За какво си мислим, когато чуем израза "звукова бариера"? Определена граница и бариера, преодоляването на които може сериозно да повлияе на слуха и благосъстоянието. Обикновено звуковата бариера се свързва със завладяването на въздушното пространство и професията на пилот.
Преодоляването на тази бариера може да провокира развитието на хронични заболявания, болкови синдроми и алергични реакции. Правилни ли са тези възприятия или са стереотипи? Имат ли фактическа основа? Какво е звукова бариера? Как и защо възниква? Всичко това и някои допълнителни нюанси, както и исторически факти, свързани с тази концепция, ще се опитаме да разберем в тази статия.
Тази мистериозна наука е аеродинамиката
В науката за аеродинамиката, предназначена да обясни явленията, които съпътстват движението на
самолет, съществува концепцията за "звукова бариера". Това е редявления, които възникват по време на движението на свръхзвукови самолети или ракети, които се движат със скорост, близка до скоростта на звука или по-голяма.
Какво е ударна вълна?
По време на свръхзвуковия поток около апарата, в аеродинамичния тунел възниква ударна вълна. Неговите следи се виждат дори с просто око. На земята те са маркирани с жълта линия. Извън конуса на ударната вълна, пред жълтата линия, на земята, самолетът дори не се чува. При скорост, надвишаваща звука, телата се подлагат на обтичане на звуковия поток, което води до ударна вълна. Може да има повече от един, в зависимост от формата на тялото.
Трансформация на ударна вълна
Предната част на ударната вълна, която понякога се нарича ударна вълна, има доста малка дебелина, което въпреки това дава възможност да се проследят резките промени в свойствата на потока, намаляване на неговата скорост спрямо тялото и съответно повишаване на налягането и температурата на газа в потока. В този случай кинетичната енергия частично се превръща във вътрешната енергия на газа. Броят на тези промени директно зависи от скоростта на свръхзвуковия поток. Тъй като ударната вълна се отдалечава от апарата, падането на налягането намалява и ударната вълна се превръща в звук. Тя може да достигне до външен наблюдател, който ще чуе характерен звук, наподобяващ експлозия. Има мнение, че това показва, че устройството е достигнало скоростта на звука, когато звуковата бариера е изоставена от самолета.
Какво наистина се случва?
Така нареченият моментпреодоляването на звуковата бариера на практика е преминаването на ударна вълна с нарастващ тътен на авиационни двигатели. Сега уредът изпреварва придружаващия звук, така че след него ще се чува бръмченето на двигателя. Приближаването на скоростта на самолета към скоростта на звука става възможно по време на Втората световна война, но в същото време пилотите отбелязват алармени сигнали в работата на самолета.
След края на войната много конструктори и пилоти на самолети се стремяха да достигнат скоростта на звука и да преодолеят звуковата бариера, но много от тези опити завършват трагично. Учени-песимисти твърдят, че тази граница не може да бъде надмината. В никакъв случай не експериментално, а научно, беше възможно да се обясни същността на понятието „звукова бариера“и да се намерят начини за преодоляването й.
Изведени препоръки за безопасно летене
Безопасни полети при трансзвукова и свръхзвукова скорост са възможни, ако се избегне вълнова криза, чието възникване зависи от аеродинамичните параметри на самолета и височината на полета. Преходите от едно ниво на скорост към друго трябва да се извършват възможно най-бързо с помощта на форсаж, което ще помогне да се избегне дълъг полет в зоната на вълновата криза. Вълновата криза като концепция дойде от водния транспорт. Възникна по време на движението на корабите със скорост, близка до скоростта на вълните на повърхността на водата. Попадането във вълнова криза води до трудността за увеличаване на скоростта и ако е възможно най-лесно да се преодолее вълновата криза, тогава можете да достигнетережим на рендосване или плъзгане по водната повърхност.
История в управлението на самолета
Първият човек, постигнал свръхзвукова скорост на полет на експериментален самолет, е американският пилот Чък Йегър. Постижението му е отбелязано в историята на 14 октомври 1947 г. На територията на СССР звуковата бариера е преодоляна на 26 декември 1948 г. от Соколовски и Федоров, които летят с опитен изтребител.
От цивилните самолети пътническият лайнер Douglas DC-8 е първият, който пречупи звуковата бариера, която на 21 август 1961 г. достига скорост от 1,012 Маха или 1262 км/ч. Мисията беше да се съберат данни за дизайна на крилото. Сред самолетите световният рекорд беше поставен от хиперзвукова аеробалистична ракета въздух-земя, която е на въоръжение в руската армия. На височина от 31,2 километра ракетата достигна скорост от 6389 km/h.
50 години след като разби звуковата бариера във въздуха, англичанинът Анди Грийн направи подобно постижение в автомобил. При свободно падане американецът Джо Китинджър се опита да счупи рекорда, който покори височина от 31,5 километра. Днес, 14 октомври 2012 г., Феликс Баумгартнер постави световен рекорд, без помощта на превозно средство, при свободно падане от 39 километра височина, счупвайки звуковата бариера. В същото време скоростта му достига 1342,8 километра в час.
Най-необичайното нарушаване на звуковата бариера
Странно е да се мисли, но първото изобретение в света,преодоляването на тази граница беше обичайният камшик, който е изобретен от древните китайци преди почти 7 хиляди години. Почти до изобретяването на мигновената фотография през 1927 г. никой не подозираше, че пукането на камшик е миниатюрен звуков удар. Рязък замах образува цикъл и скоростта се увеличава рязко, което потвърждава щракването. Звуковата бариера се преодолява при скорост от около 1200 км/ч.
