Äänivalli. Mikä on äänieristys

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 ominaista poppia, joka yleensä liittyy voittamiseen. äänivalli lentokoneella. 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.

Mitä kuvittelemme, kun kuulemme ilmaisun "äänivalvonta"? Tietty raja voi vaikuttaa vakavasti kuuloon ja hyvinvointiin. Yleensä äänivalvonta korreloi ilmatilan valloittamisen ja

Tämän esteen voittaminen voi aiheuttaa vanhojen sairauksien, kipuoireiden ja allergisten reaktioiden kehittymisen. Ovatko nämä ajatukset oikeita vai edustavatko ne vakiintuneita stereotypioita? Onko niillä faktapohjaa? Mikä on äänieristys? Miten ja miksi se syntyy? Kaikki tämä ja joitain muita vivahteita, samoin kuin historiallisia tosiasioita Yritämme selvittää, mitä tähän käsitteeseen liittyy tässä artikkelissa.

Tämä salaperäinen tiede on aerodynamiikka

Aerodynamiikan tieteessä, suunniteltu selittämään liikkeeseen liittyviä ilmiöitä
lentokoneessa on käsite "äänisulku". Tämä on sarja ilmiöitä, joita esiintyy yliäänilentokoneiden tai rakettien liikkeen aikana, jotka liikkuvat lähellä äänennopeutta tai sitä suuremmalla nopeudella.

Mikä on shokkiaalto?

Kun yliäänivirtaus virtaa ajoneuvon ympärillä, tuulitunneliin ilmaantuu iskuaalto. Sen jäljet ​​voivat näkyä jopa paljaalla silmällä. Maassa ne ilmaistaan ​​keltaisella viivalla. Iskuaaltokartion ulkopuolella, keltaisen viivan edessä, et edes kuule konetta maassa. Äänen nopeuksilla kehot altistuvat äänivirran virtaukselle, joka aiheuttaa shokkiaallon. Niitä voi olla useampi kuin yksi, riippuen kehon muodosta.

Iskuaallon muunnos

Iskuaaltorintamalla, jota joskus kutsutaan iskuaaltoksi, on melko pieni paksuus, mikä kuitenkin mahdollistaa virtauksen ominaisuuksien äkillisten muutosten, sen nopeuden vähenemisen suhteessa vartaloon ja vastaavan kasvun seurannan. virtauksessa olevan kaasun paine ja lämpötila. Tässä tapauksessa kineettinen energia muunnetaan osittain kaasun sisäiseksi energiaksi. Näiden muutosten määrä riippuu suoraan yliäänivirran nopeudesta. Kun iskuaalto siirtyy pois laitteesta, paine laskee ja iskuaalto muuttuu ääniaaltoksi. Se voi tavoittaa ulkopuolisen tarkkailijan, joka kuulee ominaisen räjähdystä muistuttavan äänen. Tämän uskotaan osoittavan, että laite on saavuttanut äänennopeuden, kun kone jättää äänivallin taakseen.

Mitä todella tapahtuu?

Ns. äänivallin murtumishetki edustaa käytännössä iskuaallon läpikulkua lentokoneen moottoreiden lisääntyvän jyrinän myötä. Nyt laite on mukana tulevaa ääntä edellä, joten sen jälkeen kuuluu moottorin huminaa. Äänennopeuden lähestyminen tuli mahdolliseksi toisen maailmansodan aikana, mutta samalla lentäjät havaitsivat hälyttäviä signaaleja lentokoneiden toiminnassa.

Sodan päätyttyä monet lentokoneiden suunnittelijat ja lentäjät pyrkivät saavuttamaan äänen nopeuden ja rikkomaan äänivallin, mutta monet näistä yrityksistä päättyivät traagisesti. Pessimistiset tiedemiehet väittivät, että tätä rajaa ei voitu ylittää. Ei mitenkään kokeellisesti, vaan tieteellisesti, oli mahdollista selittää "ääniesteen" käsitteen luonne ja löytää keinoja sen ylittämiseen.

Turvalliset lennot transonisilla ja yliäänenopeuksilla ovat mahdollisia välttämällä aaltokriisi, jonka esiintyminen riippuu lentokoneen aerodynaamisista parametreista ja lennon korkeudesta. Siirtyminen nopeustasolta toiselle tulee suorittaa mahdollisimman nopeasti jälkipolttimella, mikä auttaa välttämään pitkän lennon aaltokriisivyöhykkeellä. Aaltokriisi käsitteenä tuli vesiliikenteestä. Se syntyi, kun laivat liikkuivat nopeudella, joka on lähellä aaltojen nopeutta veden pinnalla. Aaltokriisiin joutumiseen liittyy vaikeuksia lisätä nopeutta, ja jos selviät aaltokriisistä mahdollisimman yksinkertaisesti, voit siirtyä höyläys- tai liukumoodiin veden pintaa pitkin.

