panašaus į „barjerą“, bet nieko panašaus neįvyksta!

Norėdami visa tai suprasti, apsvarstykite lėktuvą, skrendantį mažu, normaliu greičiu. Lėktuvui judant į priekį, priešais orlaivį susidaro suspaudimo banga. Jį suformuoja į priekį judantis orlaivis, kuris suspaudžia oro daleles.

Ši banga juda priekyje orlaivio garso greičiu. Ir jo greitis yra didesnis nei lėktuvo, kuris, kaip jau sakėme, skrenda nedideliu greičiu. Judant į priekį plokštumą, ši banga priverčia oro sroves tekėti aplink lėktuvo plokštumą.

Dabar įsivaizduokite, kad lėktuvas skrenda garso greičiu. Suspaudimo bangos nesusidaro prieš plokštumą, nes ir plokštumos, ir bangų greitis yra toks pat. Todėl banga susidaro priešais sparnus.

Dėl to atsiranda smūginė banga, kuri sukuria dideles apkrovas orlaivio sparnams. Prieš lėktuvams pasiekus ir peržengiant garso barjerą, buvo manoma, kad tokios smūginės bangos ir g jėgos sukurs kažką panašaus į lėktuvo barjerą – „garso barjerą“. Tačiau garso barjero nebuvo, nes aeronautikos inžinieriai tam sukūrė specialią orlaivio konstrukciją.

Beje, stiprus „smūgis“, kurį girdime lėktuvui perskridęs „garso barjerą“, yra smūginė banga, apie kurią jau kalbėjome – kai lėktuvo greitis ir suspaudimo banga yra vienodi.