Τι είναι ο φραγμός του ήχου. Ξεπερνώντας το φράγμα ήχου

Τι φανταζόμαστε όταν ακούμε την έκφραση"Φραγμός ήχου"; Ένα ορισμένο όριο και φραγμός, η υπέρβαση των οποίων μπορεί να επηρεάσει σοβαρά την ακοή και την ευημερία. Συνήθως το φράγμα ήχου συσχετίζεται με την κατάκτηση του εναέριου χώρου και το επάγγελμα του πιλότου.

Η υπέρβαση αυτού του εμποδίου μπορεί να προκαλέσειανάπτυξη χρόνιων ασθενειών, σύνδρομα πόνου και αλλεργικές αντιδράσεις. Αυτές οι απόψεις είναι σωστές ή είναι στερεότυπα που έχουν καθιερωθεί; Έχουν πραγματική βάση; Τι είναι ένα φράγμα ήχου; Πώς και γιατί προκύπτει; Όλα αυτά και μερικές πρόσθετες αποχρώσεις, καθώς και ιστορικά γεγονότα που σχετίζονται με αυτή την έννοια, θα προσπαθήσουμε να ανακαλύψουμε σε αυτό το άρθρο.

Αυτή η μυστηριώδης επιστήμη - αεροδυναμική

Στην επιστήμη της αεροδυναμικής, σχεδιασμένη να εξηγεί τα φαινόμενα που συνοδεύουν το κίνημα
αεροσκάφη, υπάρχει μια έννοια"Φραγμός ήχου". Πρόκειται για μια σειρά φαινομένων που προκύπτουν όταν μεταφέρονται υπερηχητικά αεροσκάφη ή βλήματα που κινούνται σε ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του ήχου ή μεγάλες.

Τι είναι το κύμα κλονισμού;

Στη διαδικασία υπερηχητικής ροής πέρα ​​από τη συσκευήροή στη σήραγγα του ανέμου υπάρχει ένα κύμα κλονισμού. Τα ίχνη της μπορούν να φανούν ακόμη και με γυμνό μάτι. Στο έδαφος εκφράζονται σε κίτρινη γραμμή. Εκτός του κώνου του κρουστικού κύματος, μπροστά από την κίτρινη γραμμή, στο έδαφος το αεροπλάνο δεν ακούγεται ούτε καν. Σε μια ταχύτητα που υπερβαίνει τον ήχο, τα σώματα υποβάλλονται σε ροή γύρω από το ηχητικό ρεύμα, το οποίο συνεπάγεται κύμα κλονισμού. Μπορεί να μην είναι ένα, ανάλογα με το σχήμα του σώματος.

Μετασχηματισμός κύματος σοκ

Το μπροστινό μέρος του κρουστικού κύματος, το οποίο μερικές φορές καλείταικρουστικών κυμάτων, έχει ένα σχετικά μικρό πάχος, το οποίο επιτρέπει, ωστόσο, να παρακολουθείτε απότομες αλλαγές στις ιδιότητες ροής, μειώνουν την ταχύτητά του σε σχέση με το σώμα και μια αντίστοιχη αύξηση στη θερμοκρασία πίεσης και του αερίου στη ροή. Στην περίπτωση αυτή, η κινητική ενέργεια μετασχηματίζεται εν μέρει στην εσωτερική ενέργεια του αερίου. Ο αριθμός αυτών των αλλαγών εξαρτάται άμεσα από την ταχύτητα της υπερηχητικής ροής. Καθώς το κύμα κλονισμού απομακρύνεται από τη συσκευή, οι πτώσεις μειώνονται και το κύμα κλονισμού μετατρέπεται σε ήχο. Μπορεί να φτάσει σε έναν εξωτερικό παρατηρητή που θα ακούσει έναν χαρακτηριστικό ήχο που μοιάζει με έκρηξη. Υπάρχει μια άποψη ότι αυτό δείχνει ότι η συσκευή φτάνει στην ταχύτητα του ήχου, όταν το φράγμα ήχου εγκαταλείπει το αεροπλάνο πίσω.

