Звук при превышении скорости звука
Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Звук при превышении скорости звука». Также Вы можете бесплатно проконсультироваться у юристов онлайн прямо на сайте.
Звуковой барьер в области аэродинамики – это технические трудности, которые возникают в результате явлений, связанных с передвижением летательного аппарата на скорости равной либо превышающей скорость звука.
Нужно понимать, что это не реальное препятствие, которое должен преодолеть самолет, будто какую-то невидимую стену, а больше абстрактное понятие. Оно возникло в то время, когда в авиации лишь задумывались о летательных аппаратах, которые могут перемещаться на высокой скорости – сверхзвуковой. Многие даже настаивали на недостижимости подобных результатов.
Почему при преодолении звукового барьера слышится хлопок?
Как бы ни разгонялся обычный самолет, он не сможет длительное время лететь на сверхзвуковой скорости. Дозвуковые самолеты отличаются более плавными и округленными формами. А при полете на сверхзвуковой скорости возникают иные аэродинамические условия.
Резко увеличивается сопротивление воздуха, корпус самолета нагревается из-за трения. В результате обычный самолет потеряет стабильное управление и может начать разрушаться прямо в воздухе.
Активно развиваться сверхзвуковая авиация начала в 50-60-х годах. Первым сверхзвуковым самолетом, который выпускался серийно, стал истребитель North American F-100 Super Sabre. Данная модель впервые совершила полет в 1953 году.
Создавались и пассажирские сверхзвуковые самолеты, которые выполняли регулярные рейсы. Но их было всего 2: советский Ту-144 и англо-французский Concorde.
Звуковым барьером в аэродинамике называют целый ряд явлений, которыми сопровождается передвижение летательного средства на скорости звука (340 м/с) либо выше. Звуковой удар возникает из-за скачков давления и сопровождается «хлопком», воспринимаемым наблюдателем как звук взрыва. В результате волнового кризиса изменяется характер обтекания самолета, появляются вибрации, снижается подъемная сила и растет лобовое сопротивление.
Пока самолет передвигается с небольшой скоростью (до 420 км/час) на высоте до 3 тысяч метров, вычислить точные параметры полета довольно просто. Однако в случае преодоления звукового барьера самолетом падает не только температура за бортом, но и плотность воздушной среды. Когда приборы демонстрируют эквивалентные показания скорости на высоте 2 тысячи метров и 10 тысяч метров, в условиях разреженного воздуха реальная скорость будет больше.
Переход на сверхзвуковую скорость сопровождается ударной волной, возникающей из-за разницы давления. В случае, если она будет длиться больше секунды, фюзеляж судна может не выдержать подобных нагрузок, что приведет к его крушению. Если посмотреть на преодоление самолетом звукового барьера на видео, то можно заметить, что ударной волной разрушаются практически все стекла жилых домов, расположенных на поверхности земли.
После того как американский летчик Чарльз Йегер сумел впервые преодолеть звуковой барьер, он был поражен воцарившейся в кабине самолета «божественной тишиной». В момент, когда стрелке махметра удается перевалить за отметку 1.0, звуковое давление внутри судна заметно уменьшается. Однако повышается риск деформации фюзеляжа и других частей летательного аппарата.
Что происходит во время преодоления звукового барьера самолетом
Что происходит с летательным аппаратом при достижении скорости звука? Начинается образование ударных волн, которые появляются в хвостовой части самолета, в задней и фронтальной кромке, а также на острие фюзеляжа. Скачок уплотнения обладает очень малой толщиной, а фронт ударной волны отличается кардинальными изменениями, происходящими со свойствами потока. Его скоростные показатели снижаются по отношению к телу, и скорость приобретает свойства дозвуковой. Кинетическая энергия частично преображается в газовую (внутреннюю).
Хлопок сверхзвукового самолета представляет собой «звуковой удар», который возникает из-за скачков давления воздуха. Хлопок появляется в результате прохождения основной волны и воспринимается слушателем каждый раз, когда самолет пролетает над его головой.
