Süpersonik alkış neden. Ses bariyeri nedir? Ses bariyeri nasıl fırtınalanır

14 Ekim 1947'de insanlık bir dönüm noktasını daha aştı. Sınır oldukça nesneldir ve belirli bir şekilde ifade edilir. fiziksel miktar Dünya atmosferi koşullarında sıcaklık ve basınca bağlı olarak 11001200 km/saat aralığında olan havadaki ses hızı. Süpersonik hız, II. Dünya Savaşı'nın genç bir gazisi olan, olağanüstü cesareti ve mükemmel fotojenitesi olan Amerikalı pilot Chuck Yeager (Charles Elwood "Chuck" Yeager) tarafından fethedildi ve bu sayede tıpkı 14 yıl gibi hemen anavatanında popüler oldu. daha sonra Yuri Gagarin.

Ve ses bariyerini geçmek gerçekten cesaret gerektiriyordu. Yeager'in başarısını bir yıl sonra, 1948'de tekrarlayan Sovyet pilotu Ivan Fedorov, o zamanki duygularını şöyle hatırladı: “Ses duvarını aşmak için yapılan uçuştan önce, bundan sonra hayatta kalma garantisinin olmadığı belli oldu. Kimse bunun ne olduğunu ve uçağın tasarımının hava şartlarına dayanıp dayanamayacağını bilmiyordu. Ama bunu düşünmemeye çalıştık.”

Aslında arabanın süpersonik hızda nasıl davranacağına dair tam bir netlik yoktu. Uçak tasarımcıları, uçak hızlarındaki artışla birlikte, hem uçağın sert yapılarında hem de uçağın içinde ortaya çıkan çarpıntı - kendi kendine salınım sorununu acilen çözmek zorunda kaldıklarında, 30'lu yılların ani talihsizliğine dair hala taze anılara sahipti. deri, uçağı birkaç dakika içinde parçalayacak. Süreç çığ gibi gelişti, hızla gelişti, pilotların uçuş modunu değiştirmeye vakti olmadı ve makineler havada parçalandı. Oldukça uzun bir süredir matematikçiler ve tasarımcılar çeşitli ülkeler bu sorunu çözmek için uğraştı. Sonuçta bu fenomenin teorisi, daha sonra SSCB Bilimler Akademisi'nin başkanı olacak genç Rus matematikçi Mstislav Vsevolodovich Keldysh (1911–1978) tarafından yaratıldı. Bu teorinin yardımıyla hoş olmayan olaydan sonsuza kadar kurtulmanın bir yolunu bulmak mümkün oldu.

Ses bariyerinden de aynı derecede hoş olmayan sürprizlerin beklendiği oldukça açık. Güçlü bilgisayarların yokluğunda aerodinamiğin karmaşık diferansiyel denklemlerinin sayısal çözümü imkansızdı ve modellerin rüzgar tünellerinde "şişirilmesine" güvenmek gerekiyordu. Ancak niteliksel değerlendirmelerden, ses hızına ulaşıldığında uçağın yakınında bir şok dalgasının ortaya çıktığı açıktı. En önemli an, uçağın hızının ses hızıyla karşılaştırıldığında ses bariyerinin aşıldığı andır. Şu anda, dalga cephesinin farklı taraflarındaki basınç farkı hızla artıyor ve eğer an bir andan daha uzun sürerse, uçak çarpıntıdan daha kötü bir şekilde parçalanamayacak. Bazen yetersiz hızlanma ile ses bariyerini aşarken uçağın yarattığı şok dalgası, altındaki yerdeki evlerin pencerelerinin camlarını bile kırıyor.

Bir uçağın hızının ses hızına oranına Mach sayısı denir (ünlü Alman tamirci ve filozof Ernst Mach'ın adını almıştır). Ses bariyerini geçerken pilot, M numarasının büyük bir hızla atladığını düşünüyor: Chuck Yeager hız göstergesinin 0,98'den 1,02'ye nasıl sıçradığını gördü, ardından kokpitte aslında "ilahi" bir sessizlik oluştu, bariz: sadece bir seviye Uçak kabinindeki ses basıncı birkaç kez düşüyor. Bu “sesten arınma” anı çok sinsidir; birçok testçinin hayatına mal olmuştur. Ancak X-1 uçağının parçalanma tehlikesi çok azdı.

Ocak 1946'da Bell Aircraft tarafından üretilen X-1, ses bariyerini aşmak için tasarlanmış tamamen bir araştırma uçağıydı ve daha fazlası değildi. Araç, Savunma Bakanlığı tarafından sipariş edilmesine rağmen silahlar yerine bileşenlerin, aletlerin ve mekanizmaların çalışma modlarını izleyen bilimsel ekipmanlarla dolduruldu. X-1 modern bir şeye benziyordu seyir füzesi. 2722 kg itme gücüne sahip bir Reaction Motors roket motoruna sahipti. Maksimum kalkış ağırlığı 6078 kg. Uzunluk 9,45 m, yükseklik 3,3 m, kanat açıklığı 8,53 m 18290 m yükseklikte maksimum hız 2736 km/saat. Araç, B-29 stratejik bombardıman uçağından fırlatıldı ve çelik "kayaklar" üzerinde kuru bir tuz gölüne indi.

Daha az etkileyici olmayan “taktik” teknik özellikler"onun pilotu. Chuck Yeager 13 Şubat 1923'te doğdu. Okuldan sonra uçuş okuluna gittim ve mezun olduktan sonra Avrupa'ya savaşmaya gittim. Bir Messerschmitt-109'u düşürdük. Kendisi Fransa semalarında vuruldu ancak partizanlar tarafından kurtarıldı. Sanki hiçbir şey olmamış gibi İngiltere'deki üssüne döndü. Ancak ihtiyatlı karşı istihbarat servisi, esaretten mucizevi bir şekilde serbest bırakıldığına inanmayarak pilotu uçmaktan uzaklaştırdı ve onu arkaya gönderdi. Hırslı Yeager, Yeager'e inanan Avrupa'daki Müttefik kuvvetlerinin başkomutanı General Eisenhower ile bir resepsiyon aldı. Ve yanılmadı - savaşın bitimine kalan altı ay içinde 64 savaş görevi yaptı, 4'ü bir savaşta olmak üzere 13 düşman uçağını düşürdü. Ve her türlü kritik durumda olağanüstü bir uçuş sezgisine, inanılmaz bir soğukkanlılığa ve inanılmaz bir dayanıklılığa sahip olduğunu belirten mükemmel bir dosyayla kaptan rütbesiyle memleketine döndü. Bu özelliği sayesinde, daha sonraki astronotlar kadar özenle seçilip eğitilen süpersonik test uzmanları ekibine dahil edildi.