Lentokonehallinnan historiaa

Ensimmäinen henkilö, joka saavutti yliääninopeuden kokeellisella lentokoneella, oli amerikkalainen lentäjä Chuck Yeager. Hänen saavutuksensa kirjattiin historiaan 14. lokakuuta 1947. Neuvostoliiton alueella kokeneena hävittäjänä lentävät Sokolovsky ja Fedorov mursivat äänivallin 26. joulukuuta 1948.

Siviilien keskuudessa äänivallin rikkoi matkustajalentokone Douglas DC-8, joka saavutti 21.8.1961 nopeuden 1,012 Machia eli 1262 km/h. Lennon tarkoituksena oli kerätä tietoa siipien suunnittelua varten. Joukossa ilma-alus maailmanennätys tehtiin käytössä olevalla hypersonic ilma-maa -aeroballistisella ohjuksella Venäjän armeija. 31,2 kilometrin korkeudessa raketti saavutti 6389 km/h nopeuden.

50 vuotta äänivallin rikkomisen jälkeen englantilainen Andy Green saavutti samanlaisen saavutuksen autossa. Amerikkalainen Joe Kittinger yritti rikkoa ennätyksen vapaassa pudotuksessa saavuttaen 31,5 kilometrin korkeuden. Tänään, 14. lokakuuta 2012, Felix Baumgartner teki maailmanennätyksen ilman kuljetusten apua vapaassa pudotuksessa 39 kilometrin korkeudesta murtaen äänivallin. Sen nopeus oli 1342,8 kilometriä tunnissa.

Epätavallisin äänivallin rikkoutuminen

On outoa ajatella, mutta ensimmäinen keksintö maailmassa, joka ylitti tämän rajan, oli tavallinen ruoska, jonka muinaiset kiinalaiset keksivät lähes 7 tuhatta vuotta sitten. Melkein ennen kuin pikavalokuvaus keksittiin vuonna 1927, kukaan ei epäillyt, että piiskan räjähdys oli miniatyyri äänibuumi. Terävä heilautus muodostaa silmukan, ja nopeus kasvaa jyrkästi, minkä vahvistaa napsautus. Äänivalli murtuu noin 1200 km/h nopeudella.

Meluisimman kaupungin mysteeri

Ei ihme, että pikkukaupunkien asukkaat järkytyvät nähdessään pääkaupungin ensimmäistä kertaa. Paljon kulkuvälineitä, satoja ravintoloita ja viihdekeskukset hämmentää ja hämmentää sinut tavallisesta kierteestäsi. Pääkaupungin kevään alku ajoittuu yleensä huhtikuuhun, ei kapinalliseen, myrskyiseen maaliskuuhun. Täällä huhtikuussa kirkas taivas, purot virtaavat ja silmut kukkivat. Pitkästä talvesta väsyneet ihmiset avaavat ikkunansa leveästi aurinkoon päin, ja katumelu tunkeutuu heidän taloonsa. Linnut visertävät kadulla, taiteilijat laulavat, iloiset opiskelijat lausuvat runoutta, liikenneruuhkien ja metron melusta puhumattakaan. Hygieniaosaston työntekijät huomauttavat, että meluisassa kaupungissa pitkä oleskelu on terveydelle haitallista. Pääkaupungin äänitausta koostuu liikenteestä,
ilmailun, teollisuuden ja kotitalouksien melu. Haitallisinta on automelu, sillä lentokoneet lentävät melko korkealla ja yritysten melu liukenee niiden rakennuksiin. Autojen jatkuva humina erityisen vilkkailla moottoriteillä ylittää kaiken hyväksyttäviä standardeja kahdesti. Miten pääkaupunki ylittää äänivallin? Moskova on vaarallinen runsaiden äänien vuoksi, joten pääkaupungin asukkaat asentavat kaksinkertaiset ikkunat vaimentamaan melua.

Miten äänivalli hyökätään?

Vuoteen 1947 mennessä ääntä nopeammin lentävän lentokoneen ohjaamossa olevan henkilön hyvinvoinnista ei ollut todellista tietoa. Kuten käy ilmi, äänivallin murtaminen vaatii tiettyä voimaa ja rohkeutta. Lennon aikana käy selväksi, ettei selviytymistakuuta ole. Ammattilentäjäkään ei voi varmuudella sanoa, kestääkö lentokoneen rakenne elementtien hyökkäyksen. Muutamassa minuutissa kone voi yksinkertaisesti hajota. Mikä selittää tämän? On huomattava, että aliääninopeudella liikkuminen luo akustisia aaltoja, jotka leviävät kuin ympyrät kaatuneesta kivestä. Yliääninopeus herättää iskuaaltoja, ja maassa seisova ihminen kuulee räjähdyksen kaltaisen äänen. Ilman tehokkaita tietokoneita monimutkaisten ongelmien ratkaiseminen oli vaikeaa, ja tuulitunneleissa piti luottaa puhaltaviin malleihin. Joskus, kun koneen kiihtyvyys on riittämätön, iskuaalto saavuttaa niin suuren voiman, että ikkunat lentävät ulos taloista, joiden yli kone lentää. Kaikki eivät pysty ylittämään äänisulkua, koska tällä hetkellä koko rakenne tärisee ja laitteen kiinnikkeet voivat vaurioitua merkittävästi. Siksi se on niin tärkeää lentäjille hyvä terveys ja emotionaalinen vakaus. Jos lento sujuu sujuvasti ja äänieristys ylitetään mahdollisimman nopeasti, ei lentäjä tai mahdolliset matkustajat koe mitään erityisen epämiellyttäviä tuntemuksia. Tutkimuslentokone rakennettiin erityisesti äänivallin rikkomiseksi tammikuussa 1946. Koneen luominen aloitettiin puolustusministeriön määräyksestä, mutta aseiden sijaan se täytettiin tieteellisillä laitteilla, jotka valvoivat mekanismien ja instrumenttien toimintatilaa. Tämä kone oli kuin moderni risteilyohjus sisäänrakennetulla rakettimoottorilla. Kone rikkoi äänivallin maksiminopeudella 2736 km/h.

