Helibarjääri purustamise mõju. Esimene inimene maailmas, kes murdis helikiiruse
Mida me kujutame ette, kui kuuleme väljendit "helibarjäär"? Teatud piir võib tõsiselt mõjutada kuulmist ja heaolu. Tavaliselt on helibarjäär korrelatsioonis õhuruumi vallutamisega ja
Selle takistuse ületamine võib provotseerida pikaajaliste haiguste teket, valu sündroomid Ja allergilised reaktsioonid. Kas need ideed on õiged või esindavad väljakujunenud stereotüüpe? Kas neil on faktiline alus? Mis on helibarjäär? Kuidas ja miks see tekib? Kõik see ja mõned täiendavad nüansid, samuti ajaloolised faktid Püüame selles artiklis välja selgitada, mis selle kontseptsiooniga on seotud.
See salapärane teadus on aerodünaamika
Aerodünaamika teaduses, mis on mõeldud liikumisega kaasnevate nähtuste selgitamiseks
lennukid, on olemas mõiste "helibarjäär". See on rida nähtusi, mis ilmnevad helikiirusele lähedase või suurema kiirusega ülehelikiirusega õhusõidukite või rakettide liikumisel.
Mis on lööklaine?
Kui ülehelikiirusega vool liigub ümber sõiduki, ilmub tuuletunnelis lööklaine. Selle jäljed on nähtavad isegi palja silmaga. Maapinnal väljendatakse neid kollase joonega. Väljaspool lööklaine koonust, kollase joone ees, ei kuule te isegi lennukit maapinnal. Heli ületavatel kiirustel mõjub kehadele helivoog, millega kaasneb lööklaine. Neid võib olla rohkem kui üks, olenevalt keha kujust.
Lööklaine transformatsioon
Lööklaine frondil, mida mõnikord nimetatakse lööklaineks, on üsna väike paksus, mis võimaldab siiski jälgida voolu omaduste järske muutusi, selle kiiruse vähenemist keha suhtes ja vastavat voolu suurenemist. voolus oleva gaasi rõhk ja temperatuur. Sel juhul muundatakse kineetiline energia osaliselt sisemine energia gaas Nende muutuste arv sõltub otseselt ülehelikiiruse voolu kiirusest. Kui lööklaine liigub aparaadist eemale, siis rõhulangused vähenevad ja lööklaine muudetakse helilaineks. See võib jõuda välisvaatlejani, kes kuuleb iseloomulikku plahvatust meenutavat heli. Arvatakse, et see näitab, et seade on saavutanud helikiiruse, kui lennuk lahkub helibarjäärist.
Mis tegelikult toimub?
Nn ülesaamise hetk helibarjäär praktikas on see lööklaine läbimine koos lennukimootorite kasvava mürinaga. Nüüd on seade kaasasolevast helist ees, nii et mootori sumin kostub pärast seda. Helikiirusele lähenemine sai võimalikuks Teise maailmasõja ajal, kuid piloodid märkisid alarmidõhusõiduki käitamisel.
Pärast sõja lõppu püüdsid paljud lennukikonstruktorid ja piloodid saavutada helikiirust ja murda helibarjääri, kuid paljud neist katsetest lõppesid traagiliselt. Pessimistlikud teadlased väitsid, et seda piiri ei saa ületada. Mitte mingil juhul eksperimentaalselt, vaid teaduslikult oli võimalik selgitada “helibarjääri” mõiste olemust ja leida viise selle ületamiseks.
Ohutuid lende trans- ja ülehelikiirusel on võimalik vältides lainekriisi, mille tekkimine sõltub lennuki aerodünaamilistest parameetritest ja lennu kõrgusest. Üleminekud ühelt kiirustasemelt teisele tuleks võimalikult kiiresti läbi viia järelpõleti abil, mis aitab vältida pikka lendu lainekriisi tsoonis. Lainekriis kui kontseptsioon tuli veetranspordist. See tekkis siis, kui laevad liikusid veepinnal lainete kiirusele lähedase kiirusega. Lainekriisi sattumine toob endaga kaasa kiiruse suurendamise raskusi ja kui saate lainekriisist võimalikult lihtsalt üle, saate siseneda mööda veepinda hööveldamise või libisemise režiimi.
Lennuki juhtimise ajalugu
Esimene inimene, kes saavutas eksperimentaallennukiga ülehelikiiruse, oli Ameerika piloot Chuck Yeager. Tema saavutus märgiti ajalukku 14. oktoobril 1947. aastal. NSV Liidu territooriumil lõhkusid helibarjääri 26. detsembril 1948 kogenud hävitajaga lendanud Sokolovsky ja Fedorov.
Tsiviilelanike seas lõhkus helibarjääri reisilennuk Douglas DC-8, mis saavutas 21. augustil 1961 kiiruseks 1,012 Machi ehk 1262 km/h. Lennu eesmärk oli koguda andmeid tiibade projekteerimiseks. Lennukite seas püstitas maailmarekordi ülihelikiirusega õhk-maa aeroballistiline rakett, mis on kasutuses Vene armee. 31,2 kilomeetri kõrgusel saavutas rakett kiiruse 6389 km/h.