X-1'i eşinin onuruna "Glamourous Glennis" olarak yeniden adlandıran Yeager, onunla birçok kez rekor kırdı. Ekim 1947'nin sonunda 21.372 metrelik önceki yükseklik rekoru düştü.Aralık 1953'te yeni değişiklik X-1A makinesi, neredeyse 2800 km / s'de 2,35 M hıza ulaştı ve altı ay sonra 27.430 m yüksekliğe yükseldi ve ondan önce seri olarak başlatılan bir dizi savaşçının testleri ve MiG'mizin alıştırması yapıldı. -15, yakalanıp Amerika'ya nakledildi. Kore Savaşı. Yeager daha sonra hem Amerika Birleşik Devletleri'nde hem de Avrupa ve Asya'daki Amerikan üslerinde çeşitli Hava Kuvvetleri test birimlerine komuta etti, Vietnam'daki muharebe operasyonlarında yer aldı ve pilotları eğitti. Şubat 1975'te tuğgeneral rütbesiyle emekli oldu, kahramanca hizmeti sırasında 10 bin saat uçtu, 180 farklı süpersonik modeli test etti ve eşsiz bir nişan ve madalya koleksiyonu topladı. 80'li yılların ortalarında, dünyada ses duvarını aşan ilk cesur adamın biyografisine dayanan bir film yapıldı ve bundan sonra Chuck Yeager bir kahraman bile değil, ulusal bir kalıntı haline geldi. İÇİNDE son kez tarihi uçuşunun ellinci yıl dönümünde, 14 Ekim 1997'de ses duvarını aşarak F-16'nın kontrolünü ele geçirdi. Yeager o zamanlar 74 yaşındaydı. Genel olarak şairin dediği gibi bu kişilerin çivi haline getirilmesi gerekir.

Okyanusun diğer tarafında da bu tür pek çok insan var. Sovyet tasarımcıları Amerikalılarla aynı anda ses duvarını aşmaya çalışmaya başladı. Ancak onlar için bu başlı başına bir amaç değil, tamamen pragmatik bir eylemdi. X-1 tamamen bir araştırma makinesiyse, ülkemizde Hava Kuvvetleri birimlerini donatmak için seri olarak fırlatılması gereken prototip savaşçıların ses bariyeri basıldı.

Yarışmaya birçok tasarım bürosu katıldı: Lavochkin OKB, Mikoyan OKB ve Yakovlev OKB, o zamanlar devrim niteliğinde bir tasarım çözümü olan, aynı anda eğimli kanatlı uçaklar geliştirdi. Süpersonik bitiş çizgisine şu sırayla ulaştılar: La-176 (1948), MiG-15 (1949), Yak-50 (1950). Ancak orada sorun oldukça karmaşık bir bağlamda çözüldü: Savaş makinesi sadece yüksek hıza değil, aynı zamanda birçok başka niteliğe de sahip olmalıdır: manevra kabiliyeti, hayatta kalma yeteneği, minimum uçuş öncesi hazırlık süresi, güçlü silahlar, etkileyici mühimmat vb. ve benzeri. Şunu da belirtmek gerekir ki Sovyet zamanları Devlet kabul komisyonlarının kararları genellikle yalnızca nesnel faktörlerden değil, aynı zamanda geliştiricilerin siyasi manevralarıyla ilişkili öznel sorunlardan da etkileniyordu. Tüm bu koşullar, 50'li yıllarda yerel askeri operasyon alanlarında iyi performans gösteren MiG-15 savaşçısının fırlatılmasına yol açtı. Yukarıda bahsedildiği gibi, Chuck Yeager'in "etrafta dolaştığı" şey, Kore'de ele geçirilen bu arabaydı.

La-176 o zamanlar 45 dereceye eşit rekor bir kanat taraması kullanıyordu. VK-1 turbojet motoru 2700 kg'lık bir itme kuvveti sağladı. Uzunluk 10,97 m, kanat açıklığı 8,59 m, kanat alanı 18,26 m2. Kalkış ağırlığı 4636 kg. Tavan 15.000 m Uçuş menzili 1000 km. Silahlanma bir adet 37 mm'lik top ve iki adet 23 mm'lik top. Araba 1948 sonbaharında hazırdı ve Aralık ayında Kırım'da Saki kenti yakınlarındaki askeri havaalanında uçuş testleri başladı. Testleri yönetenler arasında geleceğin akademisyeni Vladimir Vasilyevich Struminsky (1914–1998) vardı; deneysel uçağın pilotları, daha sonra Kahraman unvanını alacak olan kaptan Oleg Sokolovsky ve albay Ivan Fedorov'du. Sovyetler Birliği. Sokolovsky, dördüncü uçuş sırasında kokpit kanopisini kapatmayı unutarak saçma bir kaza sonucu öldü.

Albay Ivan Fedorov, 26 Aralık 1948'de ses duvarını kırdı. 10 bin metre yüksekliğe çıktıktan sonra kontrol çubuğunu kendisinden uzaklaştırarak dalışta hızlanmaya başladı. Pilot, "176'mı büyük bir yükseklikten hızlandırıyorum" diye hatırladı. Sıkıcı, alçak bir ıslık sesi duyulur. Hızı artan uçak yere doğru koşuyor. Hız göstergesi ölçeğinde ibre üç basamaklı sayılardan dört basamaklı sayılara doğru hareket eder. Uçak sanki ateşlenmiş gibi titriyor. Ve aniden sessizlik! Ses bariyeri alındı. Osilogramların daha sonra çözülmesi, M sayısının bir'i aştığını gösterdi." Bu, 1,02 M hızın kaydedildiği 7.000 metre yükseklikte gerçekleşti.