Sanallisia ja aineellisia monumentteja äänen nopeuden valloittamiseen

Saavutuksia äänivallin murtamisessa arvostetaan edelleen. Näin ollen kone, jolla Chuck Yeager ensimmäisen kerran voitti sen, on nyt esillä kansallismuseo Aeronautics ja Astronautics, joka sijaitsee Washingtonissa. Mutta tämän ihmiskeksinnön tekniset parametrit olisivat vähän arvokkaita ilman lentäjän itsensä ansioita. Chuck Yeager kävi lentokoulun ja taisteli Euroopassa, minkä jälkeen hän palasi Englantiin. Lentämisen epäoikeudenmukainen sulkeminen ei rikkonut Yeagerin henkeä, ja hän sai vastaanoton eurooppalaisten joukkojen komentajan kanssa. Sodan loppuun jäljellä olevina vuosina Yeager osallistui 64 taistelutehtävään, joiden aikana hän ampui alas 13 lentokonetta. Chuck Yeager palasi kotimaahansa kapteenin arvolla. Hänen ominaisuutensa osoittavat ilmiömäistä intuitiota, uskomatonta malttia ja kestävyyttä kriittisissä tilanteissa. Useammin kuin kerran Yeager teki ennätyksiä koneessaan. Hänen jatko uralle meni ilmavoimien yksiköihin, joissa hän koulutti lentäjiä. SISÄÄN viime kerta Chuck Yeager mursi äänivallin 74-vuotiaana, mikä oli hänen lentohistoriansa 50-vuotispäivä, ja vuonna 1997.

Lentokoneiden tekijöiden monimutkaiset tehtävät

Maailmankuulua MiG-15-lentokonetta alettiin luoda sillä hetkellä, kun kehittäjät ymmärsivät, että oli mahdotonta luottaa vain äänivallin rikkomiseen, mutta monimutkaiset tekniset ongelmat oli ratkaistava. Tämän seurauksena kone luotiin niin onnistuneesti, että sen muutokset otettiin käyttöön eri maat. Useat eri suunnittelutoimistot osallistuivat eräänlaiseen kilpailutaisteluun, jossa palkintona oli patentti menestyneimmälle ja toimivimmalle lentokoneelle. Kehitettiin lentokoneita, joissa oli pyyhkäisy siivet, mikä oli vallankumous niiden suunnittelussa. Ihanteellisen laitteen oli oltava tehokas, nopea ja uskomattoman kestävä ulkoisia vaurioita vastaan. Lentokoneiden pyyhkäisyistä siiveistä tuli elementti, joka auttoi niitä kolminkertaistamaan äänennopeuden. Sitten se jatkoi kasvuaan, mikä selittyi moottorin tehon kasvulla, innovatiivisten materiaalien käytöllä ja aerodynaamisten parametrien optimoinnilla. Äänivallin ylittäminen on tullut mahdolliseksi ja todelliseksi myös ei-ammattilaiselle, mutta se ei tee siitä yhtään vähemmän vaarallista, joten jokaisen extreme-urheilun harrastajan tulee harkita järkevästi vahvuuksiaan ennen kuin päättää tehdä tällaisen kokeilun.

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.

Ensimmäiset asiat kuitenkin ensin. Ensimmäistä kertaa amerikkalainen koelentäjä Chuck Yeager mursi äänivallin kokeellisessa Bell X-1 -lentokoneessa (suorasiipi ja XLR-11-rakettimoottori). Tämä tapahtui yli seitsemänkymmentä vuotta sitten - vuonna 1947. Hän onnistui kiihtymään nopeampi nopeusäänen, joka lähettää koneen matalaan sukellukseen. Vuotta myöhemmin Neuvostoliiton testilentäjät Sokolovsky ja Fedorov onnistuivat samassa kokeellisessa La-176-hävittäjässä, joka oli olemassa yhtenä kopiona.

