O czym myślimy, gdy słyszymy wyrażenie „bariera dźwięku”? Pewna granica i bariera, której pokonanie może poważnie wpłynąć na słuch i samopoczucie. Zazwyczaj bariera dźwięku kojarzy się z podbojem przestrzeni powietrznej i zawodem pilota.
Pokonanie tej bariery może wywołać rozwój chorób przewlekłych, zespołów bólowych i reakcji alergicznych. Czy te spostrzeżenia są poprawne, czy są to stereotypy? Czy mają podstawę faktyczną? Czym jest bariera dźwięku? Jak i dlaczego to się dzieje? To wszystko i kilka dodatkowych niuansów, a także fakty historyczne związane z tą koncepcją postaramy się dowiedzieć w tym artykule.
Ta tajemnicza nauka to aerodynamika
W nauce aerodynamiki, mającej na celu wyjaśnienie zjawisk towarzyszących ruchowi
statku powietrznego, istnieje pojęcie "bariery dźwiękowej". To jest rządzjawiska zachodzące podczas ruchu naddźwiękowych samolotów lub pocisków poruszających się z prędkością bliską prędkości dźwięku lub większą.
Co to jest fala uderzeniowa?
Podczas przepływu naddźwiękowego wokół urządzenia w tunelu aerodynamicznym powstaje fala uderzeniowa. Jego ślady widać nawet gołym okiem. Na ziemi są zaznaczone żółtą linią. Poza stożkiem fali uderzeniowej, przed żółtą linią, na ziemi, samolot nie jest nawet słyszalny. Z prędkością przekraczającą dźwięk, ciała poddawane są opływowi strumienia dźwiękowego, co pociąga za sobą falę uderzeniową. Może być więcej niż jeden, w zależności od kształtu ciała.
Transformacja fali uderzeniowej
Czoło fali uderzeniowej, zwanej czasem falą uderzeniową, ma dość małą grubość, co jednak umożliwia prześledzenie nagłych zmian właściwości przepływu, spadku jego prędkości względem korpus i odpowiedni wzrost ciśnienia i temperatury gazu w przepływie. W tym przypadku energia kinetyczna jest częściowo zamieniana na energię wewnętrzną gazu. Liczba tych zmian zależy bezpośrednio od prędkości przepływu naddźwiękowego. Gdy fala uderzeniowa oddala się od urządzenia, spadki ciśnienia maleją i fala uderzeniowa jest przekształcana w dźwięk. Może dotrzeć do zewnętrznego obserwatora, który usłyszy charakterystyczny dźwięk przypominający wybuch. Istnieje opinia, że świadczy to o tym, że urządzenie osiągnęło prędkość dźwięku, gdy bariera dźwięku zostaje pozostawiona przez samolot.
Co się naprawdę dzieje?
Tak zwany momentpokonanie bariery dźwięku to w praktyce przejście fali uderzeniowej z narastającym dudnieniem silników lotniczych. Teraz jednostka wyprzedza towarzyszący dźwięk, więc po nim będzie słychać buczenie silnika. Zbliżanie prędkości samolotu do prędkości dźwięku stało się możliwe w czasie II wojny światowej, ale w tym samym czasie piloci zauważyli sygnały alarmowe w eksploatacji samolotów.
Po zakończeniu wojny wielu projektantów samolotów i pilotów próbowało osiągnąć prędkość dźwięku i przełamać barierę dźwięku, ale wiele z tych prób zakończyło się tragicznie. Naukowcy pesymistyczni argumentowali, że tej granicy nie da się przekroczyć. W żaden sposób nie eksperymentalny, ale naukowy, udało się wyjaśnić naturę pojęcia „bariery dźwięku” i znaleźć sposoby na jej pokonanie.
Wyprowadzone zalecenia dotyczące bezpiecznego latania
Bezpieczne loty z prędkością ponaddźwiękową i ponaddźwiękową są możliwe, jeśli uniknie się kryzysu falowego, którego wystąpienie zależy od parametrów aerodynamicznych samolotu i wysokości lotu. Przejścia z jednego poziomu prędkości na drugi należy wykonywać jak najszybciej za pomocą dopalacza, co pozwoli uniknąć długiego lotu w strefie kryzysu falowego. Kryzys falowy jako koncepcja wywodzi się z transportu wodnego. Powstał w czasie ruchu statków z prędkością zbliżoną do prędkości fal na powierzchni wody. Wejście w kryzys falowy pociąga za sobą trudność w zwiększeniu prędkości, a jeśli pokonanie kryzysu falowego jest tak proste, jak to tylko możliwe, można dotrzećtryb ślizgania się lub ślizgania po powierzchni wody.