50 aastat pärast õhus helibarjääri purustamist saavutas inglane Andy Green samasuguse saavutuse autos. Ameeriklane Joe Kittinger üritas rekordit purustada vabalangemises, saavutades 31,5 kilomeetri kõrguse. Täna, 14. oktoobril 2012 püstitas Felix Baumgartner ilma transpordi abita vabalangemises 39 kilomeetri kõrguselt helibarjääri purustades maailmarekordi. Selle kiirus ulatus 1342,8 kilomeetrini tunnis.
Kõige ebatavalisem helibarjääri purunemine
Kummaline mõelda, kuid esimene leiutis maailmas, mis selle piiri ületas, oli tavaline piits, mille leiutasid iidsed hiinlased peaaegu 7 tuhat aastat tagasi. Peaaegu kuni kiirfotograafia leiutamiseni 1927. aastal ei kahtlustanud keegi, et piitsa mõranemine on miniatuurne helibuum. Terav kiik moodustab silmuse ja kiirus suureneb järsult, mida kinnitab klõps. Helibarjäär puruneb umbes 1200 km/h kiirusel.
Kõige mürarikkama linna mõistatus
Pole ime, et väikelinnade elanikud on esimest korda pealinna nähes šokeeritud. Transpordi rohkus, sajad restoranid ja meelelahutuskeskused ajavad segadusse ja tekitavad rahutust. Tavaliselt dateeritakse kevade algust pealinnas pigem aprilli, kui mässumeelse tuisuva märtsiga. Aprillis on selge taevas, voolavad ojad ja õitsevad pungad. Pikast talvest väsinud inimesed avavad aknad pärani päikese poole ja tänavamüra tungib nende majja. Tänaval siristavad kõrvulukustavalt linnud, laulavad artistid ja loetakse luulet. rõõmsad õpilased, rääkimata mürast liiklusummikutes ja metroos. Hügieeniosakonna töötajad märgivad, et pikaajaline viibimine mürarikkas linnas on tervisele kahjulik. Pealinna helitaust koosneb transpordist,
lennundus-, tööstus- ja majapidamismüra. Kõige kahjulikum on automüra, kuna lennukid lendavad üsna kõrgel ja ettevõtete müra lahustub nende hoonetes. Pidev autode sumin eriti tiheda liiklusega maanteedel ületab kõik vastuvõetavad standardid kaks korda. Kuidas pealinn helibarjääri ületab? Moskva on helirohkusega ohtlik, seetõttu paigaldavad pealinna elanikud müra summutamiseks topeltklaasid.
Kuidas helibarjääri tormitakse?
Kuni 1947. aastani puudusid tegelikud andmed lendava lennuki kokpitis viibinud inimese heaolu kohta. kiirem kui heli. Nagu selgub, nõuab helibarjääri purustamine teatud jõudu ja julgust. Lennu ajal saab selgeks, et ellujäämise garantiid pole. Isegi elukutseline piloot ei oska kindlalt öelda, kas lennuki konstruktsioon peab vastu elementide rünnakule. Mõne minutiga võib lennuk lihtsalt laiali kukkuda. Mis seda seletab? Tuleb märkida, et alahelikiirusel liikumine tekitab akustilisi laineid, mis levivad mahakukkunud kivilt ringidena. Ülehelikiirus ergastab lööklaineid ja maas seisev inimene kuuleb plahvatuse sarnast heli. Ilma võimsate arvutiteta oli keeruline lahendada keerulisi probleeme ja tuli loota tuuletunnelites puhutavatele mudelitele. Mõnikord, kui lennuki kiirendus on ebapiisav, ulatub lööklaine nii suureks, et majadest, mille kohal lennuk lendab, lendavad aknad välja. Kõik ei suuda helibarjääri ületada, sest sel hetkel väriseb kogu konstruktsioon ja seadme kinnitused võivad oluliselt kahjustada saada. Seetõttu on see pilootide jaoks nii oluline hea tervis ja emotsionaalne stabiilsus. Kui lend on sujuv ja helibarjäär võimalikult kiiresti ületatud, ei tunne piloot ega reisijad palju ebamugavustunne. Uurimislennuk ehitati spetsiaalselt helibarjääri purustamiseks 1946. aasta jaanuaris. Masina loomine algatati kaitseministeeriumi korraldusel, kuid relvade asemel topiti sellesse teadusaparatuuri, mis jälgis mehhanismide ja instrumentide töörežiimi. See lennuk meenutas kaasaegset sisseehitatud tiibraketti raketi mootor. Lennuk lõhkus helibarjääri maksimaalse kiirusega 2736 km/h.