Nämä olivat vaikeita aikoja ilmailulle. Lentäjät kirjaimellisesti keräsivät kokemuksia pala kerrallaan ja vaaransivat henkensä joka kerta selvittääkseen, olivatko lennot yli yhden Machin nopeuksilla mahdollisia. Siipien lepatus ja aallonvastus vaativat useamman kuin yhden hengen ennen kuin suunnittelijat oppivat käsittelemään näitä ilmiöitä.

Asia on, että äänen nopeuden ylittäessä aerodynaaminen vastus kasvaa jyrkästi ja rakenteen kineettinen kuumeneminen vastaantulevan ilmavirran kitkasta kasvaa. Lisäksi tällä hetkellä tallennetaan aerodynaamisen fokuksen muutos, joka johtaa lentokoneen vakauden ja hallittavuuden menettämiseen.

12 vuotta myöhemmin sarjassa yliäänitehoiset MiG-19-hävittäjät metsästivät jo amerikkalaisia ​​vakoilukoneita, eikä yksikään siviilikone ollut vielä yrittänyt ylittää äänennopeutta. Tämä tapahtui vasta 21. elokuuta 1961: Douglas DC-8 -matkustajakone, joka putosi sukelluksessa, kiihtyi 1,1 Machiin. Lento oli kokeellinen, ja tavoitteena oli kerätä lisää tietoa koneen käyttäytymisestä tällaisilla nopeuksilla.

Jonkin ajan kuluttua Neuvostoliiton Tu-144 ja brittiläis-ranskalainen Concorde nousivat lentoon. Melkein samanaikaisesti: automme hieman aikaisemmin, 31. joulukuuta 1968, ja eurooppalainen - maaliskuussa 1969. Mutta koko mallien toiminta-ajan kuljetettujen matkustajien määrän suhteen kapitalistit ylittivät meidät suuresti. Kun Tu-144 kuljetti vain hieman yli 3 000 matkustajaa, vuoteen 2003 asti liikennöidyillä Concordeilla oli yli 2,5 miljoonaa matkustajaa. Tämä ei kuitenkaan auttanut projektia. Lopulta se suljettiin, ja Pariisin lähellä tapahtunut korkean profiilin katastrofi, josta kukaan ei ollut syyllinen, osoittautui myös erittäin sopimattomaksi. yliäänilentokoneita ei ollut.

Kolme "ei" vastausta

Kaupallisten yliäänilentokoneiden turhuuden rautaisena syynä mainitaan yleensä kolme syytä - liian kallis, liian monimutkainen, liian äänekäs. Todellakin, jokainen, joka on katsonut yliäänivoimaisen sotilaslentokoneen lentoa, ei koskaan unohda iskun tunnetta korviin ja hurjaa pauhaa, jolla lentokone lentää ohitsesi yliääninopeudella.

Äänipuomi ei muuten ole kertaluonteinen ilmiö, vaan se seuraa lentokonetta koko reitin varrella, koko ajan, kun koneen nopeus on suurempi kuin äänen nopeus. On myös vaikea kiistää sen tosiasian kanssa, että suihkukone kuluttaa niin paljon polttoainetta, että tuntuu helpommalta tankata se vain seteleillä.

Puhua nykyaikaisia ​​projekteja yliääninen matkustajakone Ensinnäkin sinun on vastattava kaikkiin näihin kysymyksiin. Vain tässä tapauksessa voimme toivoa, että kaikki olemassa olevat hankkeet eivät synny kuolleena.

Ääni

Suunnittelijat päättivät aloittaa äänellä. Takana viime vuodet paljon ilmestyi tieteellisiä töitä, joka osoittaa, että tietyt rungon ja siipien muodot voivat vähentää lentokoneen synnyttämien shokkiaaltojen määrää ja alentaa niiden voimakkuutta. Tällainen päätös vaati runkojen täydellisen uudelleensuunnittelun, mallien useita tietokonesimulaatioita ja useita tuhansia tunteja tulevien lentokoneiden puhdistamista tuulitunnelissa.

Tärkeimmät tulevaisuuden lentokoneiden aerodynamiikkaa kehittävät projektit ovat NASAn asiantuntijoiden QueSST ja japanilainen kehitys D-SEND-2, joka on luotu paikallisen ilmailualan tutkimusviraston JAXA:n alaisuudessa. Molemmat näistä hankkeista ovat olleet käynnissä useita vuosia lähestyen systemaattisesti "ihannetta" yliäänilennoilla aerodynamiikka.

Oletetaan, että uudet yliäänilentokoneet eivät synnytä terävää ja kovaa äänibuumia, vaan paljon miellyttävämpiä korvalle pehmeitä ääniä. Se on tietysti edelleen kovaäänistä, mutta ei "ääntä ja tuskallista". Toinen tapa ratkaista äänieristysongelma oli pienentää lentokoneen kokoa. Lähes kaikki käynnissä olevat kehitystyöt ovat pieniä lentokoneita, jotka pystyvät kuljettamaan enintään 10-40 matkustajaa.