Мистерията на най-шумния град
Нищо чудно, че жителите на малките градове са шокирани, когато виждат столицата за първи път. Изобилието от транспорт, стотици ресторанти и развлекателни центрове объркват и смущават. Началото на пролетта в столицата обикновено датира април, а не бунтовният виелица март. През април небето е ясно, тече потоци и се отварят пъпки. Хората, уморени от дългата зима, отварят широко прозорците си към слънцето и в къщите нахлува уличен шум. Птиците чуруликат оглушително по улицата, художници пеят, весели ученици рецитират стихове, да не говорим за шума в задръстванията и метрото. Служителите на отделите за хигиена отбелязват, че е нездравословно да останете дълго време в шумен град. Звуковият фон на столицата се състои от транспорт, въздушни, промишлени и битови шумове. Най-вреден е само шумът от колите, тъй като самолетите летят достатъчно високо, а шумът от предприятията се разтваря в сградите им. Постоянното бръмчене на колите по особено натоварените магистрали надхвърля всички допустими норми два пъти. Как се преодолява звуковата бариера в столицата? Москва е опасна заради изобилието от звуци, така че жителите на столицата монтират прозорци с двоен стъклопакет, за да заглушат шума.
Как се нарушава звуковата бариера?
До 1947 г. нямаше реални данни за благосъстоянието на човек в пилотската кабина на самолет, който лети по-бързо от звука. Както се оказа, разрушаването на звуковата бариера изисква известна сила и смелост. По време на полета става ясно, че няма гаранции за оцеляване. Дори професионален пилот не може да каже със сигурност дали конструкцията на самолета ще издържи атаката на стихиите. Само за няколко минути самолетът може просто да се разпадне. Какво обяснява това? Трябва да се отбележи, че движението с дозвукова скорост създава акустични вълни, които се разпръскват като кръгове от паднал камък. Свръхзвуковата скорост възбужда ударни вълни и човек, стоящ на земята, чува звук, подобен на експлозия. Без мощни компютри беше трудно да се решават сложни диференциални уравнения и човек трябваше да разчита на модели на издухване в аеродинамични тунели. Понякога при недостатъчно ускорение на самолета ударната вълна достига такава сила, че прозорците излитат от къщите, над които лети самолетът. Не всеки ще може да преодолее звуковата бариера, тъй като в този момент цялата конструкция се разклаща, крепежните елементи на апарата могат да получат значителни повреди. Следователно доброто здраве и емоционалната стабилност са толкова важни за пилотите. Ако полетът е плавен и звуковата бариера е преодоляна възможно най-бързо, тогава нито пилотът, нито възможните пътници няма да почувстват особено неприятни усещания. Специално за превземането на звуковата бариера през януари 1946 г. е построен изследователски самолет. Създаването на машината бешеинициирана със заповед на Министерството на отбраната, но вместо оръжие, тя беше натъпкана с научна техника, която следеше работата на механизмите и устройствата. Този самолет беше като съвременна крилата ракета с вграден ракетен двигател. Самолетът проби звуковата бариера при максимална скорост от 2736 км/ч.
Словесни и материални паметници за завладяването на скоростта на звука
Постиженията в преодоляването на звуковата бариера са високо ценени днес. И така, самолетът, на който Чък Йегър го преодоля за първи път, сега е изложен в Националния музей на въздуха и космоса, който се намира във Вашингтон. Но техническите параметри на това човешко изобретение биха стрували малко без достойнствата на самия пилот. Чък Йегър преминава през летателно училище и се бие в Европа, след което се завръща в Англия. Несправедливото спиране от летене не пречупи духа на Йегър и той получи среща с главнокомандващия на войските на Европа. В годините, оставащи до края на войната, Йегър участва в 64 самолета, по време на които сваля 13 самолета. Чък Йегър се завърна в родината си с чин капитан. Характеристиките му показват феноменална интуиция, невероятно спокойствие и издръжливост в критични ситуации. Неведнъж Йегър поставя рекорди на своя самолет. По-късната му кариера е във военновъздушните сили, където обучава пилоти. Последният път, когато Чък Йегър проби звуковата бариера, беше на 74 години, което беше на петдесетата годишнина от историята на полетите му и през 1997 г.
Сложни задачи на създателите на самолетиустройства
Световноизвестният самолет МиГ-15 започна да се създава в момента, когато разработчиците осъзнаха, че е невъзможно да се базира само на разрушаване на звуковата бариера, но трябва да се решат сложни технически проблеми. В резултат на това машината беше създадена толкова успешно, че нейните модификации бяха приети от различни страни. Няколко различни конструкторски бюра влязоха в един вид конкурентна борба, чиято награда беше патент за най-успешния и функционален самолет. Разработени самолети с стреловидни крила, което беше революция в техния дизайн. Идеалният апарат трябва да бъде мощен, бърз и невероятно устойчив на всякакви външни повреди. Размахните крила на самолета се превърнаха в елемент, който им помогна да утроят скоростта на звука. Освен това скоростта на самолета продължава да нараства, което се обяснява с увеличаване на мощността на двигателя, използването на иновативни материали и оптимизиране на аеродинамичните параметри. Пречупването на звуковата бариера стана възможно и реално дори за непрофесионалист, но не става по-малко опасно поради това, така че всеки екстремен търсач трябва разумно да прецени силните си страни, преди да се реши на подобен експеримент.