Daha sonra motor gücündeki artış, yeni malzemelerin kullanımı ve aerodinamik parametrelerin optimizasyonu nedeniyle insanlı uçağın hızı istikrarlı bir şekilde artmaya devam etti. Ancak bu süreç sınırsız değildir. Bir yandan, yakıt tüketimi, geliştirme maliyetleri, uçuş güvenliği ve diğer boş olmayan hususlar dikkate alındığında rasyonellik düşünceleri tarafından engellenmektedir. Ve hatta askeri havacılık Paranın ve pilot güvenliğinin çok önemli olmadığı yerlerde, en "hızlı" arabaların hızları 1,5M ila 3M aralığındadır. Daha fazlasına gerek yok gibi görünüyor. (Jet motorlu insanlı uçakların hız rekoru Amerikan keşif uçağı SR-71'e ait olup 3,2 M'dir.)

Öte yandan, aşılmaz bir termal bariyer vardır: Belirli bir hızda, araç gövdesinin hava ile sürtünme nedeniyle ısınması o kadar hızlı gerçekleşir ki, ısının yüzeyinden uzaklaştırılması imkansızdır. Hesaplamalar gösteriyor ki ne zaman normal basınç bu yaklaşık 10M hızında gerçekleşmelidir.

Yine de aynı Edwards antrenman sahasında 10 milyon sınırına hâlâ ulaşıldı. Bu 2005 yılında oldu. Rekorun sahibi, gelecekteki roket ve uzay teknolojisinin çehresini kökten değiştirmek üzere tasarlanan yeni bir teknoloji türü geliştirmek amacıyla 7 yıllık iddialı Hiper-X programının bir parçası olarak üretilen X-43A insansız roket uçağıydı. Maliyeti 230 milyon dolar.Rekor 33 bin metre yükseklikte kırıldı. Drone'da kullanıldı yeni sistem hızlanma İlk olarak, X-43A'nın 7 Mach hıza ulaştığı geleneksel bir katı yakıtlı roket ateşlenir ve ardından yeni bir motor türü çalıştırılır - hipersonik bir ramjet motoru (scramjet veya scramjet) oksitleyici olarak sıradan atmosferik havanın kullanıldığı ve oksitleyici olarak gaz halindeki yakıtın kullanıldığı hidrojen (kontrolsüz bir patlamanın oldukça klasik bir şeması).

Programa uygun olarak, görevi tamamladıktan sonra okyanusta boğulan üç insansız model üretildi. Bir sonraki aşama insanlı araçların yaratılmasını içeriyor. Bunları test ettikten sonra, çok çeşitli "faydalı" cihazlar oluşturulurken elde edilen sonuçlar dikkate alınacaktır. NASA'nın ihtiyaçları için uçaklara ek olarak hipersonik askeri araçlar (bombardıman uçakları, keşif uçağı ve nakliye uçağı) oluşturulacak. Hiper-X programına katılan Boeing, 2030-2040 yılına kadar 250 yolcu kapasiteli hipersonik bir yolcu uçağı yaratmayı planlıyor. Bu hızlarda aerodinamiği bozan, termal ısınmaya dayanamayan pencerelerin olmayacağı çok açık. Lombarlar yerine, geçen bulutların video kayıtlarının olduğu ekranlar var.

Hiç şüphe yok ki, bu tür bir ulaşımın talep göreceğine şüphe yok, çünkü ne kadar ileri giderseniz, zaman o kadar pahalı hale gelir, birim zaman içinde giderek daha fazla duygu, kazanılan dolar ve diğer bileşenler barındırılır. modern hayat. Bu bakımdan bir gün insanların birer günlük kelebeğe dönüşeceklerine hiç şüphe yok: Bir gün bugünün (daha doğrusu dünün) kadar olaylı olacak. insan hayatı. Ve birisinin veya bir şeyin insanlıkla ilgili olarak Hiper-X programını uyguladığı varsayılabilir.

Bir jet uçağı tepenizde uçarken patlamaya benzer yüksek bir ses duydunuz mu? Bu ses, uçak ses bariyerini aştığında ortaya çıkar. Ses bariyeri nedir ve bir uçak neden bu kadar ses çıkarır?

Bildiğiniz gibi ses belli bir hızla yayılır. Hız rakıma bağlıdır. Deniz seviyesinde ses hızı saatte yaklaşık 1220 kilometre, 11.000 metre yükseklikte ise saatte 1060 kilometredir. Bir uçak ses hızına yakın hızlarda uçtuğunda belirli gerilimlere maruz kalır. Normal (ses altı) hızlarda uçarken uçağın ön kısmı, önündeki bir basınç dalgasını iter. Bu dalga ses hızında hareket eder.

Basınç dalgası, uçak ileri doğru hareket ederken hava parçacıklarının birikmesinden kaynaklanır. Uçak ses altı hızlarda uçtuğunda dalga uçaktan daha hızlı hareket eder. Sonuç olarak, havanın uçağın kanat yüzeyleri üzerinden engellenmeden geçtiği ortaya çıkıyor.

Şimdi ses hızında uçan bir uçağa bakalım. Uçağın önünde basınç dalgası yok. Bunun yerine kanadın önünde bir basınç dalgası oluşur (uçak ve basınç dalgası aynı hızda hareket ettiğinden).

Artık uçağın kanadında büyük yüklere neden olan bir şok dalgası oluşuyor. "Ses bariyeri" tabirinin kökeni, uçakların ses hızında uçabilmesinden önceye kadar uzanıyor ve bir uçağın bu hızlarda karşılaşacağı stresi tanımladığı düşünülüyordu. Bu bir "bariyer" olarak kabul edildi.

Ancak sesin hızı hiç de bir engel değil! Mühendisler ve uçak tasarımcıları yeni yükler sorununun üstesinden geldi. Ve eski görüşlerden bize kalan tek şey, uçağın süpersonik hızlarda uçması sırasında oluşan şok dalgasının çarpmaya neden olduğu.

"Ses bariyeri" terimi, yanıltıcı bir şekilde, bir uçağın belirli bir hızda hareket etmesi sırasında ortaya çıkan koşulları tanımlamaktadır. Uçak ses hızına ulaştığında "bariyer" gibi bir şeyin ortaya çıktığı düşünülebilir - ama böyle bir şey olmaz!

Bütün bunları anlamak için düşük, normal hızda uçan bir uçağı düşünün. Uçak ileri doğru hareket ettikçe uçağın önünde bir sıkıştırma dalgası oluşur. Hava parçacıklarını sıkıştıran ileri doğru hareket eden bir uçak tarafından oluşturulur.