Tässä asiassa on kuitenkin myös nousevia yrityksiä. Viime syyskuussa Bostonissa toimiva lentoyhtiö Spike Aerospace ilmoitti saaneensa melkein valmiiksi mallin S-512 Quiet Supersonic Jet -yliäänilentokoneesta. Lentokokeilun odotetaan alkavan vuonna 2018, ja ensimmäinen lentokone matkustajilla nousee lentoon viimeistään vuoden 2023 lopussa.

Vielä rohkeampi oli tekijöiden väite, että ääniongelma oli käytännössä ratkaistu ja ensimmäiset testit osoittaisivat tämän. Näyttää siltä, ​​että NASAn ja JAXAn asiantuntijat, jotka ovat käyttäneet useita vuosia tämän ongelman ratkaisemiseen, seuraavat testejä enemmän kuin tarkasti.

Ääniongelmaan on myös toinen mielenkiintoinen ratkaisu - tämä on äänivallin rikkominen lentokoneella melkein klo pystysuora nousu. Tässä tapauksessa shokkiaaltojen vaikutus on heikompi, ja 20-30 tuhannen metrin korkeuden saavuttamisen jälkeen tämä ongelma voidaan unohtaa - liian kaukana maasta.

Moottorit

Työ tulevien yliäänikoneiden moottoreiden parissa ei myöskään lopu. Jopa aliäänimoottorit ovat viime vuosina pystyneet lisäämään merkittävästi tehoa ja hyötysuhdetta erityisten vaihdelaatikoiden, keraamisten materiaalien ja lisäilmapiirin käyttöönoton ansiosta.

Yliäänikoneiden kanssa asiat ovat hieman monimutkaisempia. Tosiasia on, että nykyisellä teknologian kehitystasolla turboreettimoottoreiden enimmäisnopeus on 2,2 Mach (noin 2500 kilometriä tunnissa), mutta suurempien nopeuksien saavuttamiseksi on tarpeen käyttää ramjet-moottoreita, jotka pystyvät kiihdyttämään lentokonetta hyperääninopeudet (yli 5 numeroa). Mach). Tämä on kuitenkin - toistaiseksi - pikemminkin fantasiaa.

Kehittäjien mukaan he onnistuvat jo saavuttamaan lentokustannusten, jotka ovat 30 prosenttia alhaisemmat kuin Concordella, vaikka pieni määrä matkustajia. Startup Boom Technologies julkaisi tällaiset tiedot vuonna 2016. Heidän mukaansa Lontoon ja New Yorkin välisellä reitillä lippu maksaa noin 5 000 dollaria, mikä on verrattavissa tavallisella, ääntä hitaampaa lentokoneella lentävän lipun hintaan.

14. lokakuuta 1947 ihmiskunta ylitti toisen virstanpylvään. Raja on varsin objektiivinen, ilmaistuna tietyllä fysikaalisella suurella - äänen nopeudella ilmassa, joka maan ilmakehän olosuhteissa on sen lämpötilasta ja paineesta riippuen alueella 1100-1200 km/h. Yliääninopeuden valloitti amerikkalainen lentäjä Chuck Yeager (Charles Elwood "Chuck" Yeager), toisen maailmansodan nuori veteraani, jolla oli poikkeuksellista rohkeutta ja erinomaista fotogeenisyyttä, minkä ansiosta hänestä tuli heti suosittu kotimaassaan, aivan kuten 14-vuotiaana. myöhemmin Juri Gagarin.

Ja äänivallin ylittäminen vaati todellakin rohkeutta. Neuvostoliiton lentäjä Ivan Fedorov, joka toisti Yeagerin saavutuksen vuotta myöhemmin, vuonna 1948, muisteli silloisia tunteitaan: "Ennen lentoa äänivallin murtamiseksi kävi selväksi, ettei sen jälkeen ollut mitään takeita selviytymisestä. Kukaan ei käytännössä tiennyt, mikä se oli ja kestääkö lentokoneen rakenne elementtejä. Mutta yritimme olla ajattelematta sitä."

Itse asiassa ei ollut täydellistä selvyyttä siitä, kuinka auto käyttäytyisi yliääninopeudella. Lentokonesuunnittelijoilla oli vielä tuoreita muistoja 30-luvun äkillisestä onnettomuudesta, jolloin lentokoneiden nopeuksien lisääntyessä piti kiireesti ratkaista lepatusongelma - itsevärähtelyt, joita esiintyy sekä lentokoneen jäykissä rakenteissa että sen sisällä. iho, repimällä lentokoneen osiin muutamassa minuutissa. Prosessi kehittyi kuin lumivyöry, nopeasti, lentäjät eivät ehtineet vaihtaa lentotilaa ja koneet hajosivat ilmassa. Varsin pitkään matemaatikot ja suunnittelijat eri maissa kamppailivat ratkaistakseen tämän ongelman. Lopulta ilmiön teorian loi silloinen nuori venäläinen matemaatikko Mstislav Vsevolodovich Keldysh (1911–1978), myöhemmin Neuvostoliiton tiedeakatemian presidentti. Tämän teorian avulla oli mahdollista löytää tapa päästä eroon epämiellyttävästä ilmiöstä ikuisesti.