Sõnalised ja materiaalsed monumendid helikiiruse vallutamiseks
Saavutused helibarjääri purustamisel on tänapäevalgi kõrgelt hinnatud. Niisiis on lennuk, millega Chuck Yeager sellest esimest korda üle sai, nüüd väljas Washingtonis asuvas riiklikus õhu- ja kosmosemuuseumis. Kuid selle inimliku leiutise tehnilised parameetrid oleksid ilma piloodi enda eelisteta vähe väärt. Chuck Yeager läbis lennukooli ja võitles Euroopas, pärast mida naasis Inglismaale. Ebaõiglane lendamisest kõrvalejätmine ei murdnud Yeageri vaimu ja ta saavutas Euroopa vägede ülemjuhataja vastuvõtu. Sõja lõpuni jäänud aastate jooksul osales Yeager 64 lahingumissioonil, mille käigus tulistas alla 13 lennukit. Chuck Yeager naasis kodumaale kapteni auastmega. Tema omadused viitavad fenomenaalsele intuitsioonile, uskumatule meelekindlusele ja vastupidavusele kriitilistes olukordades. Rohkem kui korra püstitas Yeager oma lennukis rekordeid. Tema edasine karjäär oli õhuväe üksustes, kus ta koolitas piloote. IN viimane kord Chuck Yeager murdis helibarjääri 74-aastaselt, mis oli tema lennuajaloo viiekümnes aastapäev, ja 1997. aastal.
Lennukiloojate keerulised ülesanded
Maailmakuulsat MiG-15 lennukit hakati looma hetkel, mil arendajad mõistsid, et ei saa loota ainult helibarjääri purustamisele, vaid lahendada tuleb keerulised tehnilised probleemid. Selle tulemusel loodi masin nii edukas, et selle muudatused võeti kasutusele erinevad riigid. Mitmed erinevad disainibürood astusid omamoodi konkurentsivõitlusse, mille auhinnaks oli patent edukaima ja funktsionaalsema lennuki jaoks. Töötati välja pühitud tiibadega lennukid, mis oli nende disainis revolutsioon. Ideaalne seade pidi olema võimas, kiire ja uskumatult vastupidav igasugustele välistele kahjustustele. Lennukite pühitud tiibadest sai element, mis aitas neil helikiirust kolmekordistada. Seejärel see kasvas jätkuvalt, mis oli seletatav mootori võimsuse kasvu, uuenduslike materjalide kasutamise ja aerodünaamiliste parameetrite optimeerimisega. Helibarjääri ületamine on muutunud võimalikuks ja reaalseks ka mitteprofessionaalile, kuid see ei muuda seda vähem ohtlikuks, nii et iga ekstreemspordihuviline peaks enne sellise eksperimendi ettevõtmist oma tugevusi mõistlikult hindama.
14. oktoobril 1947 ületas inimkond järjekordse verstaposti. Piir on üsna objektiivne, väljendudes konkreetses füüsikalises suuruses - heli kiiruses õhus, mis maakera atmosfääri tingimustes jääb olenevalt selle temperatuurist ja rõhust vahemikku 1100-1200 km/h. Ülehelikiiruse vallutas Ameerika piloot Chuck Yeager (Charles Elwood "Chuck" Yeager), II maailmasõja noor veteran, kellel oli erakordne julgus ja suurepärane fotogeensus, tänu millele sai ta kodumaal kohe populaarseks, nagu 14 aastat. hiljem Juri Gagarin.
Ja helibarjääri ületamiseks oli tõesti vaja julgust. Nõukogude piloot Ivan Fedorov, kes kordas Yeageri saavutusi aasta hiljem, 1948. aastal, meenutas oma toonaseid tundeid: "Enne helibarjääri murdmise lendu sai selgeks, et pärast seda pole ellujäämise garantiid. Keegi ei teadnud praktiliselt, mis see on ja kas lennuki konstruktsioon peab elementidele vastu. Kuid me püüdsime sellele mitte mõelda.
Tõepoolest, polnud täielikku selgust, kuidas auto ülehelikiirusel käitub. Lennukikonstruktoritel oli veel värskeid mälestusi 30ndate äkilisest ebaõnnest, mil lennukite kiiruste suurenedes tuli kiiresti lahendada laperduse probleem – isevõnkumised, mis tekivad nii lennuki jäikades konstruktsioonides kui ka selle konstruktsioonides. nahka, rebenes lennuki mõne minutiga laiali. Protsess arenes nagu laviin, kiiresti, piloodid ei jõudnud lennurežiimi muuta ja masinad lagunesid õhus. Üsna pikka aega nägid matemaatikud ja disainerid erinevates riikides vaeva selle probleemi lahendamisega. Lõpuks lõi nähtuse teooria toonane noor vene matemaatik Mstislav Vsevolodovitš Keldõš (1911–1978), hilisem NSVL Teaduste Akadeemia president. Selle teooria abil oli võimalik leida viis ebameeldivast nähtusest igaveseks vabanemiseks.
On üsna selge, et sama ebameeldivaid üllatusi oli oodata ka helibarjäärist. Aerodünaamika keeruliste diferentsiaalvõrrandite numbriline lahendamine võimsate arvutite puudumisel oli võimatu ja tuli loota mudelite tuuletunnelites "puhumisele". Kuid kvalitatiivsetest kaalutlustest oli selge, et helikiiruse saavutamisel tekkis lennuki lähedale lööklaine. Kõige otsustavam hetk on helibarjääri lõhkumine, kui lennuki kiirust võrreldakse helikiirusega. Sel hetkel suureneb lainefrondi erinevatel külgedel rõhkude vahe kiiresti ja kui hetk kestab kauem kui hetke, võib lennuk laguneda mitte halvemini kui laperdamisest. Mõnikord lööb ebapiisava kiirendusega helibarjääri lõhkudes lennuki tekitatud lööklaine isegi selle all maapinnal asuvate majade akende klaasid välja.