Масштаб подобных изменений прямо пропорционален скорости гиперзвукового потока. Число маха в данном случае превышает 5, а температурные показатели серьезно повышаются, что выступает причиной ряда проблем для летательных аппаратов, передвигающихся на сверхзвуковых скоростях. Повреждение термозащитных оболочек спровоцировало крушение многоразового космического транспортного корабля NASA под названием «Columbia» в 2003 году. Шаттл входил в земную атмосферу для совершения посадки и был поврежден ударной волной высокой силы.
Первый пассажирский самолет, который преодолел звуковой барьер, — ТУ-144, созданный инженерами из конструкторского бюро Туполева. Для преодоления звукового барьера лайнер был выполнен в форме бесхвостового низкоплана, оснащенного дополнительными силовыми установками. ТУ-144 был лишен привычных для летательных средств предыдущего поколения закрылков и предкрылков, а переход на гиперзвуковой режим осуществлялся благодаря сложной процедуре перераспределения топлива в задние центровочные баки.
Без затруднений преодолевает звуковой барьер высотный бомбардировщик «Валькирия» XB-70, развивающий скорость свыше трех махов (3673 км/час) и поднимающийся на высоту свыше 20 тысяч метров. Для передвижения на гиперзвуковой скорости конструкторы были вынуждены снизить взлетную массу, а также перевести самолет на пентаборан (бороводородную топливную смесь), обладающую повышенной энергией сгорания. Бомбардировщик представляет собой «бесхвостку», выполненную из высокопрочной инструментальной стали.
Звук в разных газовых средах передвигается, возмущая их молекулы — это всего лишь импульс давления, который перемещается сквозь воздух.
Быстрота перемещения этой волны давления определяется свойствами воздуха и зависит от его температуры: чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы воздуха. Кроме того, она зависит от массы молекул воздуха, а воздух, как известно, — это, в первую очередь, смесь азота и кислорода. И еще реакция воздуха на сжатие может быть обусловлена так называемым «адиабатическим индексом».
В разумном приближении, скорость звуковой волны зависит, главным образом, от среднего движения молекул воздуха при определенной температуре.
Следовательно, скорость звука — совсем не предел. Это просто быстрота перемещения, с которой волна давления проходит через воздух, и нет никаких причин, почему бы какому-либо объекту не удалось бы ее превысить. Это было известно задолго до того, как были изобретены самолеты, но это знание не удовлетворяло тех, кто хотел помочь человеку двигаться быстрее звука. В ходе второй мировой войны было предпринято множество попыток производства сверхзвуковых самолетов, но преодоление скорости звука не было вплоть до 14 октября 1947 года, когда американский лётчик-испытатель Чак Йегер стал первым человеком, пилотировавшим сверхзвуковой самолет. На самолете Bell-XSl Йегер стартовал из бомбового отсека модифицированного бомбардировщика В29 и в горизонтальном полете преодолел звуковой барьер, с чем и вошел в историю авиации. Год позже советский пилот Иван Федоров повторил достижение Йегера в 1948 году. Советские самолеты Ла-176 (1948), МиГ-15 (1949), Як-50 (1950) уже позднее смогли преодолеть скорость звука.
Звуковой барьер. О нем и вещах, ему сопутствующих. (Сверхзвук, часть 3).
Фронт ударной волны, который иногда называют скачком уплотнения, имеет довольно малую толщину, позволяющую тем не менее отследить скачкообразные изменения свойств потока, снижение его скорости относительно тела и соответствующее возрастание давления и температуры газа в потоке. При этом кинетическая энергия частично преобразуется во внутреннюю энергию газа. Количество этих изменений напрямую зависит от скорости сверхзвукового потока. По мере того как ударная волна удаляется от аппарата, уменьшаются перепады давления, и ударная волна преобразуется в звуковую. Она может достичь стороннего наблюдателя, который услышит характерный звук, напоминающий взрыв. Существует мнение, что это свидетельствует о достижении аппаратом скорости звука, когда звуковой барьер самолёт оставляет позади.