Τι πραγματικά συμβαίνει;

Η λεγόμενη στιγμή της υπέρβασης του ηχητικούΤο εμπόδιο στην πράξη είναι η διέλευση ενός κρουστικού κύματος με την αυξανόμενη βουλιμία των κινητήρων αεροσκαφών. Τώρα η μονάδα είναι μπροστά από τον συνοδευτικό ήχο, οπότε θα ακούγεται το buzz του κινητήρα μετά από αυτό. Προσέγγιση της ταχύτητας του αεροσκάφους με την ταχύτητα του ήχου είναι δυνατή ακόμα και κατά τη διάρκεια του Δευτέρου Παγκοσμίου Πολέμου, αλλά οι πιλότοι παρατηρήσει τα προειδοποιητικά σημάδια στο αεροσκάφος.

Μετά τον πόλεμο, πολλοί σχεδιαστές αεροσκαφών καιΟι πιλότοι προσπάθησαν να φτάσουν στην ταχύτητα του ήχου και να ξεπεράσουν το ηχητικό φράγμα, αλλά πολλές από αυτές τις προσπάθειες τελείωσαν τραγικά. Οι απαισιόδοξοι επιστήμονες ισχυρίστηκαν ότι αυτό το όριο δεν μπορεί να ξεπεραστεί. Μακριά από πειραματικές, αλλά επιστημονικά, ήταν δυνατόν να εξηγηθεί η φύση της έννοιας του "υγιούς φραγμού" και να βρεθούν τρόποι για να ξεπεραστεί.

Οι συστάσεις για ασφαλείς πτήσεις

Ασφαλείς πτήσεις προς κοντινό ήχο καιυπερηχητικές ταχύτητες αποφεύγοντας πιθανές κύμα κρίσης, η εμφάνιση των οποίων εξαρτάται από τις αεροδυναμικές παραμέτρους του αεροσκάφους και το ύψος της παραγόμενης φίλτρου. Μεταβάσεις από το ένα επίπεδο στο άλλο ταχύτητας θα πρέπει να πραγματοποιείται το συντομότερο δυνατό με τη χρήση μετάκαυσης, η οποία θα βοηθήσει να αποφευχθεί μια πολύωρη πτήση στο κύμα της ζώνης κρίσης. Η κρίση κύματος ως έννοια απορρέει από τη μεταφορά νερού. Εμφανίστηκε κατά τη στιγμή της κίνησης των πλοίων με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα των κυμάτων στην επιφάνεια του νερού. Επικοινωνήστε με το κύμα κρίση συνεπάγεται ένα ρυθμό ανάπτυξης της δυσκολίας, και αν είναι δυνατόν μόνο για να ξεπεραστεί η κρίση κύμα, τότε μπορείτε να μεταβείτε στη λειτουργία πλαγιάς ή ολίσθησης στην επιφάνεια του νερού.

Ιστορία στη διαχείριση αεροσκαφών

Το πρώτο πρόσωπο που έφτασε υπερηχητικόταχύτητα πτήσης σε πειραματικό αεροσκάφος, είναι ένας Αμερικανός πιλότος Chuck Yeager. Το επίτευγμα του σημειώθηκε στην ιστορία στις 14 Οκτωβρίου 1947. Στο έδαφος της ΕΣΣΔ, ο ηχητικός φραγμός ξεπεράστηκε στις 26 Δεκεμβρίου 1948 από τους Sokolovsky και Fedorov, οι οποίοι έτρεξαν έναν έμπειρο μαχητή.

Από πολιτικά αεροσκάφη ήμουν οι πρώτοι που ξεπεράσαμευαλοκαθαριστή Douglas DC-8, η οποία στις 21 Αυγούστου 1961 έφθασε σε ταχύτητα 1.012 M ή 1262 χλμ / ώρα. Η αποστολή ήταν να συγκεντρωθούν στοιχεία για το σχεδιασμό της πτέρυγας. Μεταξύ των αεροσκαφών, το παγκόσμιο ρεκόρ καθορίστηκε από έναν υπερσεβικό αερόβιλο πυραύλο αέρα-προς-επιφάνεια, ο οποίος βρίσκεται σε υπηρεσία με το ρωσικό στρατό. Σε υψόμετρο 31,2 χιλιομέτρων, ο πυραύλος ανέπτυξε ταχύτητα 6389 km / h.