On aivan selvää, että yhtä epämiellyttäviä yllätyksiä odotettiin äänivallistuksesta. Aerodynamiikan monimutkaisten differentiaaliyhtälöiden numeerinen ratkaisu ilman tehokkaita tietokoneita oli mahdotonta, ja jouduttiin luottamaan mallien "puhaltamiseen" tuulitunneleissa. Mutta laadullisista näkökohdista oli selvää, että kun äänen nopeus saavutettiin, ilma-aluksen lähelle ilmestyi shokkiaalto. Ratkaisevin hetki on äänivallin rikkominen, kun lentokoneen nopeutta verrataan äänen nopeuteen. Tällä hetkellä paine-ero poikki eri puolia Aaltorintama kasvaa nopeasti, ja jos hetki kestää hetkeä pidempään, kone ei voi hajota pahemmin kuin lepatusta. Joskus, kun äänivaltua murretaan riittämättömällä kiihtyvyydellä, lentokoneen synnyttämä shokkiaalto jopa lyö lasit ulos maan alla olevien talojen ikkunoista.

Lentokoneen nopeuden suhdetta äänen nopeuteen kutsutaan Mach-luvuksi (nimetty kuuluisan saksalaisen mekaanikon ja filosofin Ernst Machin mukaan). Äänivallin ohittaessa lentäjälle näyttää siltä, ​​että M-numero hyppää ykkösen yli harppauksin: Chuck Yeager näki kuinka nopeusmittarin neula hyppäsi 0,98:sta 1,02:een, minkä jälkeen ohjaamossa vallitsi itse asiassa "jumalallinen" hiljaisuus, ilmeinen: vain taso Äänenpaine lentokoneen ohjaamossa laskee useita kertoja. Tämä "äänestä puhdistamisen" hetki on erittäin salakavala, se maksoi monien testaajien hengen. Mutta hänen X-1-koneensa hajoamisen vaaraa ei ollut juurikaan.

Bell Aircraftin tammikuussa 1946 valmistama X-1 oli puhtaasti tutkimuslentokone, joka oli suunniteltu murtamaan äänivalli, ei mitään muuta. Huolimatta siitä, että ajoneuvo oli puolustusministeriön tilaama, se oli aseiden sijaan täynnä tieteellisiä laitteita, jotka valvovat komponenttien, instrumenttien ja mekanismien toimintatapoja. X-1 oli kuin moderni risteilyohjus. Oli yksi rakettimoottori Reaktiomoottorit työntövoimalla 2722 kg. Suurin lentoonlähtömassa 6078 kg. Pituus 9,45 m, korkeus 3,3 m, siipien kärkiväli 8,53 m. Suurin nopeus korkeudessa 18290 m 2736 km/h. Auto lähti liikkeelle strateginen pommikone B-29, ja laskeutui teräksisille "suksille" kuivalle suolajärvelle.

Sen pilotin "taktiset ja tekniset parametrit" eivät ole yhtä vaikuttavia. Chuck Yeager syntyi 13. helmikuuta 1923. Koulun jälkeen menin lentokouluun, ja valmistuttuani menin taistelemaan Eurooppaan. Ammuttiin alas yksi Messerschmitt-109. Hän itse ammuttiin alas Ranskan taivaalla, mutta partisaanit pelastivat hänet. Ikään kuin mitään ei olisi tapahtunut, hän palasi tukikohtaansa Englantiin. Valpas vastatiedustelupalvelu, joka ei kuitenkaan uskonut ihmeellistä vapautumista vankeudesta, poisti lentäjän lennosta ja lähetti hänet perään. Kunnianhimoinen Yeager sai vastaanoton ylipäällikön kanssa liittoutuneet Euroopassa kenraali Eisenhower, joka uskoi Yeageriin. Ja hän ei erehtynyt - jäljellä olevien kuuden kuukauden aikana ennen sodan päättymistä hän teki 64 taistelutehtävää, ampui alas 13 vihollisen lentokonetta, 4 yhdessä taistelussa. Ja hän palasi kotimaahansa kapteenin arvolla erinomaisella asiakirjalla, jossa todettiin, että hänellä oli ilmiömäinen lentointuitio, uskomaton maltti ja hämmästyttävä kestävyys kaikissa tilanteissa. kriittinen tilanne. Tämän ominaisuuden ansiosta hänet sisällytettiin yliäänitestaajien tiimiin, jotka valittiin ja koulutettiin yhtä huolellisesti kuin myöhemmät astronautit.

