Звуковий бар’єр - це

Фотографія ударних хвиль при обтіканні моделі надзвуковим потоком в аеродинамічній трубі. (Аеродинамічна лабораторія NASA).

Поширення ударної хвилі, викликаної надзвуковим літаком. Жовта лінія - слід ударної хвилі на землі. Зовні конуса ударної хвилі (а на землі - перед жовтою лінією) літак не чути.

При обтіканні надзвуковим газовим потоком твердого тіла на його передній кромці утворюється ударна хвиля (іноді не одна, в залежності від форми тіла). На фото видно ударні хвилі, утворені на вістрі фюзеляжу моделі, на передній і задній кромках крила і на задньому закінчення моделі.

Фронт ударної хвилі в міру віддалення від апарату поступово приймає майже правильну конічну форму, перепад тиску на ньому зменшується зі збільшенням відстані від вершини конуса. і ударна хвиля перетворюється в звукову. Кут між віссю і утворює конуса пов'язаний з числом Маха співвідношенням:

Коли ця хвиля досягає спостерігача, який би, наприклад, на Землі, він чує гучний звук, схожий на вибух. Поширеною помилкою є думка, нібито це наслідок досягнення літаком швидкості звуку, або «подолання звукового бар'єру». Насправді, в цей момент повз спостерігача проходить ударна хвиля, яка постійно супроводжує літак, який рухається з надзвуковою швидкістю. Зазвичай відразу після «бавовни» спостерігач може чути гул двигунів літака, нечутно до проходження ударної хвилі, оскільки літак рухається швидше звуків, що видаються їм. Дуже схоже спостереження має місце при дозвуковом польоті - літак, що летів над спостерігачем на великій висоті (більше 1 км) не чутний, точніше чуємо із запізненням: напрямок на джерело звуку не збігається з напрямком на видимий літак для спостерігача з землі.

хвильовий криза

FA-18 Летить на швидкості, близькій до швидкості звуку. Видно хмара конденсату, що утворився внаслідок локальної зміни тиску (Ефект Прандтля - Глоерта).

Хвильовий криза - зміна характеру обтікання літального апарату повітряним потоком при наближенні швидкості польоту до швидкості звуку. що супроводжується, як правило, погіршенням аеродинамічних характеристик апарату - зростанням лобового опору. зниженням підйомної сили. появою вібрацій та ін.

Уже в ході Другої світової війни швидкість винищувачів стала наближатися до швидкості звуку [1]. При цьому пілоти іноді стали спостерігати незрозумілі в той час і загрозливі явища, що відбуваються з їх машинами при польотах з граничними швидкостями. Зберігся емоційний звіт льотчика ВПС США своєму командиру генералу Арнольду:

«Сер, наші літаки вже зараз дуже суворі. Якщо з'являться машини з ще більшими швидкостями, ми не зможемо літати на них. Минулого тижня я на своєму "Мустангу" спікірував на Me-109. Мій літак затрясся, немов пневматичний молоток, і перестав слухатися рулів. Я ніяк не міг вивести його з піке. Всього в трьохстах метрах від землі я насилу вирівняв машину ... »[2].

Після війни, коли багато авіаконструктори і льотчики-випробувачі робили наполегливі спроби досягти психологічно значимої позначки - швидкості звуку, ці незрозумілі явища ставали нормою, і багато хто з таких спроб закінчилися трагічно. Це і викликало до життя не позбавлене містики вираз «звуковий бар'єр» (фр. Mur du son. Нім. Schallmauer - звукова стіна). Песимісти стверджували, що ця межа перевершити неможливо, хоча ентузіасти, ризикуючи життям, неодноразово намагалися зробити це. Розвиток наукових уявлень про надзвуковому русі газу дозволило не тільки пояснити природу «звукового бар'єру», а й знайти кошти його подолання.

