Kuka rikkoi ensimmäisenä äänivallin? Äänivalli ja yliäänilento.

Äänivalli

Äänivalli

Ilmiö, joka tapahtuu ilma-aluksen tai raketin lennon aikana, kun ilmakehässä siirrytään aliäänennopeudesta yliäänenopeuteen. Kun lentokoneen nopeus lähestyy äänen nopeutta (1200 km/h), ilmaan ilmaantuu sen eteen ohut alue, jossa tapahtuu jyrkkä paineen ja ilman tiheyden nousu. Tätä ilman tiivistymistä lentävän lentokoneen edessä kutsutaan shokkiaalloksi. Maan päällä iskuaallon kulku koetaan pamahdukseksi, joka on samanlainen kuin laukauksen ääni. Ylitettyään kone kulkee tämän lisääntyneen ilmantiheyden alueen läpi, ikäänkuin lävistää sen - voittaa äänivalli. Pitkään aikaanäänivallin rikkominen näytti olevan vakava ongelma ilmailun kehityksessä. Sen ratkaisemiseksi jouduttiin muuttamaan lentokoneen siiven profiilia ja muotoa (se tuli ohuemmiksi ja pyyhkäisty takaisin), tehdä rungon etuosasta terävämpi ja varustaa lentokone suihkumoottoreilla. Äänennopeuden ylitti ensimmäisen kerran vuonna 1947 C. Yeager X-1-lentokoneella (USA) nestemäisellä polttoaineella. rakettimoottori, laukaistiin B-29-lentokoneesta. Venäjällä O. V. Sokolovsky mursi äänivallin ensimmäisenä vuonna 1948 kokeellisella La-176-lentokoneella, jossa oli turboriihkumoottori.

Tietosanakirja "Teknologia". - M.: Rosman. 2006 .

Äänivalli

aerodynaamisen vastuksen jyrkkä nousu ilma-alus lennolla Mach-luvut M(∞) ylittävät hieman kriittisen luvun M*. Syynä on se, että lukuihin M(∞) > M* tulee aaltoresistanssin ilmaantuessa. Lentokoneen aaltovastuskerroin kasvaa hyvin nopeasti luvun M kasvaessa alkaen M(∞) = M*.
Saatavuus Z. b. vaikeuttaa äänen nopeutta vastaavan lentonopeuden saavuttamista ja sitä seuraavaa siirtymistä yliääneen. Tätä varten osoittautui välttämättömäksi luoda lentokoneita ohuilla pyyhkäisyillä siiveillä, mikä mahdollisti merkittävästi vastuksen vähentämisen, ja suihkumoottoreita, joissa työntövoima kasvaa nopeuden kasvaessa.
Neuvostoliitossa äänen nopeutta vastaava nopeus saavutettiin ensimmäisen kerran La-176-lentokoneella vuonna 1948.

Ilmailu: Encyclopedia. - M.: Suuri venäläinen tietosanakirja. Päätoimittaja G.P. Svishchev. 1994 .

Katso, mitä "äänivalli" tarkoittaa muissa sanakirjoissa:

Aerodynamiikassa äänieriste on nimi useille ilmiöille, jotka liittyvät ilma-aluksen (esimerkiksi yliäänilentokoneen, raketin) liikkeeseen lähellä äänennopeutta tai sitä suurempia nopeuksia. Sisältö 1 Shokkiaalto, ... ... Wikipedia

ÄÄNIESTE, syy ilmailun vaikeuksiin nostettaessa lentonopeutta yli äänennopeuden (SUPERSONIC SPEED). Lähestyessään äänen nopeutta lentokone kokee odottamattoman vastuksen lisääntymisen ja aerodynaamisen nostovoiman häviämisen... ... Tieteellinen ja tekninen tietosanakirja

äänivalli- garso barjeras statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. äänivalli äänieristys vok. Schallbarriere, f; Schallmauer, f rus. äänieristys, m pranc. Barbare sonique, f; frontière sonique, f; mur de son, m … Fizikos terminų žodynas

äänivalli- garso barjero statusas T ala Energetiikka Määritelmä Staigus aerodinaminio pasipriešinimo padidėjimas, kai orlaivio greitis tampa garso greitis (viršijama kritinė Macho skaičiaus vertė). Aiškinamas bangų krize dėl staigao… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Aerodynaaminen vastus kasvaa jyrkästi, kun lentokoneen lentonopeus lähestyy äänennopeutta (lennon Mach-luvun kriittisen arvon ylittäminen). Syynä on aaltokriisi, johon liittyy aallonvastuksen kasvu. Voittaa 3…… Suuri tietosanakirja polytekninen sanakirja

Äänivalli- ilmanvastuksen jyrkkä nousu ilma-alusten liikkeelle klo. lähestyvät nopeuksia lähellä äänen nopeutta. Voittaminen 3. b. tuli mahdolliseksi lentokoneiden aerodynaamisten muotojen parantamisen ja voimakkaiden... ... Sotilaallisten termien sanasto

äänivalli- äänieristys aerodynaamisen lentokoneen vastuksen jyrkkä nousu lennolla Mach-luvuilla M∞, ylittäen hieman kriittisen luvun M*. Syynä on se, että luvuille M∞ > Tietosanakirja "Aviation"

äänivalli- äänieristys aerodynaamisen lentokoneen vastuksen jyrkkä nousu lennolla Mach-luvuilla M∞, ylittäen hieman kriittisen luvun M*. Syynä on se, että luvuilla M∞ > M* tapahtuu aaltokriisi,... ... Tietosanakirja "Aviation"

- (ranskalainen Barbare etuvartio). 1) portit linnoituksissa. 2) areenoissa ja sirkuksissa on aita, tuki, pylväs, jonka yli hevonen hyppää. 3) merkki, jonka taistelijat saavuttavat kaksintaistelussa. 4) kaiteet, ritilä. Sanakirja vieraita sanoja, sisältyy ... ... Venäjän kielen vieraiden sanojen sanakirja

BARRIER, ah, aviomies. 1. Este (seinätyyppi, poikkipalkki) asetettu polulle (hypyn, juoksun aikana). Ota b. (voittaa se). 2. Aita, aita. B. laatikko, parveke. 3. siirto Este, este sille, mitä n. Luonnollinen joki b. Sille…… Sanakirja Ožegova

Kuvituksen tekijänoikeus SPL

Upeiden valokuvien hävittäjälentokoneista tiheässä vesihöyrykartiossa väitetään usein edustavan äänivallin rikkovaa lentokonetta. Mutta tämä on virhe. Kolumnisti puhuu todellinen syy ilmiö.