Μετά από 50 χρόνια μετά την υπέρβαση του ηχητικού φραγμούστον αέρα, ο Άγγλος Andy Green έκανε παρόμοιο επίτευγμα στο αυτοκίνητο. Στην ελεύθερη πτώση, προσπάθησε να σπάσει το αμερικανικό Joe Kittinger, ο οποίος κατέκτησε το ύψος των 31,5 χιλιομέτρων. Σήμερα, 14 Οκτωβρίου 2012, ο Felix Baumgartner έβαλε το παγκόσμιο ρεκόρ, χωρίς τη βοήθεια των μεταφορών, σε ελεύθερη πτώση από ύψος 39 χιλιομέτρων, σπάζοντας το ηχητικό φράγμα. Έτσι, η ταχύτητά του έφτασε τα 1342,8 χιλιόμετρα την ώρα.

Η πιο ασυνήθιστη υπερνίκηση του ηχητικού φραγμού

Παράξενο να σκεφτείς, αλλά η πρώτη εφεύρεση του κόσμου,ξεπέρασε αυτό το όριο, ήταν το συνηθισμένο μαστίγιο, το οποίο εφευρέθηκε από τους αρχαίους Κινέζους πριν από περίπου 7 χιλιάδες χρόνια. Σχεδόν πριν από την εφεύρεση της στιγμιαίας φωτογραφίας το 1927, κανείς δεν υποψία ότι το μαστίγιο-κλικ - μια μινιατούρα ηχητική έκρηξη. Μια αιχμηρή ταλάντευση σχηματίζει ένα βρόχο, και η ταχύτητα αυξάνεται απότομα, πράγμα που επιβεβαιώνει το κλικ. Ο φραγμός ήχου ξεπερνιέται με ταχύτητα περίπου 1200 km / h.

Το αίνιγμα της θορυβώδους πόλης

Δεν είναι περίεργο ότι οι κάτοικοι των μικρών πόλεων αντιμετωπίζουν ένα σοκβλέποντας την πρωτεύουσα για πρώτη φορά. Η αφθονία των μεταφορών, εκατοντάδες εστιατόρια και κέντρα διασκέδασης προκαλούν σύγχυση και χτυπούν έξω από τη συνηθισμένη διαδρομή. Η αρχή της άνοιξης στην πρωτεύουσα συνήθως χρονολογείται από τον Απρίλιο, και όχι τον επαναστατικό θυελλώδη Μάρτιο. Τον Απρίλιο υπάρχει ένας καθαρός ουρανός, ο ρυάκι και τα μπουμπούκια ανθίζουν. Οι άνθρωποι, κουρασμένοι από το μακρύ χειμώνα, ανοίγουν τα παράθυρα πλατιά προς τον ήλιο και ο θόρυβος του δρόμου εκτοξεύεται στα σπίτια. Στο δρόμο, τα πουλιά τραγουδούν εκκωφαντικά, οι καλλιτέχνες τραγουδούν, οι χαρούμενοι μαθητές απαγγέλλουν ποιήματα, για να μην αναφέρουμε το θόρυβο στις κυκλοφοριακές μαρμελάδες και στο μετρό. Οι υπάλληλοι των υπηρεσιών υγιεινής σημειώνουν ότι είναι επιβλαβές εδώ και πολύ καιρό να βρίσκεται σε μια θορυβώδη πόλη. Το ηχητικό υπόβαθρο της πρωτεύουσας αποτελείται από μεταφορές,
αεροσκάφη, θόρυβο βιομηχανίας και οικιακής χρήσης Το πιο επιβλαβές είναι μόνο ο θόρυβος του αυτοκινήτου, καθώς τα αεροσκάφη πετούν αρκετά υψηλά και ο θόρυβος από τις επιχειρήσεις διαλύεται στα κτίριά τους. Η σταθερή βουτιά των αυτοκινήτων σε ιδιαίτερα ζωντανούς αυτοκινητόδρομους υπερβαίνει όλες τις επιτρεπόμενες προδιαγραφές δύο φορές. Πώς ξεπερνά το ηχητικό φράγμα στην πρωτεύουσα; Η Μόσχα είναι επικίνδυνη με άφθονο ήχο, οπότε οι κάτοικοι της πρωτεύουσας εγκαθιστούν παράθυρα με διπλά τζάμια για να φράξουν το θόρυβο.

