Tikrai daugelis yra girdėję apie paslaptingą garso barjerą, kurį įveikia naikintuvai ir sprogdintojai, taip pat apie viršgarsines raketas. Kas yra ši kliūtis, ar ją galima pamatyti vizualiai ir kokia yra garsiai sprogstančio garso priežastis?
Kas yra garso barjeras?
Garso barjeras aerodinamikos srityje tai yra techniniai sunkumai, atsirandantys dėl reiškinių, susijusių su orlaivio judėjimu greičiu, lygiu ar didesniu už garso greitį.
Turite suprasti, kad tai nėra reali kliūtis, kurią turi įveikti lėktuvas, kaip kažkokia nematoma siena, o abstrakti koncepcija. Jis atsirado tuo metu, kai aviacija galvojo tik apie orlaivius, galinčius skristi dideliu greičiu - viršgarsinius. Daugelis netgi reikalavo, kad tokie rezultatai būtų neprieinami.
Koks yra garso greitis?
Garso greitis yra greitis, kuriuo tam tikroje terpėje sklinda elastingos bangos. Šis rodiklis skiriasi priklausomai nuo aplinkos. Pavyzdžiui, garso greitis ore - 331 m / s arba 1191,6 km / h.
Įveikti garso greitį
Kaip įveikiamas garso barjeras? Lėktuvas kyla ir pamažu vis labiau įsibėgėja. Aplink jį teka viršgarsinis oro srautas, kurio metu nosyje susidaro lankas šoko banga. Jų gali būti keli, priklausomai nuo orlaivio formos.
Šioje srityje oro slėgis ir tankis staigiai kyla. Tuo metu, kai plokštuma viršija garso greitį, ji praeina per šią sritį ir pasirodo garsus pop garsas, kuris atrodo kaip kadras. Pilotas kabinoje negirdi jokių garsų - apie garso barjero įveikimą sužino tik specialiais jutikliais. Pastebimi ir orlaivių valdymo pokyčiai.
Garsiai sprogus popsas yra garsinis bumas. Jį galima išgirsti stovint žemės paviršiuje, kai lėktuvas skraido viršgarsiniu greičiu netoliese. Smūgio bangos, kurias jis formuoja, gali būti vizualiai pavaizduotos kūgio, lydinčio orlaivį, pavidalu. Kūgio viršuje yra lankas. Bangos iš jo sklinda dideliais atstumais.
Gandai, kad žmogus stovi ant žemės, nubrėžia duoto įsivaizduojamo kūgio ribas. Staigus slėgio šuolis suvokiamas kaip sprogstamoji medvilnė. Nuo kliūties įveikimo orlaivį nuolat lydi akustinis smūgis. Tačiau medvilnė bus girdima kiekvieną kartą, kai ji skrenda virš fiksuoto paviršiaus taško.
Kadangi plokštuma juda greičiau nei garsas, pirmiausia stebėtojas išgirsta iššokimą ir tik po to variklio triukšmas.
Įdomus faktas: garso barjero įveikimas dažnai susijęs su balto debesies atsiradimu orlaivio gale. Tačiau tai neturi nieko bendra su garso barjeru. Tai yra „Prandtl-Gloert“ efektas - drėgmės kondensacija iškart už judančio lėktuvo.
Viršgarsinio skrydžio problemos
Nesvarbu, kaip normalus lėktuvas įsibėgėja, jis ilgai negalės skristi viršgarsiniu greičiu. Pogarsinis orlaivis yra lygesnis ir apvalesnis. O skrendant viršgarsiniu greičiu atsiranda kitos aerodinaminės sąlygos.
Oro pasipriešinimas smarkiai padidėja, orlaivio korpusas įkaista dėl trinties. Dėl to paprastas orlaivis praras stabilią valdymą ir gali pradėti griūti tiesiai ore.
Aktyviai plėtojama viršgarsinė aviacija prasidėjo 50–60 m. Pirmasis viršgarsinis lėktuvas, pagamintas masiškai, buvo Šiaurės Amerikos naikintuvas „F-100 Super Sabre“. Šis modelis pirmą kartą skrido 1953 m.
Sukurtas ir viršgarsinis keleivinis lėktuvas, vykdantis reguliarius skrydžius. Bet jų buvo tik 2: sovietinis Tu-144 ir anglų-prancūzų „Concorde“.
Tokių orlaivių pranašumas yra įveikti didelius atstumus per trumpą laiką. Taip pat viršgarsinis orlaivis juda didesniame aukštyje nei įprastiniai. Atitinkamai oro erdvė nėra pakrauta. Tačiau jų naudojimo netrukus buvo atsisakyta dėl kelių trūkumų:
- šoko banga;
- didelės degalų sąnaudos;
- operacijos sudėtingumas;
- triukšmas virš aerodromo.
Garsus sprogimas yra staigus slėgio šuolis prieš plokštumą, kuris įvyksta, kai plokštuma pradeda judėti viršgarsiniu greičiu (ji įveikia garso barjerą). Smūgio banga priešais orlaivį sklinda kūgio formos. Asmuo, stebintis lėktuvo skrydį, išgirsta pop, kai ši banga pasiekia jį, ir tik po to gali veikti variklis. Smūgio banga nuolat lydi lėktuvą viršgarsiniu greičiu.Tačiau popsas bus girdimas tik pravažiuojant orlaivį tam tikrame taške - arčiau stebėtojo.