Lennuki kiiruse ja helikiiruse suhet nimetatakse Machi numbriks (nimetatud kuulsa saksa mehaaniku ja filosoofi Ernst Machi järgi). Helibarjääri läbides tundub piloodile, et M-number hüppab hüppeliselt üle ühe: Chuck Yeager nägi, kuidas spidomeetri nõel hüppas 0.98 pealt 1.02 peale, misjärel valitses kokpitis tegelikult “jumalik” vaikus, ilmne: just tase Helirõhk lennuki salongis langeb mitu korda. See "helist puhastamise" hetk on väga salakaval, see maksis paljude testijate elu. Kuid tema X-1 lennuki lagunemise oht oli väike.
1946. aasta jaanuaris Bell Aircrafti toodetud X-1 oli puhtalt uurimislennuk, mis oli mõeldud helibarjääri purustamiseks ja ei midagi enamat. Hoolimata asjaolust, et sõiduki tellis kaitseministeerium, topiti sellesse relvade asemel teadusaparatuur, mis jälgib komponentide, instrumentide ja mehhanismide töörežiime. X-1 oli nagu kaasaegne tiibrakett. Sellel oli üks Reaction Motorsi rakettmootor, mille tõukejõud oli 2722 kg. Maksimaalne stardimass 6078 kg. Pikkus 9,45 m, kõrgus 3,3 m, tiibade siruulatus 8,53 m. Maksimaalne kiirus kõrgusel 18290 m 2736 km/h. Sõiduk lasti välja strateegiliselt pommitajalt B-29 ja maandus terasest "suuskadele" kuivale soolajärvele.
Selle piloodi "taktikalised ja tehnilised parameetrid" pole vähem muljetavaldavad. Chuck Yeager sündis 13. veebruaril 1923. aastal. Pärast kooli läksin lennukooli ja pärast selle lõpetamist läksin Euroopasse võitlema. Tulistas alla ühe Messerschmitt-109. Ta ise tulistati Prantsusmaa taevas alla, kuid partisanid päästsid ta. Nagu poleks midagi juhtunud, naasis ta oma baasi Inglismaal. Valvas vastuluureteenistus, kes ei uskunud vangistuse imelist vabanemist, eemaldas aga piloodi lendamisest ja saatis ta tagalasse. Ambitsioonikas Yeager saavutas vastuvõtu liitlasvägede Euroopa ülemjuhataja kindral Eisenhoweriga, kes uskus Yeagerit. Ja ta ei eksinud - sõja lõpuni jäänud kuue kuu jooksul sooritas ta 64 lahingumissiooni, tulistas alla 13 vaenlase lennukit, 4 ühes lahingus. Ja ta naasis kodumaale kapteni auastmega suurepärase toimikuga, mis väitis, et tal on fenomenaalne lennuintuitsioon, uskumatu meelekindlus ja hämmastav vastupidavus igas kriitilises olukorras. Tänu sellele omadusele kuulus ta ülehelikiirusega testijate meeskonda, keda valiti ja koolitati sama hoolikalt kui hilisemaid astronaude.
Nimetades X-1 oma naise auks ümber “Glamourous Glennis”, püstitas Yeager sellega rekordeid rohkem kui korra. 1947. aasta oktoobri lõpus langes senine kõrgusrekord 21 372 m. Detsembris 1953 saavutas masina uus modifikatsioon X-1A kiiruse 2,35 M ja peaaegu 2800 km/h ning kuus kuud hiljem tõusis. kõrgusele 27 430 m. Ja enne Lisaks katsetati mitmeid seeriasse lastud hävitajaid ja testiti meie MiG-15, mis püüti kinni ja transporditi Ameerikasse ajal. Korea sõda. Seejärel juhtis Yeager erinevaid õhujõudude katseüksusi nii USA-s kui ka Ameerika baasides Euroopas ja Aasias, osales lahingutegevuses Vietnamis ja koolitas piloote. Ta läks pensionile 1975. aasta veebruaris brigaadikindrali auastmes, olles oma vapra teenistuse jooksul lennanud 10 tuhat tundi, katsetanud 180 erinevat ülehelikiirusega mudelit ning kogunud ainulaadse ordenite ja medalite kollektsiooni. 80ndate keskel tehti maailmas esimesena helibarjääri vallutanud vapra tüübi eluloo põhjal film ja pärast seda ei saanud Chuck Yeagerist isegi mitte kangelane, vaid rahvuslik reliikvia. Ta lendas F-16-ga viimast korda 14. oktoobril 1997, purustades helibarjääri oma ajaloolise lennu viiekümnendal aastapäeval. Yeager oli siis 74-aastane. Üldiselt, nagu luuletaja ütles, tuleks neist inimestest naelad teha.
Selliseid inimesi on teispool ookeani palju. Nõukogude disainerid hakkasid ameerika omadega samal ajal helibarjääri vallutama. Kuid nende jaoks polnud see eesmärk omaette, vaid täiesti pragmaatiline tegu. Kui X-1 oli puhtalt uurimismasin, siis meie riigis vallutati helibarjäär hävitajate prototüüpidele, mis pidid õhuväe üksuste varustamiseks seeriatesse minema.