Bu dalga uçağın önünde ses hızıyla hareket eder. Ve hızı, daha önce de söylediğimiz gibi düşük hızda uçan bir uçağın hızından daha yüksektir. Uçağın ilerisine doğru hareket eden bu dalga, hava akımlarını uçağın düzlemi etrafında akmaya zorlar.

Şimdi uçağın ses hızında uçtuğunu hayal edin. Hem düzlem hem de dalgalar aynı hıza sahip olduğundan, düzlemin önünde herhangi bir sıkıştırma dalgası oluşmaz. Bu nedenle dalga kanatların önünde oluşur.

Sonuç olarak, uçağın kanatlarında büyük yükler oluşturan bir şok dalgası ortaya çıkıyor. Uçaklar ses bariyerine ulaşıp onu aşmadan önce, bu tür şok dalgalarının ve g kuvvetlerinin uçak için bariyer benzeri bir şey, yani "ses bariyeri" yaratacağına inanılıyordu. Ancak havacılık mühendisleri bunun için özel bir uçak tasarımı geliştirdiğinden herhangi bir ses bariyeri yoktu.

Bu arada, bir uçak "ses bariyerini" geçtiğinde duyduğumuz güçlü "darbe", daha önce bahsettiğimiz şok dalgasıdır - uçağın hızı ve sıkıştırma dalgası eşit olduğunda.

(bazen vücut şekline bağlı olarak birden fazla). Fotoğrafta modelin gövdesinin ucunda, kanadın ön ve arka kenarlarında ve modelin arka ucunda oluşan şok dalgaları gösterilmektedir.

Çok küçük bir kalınlığa (mm kesirleri) sahip olan şok dalgası cephesinde (bazen şok dalgası da denir), neredeyse aniden dramatik değişiklikler akışın özellikleri - vücuda göre hızı azalır ve ses altı hale gelir, akıştaki basınç ve gazın sıcaklığı aniden artar. Akışın kinetik enerjisinin bir kısmı gazın iç enerjisine dönüştürülür. Süpersonik akışın hızı arttıkça tüm bu değişiklikler daha da artar. Hipersonik hızlarda (Mach 5 ve üzeri), gaz sıcaklığı birkaç bin dereceye ulaşır ve bu da bu hızlarda hareket eden araçlar için ciddi sorunlar yaratır (örneğin, Columbia mekiği 1 Şubat 2003'te termal koruyucu kabuğun hasar görmesi nedeniyle çöktü). uçuş sırasında meydana geldi).

Şok dalgasının ön kısmı aparattan uzaklaştıkça yavaş yavaş neredeyse düzenli bir konik şekil alır, koninin tepesinden uzaklaştıkça üzerindeki basınç düşüşü azalır ve şok dalgası bir ses dalgasına dönüşür. Eksen ile koninin generatrisi arasındaki açı, aşağıdaki ilişkiyle Mach sayısıyla ilişkilidir:

Bu dalga, örneğin Dünya'da bulunan bir gözlemciye ulaştığında, patlamaya benzer şekilde yüksek bir ses duyar. Bunun, uçağın ses hızına ulaşmasının veya "ses bariyerini aşmasının" bir sonucu olduğu yaygın bir yanılgıdır. Hatta şu anda gözlemcinin yanından süpersonik hızla hareket eden uçağa sürekli eşlik eden bir şok dalgası geçiyor. Tipik olarak, "patlama" sesinden hemen sonra, gözlemci uçağın motorlarının uğultusunu duyabilir; bu, uçak çıkardığı seslerden daha hızlı hareket ettiği için şok dalgası geçene kadar duyulmaz. Ses altı uçuş sırasında çok benzer bir gözlem meydana gelir; gözlemcinin üzerinde uçan bir uçak. yüksek irtifa(1 km'den fazla) duyulmuyor veya daha doğrusu gecikmeyle duyuyoruz: ses kaynağının yönü, yerden bir gözlemci için görünür uçağın yönü ile örtüşmüyor.

Dalga krizi

Dalga krizi, uçuş hızı ses hızına yaklaştıkça uçağın etrafındaki hava akışının doğasında meydana gelen bir değişikliktir ve buna kural olarak uçağın aerodinamik özelliklerinde bir bozulma eşlik eder - sürtünmede bir artış, bir azalma kaldırma, titreşimlerin görünümü vb.

Zaten İkinci Dünya Savaşı sırasında savaşçıların hızı ses hızına yaklaşmaya başladı. Aynı zamanda pilotlar bazen maksimum hızlarda uçarken makinelerinde meydana gelen o zamanlar anlaşılmaz ve tehdit edici olayları gözlemlemeye başladılar. ABD Hava Kuvvetleri pilotunun komutanı General Arnold'a yazdığı duygusal rapor saklandı:

“Efendim, uçaklarımız zaten çok sıkı. Daha yüksek hızlara sahip arabalar ortaya çıkarsa onları uçuramayacağız. Geçen hafta Mustang'imle bir Me-109'u düşürdüm. Uçağım pnömatik bir çekiç gibi sallandı ve dümenlere uymayı bıraktı. Onu dalışından çıkaramadım. Yerden sadece üç yüz metre yükseklikte, arabayı dengede tutmakta zorlandım...”

Savaştan sonra, birçok uçak tasarımcısı ve test pilotu psikolojik olarak önemli olan ses hızına ulaşmak için ısrarcı girişimlerde bulunduğunda, bu garip fenomenler norm haline geldi ve bu girişimlerin çoğu trajik bir şekilde sona erdi. Bu, biraz mistik bir ifade olan “ses bariyeri”nin ortaya çıkmasına neden oldu (fr. mur du oğlum, Almanca Schallmauer- ses duvarı). Kötümserler bu sınırın aşılamayacağını savundu, ancak meraklılar hayatlarını tehlikeye atarak bunu defalarca yapmaya çalıştılar. Süpersonik gaz hareketi ile ilgili bilimsel fikirlerin gelişmesi, yalnızca "ses bariyerinin" doğasını açıklamayı değil, aynı zamanda onu aşmanın yollarını bulmayı da mümkün kılmıştır.