Безопасные полёты на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях возможны при избегании волнового кризиса, возникновение которого зависит от аэродинамических параметров самолёта и высоты производимого полёта. Переходы с одного уровня скорости на другой должны выполняться максимально оперативно с применением форсажа, что поможет избежать долгого полёта в зоне волнового кризиса. Волновой кризис как понятие пришёл из водного транспорта. Возникал он в момент движения судов со скоростью, близкой к скорости волн на поверхности воды. Попадание в волновой кризис влечёт за собой затруднение роста скорости, и если максимально просто преодолеть волновой кризис, то можно выйти на режим глиссирования или скольжения по водной глади.
Странно подумать, но первым в мире изобретением, преодолевшим этот предел, стал обычный хлыст, который придумали древние китайцы почти 7 тысяч лет назад. Практически до изобретения моментальной фотографии в 1927 году никто и не подозревал, что щелчок хлыста – это миниатюрный звуковой удар. Резкий взмах формирует петлю, а скорость резко возрастает, что и подтверждает щелчок. Звуковой барьер преодолевается на скорости порядка 1200 км/час.
Не зря жители маленьких городов испытывают шок, увидев столицу в первый раз. Обилие транспорта, сотни ресторанов и развлекательных центров сбивают с толку и выбивают из привычной колеи. Начало весны в столице обычно датируется апрелем, а не мятежным вьюжным мартом. В апреле здесь чистое небо, бегут ручьи и распускаются почки. Люди, уставшие от долгой зимы, широко распахивают окна навстречу солнцу, и в дома врывается уличный шум. На улице оглушительно щебечут птицы, поют артисты, декламируют стихи весёлые студенты, не говоря уже о шуме в пробках и метро. Сотрудники отделов гигиены отмечают, что долго находиться в шумном городе вредно для здоровья. Звуковой фон столицы состоит из транспортных,
авиационных, промышленных и бытовых шумов. Наиболее вредным является как раз автомобильный шум, так как самолёты летают достаточно высоко, а шум от предприятий растворяется в их зданиях. Постоянный же гул автомобилей на особо оживлённых магистралях превышает все допустимые нормы в два раза. Как в столице преодолевается звуковой барьер? Москва опасна обилием звуков, поэтому жители столицы устанавливают стеклопакеты, чтобы приглушить шум.
Достижения в преодолении звукового барьера высоко ценятся и сегодня. Так, самолёт, на котором Чак Йегер впервые его преодолел, сейчас выставлен в Национальном музее воздухоплавания и космонавтики, который находится в Вашингтоне. Но технические параметры этого человеческого изобретения мало бы стоили без достоинств самого пилота. Чак Йегер прошёл лётное училище и воевал в Европе, после чего вернулся в Англию. Несправедливое отстранение от полётов не сломило дух Йегера, и он добился приёма у главнокомандующего войсками Европы. За годы, оставшиеся до конца войны, Йегер участвовал в 64 боевых вылетах, во время которых сбил 13 самолётов. На родину Чак Йегер вернулся со званием капитана. В его характеристике указана феноменальная интуиция, невероятное хладнокровие и выдержка в критических ситуациях. Не один раз Йегер устанавливал рекорды на своём самолёте. Его дальнейшая карьера шла в подразделениях ВВС, где он осуществлял тренинг пилотов. В последний раз Чак Йегер преодолел звуковой барьер в 74 года, что пришлось на пятидесятую годовщину его истории полётов и на 1997 год.
Что такое звуковой барьер. Преодоление звукового барьера
-
-
- Čeština
- Deutsch
- Español
- Français
- Italiano
- Nederlands
- Polski
- Português
- Türkçe
- Norsk
- Svenska
- Dansk
- Suomen kieli
- Magyar
- Română
- Previous article
- Next article
- Čeština
- Español
- Français
- Italiano
- Nederlands
- Polski
- Português
- Русский
- Türkçe
- Norsk
- Svenska
- Dansk
- Suomen kieli
- Magyar
- Română
- Х-43А (под началом космического агентства НАСА).
- Х-51А и Falcon HTV-2 (под эгидой ВВС).
- AHW (Сухопутная армия).
- ArcLight (Военно-морские силы) и некоторые другие.