Historia kontroli samolotów
Pierwszą osobą, która osiągnęła prędkość lotu ponaddźwiękową na eksperymentalnym samolocie, jest amerykański pilot Chuck Yeager. Jego osiągnięcie zapisało się w historii 14 października 1947 roku. Na terenie ZSRR barierę dźwięku pokonali 26 grudnia 1948 r. Sokołowski i Fiodorow, którzy polecieli doświadczonym myśliwcem.
Spośród samolotów cywilnych liniowiec pasażerski Douglas DC-8 jako pierwszy przełamał barierę dźwięku, który 21 sierpnia 1961 osiągnął prędkość 1,012 Macha, czyli 1262 km/h. Misją było zebranie danych do projektowania skrzydeł. Wśród samolotów rekord świata ustanowiła naddźwiękowa rakieta aerobalistyczna powietrze-ziemia, która jest na uzbrojeniu rosyjskiej armii. Na wysokości 31,2 kilometra rakieta osiągnęła prędkość 6389 km/h.
50 lat po przełamaniu bariery dźwięku w powietrzu, Anglik Andy Green dokonał podobnego wyczynu w samochodzie. Swobodnym spadkiem próbował pobić rekord Amerykanin Joe Kittinger, który pokonał wysokość 31,5 kilometra. Dzisiaj, 14 października 2012 roku, Felix Baumgartner ustanowił rekord świata, bez pomocy pojazdu, w swobodnym upadku z wysokości 39 kilometrów, przełamując barierę dźwięku. W tym samym czasie jego prędkość osiągnęła 1342,8 kilometrów na godzinę.
Najbardziej niezwykłe przełamanie bariery dźwięku
Dziwne pomyśleć, ale pierwszy na świecie wynalazek,pokonanie tej granicy był zwykłym biczem, który został wynaleziony przez starożytnych Chińczyków prawie 7 tysięcy lat temu. Niemal do czasu wynalezienia fotografii błyskawicznej w 1927 roku nikt nie podejrzewał, że trzask bicza był miniaturowym grzmotem dźwiękowym. Ostry zamach tworzy pętlę, a prędkość gwałtownie rośnie, co potwierdza kliknięcie. Bariera dźwięku pokonywana jest przy prędkości ok. 1200 km/h.
Tajemnica najgłośniejszego miasta
Nic dziwnego, że mieszkańcy małych miasteczek są zszokowani, gdy po raz pierwszy widzą stolicę. Obfitość transportu, setki restauracji i centrów rozrywki dezorientują i niepokoją. Początek wiosny w stolicy zwykle datowany jest na kwiecień, a nie buntowniczy marsz zamieci. W kwietniu niebo jest czyste, płyną strumienie i otwierają się pąki. Zmęczeni długą zimą ludzie otwierają szeroko okna na słońce, a do domów wdziera się uliczny hałas. Na ulicy ogłuszająco ćwierkają ptaki, śpiewają artyści, radośni studenci recytują wiersze, nie wspominając o hałasie w korkach i metrze. Pracownicy działów higieny zauważają, że przebywanie w hałaśliwym mieście przez długi czas jest niezdrowe. Na dźwiękowe tło stolicy składają się odgłosy transportu, lotnicze, przemysłowe i domowe. Najbardziej szkodliwy jest właśnie hałas samochodów, ponieważ samoloty latają wystarczająco wysoko, a hałas z przedsiębiorstw rozpuszcza się w ich budynkach. Stały szum samochodów na szczególnie ruchliwych autostradach dwukrotnie przekracza wszelkie dopuszczalne normy. Jak pokonuje się barierę dźwięku w stolicy? Moskwa jest niebezpieczna z powodu obfitości dźwięków, dlatego mieszkańcy stolicy instalują okna z podwójnymi szybami, aby wyciszyć hałas.
Jak zostaje przekroczona bariera dźwięku?