Bir uçağın gövdesi, kanadı ve kuyruğu etrafındaki ses altı akış sırasında, konturlarının dışbükey bölümlerinde yerel akış ivmesi bölgeleri belirir. Bir uçağın uçuş hızı ses hızına yaklaştığında, akış ivmesi bölgelerindeki hava hareketinin yerel hızı, ses hızını biraz aşabilir (Şekil 1a). Hızlanma bölgesini geçtikten sonra, kaçınılmaz bir şok dalgası oluşumuyla akış yavaşlar (bu, süpersonik akışların bir özelliğidir: süpersonik hızdan ses altı hıza geçiş her zaman kesintili olarak gerçekleşir - bir şok dalgasının oluşmasıyla). Bu şok dalgalarının yoğunluğu küçüktür; önlerindeki basınç düşüşü küçüktür, ancak aynı anda çok sayıda, araç yüzeyinin farklı noktalarında görünürler ve hep birlikte etrafındaki akışın doğasını keskin bir şekilde değiştirirler. Uçuş özelliklerinde bozulma ile birlikte: Kanadın kaldırma kuvveti azalır, hava dümenleri ve kanatçıklar etkinliğini kaybeder, araç kontrol edilemez hale gelir ve tüm bunlar son derece dengesiz hale gelir ve güçlü titreşim oluşur. Bu fenomene denir dalga krizi. Aracın hızı süpersonik hale geldiğinde ( > 1), karakteri temelden değişse de akış tekrar kararlı hale gelir (Şekil 1b).

Pirinç. 1 A. Ses akışına yakın bir şekilde havalanıyor.	Pirinç. 1b. Süpersonik akışta havalanıyor.

Nispeten kalın profile sahip kanatlar için, dalga krizi koşullarında basınç merkezi keskin bir şekilde geriye doğru kayar ve uçağın burnu "daha ağır" hale gelir. Böyle bir kanadı olan pistonlu savaşçıların pilotları, yüksek bir irtifadan maksimum güçle bir dalışta maksimum hıza ulaşmaya çalışırken, "ses bariyerine" yaklaşırken bir dalga krizinin kurbanı oldular - içine girdikten sonra dışarı çıkmak imkansızdı Hızı düşürmeden dalışı gerçekleştirmek çok zordur. En ünlü vaka Yerli havacılık tarihinde yatay uçuştan dalışa çekilme, BI-1 roketini maksimum hızda test ederken Bakhchivandzhi felaketidir. sen en iyi dövüşçülerİkinci Dünya Savaşı'nda P-51 Mustang veya Me-109 gibi düz kanatlı uçaklarda yüksek irtifada dalga krizi 700-750 km/saat hızlarda başlamıştı. Aynı dönemde Messerschmitt Me.262 ve Me.163 jetleri de döner kanatlara sahipti ve bu sayede 800 km/saatin üzerindeki hızlara sorunsuz bir şekilde ulaşabiliyorlardı. Ayrıca yatay uçuşta geleneksel pervaneye sahip bir uçağın, pervane kanatlarının dalga kriz bölgesine girip uçaktan çok daha erken verim kaybetmesi nedeniyle ses hızına yakın bir hıza ulaşamayacağını da belirtmek gerekir. Kılıçlı süpersonik pervaneler bu sorunu çözebilir, ancak şu an Bu tür vidaların teknik olarak çok karmaşık ve çok gürültülü olduğu ortaya çıkıyor, bu yüzden pratikte kullanılmıyorlar.

Ses hızına oldukça yakın (800 km/s'nin üzerinde) uçuş hızlarına sahip modern ses altı uçaklar, genellikle dalga krizinin başladığı hızın daha yüksek değerlere doğru kaymasına olanak tanıyan kavisli kanatlar ve ince profilli kuyruk yüzeyleri ile tasarlanmıştır. Süpersonik hız kazanırken bir dalga krizi bölümünden geçmek zorunda olan süpersonik uçaklar, hem süpersonik hava akışının özellikleriyle hem de süpersonik uçuş koşullarında ortaya çıkan yüklere dayanma ihtiyacıyla ilişkili olarak ses altı olanlardan tasarım farklılıklarına sahiptir. özellikle dalga krizi - planda üçgen, elmas şeklinde veya üçgen profilli bir kanat.

• ses altı uçuş hızlarında, dalga krizinin başladığı hızlardan kaçınılmalıdır (bu hızlar uçağın aerodinamik özelliklerine ve uçuş yüksekliğine bağlıdır);
• Dalga kriz bölgesinde uzun bir uçuştan kaçınmak için, jet uçaklarında ses altı hızdan ses üstü hıza geçiş, motor art yakıcı kullanılarak mümkün olduğu kadar hızlı yapılmalıdır.

Terim dalga krizi aynı zamanda su yüzeyindeki dalgaların hızına yakın hızlarda hareket eden deniz taşıtları için de geçerlidir. Dalga krizinin gelişmesi hızın arttırılmasını zorlaştırır. Bir geminin dalga krizini aşması, kayma moduna (gövdenin su yüzeyi boyunca kayması) girmek anlamına gelir.

Tarihsel gerçekler

• Kontrollü uçuşta süpersonik hıza ulaşan ilk pilot, deneysel Bell X-1 uçağındaki (düz kanatlı ve düz kanatlı) Amerikalı test pilotu Chuck Yeager'dı. roket motoru XLR-11) sığ dalışta M=1.06 hıza ulaştı. Bu 14 Ekim 1947'de oldu.
• SSCB'de ses bariyeri ilk olarak 26 Aralık 1948'de Sokolovsky ve ardından Fedorov tarafından deneysel La-176 savaş uçağının alçalan uçuşlarında kırıldı.
• Ses bariyerini aşan ilk sivil uçak Douglas DC-8 yolcu uçağıydı. 21 Ağustos 1961'de 12.496 m yükseklikten yapılan kontrollü dalışta 1.012 M yani 1262 km/saat hıza ulaştı. Uçuş, kanadın yeni ön kenarlarının tasarımı için veri toplamak amacıyla gerçekleştirildi.
• 15 Ekim 1997'de, uçakta ses bariyerini aştıktan 50 yıl sonra İngiliz Andy Green, Thrust SSC aracıyla ses bariyerini kırdı.
• 14 Ekim 2012'de Felix Baumgartner, herhangi bir motorlu cihazın yardımı olmadan ses duvarını aşan ilk kişi oldu. araç 39 kilometre yükseklikten atlama sırasında serbest düşüşte. Serbest düşüşte saatte 1342,8 kilometre hıza ulaştı.