Konkursil osalesid mitmed disainibürood: Lavochkin OKB, Mikoyan OKB ja Yakovlev OKB, mis arendasid samaaegselt pühkinud tiibadega lennukeid, mis oli tollal revolutsiooniline disainilahendus. Ülehelikiirusega finišijoonele jõudsid nad järgmises järjekorras: La-176 (1948), MiG-15 (1949), Jak-50 (1950). Seal aga lahendati probleem üsna keerulises kontekstis: sõjamasinal peab olema mitte ainult suur kiirus, aga ka palju muid omadusi: manööverdusvõime, ellujäämisvõime, minimaalne lennueelne ettevalmistusaeg, võimsad relvad, muljetavaldav laskemoon jne. ja nii edasi. Samuti tuleb märkida, et nõukogude ajal mõjutasid riiklike vastuvõtukomisjonide otsuseid sageli mitte ainult objektiivsed, vaid ka arendajate poliitiliste manöövritega seotud subjektiivsed tegurid. Kogu see asjaolude kogum viis hävitaja MiG-15 käivitamiseni, mis toimis 50ndatel kohalikel sõjaliste operatsioonide areenidel hästi. Just selle Koreas jäädvustatud autoga, nagu eespool mainitud, Chuck Yeager "ringi sõitis".
La-176 kasutas sel ajal rekordilist tiiva pühkimist, mis võrdub 45 kraadiga. Turboreaktiivmootor VK-1 andis tõukejõu 2700 kg. Pikkus 10,97 m, tiibade siruulatus 8,59 m, tiiva pindala 18,26 ruutmeetrit. Stardimass 4636 kg. Lagi 15 000 m. Lennuulatus 1000 km. Relvastus üks 37 mm kahur ja kaks 23 mm. Auto sai valmis 1948. aasta sügisel ja detsembris algasid selle lennukatsetused Krimmis Saki linna lähistel sõjaväelennuväljal. Katseid juhtis tulevane akadeemik Vladimir Vassiljevitš Struminski (1914–1998), katselennuki piloodid olid kapten Oleg Sokolovski ja hiljem kangelase tiitli saanud kolonel Ivan Fedorov. Nõukogude Liit. Sokolovsky suri absurdse õnnetuse läbi neljanda lennu ajal, unustades kokpiti varikatuse sulgeda.
Kolonel Ivan Fedorov purustas helibarjääri 26. detsembril 1948. aastal. Tõusnud 10 tuhande meetri kõrgusele, pööras ta juhtnupu endast eemale ja hakkas sukeldumisel kiirendama. "Ma kiirendan oma 176 suurelt kõrguselt," meenutas piloot. Kostab tüütu madal vile. Kiirust suurendades kihutab lennuk maa poole. Spidomeetri skaalal liigub nõel kolmekohalistelt numbritelt neljakohaliste numbriteni. Lennuk väriseb nagu palavikus. Ja järsku vaikus! Helibarjäär on võetud. Hilisem ostsillogrammide dekodeerimine näitas, et arv M oli ületanud ühe. See juhtus 7000 meetri kõrgusel, kus registreeriti kiiruseks 1,02 M.
Seejärel jätkas mehitatud õhusõidukite kiirus pidevat tõusu mootori võimsuse suurenemise, uute materjalide kasutamise ja aerodünaamiliste parameetrite optimeerimise tõttu. See protsess ei ole aga piiramatu. Ühelt poolt pärsivad seda ratsionaalsuskaalutlused, kui arvestatakse kütusekulu, arenduskulusid, lennuohutust ja muid mitte tühikäiguga seotud kaalutlusi. Ja isegi sõjalennunduses, kus raha ja pilootide ohutus pole nii oluline, jäävad kõige “kiiremate” masinate kiirused vahemikku 1,5–3 miljonit. Tundub, et rohkem polegi vaja. (Reaktiivmootoriga mehitatud lennukite kiirusrekord kuulub Ameerika luurelennukile SR-71 ja on 3,2 M.)
Teisest küljest on olemas ületamatu soojusbarjäär: teatud kiirusel toimub autokere kuumenemine õhuga hõõrdumisel nii kiiresti, et selle pinnalt pole võimalik soojust eemaldada. Arvutused näitavad, et millal normaalne rõhk see peaks toimuma umbes 10M kiirusel.
Sellest hoolimata saavutati 10M piir ikkagi samal Edwardsi treeningväljakul. See juhtus 2005. aastal. Rekordiomanik oli mehitamata rakettlennuk X-43A, mis toodeti 7-aastase ambitsioonika Hiper-X programmi raames, et töötada välja uut tüüpi tehnoloogia, mille eesmärk on muuta radikaalselt tulevase raketi- ja kosmosetehnoloogia palet. Selle maksumus on 230 miljonit dollarit.Rekord püstitati 33 tuhande meetri kõrgusel. Kasutatud droonis uus süsteem kiirendus Kõigepealt lastakse välja traditsiooniline tahkekütuse rakett, mille abil saavutab X-43A kiiruse 7 Machi ja seejärel lülitatakse sisse uut tüüpi mootor - hüperhelikiirusega ramjet-mootor (scramjet või scramjet). mida tavalist kasutatakse oksüdeerijana atmosfääriõhk, ja kütuseks on vesinikgaas (üsna klassikaline kontrollimatu plahvatuse skeem).