- 10 июля 2009 г.
-
11–30 человек
- 2 октября 2012 г.
-
- Эффект Прандтля — Глоерта
- Тепловой барьер (проблемы разработки гиперзвуковых летательных аппаратов)
В мае 2004 года патентное бюро США выдало Джону М. Моргенштерну, инженеру из Skunk Works, подразделения компании Lockheed, патент на «конфигурацию летательного аппарата с крылом, охватывающим хвостовое оперение, что позволяет повысить дальность сверхзвукового полета и снизить интенсивность звукового удара во время преодоления звукового барьера». Дополнительное оперение представляет собой перевернутую «галочку», объединяющую в единое целое верхушку вертикального киля и горизонтальное оперение. Галочка устроена так, что во время сверхзвукового полета от нее исходит модифицированная ударная волна, движущаяся навстречу головной. В результате их интерференции интенсивность результирующей волны уменьшается, то есть модифицированная волна «смягчает» головную.
Это не первое изобретение Моргенштерна в борьбе со звуковым ударом. В ранних его патентах описаны небольшое выдвижное переднее горизонтальное оперение, которое, по мнению автора, приглушает хлопок перехода через звуковой барьер за счет увеличения носового сечения самолета. Кроме того, переднее горизонтальное оперение обеспечивает дополнительную подъемную силу. Это немаловажно, поскольку основное крыло, рассчитанное для сверхзвукового полета, при небольших скоростях (например, при посадке) обнаруживает недостаток подъемной силы.
Эти идеи сейчас воплощаются в ходе проекта Super 10 Initiative, осуществляемого Skunk Works. Цель проекта — создание сверхзвукового реактивного самолета бизнес-класса. К этим работам подключены General Electric, NASA и крупнейшие производители двигателей и планеров. И если верить разработчикам, то уже в 2010 году в небо поднимется небольшой, дорогой (цена от $100 млн.), быстрый и совсем не шумный реактивный самолет, уровень импульсного шума от которого будет составлять от 100 до 125 дБ.
Подобные исследования велись и в России — КБ Сухого и компания Gulfstream планировали совместно разработать сверхзвуковой S-21, однако по различным причинам от этой идеи отказались. Однако есть и другой путь.
Научная группа из лаборатории физики плазмы Московского радиотехнического института (МРТИ) под руководством Льва Петровича Грачева отказалась от идеи изменять аэродинамические свойства самолета. Помощником в гашении звуковой волны, по мнению исследователей, может послужить «облако» плазмы, созданное под фюзеляжем самолета на пути фронта ударной волны.
В МРТИ моделируют реальную ситуацию с помощью мощного СВЧ-генератора, электромагнитной линзы, источника N-образных звуковых возмущений и приемника, размещенных в вакуумной камере, что позволяет экспериментировать при различных давлениях воздуха. Линза фокусирует электромагнитное излучение в определенной области пространства, где происходит возникновение стримерного микроволнового разряда. «Наш СВЧ генератор имеет мощность всего 2 мВт, поэтому, для того чтобы «пробить» (ионизовать) воздух, мы работаем с инициированным разрядом: в электрическое поле, напряженность которого меньше пробойной величины, помещается небольшой металлический предмет с острыми концами, — говорит Лев Грачев. — На остриях напряженность электрического поля больше внешней и превышает пробойное значение. Разряд, возникающий на острие, «подхватывается» внешним полем, образуется стример — плазменный канал, состоящий из ионизированного газа. Размер канала равен приблизительно четверти длины электромагнитной волны (в нашем случае длина волны 10 см), а толщина составляет 1 мм. Концы канала действуют подобно остриям и порождают новые стримеры. Образуется плазменная змейка. А поскольку каналы могут еще и делиться, то в пространстве мы наблюдаем некий плазменный клубок».
Мысленно перенесемся из лаборатории на высоту в несколько тысяч метров — на борт сверхзвукового лайнера. Под фюзеляжем самолета установлена специальная антенна — система из генератора и линзы, способная фокусировать микроволновое излучение в нужной области. Для того чтобы «пробить» воздух и зажечь «клубок», нужен генератор с огромной мощностью (около 100 МВт). Так что придется, как и в лаборатории, воспользоваться индуцированным разрядом, только вместо заостренного металлического предмета исследователи предлагают использовать лазер, ионизирующий воздух в месте фокусировки поля.