Valokuvaajat ja videokuvaajat ovat toistuvasti vangiksineet tämän upean ilmiön. Sotilaskone kulkee maan yli suurella nopeudella, useita satoja kilometrejä tunnissa.

Kun hävittäjä kiihtyy, sen ympärille alkaa muodostua tiheä kondenssivettä; näyttää siltä, ​​että lentokone on tiiviin pilven sisällä.

Tällaisten valokuvien alla olevat mielikuvitukselliset kuvatekstit väittävät usein, että tämä on visuaalinen todiste äänibuumista, kun lentokone saavuttaa yliääninopeuden.

Itse asiassa tämä ei ole totta. Tarkkailemme niin kutsuttua Prandtl-Glauert-ilmiötä - fyysistä ilmiötä, joka syntyy, kun lentokone lähestyy äänen nopeutta. Sillä ei ole mitään tekemistä äänivallin rikkomisen kanssa.

• Muita artikkeleita BBC Future -sivustolla venäjäksi

Lentokoneiden valmistuksen kehittyessä aerodynaamiset muodot virtaviivaistivat ja lentokoneiden nopeus kasvoi tasaisesti - lentokoneet alkoivat tehdä ympärillään olevalla ilmalla asioita, joihin heidän hitaammat ja kookkaammat edeltäjänsä eivät kyenneet.

Salaperäiset shokkiaallot, jotka muodostuvat matalalla lentävien lentokoneiden ympärille niiden lähestyessä ja sitten rikkovat äänivallin, viittaavat siihen, että ilma käyttäytyy oudolla tavalla tällaisilla nopeuksilla.

Mitä nämä salaperäiset kondenssiveden pilvet sitten ovat?

Rod Irwinin, Royal Aeronautical Societyn aerodynamiikkaryhmän puheenjohtajan mukaan olosuhteet, joissa höyrykartio syntyy, edeltävät välittömästi lentokoneen murtaa äänivallin. Tämä ilmiö kuvataan kuitenkin yleensä hieman äänen nopeutta pienemmillä nopeuksilla.

Ilman pintakerrokset ovat tiheämpiä kuin ilmakehä korkealla. Matalalla lentämisessä esiintyy lisääntynyttä kitkaa ja vastusta.

Muuten, lentäjät eivät saa rikkoa äänivallia maan päällä. "Voit ajaa yliääninopeudella valtameren yli, mutta ei kiinteän pinnan yli", Irwin selittää. "Muuten, tämä seikka oli ongelma yliäänilentokoneelle Concordelle - kielto otettiin käyttöön sen jälkeen, kun se oli otettu käyttöön, ja miehistö sai kehittää yliääninopeutta vain veden pinnalla."

Lisäksi on äärimmäisen vaikeaa visuaalisesti rekisteröidä äänipuomi, kun lentokone saavuttaa yliääninopeuden. Sitä ei voi nähdä paljaalla silmällä - vain erikoislaitteiden avulla.

Yliäänenopeuksilla tuulitunneleissa puhallettujen mallien kuvaamiseen käytetään yleensä erikoispeilejä, jotka havaitsevat iskuaallon muodostumisen aiheuttaman valon heijastuksen eron.

Ns. Schlieren-menetelmällä (tai Toepler-menetelmällä) saatuja valokuvia käytetään mallin ympärille muodostuneiden shokkiaaltojen (tai kuten niitä kutsutaan myös shokkiaaltojen) visualisoimiseksi.

Puhalluksen aikana mallien ympärille ei muodostu kondenssivettä, koska tuulitunneleissa käytettävä ilma on esikuivattu.

Vesihöyrykartiot liittyvät shokkiaalloihin (joita on useita), jotka muodostuvat lentokoneen ympärille sen nopeutuessa.

Kun lentokoneen nopeus lähestyy äänen nopeutta (n. 1234 km/h merenpinnan tasolla), ilma-aluksen ympärillä virtaavassa ilmassa syntyy ero paikallisessa paineessa ja lämpötilassa.

Tämän seurauksena ilma menettää kykynsä sitoa kosteutta ja kondensaatiota muodostuu kartion muotoon, esim. tällä videolla.

"Näkyvän höyrykartion aiheuttaa iskuaalto, joka luo paine- ja lämpötilaeron lentokonetta ympäröivään ilmaan", Irwin sanoo.

Monilla useimmilla hyviä kuvia Tämä ilmiö on vangittu Yhdysvaltain laivaston lentokoneilla - ei ole yllättävää, koska lämmin, kostea ilma lähellä meren pintaa pyrkii tekemään Prandtl-Glauert-ilmiöstä voimakkaamman.

Tällaisia ​​temppuja suorittavat usein F/A-18 Hornet -hävittäjäpommittajat, jotka ovat Yhdysvaltojen laivaston ilmailun päälentokonetyyppiset lentokoneet.

Jäsenet lentävät samoilla taisteluajoneuvoilla taitolentojoukkue US Navy Blue Angels suorittaa mestarillisesti liikkeitä, jotka luovat kondensaatiopilven lentokoneen ympärille.

Ilmiön näyttävyyden vuoksi sitä käytetään usein laivaston ilmailun popularisointiin. Lentäjät ohjaavat tarkoituksella meren yli, missä olosuhteet Prandtl-Gloert-ilmiön esiintymiselle ovat optimaaliset, ja lähistöllä päivystävät merivoimien ammattivalokuvaajat - loppujen lopuksi on mahdotonta ottaa selkeää kuvaa lentokoneesta, joka lensi 960 km/h tavallisella älypuhelimella.

Kondensoitumispilvet näyttävät vaikuttavimmilta niin sanotussa transonic-lentotilassa, jolloin ilma virtaa osittain koneen ympärillä yliäänenopeuksilla ja osittain aliäänenopeuksilla.

"Kone ei välttämättä lennä yliääninopeudella, mutta ilma virtaa siiven yläpinnan yli suuremmalla nopeudella kuin alapinnalla, mikä johtaa paikalliseen shokkiaaltoon", Irwin sanoo.