Programmi kohaselt valmistati kolm mehitamata mudelit, mis pärast ülesande täitmist ookeani uputati. Järgmine etapp hõlmab mehitatud sõidukite loomist. Pärast nende testimist võetakse saadud tulemusi arvesse mitmesuguste "kasulike" seadmete loomisel. Lisaks lennukitele luuakse NASA vajadusteks hüperhelikiirusega sõjaväesõidukeid – pommitajad, luurelennukid ja transpordilennukid. Hiper-X programmis osalev Boeing plaanib aastateks 2030-2040 luua 250 reisijale mahutava hüperhelikiirusega reisilennuki. On täiesti selge, et aknaid, mis sellistel kiirustel aerodünaamikat lõhuvad ega talu soojust, ei tule. Illuminaatorite asemel on ekraanid videosalvestistega mööduvatest pilvedest.
Pole kahtlust, et seda tüüpi transporti nõutakse, sest mida kaugemale minna, seda kallimaks aeg läheb, mahutades ajaühikusse üha rohkem emotsioone, teenitud dollareid ja muid komponente. kaasaegne elu. Sellega seoses pole kahtlustki, et kunagi muutuvad inimesed ühepäevaliblikateks: üks päev on sama sündmusterohke kui kogu praegune (õigemini eilne) inimelu. Ja võib oletada, et keegi või miski rakendab Hiper-X programmi seoses inimkonnaga.
Minu oma uuesti avaldamine vana tekst teemal "helibarjäär":
Selgub, et üks lennundusega seotud laialt levinud väärarusaamu on niinimetatud "helibarjäär", millest lennukid "ületavad".
Veelgi enam: ülehelikiiruse lennuga on seotud terve hulk väärarusaamu. Kuidas on olukord tegelikkuses? (Fotodega lugu.)
Esimene eksiarvamus:“plaks”, väidetavalt kaasnev “helibarjääri ületamine” (varem avaldati vastus sellele küsimusele Elementsi veebisaidil).
Mõiste "plaks" on arusaamatus põhjustatud mõiste "helibarjäär" valesti mõistmisest. Seda "poppi" nimetatakse õigesti "helibuumiks". Ülehelikiirusel liikuv lennuk tekitab ümbritsevas õhus lööklaineid ja õhurõhu hüppeid. Lihtsustatult võib neid laineid ette kujutada kui lennuki lendu saatvat koonust, mille tipp on justkui seotud kere nina külge ning generaatorid on suunatud lennuki liikumise vastu ja levivad üsna kaugele. näiteks maapinnale.
Kui selle peamise helilaine esiosa tähistava kujuteldava koonuse piir jõuab inimese kõrvani, kostab plaksuna järsk rõhuhüpe. Helipoom, justkui lõastatuna, saadab kogu lennuki lendu eeldusel, et lennuk liigub piisavalt kiiresti, ehkki ühtlase kiirusega. Plaks näib olevat helibuumi põhilaine läbimine üle kindla punkti maapinnal, kus asub näiteks kuulaja.
Teisisõnu, kui ülehelikiirusega lennuk hakkaks lendama üle kuulaja edasi-tagasi konstantse, kuid ülehelikiirusega, oleks pauku kuulda iga kord, mõni aeg pärast seda, kui lennuk lendas üle kuulaja üsna lähedalt.
Ja aerodünaamika “helibarjääriks” on õhutakistuse järsk hüpe, mis tekib siis, kui lennuk saavutab teatud helikiirusele lähedase piirikiiruse. Selle kiiruse saavutamisel muutub õhusõidukit ümbritseva õhuvoolu iseloom dramaatiliselt, mis omal ajal muutis ülehelikiiruse saavutamise väga keeruliseks. Tavaline allahelikiirusega lennuk ei ole võimeline lendama stabiilselt helist kiiremini, ükskõik kui palju seda ka ei kiirendaks – see lihtsalt kaotab juhitavuse ja laguneb laiali.
Helibarjääri ületamiseks pidid teadlased välja töötama spetsiaalse aerodünaamilise profiiliga tiiva ja välja mõtlema muid nippe. Huvitav on see, et moodsa ülehelikiirusega lennuki piloodil on oma lennukiga helibarjääri “ületamine” hea: ülehelikiirusele üleminekul on tunda “aerodünaamilist šokki” ja iseloomulikke “hüppeid” juhitavuses. Kuid need protsessid ei ole otseselt seotud "plaksutamisega" kohapeal.
Teine eksiarvamus: "udu purustamine".
Kuigi peaaegu kõik teavad "puuvillast", on "udu" olukord mõnevõrra "erilisem". Palju on pilte, kus lendav lennuk (tavaliselt hävitaja) näib udusest koonusest “välja hüppavat”. Tundub väga muljetavaldav:
Udu nimetatakse "helibarjääriks". Nad ütlevad, et foto jäädvustab "ületamise hetke" ja udu on "sama barjäär".