Yeager nimesi X-1:n uudelleen "Glamorous Glenniks" vaimonsa kunniaksi ja teki sillä ennätyksiä useammin kuin kerran. Lokakuun lopussa 1947 edellinen korkeusennätys 21 372 m. Joulukuussa 1953 koneen uusi modifikaatio X-1A saavutti nopeuden 2,35 M ja lähes 2800 km/h ja nousi puoli vuotta myöhemmin. 27 430 m:n korkeuteen. Ja ennen Lisäksi testattiin useita sarjaan käynnistettyjä hävittäjiä ja testattiin MiG-15-hävittäjiämme, jotka vangittiin ja kuljetettiin Amerikkaan aikana Korean sota. Yeager komensi sittemmin erilaisia ​​ilmavoimien testiyksiköitä sekä Yhdysvalloissa että Amerikan tukikohdissa Euroopassa ja Aasiassa, osallistui taisteluoperaatioihin Vietnamissa ja koulutti lentäjiä. Hän jäi eläkkeelle helmikuussa 1975 prikaatin kenraalin arvossa lentäen urhean palveluksensa aikana 10 tuhatta tuntia, testannut 180 erilaista yliäänimallia ja koottu ainutlaatuinen kokoelma kunniamerkkejä ja mitaleja. 80-luvun puolivälissä tehtiin elokuva, joka perustui ensimmäisenä maailmassa äänivallin valloittaneen rohkean miehen elämäkertaan, ja sen jälkeen Chuck Yeagerista ei tullut edes sankari, vaan kansallinen jäänne. Hän lensi F-16:lla viimeisen kerran 14. lokakuuta 1997 murtaen äänivallin historiallisen lentonsa 50-vuotispäivänä. Yeager oli silloin 74-vuotias. Yleensä, kuten runoilija sanoi, näistä ihmisistä tulisi tehdä nauloja.

Tällaisia ​​ihmisiä on paljon meren toisella puolella Neuvostoliiton suunnittelijat alkoivat yrittää valloittaa äänivalliin samaan aikaan kuin amerikkalaiset. Mutta heille tämä ei ollut päämäärä sinänsä, vaan täysin pragmaattinen teko. Jos X-1 oli puhtaasti tutkimuskone, niin maassamme äänivalli ryöstettiin prototyyppihävittäjiin, jotka piti käynnistää sarjoiksi ilmavoimien yksiköiden varustamiseksi.

Kilpailuun osallistui useita suunnittelutoimistoja: Lavochkin Design Bureau, Mikoyan Design Bureau ja Yakovlev Design Bureau, jotka kehittivät samanaikaisesti pyyhkäisyillä varustettuja lentokoneita, mikä oli tuolloin vallankumouksellinen suunnitteluratkaisu. He saavuttivat yliääninopeuden tässä järjestyksessä: La-176 (1948), MiG-15 (1949), Jak-50 (1950). Siellä ongelma kuitenkin ratkaistiin melko monimutkaisessa kontekstissa: sotakone sillä täytyy olla paitsi suuri nopeus, myös monia muita ominaisuuksia: ohjattavuus, selviytymiskyky, minimaalinen lentoa edeltävä valmisteluaika, tehokkaat aseet, vaikuttavat ammukset jne. ja niin edelleen. On myös huomattava, että sisään neuvostoaikaa Valtion hyväksymiskomissioiden päätöksiin eivät usein vaikuttaneet pelkästään objektiiviset tekijät, vaan myös kehittäjien poliittisiin liikkeisiin liittyvät subjektiiviset seikat. Tämä koko joukko olosuhteita johti MiG-15-hävittäjän laukaisuun, joka toimi hyvin sotilasoperaatioiden paikallisilla areenoilla 50-luvulla. Juuri tämä Koreassa vangittu auto, kuten edellä mainittiin, Chuck Yeager "ajoi ympäriinsä".

La-176 käytti tuolloin ennätyksellistä siiven pyyhkäisyä, joka oli 45 astetta. VK-1-suihkumoottorin työntövoima oli 2700 kg. Pituus 10,97 m, siipien kärkiväli 8,59 m, siiven pinta-ala 18,26 neliömetriä. Lähtöpaino 4636 kg. Katto 15 000 m. Lentosäde 1000 km. Aseistus yksi 37 mm tykki ja kaksi 23 mm. Auto valmistui syksyllä 1948, ja joulukuussa sen lentokokeet alkoivat Krimillä Sakin kaupungin lähellä sijaitsevalla sotilaslentokentällä. Testejä johtaneiden joukossa oli tuleva akateemikko Vladimir Vasilyevich Struminsky (1914–1998), koekoneen ohjaajina olivat kapteeni Oleg Sokolovsky ja eversti Ivan Fedorov, joka sai myöhemmin sankarin arvonimen. Neuvostoliitto. Sokolovsky kuoli absurdissa onnettomuudessa neljännen lennon aikana unohtaen sulkea ohjaamon katoksen.