Hänen mukaansa Prandtl-Glauert-ilmiön esiintyminen edellyttää tiettyjä ilmasto-olosuhteita (eli lämmintä ja kosteaa ilmaa), joita kantaja-hävittäjät kohtaavat useammin kuin muut lentokoneet.

Sinun tarvitsee vain pyytää ammattivalokuvaaja palveluun, ja voila! - Koneesi vangittiin upean vesihöyrypilven ympäröimänä, jota monet meistä virheellisesti pitävät merkkinä yliääninopeuden saavuttamisesta.

• Voit lukea sen verkkosivulta

Äänivallin ylitetty :-)...

Ennen kuin alamme puhua aiheesta, tuodaan hieman selvyyttä kysymykseen käsitteiden oikeellisuudesta (mitä pidän :-)). Nykyään kaksi termiä on melko laajassa käytössä: äänivalli Ja yliääninen este. Ne kuulostavat samanlaisilta, mutta eivät silti samalta. Ei kuitenkaan ole mitään järkeä olla erityisen tiukka: pohjimmiltaan ne ovat yksi ja sama asia. Äänivallin määritelmää käyttävät useimmiten ihmiset, jotka ovat enemmän asiantuntevia ja lähempänä ilmailua. Ja toinen määritelmä on yleensä kaikki muut.

Mielestäni fysiikan (ja venäjän kielen :-)) kannalta on oikeampaa sanoa äänivalli. Tässä on yksinkertainen logiikka. Loppujen lopuksi on olemassa käsite äänen nopeudesta, mutta tarkasti ottaen ei ole kiinteää käsitettä yliääninopeudesta. Hieman eteenpäin katsoen sanon, että kun lentokone lentää yliääninopeudella, se on jo ylittänyt tämän esteen, ja kun se ohittaa (ylittää) sen, se ylittää tietyn kynnysnopeuden arvon, joka on yhtä suuri kuin äänen nopeus (eikä ei yliääni).

Jotain sellaista:-). Lisäksi ensimmäistä käsitettä käytetään paljon harvemmin kuin toista. Tämä johtuu ilmeisesti siitä, että sana yliääni kuulostaa eksoottisemmalta ja houkuttelevammalta. Ja yliäänilennolla eksoottisuus on varmasti läsnä ja luonnollisesti houkuttelee monia. Kaikki ihmiset, jotka nauttivat sanoista " yliääninen este"He todella ymmärtävät, mistä on kyse. Olen jo vakuuttunut tästä useammin kuin kerran, katsoessani foorumeita, lukemalla artikkeleita, jopa katsoessani televisiota.

Tämä kysymys on itse asiassa melko monimutkainen fysiikan näkökulmasta. Mutta emme tietenkään vaivaudu monimutkaisuuteen. Yritämme vain, kuten tavallista, selventää tilannetta käyttämällä periaatetta "selittää aerodynamiikka sormillasi" :-).

Joten, esteeseen (ääneen :-))!... Lentokone lennossa, toimii sellaisella elastinen väliaine kuin ilma siitä tulee voimakas lähdeääniaallot. Luulen, että kaikki tietävät mitä ääniaallot ilmassa ovat :-).

Ääniaallot (äänityshaarukka).

Tämä on vuorottelu puristus- ja harventumisalueista, jotka leviävät sisään eri puoliaäänilähteestä. Jotain ympyröitä veden päällä, jotka ovat myös aaltoja (ei vain ääniä :-)). Juuri nämä korvan tärykalvoon vaikuttavat alueet antavat meille mahdollisuuden kuulla kaikki tämän maailman äänet ihmisten kuiskauksista suihkukoneiden huminaan.

Esimerkki ääniaalloista.

Ääniaaltojen etenemispisteet voivat olla lentokoneen eri osia. Esimerkiksi moottori (sen ääni on kaikkien tiedossa :-)) tai kehon osat (esimerkiksi keula), jotka tiivistäen ilmaa eteensä liikkuessaan muodostavat tiettyä tyyppiä paine (puristus) aallot etenevät eteenpäin.

Kaikki nämä ääniaallot etenevät ilmassa meille jo tuntemallamme äänennopeudella. Eli jos kone on ääntä hitaampi ja jopa lentää alhaisella nopeudella, ne näyttävät pakenevan siitä. Tämän seurauksena, kun tällainen lentokone lähestyy, kuulemme ensin sen äänen ja sitten se lentää ohi.

Teen kuitenkin varauksen, että tämä on totta, jos kone ei lennä kovin korkealla. Loppujen lopuksi äänen nopeus ei ole valon nopeus :-). Sen voimakkuus ei ole niin suuri ja ääniaallot tarvitsevat aikaa päästäkseen kuuntelijaan. Siksi äänen esiintymisjärjestys kuuntelijalle ja koneelle, jos se lentää suuri korkeus voi muuttua.

Ja koska ääni ei ole niin nopea, niin oman nopeudensa kasvaessa kone alkaa tavoittaa lähettämänsä aallot. Eli jos hän olisi liikkumaton, aallot eroaisivat hänestä muodossaan samankeskiset ympyrät kuin heitetyn kiven aiheuttamia aaltoja vedessä. Ja koska kone liikkuu, näiden lennon suuntaa vastaavien ympyröiden sektorissa aaltojen (niiden rintamien) rajat alkavat lähestyä toisiaan.

Aliääninen kehon liike.

Vastaavasti ilma-aluksen (sen nenän) ja ensimmäisen (pään) aallon etuosan välinen rako (eli tämä on alue, jossa asteittainen, tietyssä määrin jarrutus tapahtuu ilmainen stream kun kohtaat lentokoneen nenän (siipi, häntä) ja sen seurauksena paineen ja lämpötilan nousu) alkaa supistua ja mitä nopeammin, sitä suurempi lentonopeus.

Tulee hetki, jolloin tämä aukko käytännössä katoaa (tai tulee minimaaliseksi) muuttuen erityiseksi alueeksi nimeltä paineaalto. Tämä tapahtuu, kun lentonopeus saavuttaa äänen nopeuden, eli lentokone liikkuu samalla nopeudella kuin sen lähettämät aallot. Mach-luku on yhtä suuri kuin yksikkö (M=1).

Kehon ääniliike (M=1).

Shokki shokki, on väliaineen hyvin kapea alue (noin 10 -4 mm), jonka läpi kulkiessa ei tapahdu enää asteittaista, vaan jyrkkää (hyppymäistä) muutosta tämän väliaineen parametreissa - nopeus, paine, lämpötila, tiheys. Meidän tapauksessamme nopeus laskee, paine, lämpötila ja tiheys kasvavat. Siitä nimi - shokkiaalto.