Πώς εισβάλλει ο φράκτης ήχου;

Μέχρι το 1947, δεν υπήρχαν στοιχείααισθάνεται το άτομο στο πιλοτήριο του αεροπλάνου, το οποίο πετά πάνω από τον ήχο. Όπως αποδείχθηκε, η υπέρβαση του ηχητικού φραγμού απαιτεί κάποια δύναμη και θάρρος. Κατά τη διάρκεια της πτήσης καθίσταται σαφές ότι δεν υπάρχουν εγγυήσεις επιβίωσης. Ακόμη και ένας επαγγελματίας πιλότος δεν μπορεί να πει με βεβαιότητα αν ο σχεδιασμός του αεροπλάνου θα αντέξει την επίθεση των στοιχείων. Σε λίγα λεπτά, το αεροπλάνο μπορεί απλά να καταρρεύσει. Πώς εξηγείται αυτό; Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η κίνηση με υποηχητική ταχύτητα δημιουργεί ακουστικά κύματα που διασκορπίζονται σαν κύκλοι από πεσμένη πέτρα. Η υπερηχητική ταχύτητα διεγείρει κύματα κλονισμού και ένα άτομο που στέκεται στο έδαφος ακούει έναν ήχο που μοιάζει με έκρηξη. Χωρίς ισχυρούς υπολογιστές ήταν δύσκολο να λυθούν πολύπλοκες διαφορικές εξισώσεις και έπρεπε να βασιστούμε σε μοντέλα φυσώντας σε αεροδυναμικές σήραγγες. Μερικές φορές, με ανεπαρκή επιτάχυνση του αεροσκάφους, το κύμα κλονισμού φτάνει σε τέτοιο επίπεδο ώστε τα παράθυρα από τα σπίτια να πετάνε πάνω από τα οποία πετάει το αεροπλάνο. Ξεπερνώντας το φράγμα του ήχου δεν μπορεί ο καθένας, επειδή αυτή τη στιγμή κουνώντας ολόκληρη τη δομή, σημαντική ζημιά μπορεί να πάρει τη συσκευή προσάρτησης. Επομένως, η ισχυρή υγεία και η συναισθηματική σταθερότητα είναι τόσο σημαντικές για τους πιλότους. Εάν η πτήση πηγαίνει απαλά και ο φραγμός του ήχου ξεπεραστεί όσο το δυνατόν γρηγορότερα, ούτε ο πιλότος ούτε οι πιθανοί επιβάτες θα αισθανθούν ιδιαίτερα δυσάρεστες εντυπώσεις. Ειδικά για την κατάκτηση του ηχητικού φραγμού, ένα ερευνητικό αεροσκάφος χτίστηκε τον Ιανουάριο του 1946. Δημιουργία μηχανές ξεκίνησε με εντολή του Υπουργείου Άμυνας, αλλά αντί για όπλα το γεμιστό επιστημονικού εξοπλισμού που παρακολουθούνται μηχανισμούς και τα μέσα λειτουργίας. Αυτό το αεροσκάφος ήταν σαν ένα σύγχρονο πυραύλων κρουαζιέρας με ενσωματωμένο πυραυλοκινητήρα. Το αεροπλάνο ξεπέρασε το φράγμα ήχου με μέγιστη ταχύτητα 2736 km / h.