Tegelikult seostatakse udu tekkimist ainult järsk langusõhusõiduki lennuga kaasnev rõhk. Aerodünaamiliste mõjude tulemusena ei teki lennuki konstruktsioonielementide taha ainult alad kõrge vererõhk, aga ka õhu harvaesinemise piirkonnad (esinevad rõhukõikumised). Just nendes haruldaste piirkondades (mis toimub tegelikult ilma soojusvahetuseta keskkond, kuna protsess on “väga kiire”) ja veeaur kondenseerub. Selle põhjuseks on "kohaliku temperatuuri" järsk langus, mis põhjustab järsu nihke nn kastepunktis.
Seega, kui õhuniiskus ja temperatuur on sobivad, siis selline udu – õhuniiskuse intensiivsest kondenseerumisest tingitud – saadab kogu lennuki lendu. Ja mitte tingimata ülehelikiirusel. Näiteks alloleval fotol on pommitaja B-2, mis on allahelikiirusega õhusõiduk, iseloomulik udusus:
Muidugi, kuna fotol on jäädvustatud üks lennuhetk, siis ülehelikiirusega lennukite puhul tekitab see udust “välja hüppava” hävitaja tunde. Eriti tugeva efekti saab saavutada madalal merepinnal lennates, kuna sel juhul on atmosfäär tavaliselt väga niiske.
Seetõttu on suurem osa ülehelikiiruse lennust tehtud “kunstilisi” fotosid tehtud ühe või teise laeva pardalt ning fotodele on jäädvustatud kandjapõhised lennukid.
(Kasutatud fotod: USA mereväe uudisteteenistus ja USA õhujõudude pressiteenistus)
(Eriline tänu Igor Ivanovile väärtuslike kommentaaride eest udu tekkimise füüsika kohta.)
Edasi – arvamused ja arutelud
(Allpool olevad sõnumid lisavad saidi lugejad lehe lõpus asuva vormi kaudu.)Miks lõhub lennuk plahvatusliku pauguga helibarjääri? Ja mis on "helibarjäär"?
"Popi" puhul tekib arusaamatus termini "helibarjäär" valesti mõistmisest. Seda "poppi" nimetatakse õigesti "helibuumiks". Ülehelikiirusel liikuv lennuk tekitab ümbritsevas õhus lööklaineid ja õhurõhu hüppeid. Lihtsustatult võib neid laineid ette kujutada kui lennuki lendu saatvat koonust, mille tipp on justkui seotud kere nina külge ning generaatorid on suunatud lennuki liikumise vastu ja levivad üsna kaugele. näiteks maapinnale.
Kui selle peamise helilaine esiosa tähistava kujuteldava koonuse piir jõuab inimese kõrvani, kostab plaksuna järsk rõhuhüpe. Helipoom, justkui lõastatuna, saadab kogu lennuki lendu eeldusel, et lennuk liigub piisavalt kiiresti, ehkki ühtlase kiirusega. Plaks näib olevat helibuumi põhilaine läbimine üle kindla punkti maapinnal, kus asub näiteks kuulaja.
Teisisõnu, kui ülehelikiirusega lennuk hakkaks pidevalt, kuid ülehelikiirusel üle kuulaja edasi-tagasi lendama, siis oleks pauku kuulda iga kord, mõni aeg pärast seda, kui lennuk lendas kuulajast üsna lähedalt üle.
Ja aerodünaamika “helibarjääriks” on õhutakistuse järsk hüpe, mis tekib siis, kui lennuk saavutab teatud helikiirusele lähedase piirikiiruse. Selle kiiruse saavutamisel muutub õhusõidukit ümbritseva õhuvoolu iseloom dramaatiliselt, mis omal ajal muutis ülehelikiiruse saavutamise väga keeruliseks. Tavaline allahelikiirusega lennuk ei ole võimeline lendama stabiilselt helist kiiremini, ükskõik kui palju seda ka ei kiirendaks – see lihtsalt kaotab juhitavuse ja laguneb laiali.
Helibarjääri ületamiseks pidid teadlased välja töötama spetsiaalse aerodünaamilise profiiliga tiiva ja välja mõtlema muid nippe. Huvitav on see, et moodsa ülehelikiirusega lennuki piloodil on oma lennukiga helibarjääri “ületamine” hea: ülehelikiirusele üleminekul on tunda “aerodünaamilist šokki” ja iseloomulikke “hüppeid” juhitavuses. Kuid need protsessid ei ole otseselt seotud "plaksutamisega" kohapeal.
Enne kui lennuk murrab helibarjääri, võib tekkida ebatavaline pilv, mille päritolu on siiani ebaselge. Kõige populaarsema hüpoteesi järgi toimub õhusõiduki läheduses rõhulangus ja nn Prandtl-Glauerti singulaarsus millele järgneb veepiiskade kondenseerumine niiskest õhust. Tegelikult näete allolevatel fotodel kondensatsiooni...
Klõpsake pildil, et seda suurendada.