Hieman yksinkertaistettuna sanoisin tämän kaikesta tästä. On mahdotonta hidastaa äkillisesti yliäänivirtausta, mutta se on tehtävä, koska ei ole enää mahdollista asteittaista jarrutusta ilma-aluksen nokan edessä olevan virtauksen nopeuteen, kuten kohtalaisilla aliäänenopeuksilla. Se näyttää törmäävän aliäänijaksoon lentokoneen nokan (tai siiven kärjen) edessä ja romahtaa kapeaksi hyppyksi siirtäen siihen sen suuren liikeenergian.

Muuten, voimme sanoa päinvastoin: kone siirtää osan energiastaan ​​iskuaaltojen muodostukseen hidastaakseen yliäänivirtausta.

Yliääninen kehon liike.

Shokkiaallolle on toinen nimi. Liikkuessaan lentokoneen mukana avaruudessa se edustaa olennaisesti edellä mainittujen ympäristöparametrien (eli ilmavirran) jyrkän muutoksen eturintamaa. Ja tämä on shokkiaallon ydin.

Shokki shokki ja shokkiaalto ovat yleensä vastaavia määritelmiä, mutta aerodynamiikassa ensimmäistä käytetään enemmän.

Iskuaalto (tai shokkiaalto) voi olla käytännössä kohtisuorassa lentosuuntaan nähden, jolloin ne ovat avaruudessa suunnilleen ympyrän muotoisia ja niitä kutsutaan suoriksi viivoiksi. Tämä tapahtuu yleensä tiloissa, jotka ovat lähellä M=1.

Kehon liiketilat. ! - aliääniaalto, 2 - M=1, yliääniaalto, 4 - shokkiaalto (iskuaalto).

Numeroissa M > 1 ne sijaitsevat jo kulmassa lentosuuntaan nähden. Eli kone ylittää jo oman äänensä. Tässä tapauksessa niitä kutsutaan vinoiksi ja avaruudessa ne ottavat kartion muodon, jota muuten kutsutaan Mach-kartioksi, joka on nimetty yliäänivirtauksia tutkineen tiedemiehen mukaan (mainitsi hänet yhdessä niistä).

Machin kartio.

Tämän kartion muoto (niin sanotusti sen "ohuus") riippuu täsmälleen luvusta M ja liittyy siihen suhteella: M = 1/sin α, missä α on kartion akselin ja sen akselin välinen kulma. generatrix. Ja kartiomainen pinta koskettaa kaikkien ääniaaltojen etupintoja, joiden lähde oli kone ja jonka se "ohisti" saavuttaen yliääninopeuden.

sitä paitsi shokkiaallot voi myös olla liitteenä, kun ne ovat yliääninopeudella liikkuvan tai poispäin liikkuvan kappaleen pinnan vieressä, jos ne eivät ole kosketuksessa kehon kanssa.

Iskuaaltojen tyypit yliäänivirran aikana erimuotoisten kappaleiden ympärillä.

Yleensä iskut kiinnittyvät, jos yliäänivirtaus virtaa minkä tahansa terävän pinnan ympäri. Esimerkiksi lentokoneessa tämä voi olla terävä nenä, korkeapaineinen ilmanottoaukko tai ilmanottoaukon terävä reuna. Samalla sanotaan "hyppy istuu", esimerkiksi nenässä.

Ja irronnut isku voi tapahtua, kun se virtaa pyöristetyillä pinnoilla, esimerkiksi siiven paksun kantosiipin pyöristetyn etureunan ympäri.

Lentokoneen rungon eri osat luovat melko monimutkaisen iskuaaltojärjestelmän lennon aikana. Voimakkaimmat niistä ovat kuitenkin kaksi. Yksi on pää yksi keula ja toinen on häntä yksi häntä elementtejä. Jollakin etäisyydellä lentokoneesta väliiskut joko ottavat kiinni pään ja sulautuvat siihen tai häntä saa kiinni ne.

Iskuiskut mallilentokoneen puhdistuksen aikana tuulitunnelissa (M=2).

Tämän seurauksena jäljelle jää kaksi hyppyä, jotka maallinen tarkkailija näkee yleensä yhdeksi, koska lentokone on pieni koko verrattuna lentokorkeuteen ja vastaavasti niiden välinen lyhyt aika.

Iskuaallon (iskuaallon) intensiteetti (toisin sanoen energia) riippuu useista parametreista (lentokoneen nopeus, sen suunnitteluominaisuudet, ympäristöolosuhteet jne.) ja sen määrää sen etuosan painehäviö.

Iskuaallon siirtyessä poispäin Mach-kartion huipulta, eli lentokoneesta häiriölähteenä, se heikkenee ja muuttuu vähitellen normaaliksi. ääniaalto ja lopulta katoaa kokonaan.

Ja millä intensiteetillä se tulee olemaan paineaalto(tai shokkiaallon) maan saavuttaminen riippuu vaikutuksesta, jonka se voi tuottaa siellä. Ei ole mikään salaisuus, että tunnettu Concorde lensi yliääninopeudella vain Atlantin yli ja armeija yliäänilentokoneita mene yliääneen korkeilla korkeuksilla tai alueilla, joilla ei ole asuttuja alueita (mukaan vähintään Näyttää siltä, ​​​​että heidän pitäisi tehdä se :-)).

Nämä rajoitukset ovat erittäin perusteltuja. Minulle esimerkiksi itse shokkiaallon määritelmä liittyy räjähdykseen. Ja asiat, joita riittävän voimakas iskuaalto voi tehdä, voivat hyvinkin vastata sitä. Ainakin lasit ikkunoista lentävät helposti ulos. Tästä on runsaasti todisteita (etenkin historiassa Neuvostoliiton ilmailu, kun niitä oli melko paljon ja lennot olivat intensiivisiä). Mutta voit tehdä pahempiakin asioita. Sinun täytyy vain lentää alemmas :-)…

Suurin osa shokkiaalloista jää jäljelle, kun ne saavuttavat maan, ei kuitenkaan ole enää vaarallista. Vain maassa oleva ulkopuolinen tarkkailija voi kuulla pauhun tai räjähdyksen kaltaisen äänen. Tähän tosiasiaan liittyy yksi yleinen ja melko jatkuva väärinkäsitys.