18613
14601
6363
22814
Пассажирский самолет случайно превысил скорость звука
Фото 15068
Впрочем, обо всем по порядку. Впервые звуковой барьер преодолел американский летчик-испытатель Чак Йегер на экспериментальном самолете Bell X-1 (с прямым крылом и ракетным двигателем XLR-11). Это случилось семьдесят с лишним лет назад — в 1947 году. Ему удалось разогнаться быстрее скорости звука, направив самолет в пологое пикирование. Спустя год это же удалось и советским летчикам-испытателям Соколовскому и Федорову на экспериментальном, существовавшем в единственном экземпляре истребителе Ла-176.
В качестве железной причины бесперспективности коммерческих сверхзвуковых самолетов обычно приводятся три довода — слишком дорого, слишком сложно, слишком громко. И действительно, каждый, кто наблюдал полет реактивного сверхзвукового военного самолета, никогда не забудет ощущение удара по ушам и того дикого грохота, с которым мимо тебя пролетает самолет на сверхзвуке .
К слову, звуковой удар это не одномоментное явление, он сопровождает самолет по всему пути следования, все время, когда скорость летательного аппарата выше скорости звука. Сложно спорить и с тем, что топлива реактивный самолет потребляет столько, что, кажется, проще его сразу заправлять банкнотами.
Говоря о современных проектах сверхзвукового пассажирского самолета в первую очередь нужно ответить на каждый из этих вопросов. Только в этом случае можно надеяться на то, что все существующие проекты окажутся не мертворожденными.
В настоящее время над созданием сверхзвукового пассажирского самолета работает более десяти различных стартапов и групп разработчиков, зачастую получая финансирование от очень уважаемых в авиационном мире компаний. Но зачем? Зачем нужно летать на сверхзвуке — кроме возможности тратить на перелет на несколько часов меньше?
Дело в том, что авиационное пространство в настоящее время достаточно загружено. А сверхзвуковые самолеты можно пускать за счет их конструкции значительно выше большинства используемых эшелонов, на высоте около 20 000 метров. Это требует меньше времени и сил на управление воздушным движением, а также позволит пускать их по более спрямленным маршрутам, в отличие от устоявшихся аэротрасс. Кроме того, сопротивление воздуха на такой высоте ниже, что положительно скажется и на топливной эффективности будущих сверхзвуковых самолетов.
Так что, скорее всего, первые демонстраторы технологий мы сможем увидеть уже в ближайшие 3—5 лет, а если все пойдет гладко, то — потихоньку копить на билет, приготовившись к перелету во второй половине двадцатых годов. Кроме всего, разработчики обещают, что это будет не так и дорого.
Михаил Котов
Похожие записи:
Наконечник пропеллера на многих ранних самолетах может достигать сверхзвуковых скоростей, создавая заметное гудение, которое отличает такие летательные аппараты. Это нежелательно, поскольку трансзвуковое движение воздуха создает разрушительные ударные волны и турбулентность. Известно, что именно из-за этих эффектов характеристики пропеллеров резко ухудшаются по мере приближения к скорости звука . Легко продемонстрировать, что мощность, необходимая для улучшения характеристик, настолько велика, что вес необходимого двигателя растет быстрее, чем может компенсировать выходная мощность гребного винта. Эта проблема привела к ранним исследованиям реактивных двигателей , особенно Фрэнком Уиттлом в Англии и Хансом фон Охайном в Германии, которые проводили свои исследования специально для того, чтобы избежать этих проблем при высокоскоростном полете.