Helibarjäär
Helibarjäär
nähtus, mis tekib õhusõiduki või raketi lennu ajal atmosfääris allahelikiiruselt ülehelikiirusel ülemineku hetkel. Kui lennuki kiirus läheneb helikiirusele (1200 km/h), tekib selle ette õhuke piirkond, milles toimub õhu rõhu ja tiheduse järsk tõus. Sellist õhu tihenemist lendava lennuki ees nimetatakse lööklaineks. Maapinnal tajutakse lööklaine läbimist pauguna, mis on sarnane püssipaugu heliga. Pärast ületamist läbib lennuk seda suurenenud õhutihedusega piirkonda, justkui läbistaks selle - purustades helibarjääri. Pikka aega helibarjääri lõhkumine tundus lennunduse arengus tõsise probleemina. Selle lahendamiseks oli vaja muuta lennuki tiiva profiili ja kuju (see muutus õhemaks ja tagasipühkinud), muuta kere esiosa teravamaks ning varustada lennuk reaktiivmootoritega. Helikiirust ületas esmakordselt 1947. aastal Charles Yeager lennukil X-1 (USA) B-29 lennukilt välja lastud vedelrakettmootoriga. Venemaal purustas O. V. Sokolovsky esimesena helibarjääri 1948. aastal eksperimentaalsel turboreaktiivmootoriga lennukil La-176.
Entsüklopeedia "Tehnoloogia". - M.: Rosman. 2006 .
Helibarjäär
aerodünaamilise õhusõiduki takistuse järsk tõus lennul Machi numbritel M(∞), ületades veidi kriitilist arvu M*. Põhjus on selles, et arvude juures M(∞) > M*, millega kaasneb lainetakistuse ilmnemine. Lennuki lainetakistuskoefitsient suureneb arvu M suurenemisega väga kiiresti, alustades M(∞) = M*.
Saadavus Z. b. muudab keeruliseks helikiirusega võrdse lennukiiruse saavutamise ja sellele järgnenud ülemineku ülehelikiirusele. Selleks osutus vajalikuks luua õhukeste pühkivate tiibadega lennukid, mis võimaldasid oluliselt vähendada takistust, ja reaktiivmootorid, mille tõukejõud kiiruse suurenedes suureneb.
NSV Liidus saavutati helikiirusega võrdne kiirus esmakordselt lennukil La-176 1948. aastal.
Lennundus: entsüklopeedia. - M.: Suur vene entsüklopeedia. Peatoimetaja G.P. Svištšov. 1994 .
Vaadake, mis on "helibarjäär" teistes sõnaraamatutes:
Helibarjäär aerodünaamikas on mitmete nähtuste nimetus, mis kaasneb õhusõiduki (näiteks ülehelikiirusega õhusõiduki, raketi) liikumisega helikiirusele lähedasel või sellest suuremal kiirusel. Sisu 1 Lööklaine, ... ... Vikipeedia
HELIbarjäär, raskuste põhjus lennunduses lennukiiruse suurendamisel üle helikiiruse (ÜLEHELIKIIRUS). Helikiirusele lähenedes kogeb lennuki takistus ootamatut suurenemist ja aerodünaamilise tõstevõime vähenemist... ... Teaduslik ja tehniline entsüklopeediline sõnastik
helibarjäär- garso barjeras statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. helibarjäär helibarjäär vok. Schallbarriere, f; Schallmauer, f rus. helibarjäär, m pranc. Barjääri sonique, f; frontière sonique, f; mur de son, m … Fizikos terminų žodynas
helibarjäär- Garso barjero statusas T sritis Energetika apibrėžtis 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
Aerodünaamilise takistuse järsk tõus, kui lennuki lennukiirus läheneb helikiirusele (ületades lennu Machi arvu kriitilist väärtust). Seda seletatakse lainekriisiga, millega kaasneb lainetakistuse suurenemine. Ületa 3....... Suur entsüklopeediline polütehniline sõnaraamat
Helibarjäär- õhutakistuse järsk tõus õhusõidukite liikumisele kell. lähenevad helikiirusele lähedased kiirused. Ületamine 3. b. sai võimalikuks tänu lennukite aerodünaamiliste kujude täiustamisele ja võimsate... ... Sõjaväeterminite sõnastik
helibarjäär- helibarjäär aerodünaamilise õhusõiduki takistuse järsk tõus Mach-arvudel M∞, ületades veidi kriitilist arvu M*. Põhjus on selles, et arvude puhul M∞ > Entsüklopeedia "Lennundus"
helibarjäär- helibarjäär aerodünaamilise õhusõiduki takistuse järsk tõus Mach-arvudel M∞, ületades veidi kriitilist arvu M*. Põhjus on selles, et arvude M∞ > M* juures tekib lainekriis,... ... Entsüklopeedia "Lennundus"
- (Prantsuse barriere eelpost). 1) väravad linnustes. 2) areenides ja tsirkustes on piirdeaed, palk, varras, millest hobune üle hüppab. 3) märk, milleni võitlejad kahevõitluses jõuavad. 4) piirded, rest. Sõnastik võõrsõnad, sisaldub ...... Vene keele võõrsõnade sõnastik
BARRIER, ah, abikaasa. 1. Rajale asetatud takistus (seina tüüp, põiklatt) (hüppamisel, jooksmisel). Võtke b. (sellest üle saada). 2. Piirdeaed, piirdeaed. B. boks, rõdu. 3. ülekanne Takistust, takistust milleks n. Looduslik jõgi b. Sest…… Sõnastik Ožegova