Ihmiset, jotka eivät ole liian kokeneet ilmailutieteessä, kuullessaan tällaisen äänen, sanovat, että kone voitti äänivalli (yliääninen este). Itse asiassa tämä ei ole totta. Tällä väitteellä ei ole mitään tekemistä todellisuuden kanssa ainakin kahdesta syystä.

Shokkiaalto (iskuaalto).

Ensinnäkin, jos maassa oleva ihminen kuulee kovaa pauketta korkealla taivaalla, tämä tarkoittaa vain (toistan :-)), että hänen korvansa ovat saavuttaneet shokkiaaltorintama(tai paineaalto) jonnekin lentävästä lentokoneesta. Tämä kone lentää jo yliääninopeudella, eikä ole juuri siirtynyt siihen.

Ja jos tämä sama henkilö voisi yhtäkkiä löytää itsensä useita kilometrejä koneen edellä, hän kuulisi uudelleen saman äänen samasta koneesta, koska hän altistuisi samalle koneen mukana liikkuvalle iskuaaltolle.

Se liikkuu yliääninopeudella ja lähestyy siksi äänettömästi. Ja kun se on vaikuttanut ei aina miellyttävästi tärykalvoihin (hyvää, kun vain niillä :-)) ja mennyt turvallisesti ohi, kuuluu käynnissä olevien moottoreiden huminaa.

Lentokoneen likimääräinen lentokuvio klo erilaisia ​​merkityksiä M numerot Saab 35 "Draken" -hävittäjän esimerkin mukaisesti. Valitettavasti kieli on saksa, mutta järjestelmä on yleisesti ottaen selvä.

Lisäksi itse siirtymiseen yliääniseen ääneen ei liity kertaluonteisia "puomeja", ponnahduksia, räjähdyksiä jne. Nykyaikaisessa yliäänilentokoneessa lentäjä oppii useimmiten tällaisesta siirtymisestä vain instrumenttien lukemista. Tässä tapauksessa kuitenkin tapahtuu tietty prosessi, mutta jos tiettyjä pilotointisääntöjä noudatetaan, se on hänelle käytännössä näkymätön.

Mutta ei siinä vielä kaikki :-). Kerron lisää. jonkin konkreettisen, raskaan, vaikeasti ylitettävän esteen muodossa, jonka päällä kone lepää ja joka pitää "lävistää" (sellaisia ​​tuomioita olen kuullut :-)) ei ole olemassa.

Tarkkaan ottaen ei ole mitään estettä. Olipa kerran, ilmailun suurten nopeuksien kehityksen kynnyksellä, tämä käsite muodostui pikemminkin psykologisena uskomuksena yliäänenopeuteen siirtymisen ja sen mukaan lentämisen vaikeudesta. Oli jopa väitteitä, että tämä oli yleensä mahdotonta, varsinkin kun edellytykset sellaisille uskomuksille ja lausumille olivat varsin erityiset.

Ensimmäiset asiat kuitenkin ensin...

Aerodynamiikassa on toinen termi, joka kuvaa melko tarkasti vuorovaikutusprosessia tässä virtauksessa liikkuvan ja yliääneen menevän kehon ilmavirran kanssa. Tämä aaltokriisi. Hän tekee joitain huonoja asioita, jotka perinteisesti yhdistetään käsitteeseen äänivalli.

Eli jotain kriisistä :-). Jokainen lentokone koostuu osista, joiden ympärillä oleva ilmavirta lennon aikana ei välttämättä ole sama. Otetaan esimerkiksi siipi tai pikemminkin tavallinen klassikko aliääninen profiili.

Perustiedon perusteella, miten nosto syntyy, tiedämme hyvin, että virtausnopeus profiilin ylemmän kaarevan pinnan viereisessä kerroksessa on erilainen. Jos profiili on kuperampi, se on suurempi kuin kokonaisvirtausnopeus, sitten kun profiili on litistetty, se pienenee.

Kun siipi liikkuu virtauksessa lähellä äänen nopeutta, voi tulla hetki, jolloin esimerkiksi sellaisella kuperalla alueella ilmakerroksen nopeus, joka on jo suurempi kuin virtauksen kokonaisnopeus, muuttuu. ääni ja jopa yliääni.

Paikallinen shokkiaalto, joka esiintyy transonikissa aaltokriisin aikana.

Edelleen profiilia pitkin tämä nopeus pienenee ja muuttuu jossain vaiheessa taas aliääninopeudeksi. Mutta kuten edellä totesimme, yliäänivirtaus ei voi nopeasti hidastua, joten sen ilmaantuminen paineaalto.

Tällaisia ​​iskuja esiintyy virtaviivaisten pintojen eri alueilla, ja ne ovat aluksi melko heikkoja, mutta niiden määrä voi olla suuri, ja yleisen virtausnopeuden kasvaessa yliäänivyöhykkeet kasvavat, iskut "vahvistuvat" ja siirtyvät profiilin takareuna. Myöhemmin samat iskuaallot ilmaantuvat profiilin alapinnalle.

Täysi yliäänivirtaus siipiprofiilin ympärillä.

Mitä tämä kaikki tarkoittaa? Tässä on mitä. Ensimmäinen– Tämä on merkittävää aerodynaamisen vastuksen kasvu transonisella nopeusalueella (noin M = 1, enemmän tai vähemmän). Tämä vastus kasvaa yhden sen komponentin jyrkän kasvun vuoksi - aallon vastus. Sama asia, jota emme aiemmin ottaneet huomioon harkitessamme lentoja aliäänenopeuksilla.

Lukuisten shokkiaaltojen (tai shokkiaaltojen) muodostamiseksi yliäänivirran hidastuessa, kuten edellä sanoin, energiaa hukkaan, ja se otetaan lentokoneen liikkeen kineettisestä energiasta. Eli kone yksinkertaisesti hidastaa (ja erittäin selvästi!). Sitä se on aallon vastus.

Lisäksi shokkiaallot, jotka johtuvat niissä olevan virtauksen jyrkästä hidastumisesta, myötävaikuttavat rajakerroksen erottumiseen itsensä takana ja sen muuttumiseen laminaarisesta turbulenttiseksi. Tämä lisää entisestään aerodynaamista vastusta.

Profiilin turpoaminen eri Mach-luvuilla Iskuiskut, paikalliset yliäänivyöhykkeet, turbulenttiset vyöhykkeet.