Тем не менее, пропеллер самолет был в состоянии приблизиться к критическому числу Маха в пикировании. К сожалению, это привело к многочисленным сбоям по разным причинам. Наиболее печально известно, что на Mitsubishi Zero пилоты иногда на полной мощности влетали в местность, потому что быстро возрастающие силы, действующие на поверхности управления их самолетов, пересиливали их. В этом случае несколько попыток исправить это только усугубили проблему. Точно так же изгиб, вызванный низкой жесткостью на кручение крыльев Supermarine Spitfire , заставлял их, в свою очередь, противодействовать вводам управления элеронами, что приводило к состоянию, известному как реверс управления . Это было решено в более поздних моделях с изменениями крыла. Что еще хуже, особенно опасное взаимодействие воздушного потока между крыльями и хвостовым оперением пикирующего Lockheed P-38 Lightning затрудняло «выход» из пикирования; однако проблема была позже решена добавлением «заслонки для ныряния», которая нарушала воздушный поток в этих условиях. Флаттер из-за образования ударных волн на изогнутых поверхностях был еще одной серьезной проблемой, которая, как известно, привела к поломке De Havilland Swallow и гибели ее пилота Джеффри де Хэвилленда-младшего 27 сентября 1946 года. были причиной крушения в 1943 году ракетного самолета БИ-1 в Советском Союзе.
Все эти эффекты, хотя в большинстве случаев не связаны друг с другом, привели к концепции «барьера», затрудняющего самолету превысить скорость звука. Ошибочные сообщения в новостях заставили большинство людей представить себе звуковой барьер как физическую «стену», которую сверхзвуковому самолету нужно было «сломать» острой иглой в передней части фюзеляжа. Продукция экспертов по ракетной технике и артиллерии обычно превышала 1 Маха, но авиаконструкторы и инженеры-аэродинамики во время и после Второй мировой войны обсуждали 0,7 Маха как предел, превышение которого опасно.
Во время Второй мировой войны и сразу после нее было сделано несколько заявлений о том, что звуковой барьер был сломан при пикировании. Большинство этих предполагаемых событий можно отклонить как инструментальные ошибки. Типичный индикатор воздушной скорости (ASI) использует разницу давлений воздуха между двумя или более точками самолета, обычно около носа и сбоку фюзеляжа, для получения значения скорости. На высокой скорости различные эффекты сжатия, которые приводят к возникновению звукового барьера, также приводят к тому, что ASI становится нелинейным и дает неточно высокие или низкие показания, в зависимости от специфики установки. Этот эффект получил название «скачок Маха». До появления измерителей Маха точные измерения сверхзвуковых скоростей можно было производить только дистанционно, обычно с использованием наземных инструментов. Многие заявления о сверхзвуковых скоростях оказались намного ниже этой скорости при таком измерении.
В 1942 году Republic Aviation выпустила пресс-релиз, в котором говорилось, что лейтенант. Гарольд Э. Комсток и Роджер Дьяр превысили скорость звука во время тестовых погружений на республиканском P-47 Thunderbolt . Широко признано, что это произошло из-за неточных показаний ASI. В аналогичных испытаниях североамериканский P-51 Mustang продемонстрировал ограничения на скорости 0,85 Маха, причем каждый полет над M0,84 приводил к повреждению самолета вибрацией.
Британское министерство авиации подписало соглашение с Соединенными Штатами об обмене всеми своими высокоскоростными исследованиями, данными и проектами, и компании Bell Aircraft был предоставлен доступ к чертежам и исследованиям M.52, но США отказались от соглашения и никаких данных взамен не поступало. В сверхзвуковой конструкции Bell все еще использовалось обычное хвостовое оперение, и они боролись с проблемой контроля.
12 января 1948 года беспилотные ракетные сани Northrop стали первым наземным транспортным средством, преодолевшим звуковой барьер. На военном полигоне на базе ВВС Мурок (ныне авиабаза Эдвардс ), Калифорния , он достиг максимальной скорости 1019 миль в час (1640 км / ч), прежде чем прыгнуть с рельсов.
15 октября 1997 года в автомобиле, спроектированном и построенном командой под руководством Ричарда Ноубла , пилот Королевских ВВС Энди Грин стал первым человеком, преодолевшим звуковой барьер в наземном транспортном средстве в соответствии с правилами Международной автомобильной федерации . Автомобиль, получивший название ThrustSSC (« Сверхзвуковой автомобиль»), запечатлел рекорд через 50 лет и один день после первого сверхзвукового полета Йегера .