Ayrıca bakınız

• Termal bariyer (hipersonik uçakların geliştirilmesindeki sorunlar)

Notlar

Bağlantılar

• Havacılık ve Uzay Mühendisliğinin Teorik ve Mühendislik Temelleri.

Wikimedia Vakfı. 2010.

Diğer sözlüklerde “ses bariyerinin” ne olduğunu görün:

Bariyer - Ev ve Kır Evi kategorisindeki tüm geçerli Bariyer indirimleri

SES BARİYERİ, havacılıkta uçuş hızının ses hızının üzerine çıkması durumunda ortaya çıkan zorluklara neden olur (SÜPERSONİK HIZ). Ses hızına yaklaşan uçakta beklenmedik bir sürüklenme artışı ve aerodinamik kaldırma kuvveti kaybı yaşanıyor... ... Bilimsel ve teknik ansiklopedik sözlük

Bir uçağın veya roketin uçuşu sırasında, atmosferde ses altı uçuş hızından ses üstü uçuş hızına geçiş anında meydana gelen bir olay. Uçağın hızı ses hızına (1200 km/saat) yaklaştıkça önündeki havada ince bir bölge belirir. Teknoloji ansiklopedisi

ses duvarı- garso barjeras statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. sonik bariyer ses bariyeri vok. Schallbarriere, f; Schallmauer, öfkeli. ses bariyeri, m pranc. bariyer sonique, f; sınır sonique, f; mur de son, m … Fizikos terminų žodynas

ses duvarı- Garso Barjeras statusas T sritis Energetika apibrėžtis Staigus aerodinamino pasipriešinimo padidėjimas, kai orlaivio greitis tampa garso greičiu (viršijama kritinė Macho skaičiaus verė). Aiškinamas bangų krize dėl staiga padidėjusio… … Işıklandırma ve Markalama Teknolojileri Terminolojileri

Ses bariyeri, bir uçağın veya roketin uçuşu sırasında, atmosferde ses altı uçuş hızından ses üstü uçuş hızına geçiş anında meydana gelen bir olgudur. Uçağın hızı ses hızına (1200 km/saat) yaklaştıkça önündeki havada ince bir bölge belirir ve bu bölgede havanın basıncında ve yoğunluğunda keskin bir artış meydana gelir. Uçan bir uçağın önündeki havanın bu şekilde sıkışmasına şok dalgası denir. Yerde şok dalgasının geçişi, silah sesine benzer şekilde bir patlama olarak algılanıyor. Ses hızını aşan uçak, hava yoğunluğunun arttığı bu alandan sanki onu delip geçiyormuş gibi geçer - ses bariyerini kırar. Uzun zamandır ses duvarını aşmak havacılığın gelişmesinde ciddi bir sorun gibi görünüyordu. Bunu çözmek için, uçak kanadının profilini ve şeklini değiştirmek (inceltildi ve geriye doğru eğildi), gövdenin ön kısmını daha sivri hale getirmek ve uçağı jet motorlarıyla donatmak gerekiyordu. Ses hızı ilk kez 1947'de Charles Yeager tarafından Bell X-1 (ABD) uçağında, Boeing B-29 uçağından fırlatılan sıvı roket motoruyla aşıldı. Rusya'da, 1948'de ses bariyerini aşan ilk kişi, turbojet motorlu deneysel bir La-176 uçağında pilot O.V. Sokolovsky oldu.

Video.

Ses hızı.

Küçük basınç bozukluklarının yayılma hızı (ortama göre). Mükemmel bir gazda (örneğin, havada) ılımlı sıcaklıklar ve basınç) S.z. yayılan küçük bozulmanın doğasına bağlı değildir ve hem farklı frekanslardaki () monokromatik salınımlar hem de zayıf şok dalgaları için aynıdır. Uzayda dikkate alınan noktada mükemmel bir gazda S.z. a yalnızca gazın bileşimine ve mutlak sıcaklığına (T) bağlıdır:
a = (dp/d(())1/2 = ((()p/(())1/2 = ((()RT/(())1/2,
burada dp/d(() - izentropik bir süreç için yoğunluğa göre basıncın türevi, (-) - adyabatik üs, R - evrensel gaz sabiti, (-) - moleküler ağırlık (havada 20,1T1/2 m/s 0 (°)C a = 332 m/s'de).
Fizikokimyasal dönüşümlere sahip bir gazda, örneğin ayrışan bir gazda, S. z. bu süreçlerin bozunum dalgasında nasıl (denge veya dengesizlik) meydana geldiğine bağlı olacaktır. Termodinamik dengede S. z. yalnızca gazın bileşimine, sıcaklığına ve basıncına bağlıdır. Fizikokimyasal süreçler dengesiz bir şekilde gerçekleştiğinde ses dağılımı yani ses dağılımı meydana gelir. sadece ortamın durumuna değil aynı zamanda salınımların frekansına da bağlıdır (). Yüksek frekanslı salınımlar ((tm), ()) - gevşeme süresi) donmuş güneş sisteminden yayılır. aj, düşük frekans ((,) 0) - denge S.z ile. ae ve aj > ae. aj ve ai arasındaki fark genellikle küçüktür (havada T = 6000(°)C ve p = 105 Pa'da yaklaşık %15'tir). Sıvılarda S. z. gazdan önemli ölçüde daha yüksek (suda 1500 m/s)

“Ses bariyeri” tabirini duyduğumuzda ne hayal ederiz? Belirli bir sınır, işitme ve sağlığı ciddi şekilde etkileyebilir. Genellikle ses bariyeri hava sahasının fethi ile ilişkilidir ve

Bu engelin aşılması, kronik hastalıkların, ağrı sendromlarının ve alerjik reaksiyonlar. Bu fikirler doğru mu yoksa yerleşik stereotipleri mi temsil ediyorlar? Bunların gerçek bir temeli var mı? Ses bariyeri nedir? Nasıl ve neden oluşur? Bütün bunlar ve bazı ek nüansların yanı sıra tarihsel gerçekler Bu yazıda bu kavramla neyin ilişkili olduğunu bulmaya çalışacağız.

Bu gizemli bilim aerodinamiktir

Aerodinamik biliminde, harekete eşlik eden olguları açıklamak için tasarlanmıştır.
Uçaklarda “ses bariyeri” diye bir kavram var. Bu, ses hızına yakın veya daha yüksek hızlarda hareket eden süpersonik uçakların veya roketlerin hareketi sırasında meydana gelen bir dizi olaydır.