Do 1947 r. nie było żadnych rzeczywistych danych na temat samopoczucia osoby w kokpicie samolotu, który leci szybciej niż dźwięk. Jak się okazało, przełamanie bariery dźwięku wymaga pewnej siły i odwagi. Podczas lotu staje się jasne, że nie ma gwarancji przeżycia. Nawet zawodowy pilot nie może powiedzieć z całą pewnością, czy konstrukcja samolotu wytrzyma atak żywiołów. W ciągu kilku minut samolot może się po prostu rozpaść. Co to wyjaśnia? Należy zauważyć, że ruch z prędkością poddźwiękową wytwarza fale akustyczne, które rozpraszają się jak kręgi z upadłego kamienia. Prędkość naddźwiękowa wzbudza fale uderzeniowe, a osoba stojąca na ziemi słyszy dźwięk podobny do wybuchu. Bez potężnych komputerów trudno było rozwiązywać złożone równania różniczkowe i trzeba było polegać na modelach dmuchania w tunelach aerodynamicznych. Czasami przy niewystarczającym przyspieszeniu samolotu fala uderzeniowa osiąga taką siłę, że okna wylatują z domów, nad którymi przelatuje samolot. Nie każdy będzie w stanie pokonać barierę dźwięku, ponieważ w tym momencie cała konstrukcja drży, mocowania aparatu mogą ulec znacznemu uszkodzeniu. Dlatego dobre zdrowie i stabilność emocjonalna są tak ważne dla pilotów. Jeśli lot będzie płynny, a bariera dźwięku zostanie pokonana jak najszybciej, to ani pilot, ani ewentualni pasażerowie nie odczują szczególnie nieprzyjemnych wrażeń. Specjalnie w celu zdobycia bariery dźwięku w styczniu 1946 roku zbudowano samolot badawczy. Stworzenie maszyny byłozainicjowana na polecenie MON, ale zamiast broni wypchano ją aparaturą naukową monitorującą działanie mechanizmów i urządzeń. Ten samolot był jak nowoczesny pocisk manewrujący z wbudowanym silnikiem rakietowym. Samolot przekroczył barierę dźwięku przy maksymalnej prędkości 2736 km/h.
Słowne i materialne pomniki podboju prędkości dźwięku
Osiągnięcia w przełamywaniu bariery dźwięku są dziś bardzo cenione. Tak więc samolot, którym Chuck Yeager pokonał go po raz pierwszy, jest teraz wystawiony w National Air and Space Museum, które znajduje się w Waszyngtonie. Ale parametry techniczne tego ludzkiego wynalazku byłyby niewiele warte bez zasług samego pilota. Chuck Yeager przeszedł szkołę lotniczą i walczył w Europie, po czym wrócił do Anglii. Niesprawiedliwe zawieszenie latania nie złamało ducha Yeagera i uzyskał on nominację z naczelnym dowódcą wojsk Europy. W latach pozostałych przed końcem wojny Yeager brał udział w 64 wypadach, podczas których zestrzelił 13 samolotów. Chuck Yeager wrócił do ojczyzny w randze kapitana. Jego cechy świadczą o fenomenalnej intuicji, niesamowitym opanowaniu i wytrzymałości w krytycznych sytuacjach. Niejednokrotnie Yeager ustanowił rekordy w swoim samolocie. Jego późniejsza kariera była w Siłach Powietrznych, gdzie szkolił pilotów. Ostatni raz Chuck Yeager przełamał barierę dźwięku miał 74 lata, co miało miejsce w pięćdziesiątą rocznicę jego historii lotów oraz w 1997 roku.
Złożone zadania twórców samolotówurządzenia
Słynny na całym świecie samolot MiG-15 zaczął powstawać w momencie, gdy twórcy zdali sobie sprawę, że nie można opierać się tylko na przełamywaniu bariery dźwięku, ale skomplikowane problemy techniczne należy rozwiązywać. W efekcie powstała maszyna tak udana, że jej modyfikacje zostały przyjęte przez różne kraje. Kilka różnych biur projektowych podjęło swoistą walkę konkurencyjną, której nagrodą był patent na najbardziej udany i funkcjonalny samolot. Opracowane samoloty z skośnymi skrzydłami, co było rewolucją w ich konstrukcji. Idealny aparat musiałby być mocny, szybki i niewiarygodnie odporny na wszelkie uszkodzenia zewnętrzne. Skośne skrzydła samolotu stały się elementem, który pomógł im potroić prędkość dźwięku. Ponadto prędkość samolotu nadal rosła, co tłumaczono wzrostem mocy silnika, zastosowaniem innowacyjnych materiałów oraz optymalizacją parametrów aerodynamicznych. Przełamanie bariery dźwięku stało się możliwe i realne nawet dla laika, ale nie staje się z tego powodu mniej niebezpieczne, więc każdy ekstremalny poszukiwacz powinien rozsądnie ocenić swoje mocne strony przed podjęciem decyzji o takim eksperymencie.