Сверхзвук и тишина: Без звука, быстрее звука
Разрабатываемое российское гиперзвуковое оружие – не единственное в мире. Над подобными проектами активно работает военно-оборонный комплекс США. В стране разрабатывается одновременно несколько перспективных направлений в этом плане. Среди них:
Такая масштабная деятельность, по уверениям специалистов, даст возможность американцам к 2020 году создать крылатые ракеты с «гиперзвуком», способные базироваться в воздухе и на море. Поскольку тема сверхсекретная – доступной информации о ней как кот наплакал.
Пока самолет передвигается с небольшой скоростью (до 420 км/час) на высоте до 3 тысяч метров, вычислить точные параметры полета довольно просто. Однако в случае преодоления звукового барьера самолетом падает не только температура за бортом, но и плотность воздушной среды. Когда приборы демонстрируют эквивалентные показания скорости на высоте 2 тысячи метров и 10 тысяч метров, в условиях разреженного воздуха реальная скорость будет больше.
В конце существования СССР советский военпром вплотную подошел к созданию серийной гиперзвуковой ракеты с гиперзвуковым прямоточным реактивным двигателем (ГПВРД). В конце 1980-х – начале 1990-х годов в СССР были успешно испытаны экспериментальные гиперзвуковые ракеты «Холод» и «Холод-2», которые впервые смогли с помощью собственных воздушно-реактивных (а не ракетных) двигателей преодолеть гиперзвуковой барьер.
Переход на сверхзвуковую скорость сопровождается ударной волной, возникающей из-за разницы давления. В случае, если она будет длиться больше секунды, фюзеляж судна может не выдержать подобных нагрузок, что приведет к его крушению. Если посмотреть на преодоление самолетом звукового барьера на видео, то можно заметить, что ударной волной разрушаются практически все стекла жилых домов, расположенных на поверхности земли.
После того как американский летчик Чарльз Йегер сумел впервые преодолеть звуковой барьер, он был поражен воцарившейся в кабине самолета «божественной тишиной». В момент, когда стрелке махметра удается перевалить за отметку 1.0, звуковое давление внутри судна заметно уменьшается. Однако повышается риск деформации фюзеляжа и других частей летательного аппарата.
Загадка скорости звука: как истребители СССР и США упали в «яму времени»
Новое гиперзвуковое оружие, благодаря высокой маневренности и способности корректировки курса на всей дистанции полета, поражает цель с точностью практически до одного метра. Старт осуществляется с воздушных или космических носителей, которые отследить очень сложно. Они двигаются в слоях атмосферы (в плазменном облаке), оставаясь максимально незаметными для любых систем противоракетной защиты.
В данном труде ученые определили, что важнейшую роль в оценке максимально возможной скорости звука играют две фундаментальные константы — постоянная тонкой структуры и отношение массы протона к массе электрона.
Проведенные расчеты были проверены на практике с применением разнообразных материалов. Эксперименты позволили установить, что скорость звука должна уменьшаться с атомарной массой. Из этого следует, что максимальная скорость звука достигается в твердом атомарном водороде, который может существовать в таком виде лишь при очень высоком давлении. Тем не менее было установлено, что верхняя граница скорости звука в рамках данного исследования составляет 36100 м/с. С практической точки зрения, подобные исследования крайне важны для понимания тех или иных материалов, а также их свойств.
Естественно, ученые не намерены останавливаться на достигнутом. Их расчеты и соответствующие экспериментальные данные требуют перепроверки, уточнения и дополнительного подтверждения. В будущем данное исследование будет продолжено, а верхняя граница скорости звука может неожиданно сместиться в большую или меньшую сторону ввиду новых данных. Как бы то ни было, фундаментальный подход остается прежним, а сам факт лучшего понимания процессов, протекающих вокруг нас, позволяет с уверенностью смотреть на развитие данного исследования.
Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и хорошей всем рабочей недели, ребята. 🙂
-