Şok dalgası nedir?

Bir aracın etrafında süpersonik bir akış akarken, rüzgar tünelinde bir şok dalgası ortaya çıkar. İzleri çıplak gözle dahi görülebilmektedir. Yerde sarı bir çizgiyle ifade edilirler. Şok dalgası konisinin dışında, sarı çizginin önünde yerdeki uçağın sesini bile duyamıyorsunuz. Sesi aşan hızlarda, vücutlar bir şok dalgasına neden olan bir ses akışı akışına maruz kalır. Vücudun şekline göre birden fazla olabilir.

Şok dalgası dönüşümü

Bazen şok dalgası olarak da adlandırılan şok dalgası cephesi oldukça küçük bir kalınlığa sahiptir, bu da akışın özelliklerindeki ani değişiklikleri, vücuda göre hızında bir azalmayı ve buna karşılık gelen bir artışı izlemeyi mümkün kılar. Akıştaki gazın basıncı ve sıcaklığı. Bu durumda kinetik enerji kısmen gazın iç enerjisine dönüşür. Bu değişikliklerin sayısı doğrudan süpersonik akışın hızına bağlıdır. Şok dalgası cihazdan uzaklaştıkça basınç düşüşleri azalır ve şok dalgası ses dalgasına dönüşür. Patlamaya benzeyen karakteristik bir ses duyacak olan dışarıdan bir gözlemciye ulaşabilir. Bunun, uçağın ses bariyerini geride bırakması durumunda cihazın ses hızına ulaştığını gösterdiği yönünde bir görüş var.

Gerçekten neler oluyor?

Pratikte ses bariyerinin kırılma anı olarak adlandırılan an, uçak motorlarının artan kükremesiyle birlikte bir şok dalgasının geçişini temsil ediyor. Artık cihaz eşlik eden sesin önündedir, dolayısıyla motorun uğultusu ondan sonra duyulacaktır. Ses hızına yaklaşmak İkinci Dünya Savaşı sırasında mümkün oldu, ancak aynı zamanda pilotlar uçağın işleyişindeki endişe verici sinyalleri fark etti.

Savaşın sona ermesinin ardından birçok uçak tasarımcısı ve pilot, ses hızına ulaşıp ses bariyerini aşmaya çalıştı ancak bu girişimlerin çoğu trajik bir şekilde sona erdi. Karamsar bilim insanları ise bu sınırın aşılamayacağını savundu. Hiçbir şekilde deneysel değil, bilimsel olarak “ses bariyeri” kavramının doğasını açıklamak ve bunu aşmanın yollarını bulmak mümkün oldu.

Oluşumu uçağın aerodinamik parametrelerine ve uçuş yüksekliğine bağlı olan dalga krizinden kaçınılmasıyla transonik ve süpersonik hızlarda güvenli uçuşlar mümkündür. Bir hız seviyesinden diğerine geçişler, dalga kriz bölgesinde uzun bir uçuştan kaçınmaya yardımcı olacak art yakıcı kullanılarak mümkün olduğunca hızlı yapılmalıdır. Dalga krizi kavram olarak su taşımacılığından kaynaklandı. Gemilerin su yüzeyindeki dalgaların hızına yakın bir hızda hareket etmesiyle ortaya çıktı. Dalga krizine girmek hızı arttırmada zorluk gerektirir ve dalga krizini olabildiğince basit bir şekilde aşabilirseniz, su yüzeyinde kayma veya kayma moduna girebilirsiniz.

Uçak kontrolünde tarih

Deneysel bir uçakta süpersonik uçuş hızına ulaşan ilk kişi Amerikalı pilot Chuck Yeager'dı. Başarısı 14 Ekim 1947'de tarihe geçti. SSCB topraklarında, ses bariyeri 26 Aralık 1948'de deneyimli bir savaşçıyı uçuran Sokolovsky ve Fedorov tarafından kırıldı.

Siviller arasında yolcu uçağı Douglas DC-8, 21 Ağustos 1961'de 1.012 Mach, yani 1262 km/saat hıza ulaşan ses bariyerini aştı. Uçuşun amacı kanat tasarımı için veri toplamaktı. Uçaklar arasında dünya rekoru, hizmette olan hipersonik havadan yere aerobalistik füze tarafından kırıldı. Rus Ordusu. Roket 31,2 kilometre yükseklikte 6389 km/saat hıza ulaştı.

İngiliz Andy Green, havadaki ses duvarını aştıktan 50 yıl sonra benzer bir başarıya otomobilde ulaştı. Amerikalı Joe Kittinger, 31,5 kilometre yüksekliğe ulaşarak serbest düşüş rekorunu kırmaya çalıştı. Bugün, 14 Ekim 2012'de Felix Baumgartner, ulaşımın yardımı olmadan 39 kilometre yükseklikten serbest düşüşle ses duvarını aşarak bir dünya rekoru kırdı. Hızı saatte 1342,8 kilometreye ulaştı.

Ses bariyerinin en sıradışı kırılması

Düşünmek tuhaf ama dünyada bu sınırı aşan ilk icat, neredeyse 7 bin yıl önce eski Çinlilerin icat ettiği sıradan kırbaçtı. Neredeyse 1927'de şipşak fotoğrafçılığın icadına kadar kimse kırbaç şaklamasının minyatür bir ses patlaması olduğundan şüphelenmemişti. Keskin bir salınım bir döngü oluşturur ve hız keskin bir şekilde artar, bu da tıklamayla onaylanır. Yaklaşık 1200 km/saat hızla ses bariyeri kırılıyor.