Toinen. Koska siipiprofiiliin ilmestyy paikallisia yliäänivyöhykkeitä ja ne siirtyvät edelleen profiilin takaosaan virtausnopeuden noustessa ja siten profiilin paineen jakautumiskuvion muuttamisessa, aerodynaamisten voimien kohdistamiskohta (keskus paineesta) siirtyy myös takareunaan. Tämän seurauksena se näkyy sukellushetki suhteessa lentokoneen massakeskipisteeseen, jolloin se laskee nokkaa.

Mihin tämä kaikki johtaa... Melko jyrkän aerodynaamisen vastuksen lisääntymisen vuoksi lentokone vaatii tuntuvaa moottorin tehoreservi voittamaan transonisen vyöhykkeen ja saavuttamaan niin sanotusti todellisen yliäänen.

Aerodynaamisen vastuksen jyrkkä kasvu transonikissa (aaltokriisi) aaltovastuksen lisääntymisen vuoksi. Сd - vastuskerroin.

Edelleen. Sukellushetken esiintymisen vuoksi kaltevuuden hallinnassa syntyy vaikeuksia. Lisäksi paikallisten yliäänialueiden syntymiseen liittyvien prosessien epätasaisuuksien vuoksi, joissa on shokkiaaltoja, hallinnasta tulee vaikeaa. Esimerkiksi rullassa, johtuen erilaisista prosesseista vasemmalla ja oikealla tasolla.

Lisäksi esiintyy tärinää, joka on usein melko voimakasta paikallisen turbulenssin vuoksi.

Yleensä täydellinen joukko nautintoja, joita kutsutaan aaltokriisi. Mutta totuus on, että ne kaikki tapahtuvat (oli, betoni :-)) käytettäessä tyypillisiä ääntä hitaampia lentokoneita (jossa on paksu suora siipiprofiili) yliäänenopeuksien saavuttamiseksi.

Aluksi, kun tietoa ei ollut vielä tarpeeksi eikä yliääneen pääsemisen prosesseja tutkittu kattavasti, juuri tätä joukkoa pidettiin melkein kohtalokkaasti ylitsepääsemättömänä ja sitä kutsuttiin ns. äänivalli(tai yliääninen este, jos haluat:-)).

On tapahtunut monia traagisia tapauksia, kun on yritetty ylittää äänen nopeus perinteisillä mäntäkoneilla. Voimakas tärinä johti joskus rakenteellisiin vaurioihin. Koneilla ei ollut tarpeeksi tehoa vaadittuun kiihtyvyyteen. Vaakalennossa se oli mahdotonta vaikutuksen vuoksi, joka on luonteeltaan sama kuin aaltokriisi.

Siksi kiihdyttämiseen käytettiin sukellusta. Mutta se olisi voinut olla kohtalokasta. Aaltokriisin aikana ilmaantunut sukellushetki pitkitti sukellusta, ja toisinaan siitä ei ollut ulospääsyä. Loppujen lopuksi hallinnan palauttamiseksi ja aaltokriisin poistamiseksi oli tarpeen vähentää nopeutta. Mutta tämän tekeminen sukelluksessa on erittäin vaikeaa (ellei mahdotonta).

Sukellukseen vetäytymistä vaakalennosta pidetään yhtenä tärkeimmistä syistä nestemäisellä rakettimoottorilla varustetun kuuluisan kokeellisen hävittäjä BI-1:n katastrofiin Neuvostoliitossa 27. toukokuuta 1943. Testit suoritettiin suurin nopeus lennon, ja suunnittelijoiden arvioiden mukaan saavutettu nopeus oli yli 800 km/h. Tämän jälkeen sukelluksessa oli viive, josta kone ei toipunut.

Kokeellinen hävittäjä BI-1.

Meidän ajassamme aaltokriisi on jo melko hyvin tutkittu ja voitettava äänivalli(tarvittaessa :-)) ei ole vaikeaa. Lentokoneissa, jotka on suunniteltu lentämään melko suurilla nopeuksilla, sovelletaan tiettyjä suunnitteluratkaisuja ja rajoituksia lentotoiminnan helpottamiseksi.

Kuten tiedetään, aaltokriisi alkaa M numerosta lähellä yhtä. Siksi melkein kaikilla aliäänilentokoneilla (etenkin matkustajilla) on lento raja M:n lukumäärälle. Yleensä se on alueella 0,8-0,9M. Ohjaajaa kehotetaan valvomaan tätä. Lisäksi monilla lentokoneilla, kun rajataso saavutetaan, jonka jälkeen lentonopeutta on laskettava.

Lähes kaikilla vähintään 800 km/h ja sitä suuremmilla nopeuksilla lentävillä koneilla on pyyhkäisty siipi(ainakin etureunaa pitkin :-)). Sen avulla voit viivyttää hyökkäyksen alkamista aaltokriisi nopeuksille, jotka vastaavat M=0,85-0,95.

Pyyhkäisy siipi. Perustoiminto.

Syy tähän vaikutukseen voidaan selittää hyvin yksinkertaisesti. Suorassa siivessä ilmavirta nopeudella V lähestyy lähes suorassa kulmassa ja pyyhkäisykulmassa (pyyhkäisykulma χ) tietyssä liukukulmassa β. Nopeus V voidaan vektoriaalisesti jakaa kahteen virtaan: Vτ ja Vn.

Virtaus Vτ ei vaikuta siiven paineen jakautumiseen, mutta virtaus Vn vaikuttaa, mikä määrittää tarkasti siiven kantavuusominaisuudet. Ja se on selvästi pienempi kokonaisvirtauksen V suuruusluokkaa. Siksi pyyhkäisyllä siivellä aaltokriisin alkaminen ja nousu aallon vastus tapahtuu huomattavasti myöhemmin kuin suorassa siivessä samalla vapaavirtausnopeudella.

Kokeellinen hävittäjä E-2A (MIG-21:n edeltäjä). Tyypillinen pyyhkäisy siipi.

Yksi pyyhkäisyn siiven muunnelmista oli siipi ylikriittinen profiili(mainitsi hänet). Se mahdollistaa myös aaltokriisin alkamisen siirtämisen suurempiin nopeuksiin, ja lisäksi se mahdollistaa matkustajalentokoneille tärkeää tehokkuuden lisäämisen.

