Czy kiedykolwiek chciałeś zostać pilotem? Wiedz, że cel bez planu to tylko pragnienie (słowa wielkiego klasyka Antoine de Saint-Exupery'ego). Warto dodać, że był nie tylko pisarzem, ale także zawodowym pilotem.
Absolutnie wszyscy ludzie związani z niebem biorą udział w kursach aerodynamiki. Jest to nauka o ruchu powietrza (gazu), która bada również wpływ tego medium na opływowe obiekty. Jednym z działów aerodynamiki są cechy lotu na samolotach naddźwiękowych. I tu uczeń zobaczy w całej okazałości literę M. Co to znaczy?
Bardzo krótkie odniesienie
Łacińska litera M w podręcznikach aerodynamiki to nic innego jak liczba Macha. Określa stosunek prędkości przepływu wokół obiektu (np. samolotu) do lokalnej prędkości dźwięku. Swoją nazwę w pracach lotniczych zawdzięcza austriackiemu naukowcowi Ernstowi Machowi. W naukowych słowach wygląda to tak:
M=v / a
Tutaj v jest prędkością nadchodzącego strumienia, a jest lokalną prędkością dźwięku. Warto zauważyć, że źródła zagraniczne posługują się szybkością obiektu, w przeciwieństwie do literatury krajowej. Osoba, która nie spotyka się z tym w działalności zawodowej, najprawdopodobniej będzie miała dwa pytania. Jaka jest lokalna prędkość dźwięku? Dlaczego potrzebujemy numeru Macha?
Gotowy do startu
Co oznacza słowo dźwięk? Przede wszystkim jest to fala. W końcu źródło dźwięku powoduje zakłócenia w środowisku, które są przenoszone na cząsteczki powietrza i tak dalej w łańcuchu. Dlatego wraz ze wzrostem wysokości, gdzie atmosfera jest bardziej rozrzedzona, fala dźwiękowa będzie się rozchodzić z mniejszą prędkością. W związku z tym we wzorze na liczbę Macha występuje lokalna prędkość dźwięku. Wszystkie wartości dla konkretnych wysokości zostały już obliczone (specjalne tabele) – wystarczy podstawić. Nadlatująca prędkość przepływu jest mierzona za pomocą odbiorników ciśnienia powietrza (APS), które są zainstalowane we wszystkich samolotach. Teraz mamy wszystkie dane, co oznacza, że możemy łatwo obliczyć liczbę Macha. Powstaje uczciwe pytanie: „Dlaczego po prostu nie wykorzystać prędkości lotu?”. Nie zapomnij, że latasz z wysokimi numerami M.
Trzy, dwa, jeden - chodźmy
Liczba Macha w lotnictwie (i nie tylko) odgrywa ogromną rolę. Niemal wszyscy piloci cywilni, wojskowi i promy kosmiczne nie mogą się bez niego obejść. Ten parametr jest tak ważny!
Kiedy samolot porusza się w kosmosie, cząsteczki powietrza wokół niego zaczynają "zakłócać". Jeśli prędkość samolotu jest niska (M<1, ~ 400 km/h, samolot poddźwiękowy), to gęstość otoczeniaśrodowisko pozostaje stałe. Jednak wraz ze wzrostem energii kinetycznej część jej zużywana jest na kompresję przestrzeni powietrznej wokół samolotu. Ten efekt kompresji zależy od siły, z jaką samolot działa na cząsteczki powietrza. Im wyższa prędkość powietrza, tym bardziej sprężone jest powietrze.
Przy prędkości transsonicznej (~1190 km/h) małe perturbacje są przenoszone na inne molekuły wokół samolotu (łatwiejsze do rozważenia powierzchni skrzydła) oraz w pewnym momencie, gdy w pewnym momencie prędkość nadlatującego przepływ w porównaniu z dźwiękiem prędkości lokalnej (M=1, czyli przepływ, samolot może lecieć z mniejszą prędkością), powstaje fala uderzeniowa. Dlatego różnica w konstrukcji myśliwców jest tak oczywista: ich skrzydła, ogon i kadłub w porównaniu do samolotów poddźwiękowych.
Na samolotach latających z M<1, ale przy dużych prędkościach (nowoczesne liniowce pasażerskie), taka sytuacja również może się zdarzyć, tylko przejście do prędkości transsonicznej doprowadzi do silniejszej fali uderzeniowej, znacznego wzrostu oporu, zmniejszenia podnoszenie, utrata kontroli i dalszy spadek.
W przypadku takich statków powietrznych dokumenty operacji lotniczych (AFM dla kraju, FCOM dla zagranicy) wskazują krytyczną liczbę Macha. Jest to najniższa wartość M, przy której przepływ nadlatujący w dowolnej części samolotu osiągnie prędkość dźwięku (Mcr). To cały sekret!
Nawiasem mówiąc, najbardziej udani pasażerowie latający Związku Radzieckiego podróżowali szybciejnowoczesny. Nie wierzysz mi?
Nowe to dawno zapomniane stare
Starzy ludzie są szybsi niż młodzi! I to nie żart. Jeden zapomniany przez wszystkich stary samolot był kiedyś okrętem flagowym lotnictwa ZSRR. Nazywał się TU-144. Był (i nadal jest) pierwszym na świecie komercyjnym naddźwiękowym samolotem pasażerskim, osiągającym prędkość maksymalną do 2500 km/h. Chociaż kariera lotnicza Tu-144 była krótka, jego los nierozerwalnie związany był z numerem M.
Drugim podobnym samolotem był brytyjsko-francuski Concorde. Warto zauważyć, że pierwszy lot wykonali z różnicą zaledwie dwóch miesięcy. Dobra znajomość aerodynamiki pozwoli pasażerom komercyjnym zapomnieć o długich lotach przez Atlantyk. A loty samolotów i statków kosmicznych będą nadal inspirować ludzkość do nowych odkryć.
