Z pewnością wielu słyszało o tajemniczej barierze dźwiękowej, którą pokonują myśliwce i bombowce, a także o pociskach naddźwiękowych. Czym jest ta bariera, czy można ją zobaczyć wizualnie i co powoduje głośny wybuchowy dźwięk?

Co to jest bariera dźwiękowa?

Bariera dźwięku w dziedzinie aerodynamiki są to trudności techniczne, które powstają w wyniku zjawisk związanych z ruchem statku powietrznego z prędkością równą lub większą niż prędkość dźwięku.

Musisz zrozumieć, że nie jest to prawdziwa przeszkoda, którą samolot musi pokonać, jak jakaś niewidzialna ściana, ale raczej abstrakcyjna koncepcja. Powstał w czasie, gdy lotnictwo myślało tylko o samolotach, które mogą podróżować z dużą prędkością - naddźwiękiem. Wielu nalegało nawet na nieosiągalność takich wyników.

Jaka jest prędkość dźwięku?

Szybkość dźwięku to prędkość, z jaką fale sprężyste propagują się w określonym ośrodku. Ten wskaźnik różni się w zależności od środowiska. Na przykład, prędkość dźwięku w powietrzu - 331 m / s lub 1191,6 km / h.

Pokonywanie prędkości dźwięku

Jak pokonać barierę dźwiękową? Samolot startuje i stopniowo przyspiesza coraz bardziej. Naddźwiękowy strumień powietrza przepływa wokół niego, w wyniku czego w nosie powstaje łuk fala uderzeniowa. Może być ich kilka, w zależności od kształtu samolotu.

W tym obszarze ciśnienie i gęstość powietrza gwałtownie wzrasta. W chwili, gdy samolot przekracza prędkość dźwięku, przechodzi przez ten obszar i pojawia się głośny trzask, który wygląda jak strzał. Pilot w kokpicie nie słyszy żadnych dźwięków - dowiaduje się o pokonywaniu bariery dźwiękowej tylko za pomocą specjalnych czujników. Zauważalne są również zmiany w zarządzaniu samolotami.

Głośny wybuchowy pop to dźwiękowy huk. Można go usłyszeć, stojąc na powierzchni ziemi, gdy samolot leci w pobliżu naddźwiękowych prędkości. Powstające fale uderzeniowe mogą być wizualnie reprezentowane w postaci stożka towarzyszącego samolotowi. Wierzchołek stożka znajduje się w dziobie. Fale rozprzestrzeniają się z niego na duże odległości.

Wieść o osobie stojącej na ziemi podnosi granice danego wyimaginowanego stożka. Gwałtowny skok ciśnienia jest postrzegany jako wybuchowa bawełna. Od momentu przełamania bariery samolot nieustannie towarzyszy szokowi akustycznemu. Jednak bawełna będzie słyszalna za każdym razem, gdy leci nad ustalonym punktem na powierzchni.

Ponieważ samolot porusza się szybciej niż dźwięk, najpierw obserwator usłyszy trzask, a dopiero potem hałas silnika.

Interesujący fakt: pokonanie bariery dźwiękowej jest często związane z pojawieniem się białej chmury w tylnej części samolotu. Nie ma to jednak nic wspólnego z barierą dźwiękową. Jest to efekt Prandtla-Gloerta - kondensacja wilgoci bezpośrednio za poruszającym się samolotem.

Problemy z lotem naddźwiękowym

Bez względu na to, jak normalnie samolot przyspiesza, przez długi czas nie będzie mógł latać z prędkością naddźwiękową. Samoloty poddźwiękowe są płynniejsze i bardziej zaokrąglone. A podczas lotu z prędkością naddźwiękową powstają inne warunki aerodynamiczne.

Opór powietrza gwałtownie wzrasta, korpus samolotu nagrzewa się z powodu tarcia. W rezultacie zwykły samolot straci stabilną kontrolę i może zacząć zapadać się w powietrzu.

Aktywnie rozwinięte lotnictwo naddźwiękowe rozpoczęło się w latach 50-60. Pierwszym masowo produkowanym samolotem naddźwiękowym był myśliwiec F-100 Super Saber. Ten model po raz pierwszy poleciał w 1953 roku.

Stworzono pasażerskie samoloty naddźwiękowe, które wykonywały regularne loty. Ale było ich tylko 2: radziecki Tu-144 i polsko-francuska Concorde.

Zaletą takich samolotów jest pokonywanie dużych odległości w krótkim czasie. Ponadto naddźwiękowy samolot porusza się na większej wysokości niż konwencjonalne. W związku z tym przestrzeń powietrzna nie jest ładowana. Ale ich użycie zostało wkrótce porzucone z powodu kilku niedociągnięć:

• fala uderzeniowa;
• wysokie zużycie paliwa;
• złożoność operacji;
• hałas nad lotniskiem.

Głośny huk to gwałtowny skok ciśnienia przed samolotem, który ma miejsce, gdy samolot zaczyna się poruszać z prędkością naddźwiękową (pokonuje barierę dźwiękową). Fala uderzeniowa przed samolotem rozchodzi się w kształcie stożka. Osoba obserwująca lot samolotu słyszy trzask, gdy ta fala do niego dociera, i dopiero potem silnik może działać. Fala uderzeniowa stale towarzyszy samolotowi z prędkością naddźwiękową.Jednak trzaski będą słyszalne tylko podczas przelotu samolotu w pewnym punkcie - w pobliżu obserwatora.