SuperJet 100. Pyyhkäisy siipi ylikriittisellä profiililla.

Jos kone on tarkoitettu kauttakulkuun äänivalli(syöttämällä ja aaltokriisi myös :-)) ja yliäänilento, se eroaa yleensä aina tietyiltä suunnitteluominaisuuksilta. Erityisesti sillä on yleensä ohut siipiprofiili ja emennage terävillä reunoilla(mukaan lukien vinoneliön muotoinen tai kolmiomainen) ja tietyn siiven muoto (esimerkiksi kolmion tai puolisuunnikkaan muotoinen ylivuotolla jne.).

Supersonic MIG-21. Seuraaja E-2A. Tyypillinen delta-siipi.

MIG-25. Esimerkki tyypillisestä lentokoneesta, joka on suunniteltu yliäänilentoihin. Ohuet siipi- ja häntäprofiilit, terävät reunat. Puolisuunnikkaan muotoinen siipi. profiili

Sananlaskun ohittaminen äänivalli, eli tällaiset lentokoneet siirtyvät yliäänenopeuteen moottorin jälkipolttimen toiminta aerodynaamisen vastuksen lisääntymisen vuoksi ja tietysti nopean alueen läpi kulkemiseksi aaltokriisi. Ja juuri tämän siirtymän hetkeä ei useimmiten tunne millään tavalla (toistan :-)) lentäjä (hän ​​saattaa vain kokea äänenpainetason laskun ohjaamossa) tai ulkopuolinen tarkkailija, jos Tietysti hän saattoi tarkkailla sitä :-).

Tässä on kuitenkin syytä mainita vielä yksi ulkopuolisiin tarkkailijoihin liittyvä väärinkäsitys. Varmasti monet ovat nähneet tällaisia ​​valokuvia, joiden kuvatekstien alla sanotaan, että tämä on hetki, jolloin kone voittaa äänivalli niin sanotusti visuaalisesti.

Prandtl-Gloert-efekti. Ei sisällä äänivallin rikkomista.

Ensinnäkin, tiedämme jo, että sinänsä äänisulkua ei ole, eikä itse siirtymiseen yliääneen liity mitään poikkeuksellista (mukaan lukien pamaus tai räjähdys).

toiseksi. Se, mitä näimme kuvassa, on ns Prandtl-Gloert-efekti. Olen jo kirjoittanut hänestä. Se ei liity mitenkään suoraan siirtymiseen yliääneen. On vain niin, että suurilla nopeuksilla (muuten aliääni :-)) kone, joka siirtää tietyn ilmamassan eteensä, luo tietyn määrän ilmaa taakseen harvinainen alue. Välittömästi lennon jälkeen tämä alue alkaa täyttyä ilmalla läheisestä luonnontilasta. tilavuuden kasvu ja jyrkkä lämpötilan lasku.

Jos ilman kosteus riittävä ja lämpötila laskee alle ympäröivän ilman kastepisteen kosteuden tiivistymistä vesihöyrystä sumun muodossa, jonka näemme. Heti kun olosuhteet palautuvat alkuperäiselle tasolle, tämä sumu katoaa välittömästi. Tämä koko prosessi on melko lyhytikäinen.

Tätä prosessia suurilla transonisilla nopeuksilla voidaan helpottaa paikallisilla shokkiaallot Minä, joskus autan muodostamaan jotain lempeän kartion tason ympärille.

Suuret nopeudet suosivat tätä ilmiötä, mutta jos ilmankosteus on riittävä, se voi (ja tapahtuu) tapahtua melko alhaisilla nopeuksilla. Esimerkiksi säiliöiden pinnan yläpuolella. Suurin osa muuten kauniita kuvia tämän tyyppiset tehtiin lentotukialuksella eli melko kosteassa ilmassa.

Näin se toimii. Kuvamateriaali on tietysti siistiä, spektaakkeli on mahtava :-), mutta tämä ei ole ollenkaan se, mitä sitä useimmiten kutsutaan. mitään tekemistä sen kanssa (ja yliääninen este Sama:-)). Ja tämä on mielestäni hyvä, muuten tällaisen valokuvan ja videon ottavat tarkkailijat eivät ehkä olisi iloisia. Paineaalto, Tiedätkö:-)…

Yhteenvetona voidaan todeta, että on yksi video (olen jo käyttänyt sitä aiemmin), jonka kirjoittajat osoittavat paineaallon vaikutuksen alhaisella korkeudella yliääninopeudella lentävän lentokoneen vaikutuksesta. Tietty liioittelua tuossa on tietysti :-), mutta yleinen käytäntö ymmärrettävää. Ja jälleen vaikuttava :-)…

Siinä kaikki tältä päivältä. Kiitos, että luit artikkelin loppuun :-). Ensi kertaan...

Valokuvat ovat klikattavia.

Oletko kuullut kovaa ääntä kuin räjähdys, kun suihkukone lentää pään yläpuolella? Tämä ääni kuuluu, kun lentokone rikkoo äänivallin. Mikä on äänieristys ja miksi lentokoneesta kuuluu tällaista ääntä?

Kuten tiedät, ääni kulkee tietyllä nopeudella. Nopeus riippuu korkeudesta. Merenpinnalla äänen nopeus on noin 1220 kilometriä tunnissa ja 11 000 metrin korkeudessa 1060 kilometriä tunnissa. Kun lentokone lentää lähellä äänennopeutta, siihen kohdistuu tiettyjä rasituksia. Kun se lentää normaalilla (alääninopeudella), koneen etuosa työntää eteensä paineaallon. Tämä aalto kulkee äänen nopeudella.

Paineaallon aiheuttaa ilmahiukkasten kerääntyminen lentokoneen liikkuessa eteenpäin. Aalto liikkuu konetta nopeammin, kun kone lentää aliäänenopeuksilla. Ja seurauksena käy ilmi, että ilma kulkee esteettömästi lentokoneen siipien pintojen yli.

Katsotaan nyt lentokonetta, joka lentää äänen nopeudella. Koneen edessä ei ole paineaaltoa. Sen sijaan tapahtuu, että siiven eteen muodostuu paineaalto (koska lentokone ja paineaalto liikkuvat samalla nopeudella).

Nyt muodostuu shokkiaalto, joka aiheuttaa raskaita kuormia lentokoneen siivessä. Ilmaisu "äänisulku" juontaa juurensa ennen kuin lentokoneet pystyivät lentämään äänen nopeudella - ja sen uskottiin kuvaavan rasituksia, joita lentokone kokisi näillä nopeuksilla. Tätä pidettiin "esteenä".