Λεβικά και υλικά μνημεία στην κατάκτηση της ταχύτητας του ήχου

Επιτεύγματα για την υπέρβαση του φραγμού ήχου υψηλάεξακολουθούν να αποτιμώνται σήμερα. Έτσι, το επίπεδο στο οποίο Chuck Yeager πρώτη φορά που έχει ξεπεραστεί, είναι τώρα εκτίθεται στο Εθνικό Μουσείο Αεροναυτικής και Διαστήματος, το οποίο βρίσκεται στην Ουάσινγκτον. Αλλά οι τεχνικές παράμετροι αυτής της ανθρώπινης εφεύρεσης, θα άξιζε λίγο χωρίς τα πλεονεκτήματα του πιλότου. Chuck Yeager πήγε σχολείο πτήσης και πάλεψε στην Ευρώπη, πριν επιστρέψει στην Αγγλία. Άδικη απόλυση από την πτήση δεν σπάσει το πνεύμα της Jaeger, και έχει επιτύχει αποδοχή επικεφαλής των στρατευμάτων της Ευρώπης. Στα χρόνια που απομένουν μέχρι το τέλος του πολέμου, Yeager συμμετείχε σε 64 πολεμικές αποστολές κατά τη διάρκεια του οποίου καταρρίφθηκε 13 αεροσκάφη. Πίσω στο σπίτι ο Chuck Yeager επέστρεψε με τον τίτλο του καπετάνιου. Τα χαρακτηριστικά του από αυτά τα πρωτοφανή διαίσθηση, απίστευτη ψυχραιμία και αντοχή σε κρίσιμες καταστάσεις. Περισσότεροι από μία φορές ο Yeager έβαλε εγγραφές στο αεροπλάνο του. μετέπειτα καριέρα του ήταν στις μονάδες της Πολεμικής Αεροπορίας, όπου πραγματοποίησε την εκπαίδευση των πιλότων. Η τελευταία φορά που ο Chuck Yeager έσπασε το φράγμα του ήχου στα 74 χρόνια που είχε την πεντηκοστή επέτειο της πτήσης του και την ιστορία του 1997.

Σύνθετα καθήκοντα των δημιουργών αεροσκαφών

Γνωστή για όλο το κόσμο αεροσκάφη MiG-15δημιουργούν σε μια εποχή που οι προγραμματιστές συνειδητοποίησαν ότι είναι αδύνατο να βασιστούν μόνο στην υπέρβαση του ηχητικού φραγμού, αλλά θα πρέπει να επιλυθούν σύνθετα τεχνικά καθήκοντα. Ως αποτέλεσμα, η μηχανή δημιουργήθηκε τόσο επιτυχημένη ώστε οι τροποποιήσεις της υιοθετήθηκαν από διάφορες χώρες. Αρκετά διαφορετικά γραφεία σχεδιασμού συμμετείχαν σε ένα είδος ανταγωνιστικού αγώνα, το βραβείο του οποίου ήταν το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τα πιο επιτυχημένα και λειτουργικά αεροσκάφη. Αναπτύχθηκε αεροσκάφος με σαρωμένα φτερά, που ήταν μια επανάσταση στο σχεδιασμό τους. Η ιδανική συσκευή έπρεπε να είναι ισχυρή, γρήγορη και απίστευτα ανθεκτική σε τυχόν ζημιές από το εξωτερικό. Τα σαρωμένα φτερά του αεροσκάφους έγιναν ένα στοιχείο που τους βοήθησε να τριπλασιάσουν την ταχύτητα του ήχου. Στη συνέχεια η ταχύτητα των αεροσκαφών συνέχισε να αυξάνεται, γεγονός που εξηγείται από την αύξηση της ισχύος του κινητήρα, τη χρήση καινοτόμων υλικών και τη βελτιστοποίηση των αεροδυναμικών παραμέτρων. Η υπέρβαση του ηχητικού φραγμού κατέστη δυνατή και πραγματική ακόμη και για τον λαϊκό, αλλά δεν γίνεται λιγότερο επικίνδυνη, επομένως, κάθε εξτρεμιστής πρέπει εύλογα να εκτιμήσει τη δύναμή του πριν αποφασίσει ένα τέτοιο πείραμα.