En gürültülü şehrin gizemi

Küçük kasaba sakinlerinin başkenti ilk kez gördüklerinde şok olmaları şaşırtıcı değil. Ulaşım imkanlarının çokluğu, yüzlerce restoran ve eğlence merkezi kafanızı karıştırır ve tedirgin eder. Başkentte baharın başlangıcı genellikle asi, kar fırtınalı Mart ayından ziyade Nisan ayına tarihlenir. Nisan ayında gökyüzü açık, dereler akıyor ve tomurcuklar açıyor. Uzun kıştan yorulan insanlar pencerelerini güneşe doğru sonuna kadar açıyor, sokak gürültüsü evlerine kadar geliyor. Sokakta kuşlar sağır edici bir şekilde cıvıldıyor, sanatçılar şarkı söylüyor, neşeli öğrenciler şiir okuyor, trafik sıkışıklığı ve metrodaki gürültüden bahsetmiyorum bile. Hijyen departmanı çalışanları gürültülü bir şehirde uzun süre kalmanın sağlığa zararlı olduğunu belirtiyor. Başkentin sağlam arka planı ulaşım,
havacılık, endüstriyel ve ev gürültüsü. Uçaklar oldukça yüksekten uçtuğu ve işletmelerden gelen gürültü binaların içinde dağıldığı için en zararlı olanı araba gürültüsüdür. Özellikle yoğun otoyollarda arabaların sürekli kükremesi, izin verilen tüm standartları iki kat daha fazla aşıyor. Sermaye ses bariyerini nasıl aşıyor? Moskova çok sayıda ses nedeniyle tehlikelidir, bu nedenle başkentin sakinleri gürültüyü bastırmak için çift camlı pencereler yerleştirmektedir.

Ses bariyeri nasıl aşılır?

1947 yılına kadar sesten hızlı uçan bir uçağın kokpitinde bulunan bir kişinin sağlık durumu hakkında gerçek bir veri bulunmuyordu. Görünen o ki, ses duvarını aşmak belli bir güç ve cesaret gerektiriyor. Uçuş sırasında hayatta kalma garantisinin olmadığı ortaya çıkıyor. Profesyonel bir pilot bile uçağın tasarımının hava koşullarından gelebilecek bir saldırıya dayanıp dayanamayacağından emin olamaz. Birkaç dakika içinde uçak kolayca parçalanabilir. Bunu ne açıklıyor? Ses altı hızdaki hareketin, düşen bir taştan daireler gibi yayılan akustik dalgalar oluşturduğuna dikkat edilmelidir. Süpersonik hız şok dalgalarını harekete geçirir ve yerde duran kişi patlamaya benzer bir ses duyar. Güçlü olmadan bilgisayarlar karmaşık olanları çözmek zordu ve rüzgar tünellerinde üfleme modellerine güvenmek gerekiyordu. Bazen uçağın ivmesi yetersiz kaldığında şok dalgası öyle bir kuvvete ulaşıyor ki, uçağın üzerinden uçtuğu evlerin pencereleri dışarı fırlıyor. Herkes ses bariyerini aşamaz çünkü şu anda tüm yapı sallanıyor ve cihazın montaj parçaları ciddi hasar alabiliyor. Pilotlar için sağlık ve duygusal istikrarın bu kadar önemli olmasının nedeni budur. Uçuş sorunsuz geçerse ve ses bariyeri mümkün olduğu kadar çabuk aşılırsa, ne pilot ne de olası yolcular herhangi bir rahatsızlık hissetmeyecektir. Ses bariyerini aşmak için özel olarak bir araştırma tesisi inşa edildi. uçak Ocak 1946'da. Makinenin oluşturulması Savunma Bakanlığı'nın emriyle başlatıldı, ancak silahlar yerine mekanizmaların ve aletlerin çalışma modunu izleyen bilimsel ekipmanlarla dolduruldu. Bu uçak, yerleşik roket motoruna sahip modern bir seyir füzesi gibiydi. Uçak ses bariyerini aştı azami hız 2736 km/saat.

Ses hızını fethetmeye yönelik sözlü ve maddi anıtlar

Ses duvarını aşma konusundaki başarılar bugün hala oldukça değerlidir. Böylece Chuck Yeager'in onu ilk kez aştığı uçak şimdi sergileniyor. Ulusal müze Washington'da bulunan Havacılık ve Uzay Bilimleri. Ancak bu insan icadının teknik parametrelerinin, pilotun kendisinin erdemleri olmasaydı pek bir değeri olmazdı. Chuck Yeager uçuş okulunu bitirdi ve Avrupa'da savaştı, ardından İngiltere'ye döndü. Uçmaktan haksız yere dışlanma Yeager'in ruhunu kırmadı ve Avrupa birliklerinin başkomutanıyla bir resepsiyona ulaştı. Savaşın sonuna kadar kalan yıllarda Yeager, 64 savaş görevinde yer aldı ve bu sırada 13 uçağı düşürdü. Chuck Yeager kaptan rütbesiyle memleketine döndü. Özellikleri olağanüstü sezgiyi, inanılmaz soğukkanlılığı ve kritik durumlarda dayanıklılığı gösterir. Yeager birden fazla kez uçağında rekorlar kırdı. Daha sonraki kariyeri, pilotları eğittiği Hava Kuvvetleri birimlerindeydi. Chuck Yeager ses duvarını en son kırdığında 74 yaşındaydı, bu da uçuş tarihinin ellinci yıl dönümüydü ve 1997 yılındaydı.

Uçak yaratıcılarının karmaşık görevleri

Dünyaca ünlü MiG-15 uçağı, geliştiricilerin yalnızca ses bariyerini aşmaya güvenmenin imkansız olduğunu, ancak karmaşık teknik sorunların çözülmesi gerektiğini anladıkları anda yaratılmaya başlandı. Sonuç olarak, o kadar başarılı bir makine yaratıldı ki, modifikasyonları hizmete girdi Farklı ülkeler. Birkaç farklı tasarım bürosu bir tür rekabetçi mücadeleye girdi; ödül, en başarılı ve işlevsel uçağın patentiydi. Kanatları açılı uçaklar geliştirildi ve bu, tasarımlarında bir devrimdi. İdeal cihazın güçlü, hızlı ve her türlü dış hasara karşı inanılmaz derecede dayanıklı olması gerekiyordu. Uçakların geniş kanatları, ses hızını üç katına çıkaran bir unsur haline geldi. Daha sonra motor gücündeki artış, yenilikçi malzemelerin kullanımı ve aerodinamik parametrelerin optimizasyonu ile açıklanan artış devam etti. Ses bariyerini aşmak profesyonel olmayan biri için bile mümkün ve gerçek hale geldi, ancak bu onu daha az tehlikeli hale getirmiyor, bu nedenle herhangi bir ekstrem spor tutkunu böyle bir deneye karar vermeden önce güçlü yönlerini mantıklı bir şekilde değerlendirmelidir.