Mutta äänen nopeus ei ole este ollenkaan! Insinöörit ja lentokonesuunnittelijat voittivat uusien kuormien ongelman. Ja vanhoista näkemyksistä meillä on jäljellä vain se, että törmäyksen aiheuttaa shokkiaalto, kun kone lentää yliäänenopeuksilla.

Termi "äänisulku" kuvaa harhaanjohtavasti olosuhteita, jotka syntyvät, kun lentokone kulkee tietyllä nopeudella. Voisi ajatella, että kun kone saavuttaa äänennopeuden, jotain "esteen" kaltaista ilmaantuu - mutta mitään sellaista ei tapahdu!

Ymmärtääksesi kaiken tämän, harkitse lentokonetta, joka lentää alhaisella, normaalilla nopeudella. Kun lentokone liikkuu eteenpäin, ilma-aluksen eteen muodostuu puristusaalto. Sen muodostaa eteenpäin liikkuva lentokone, joka puristaa ilmahiukkasia.

Tämä aalto liikkuu lentokoneen edellä äänen nopeudella. Ja sen nopeus on suurempi kuin lentokoneen nopeus, joka, kuten olemme jo sanoneet, lentää alhaisella nopeudella. Liikkuessaan koneen edellä tämä aalto pakottaa ilmavirrat virtaamaan koneen tason ympäri.

Kuvittele nyt, että kone lentää äänen nopeudella. Puristusaaltoja ei muodostu tason eteen, koska sekä tason että aaltojen nopeus on sama. Siksi aalto muodostuu siipien eteen.

Tämän seurauksena ilmaantuu shokkiaalto, joka aiheuttaa suuria kuormia lentokoneen siipille. Ennen kuin lentokoneet saavuttivat ääniesteen ja ylittivät sen, uskottiin, että tällaiset shokkiaallot ja g-voimat loisivat lentokoneelle jonkinlaisen esteen – "äänivallin". Ääniestettä ei kuitenkaan ollut, sillä ilmailuinsinöörit kehittivät tätä varten erityisen lentokonesuunnittelun.

Muuten, voimakas "isku", jonka kuulemme, kun lentokone ylittää "ääniesteen", on iskuaalto, josta olemme jo puhuneet - kun lentokoneen nopeus ja puristusaalto ovat samat.

Itävaltalainen urheilija Felix Baumgartner teki laskuvarjohypyn stratosfääristä ennätyskorkeudelta. Sen nopeus vapaassa pudotuksessa ylitti äänen nopeuden ja oli 1342,8 km tunnissa, kiinteä korkeus oli 39,45 tuhatta metriä. Tämä julkistettiin virallisesti viimeisessä konferenssissa Roswellin (New Mexico) entisen sotilastukikohdan alueella.
Baumgartner Stratostat heliumilla, jonka tilavuus on 850 tuhatta kuutiometriä, valmistettu hienoimmasta materiaalista, laukaistiin kello 8.30 länsirannikon aikaa (19.30 Moskovan aikaa), nousu kesti noin kaksi tuntia. Noin 30 minuuttia oli varsin jännittäviä valmisteluja kapselista poistumiseen, paineen mittauksia ja instrumenttien tarkastusta.
Vapaa pudotus kesti asiantuntijoiden mukaan 4 minuuttia ja 20 sekuntia ilman avointa jarrutusvarjoa. Sillä välin ennätysjärjestäjät kertovat, että kaikki tiedot siirretään Itävallan puolelle, minkä jälkeen suoritetaan lopullinen tallennus ja sertifiointi. Se on noin kolmesta maailman saavutuksesta: hyppääminen korkeimmasta pisteestä, vapaan pudotuksen kesto ja äänennopeuden rikkominen. Joka tapauksessa Felix Baumgartner on ensimmäinen ihminen maailmassa, joka on voittanut äänen nopeuden ollessaan tekniikan ulkopuolella, toteaa ITAR-TASS. Baumgartnerin vapaapudotus kesti 4 minuuttia 20 sekuntia, mutta ilman stabiloivaa laskuvarjoa. Seurauksena oli, että urheilija meni melkein hännänkierteeseen eikä säilyttänyt radioyhteyttä maahan lennon ensimmäisen 90 sekunnin aikana.
"Hetken minusta tuntui, että olen menettänyt tajuntansa", urheilija kuvaili tilaansa. "En kuitenkaan avannut jarruvarjoa, vaan yritin vakauttaa lentoa itse. Samanaikaisesti joka sekunti ymmärsi selvästi, mitä minulle tapahtui." Tämän seurauksena oli mahdollista "sammuttaa" pyöriminen. Muuten, jos pyöriminen kestäisi, stabiloiva laskuvarjo avautuisi automaattisesti.
Missä vaiheessa putoaminen ylitti äänennopeuden, itävaltalainen ei osaa sanoa. "Minulla ei ole aavistustakaan siitä, koska olin liian kiireinen yrittäessäni vakauttaa asemaani ilmassa", hän myönsi ja lisäsi, ettei hän myöskään kuullut mitään tyypillisistä poksahteluista, jotka yleensä seuraavat äänivallin rikkovia lentokoneita. Baumgartnerin mukaan "hän ei tuntenut lennon aikana käytännössä mitään, ei ajatellut mitään ennätyksiä". "Ainoa mitä ajattelin, oli päästä takaisin maan päälle elossa ja nähdä perheeni, vanhempani ja tyttöystäväni", hän sanoi. "Joskus ihmisen täytyy nousta sellaisiin korkeuksiin vain ymmärtääkseen kuinka pieni hän on." "Ajattelin vain perhettäni", Felix jakoi tunteensa. Muutama sekunti ennen hyppyä hänen ajatuksensa oli: "Herra, älä jätä minua!"
Taivasukeltaja kutsui kapselista poistumista vaarallisimpana hetkenä. "Se oli jännittävin hetki, et voi tuntea ilmaa, et fyysisesti ymmärrä mitä tapahtuu, ja on tärkeää säädellä painetta, jotta ei kuole", hän huomautti. "Tämä on epämiellyttävin hetki. Vihaan tätä valtiota." Ja "kaunein hetki on oivallus, että seisot maailman huipulla", urheilija kertoi.