Eversti Ivan Fedorov mursi äänivallin 26. joulukuuta 1948. Noustuaan 10 tuhannen metrin korkeuteen hän käänsi ohjaussauvan poispäin itsestään ja alkoi kiihtyä sukelluksessa. "KANSSA suuri korkeus Kiihdytän 176:tani, lentäjä muisteli. Kuuluu tylsä ​​matala vihellys. Lisääntyessään nopeus, kone syöksyy kohti maata. Nopeusmittarin asteikolla neula siirtyy kolminumeroisista luvuista nelinumeroisiin numeroihin. Lentokone tärisee kuin kuumeessa. Ja yhtäkkiä hiljaisuus! Äänivalli on otettu. Oskillogrammien myöhempi dekoodaus osoitti, että luku M oli ylittänyt yhden." Tämä tapahtui 7 000 metrin korkeudessa, jossa mitattiin 1,02 M nopeus.

Tämän jälkeen miehitettyjen lentokoneiden nopeus jatkoi tasaista kasvuaan moottoritehon kasvun, uusien materiaalien käytön ja aerodynaamisten parametrien optimoinnin ansiosta. Tämä prosessi ei kuitenkaan ole rajoittamaton. Toisaalta sitä estävät rationaalisuus, kun otetaan huomioon polttoaineen kulutus, kehityskustannukset, lentoturvallisuus ja muut ei-joutonäkökohdat. Ja jopa sisällä sotilasilmailu, jossa raha ja lentäjän turvallisuus eivät ole niin merkittäviä, "nopeimpien" autojen nopeudet ovat 1,5 miljoonasta 3 miljoonaan. Vaikuttaa siltä, ​​että enempää ei tarvita. (Miehitettyjen suihkumoottoreiden lentokoneiden nopeusennätys kuuluu amerikkalaiselle tiedustelukoneelle SR-71 ja on 3,2 M.)

Toisaalta on olemassa ylitsepääsemätön lämpöeste: tietyllä nopeudella auton korin kuumeneminen kitkan vaikutuksesta ilman kanssa tapahtuu niin nopeasti, että lämpöä on mahdotonta poistaa sen pinnalta. Laskelmat osoittavat, että normaalipaineessa tämän pitäisi tapahtua 10 Machin luokkaa olevalla nopeudella.

Siitä huolimatta 10M raja saavutettiin silti samalla Edwardsin harjoituskentällä. Tämä tapahtui vuonna 2005. Ennätyksen haltija oli X-43A miehittämätön rakettilentokone, joka valmistettiin osana 7-vuotista kunnianhimoista Hiper-X-ohjelmaa kehittääkseen uudentyyppistä teknologiaa, joka on suunniteltu muuttamaan radikaalisti tulevaisuuden raketti- ja avaruusteknologian ilmettä. Sen hinta on 230 miljoonaa dollaria Ennätys tehtiin 33 tuhannen metrin korkeudessa. Käytetty dronissa uusi järjestelmä kiihtyvyys Ensin ammutaan perinteinen kiinteän polttoaineen raketti, jonka avulla X-43A saavuttaa 7 Machin nopeuden, ja sitten käynnistetään uudentyyppinen moottori - hypersonic ramjet-moottori (scramjet tai scramjet). jossa tavallista ilmakehän ilmaa käytetään hapettimena ja kaasumaista polttoainetta hapettimena.vetyä (aivan klassinen hallitsemattoman räjähdyksen kaavio).

Ohjelman mukaisesti valmistettiin kolme miehittämätöntä mallia, jotka tehtävän suorittamisen jälkeen hukkuivat mereen. Seuraava vaihe sisältää miehitettyjen ajoneuvojen luomisen. Niiden testauksen jälkeen saadut tulokset otetaan huomioon luotaessa monenlaisia ​​"hyödyllisiä" laitteita. Lentokoneiden lisäksi NASAn tarpeisiin luodaan hypersonic sotilasajoneuvoja - pommi-, tiedustelu- ja kuljetuslentokoneita. Hiper-X-ohjelmaan osallistuva Boeing suunnittelee luovansa 250 matkustajan hypersonic-lentokoneen vuosiin 2030-2040 mennessä. On aivan selvää, että ei tule olemaan ikkunoita, jotka rikkovat aerodynamiikan sellaisilla nopeuksilla eivätkä kestä lämpölämmitystä. Valaisimien sijaan on näyttöjä, joissa on videotallenteita ohittavista pilvistä.

Ei ole epäilystäkään, etteikö tämäntyyppisille kuljetuksille olisi kysyntää, sillä mitä pidemmälle mennään, sitä kalliimmaksi aika tulee, jolloin aikayksikköön mahtuu yhä enemmän tunteita, ansaittuja dollareita ja muita komponentteja. moderni elämä. Tässä suhteessa ei ole epäilystäkään siitä, että jonain päivänä ihmiset muuttuvat yhden päivän perhosiksi: yksi päivä on yhtä tapahtumarikas kuin tämä (tai pikemminkin eilinen) ihmiselämä. Ja voidaan olettaa, että joku tai jokin toteuttaa Hiper-X-ohjelmaa suhteessa ihmiskuntaan.