При дозвуковом обтіканні фюзеляжу, крила і оперення літака на опуклих ділянках їх обводів виникають зони місцевого прискорення потоку [3]. Коли швидкість польоту літального апарату наближається до звукової, місцева швидкість руху повітря в зонах прискорення потоку може дещо перевищити швидкість звуку (рис. 1а). Минувши зону прискорення, потік сповільнюється, з неминучим утворенням ударної хвилі (така властивість надзвукових течій: перехід від надзвукової швидкості до дозвуковій завжди відбувається розривно - з утворенням ударної хвилі). Інтенсивність цих ударних хвиль невелика - перепад тиску на їх фронтах малий, але вони виникають відразу в безлічі, в різних точках поверхні апарату, і в сукупності вони різко змінюють характер його обтікання, з погіршенням його льотних характеристик: підйомна сила крила падає, повітряні рулі і елерони втрачають ефективність, апарат стає некерованим, і все це носить вкрай нестабільний характер, виникає сильна вібрація. Це явище отримало назву хвильового кризи. Коли швидкість руху апарату стає надзвуковий (M> 1), протягом знову стає стабільним, хоча його характер змінюється принципово (рис. 1б).

Мал. 1а. Аерокрило в близькому до звуковому потоці.

Мал. 1б. Аерокрило в надзвуковому потоці.

У крил з відносно товстим профілем в умовах хвильового кризи центр тиску різко зміщується назад і ніс літака "важчає". Пілоти поршневих винищувачів з таким крилом, які намагалися розвинути максимальну швидкість в пікіруванні з великої висоти на максимальній потужності, при наближенні до «звуковому бар'єра» ставали жертвами хвильового кризи - потрапивши в нього, було неможливо вийти з пікірування не погасив швидкість, що в свою чергу дуже складно зробити в пікіруванні. Найбільш відомим випадком затягування в пікірування з горизонтального польоту в історії вітчизняної авіації є катастрофа Бахчиванджи при випробуванні ракетного БІ-1 на максимальну швидкість. У кращих винищувачів Другої Світової з прямими крилами, таких як P-51 «Мустанг» або Me-109. хвильової криза на великій висоті починався зі швидкостей 700-750 км / ч. У той же час реактивні Мессершмітт Me.262 і Me.163 того ж періоду мали стреловидное крило, завдяки чому без проблем розвивали швидкість понад 800 км / ч. Слід також зазначити, що літак з традиційним гвинтом в горизонтальному польоті не може досягти швидкості, близької до швидкості звуку, оскільки лопаті повітряного гвинта потрапляють в зону хвильового кризи і втрачають ефективність значно раніше літака. Надзвукові гвинти з шаблевидними лопатями здатні вирішити цю проблему, але на даний момент такі гвинти виходять занадто складними в технічному плані і дуже гучними, чому на практиці не застосовуються.

Сучасні дозвукові літаки з крейсерською швидкістю польоту, досить близькою до звукової (понад 800 км / год), зазвичай виконуються із стрілоподібним крилом і оперенням з тонкими профілями, що дозволяє змістити швидкість, при якій починається хвильової криза, в сторону більших значень. Надзвукові літаки, яким доводиться проходити ділянку хвильового кризи при наборі надзвукової швидкості, мають конструктивні відмінності від дозвукових, пов'язані, як з особливостями надзвукової течії повітряного середовища, так і з необхідністю витримувати навантаження, що виникають в умовах надзвукового польоту і хвильового кризи, зокрема - трикутне в плані крило з ромбоподібним або трикутним профілем.

Рекомендації для безпечних навколозвукових і надзвукових польотів зводяться до наступного:

на дозвукових швидкостях польоту слід уникати швидкостей, при яких починається хвильової криза (ці швидкості залежать від аеродинамічних характеристик літака і від висоти польоту);
перехід з дозвуковій швидкості на надзвукову реактивними літаками повинен виконуватися наскільки можливо швидше, з використанням форсажу двигуна, щоб уникнути тривалого польоту в зоні хвильового кризи.

Термін хвильової криза застосовується і до водних судам, що рухаються зі швидкостями, близькими до швидкості хвиль на поверхні води. Розвиток хвильового кризи ускладнює зростання швидкості. Подолання судном хвильового кризи означає вихід на режим глиссирования (ковзання корпусу по поверхні води).

Історичні факти

Ефект Прандтля - Глоерта
Тепловий бар'єр (проблеми розробки гіперзвукових літальних апаратів)

Примітки

↑ Швидкість звуку залежить від температури газового середовища, і на висоті понад 5 км, де температура опускається нижче -20 ° C, може виявитися нижче 300 м / с, тобто менш 1080 км / год
↑ Хвильовий криза // Енциклопедія озброєнь на km.ru
↑ Завдяки цим зонам і утворюється підйомна сила літального апарату на дозвукових швидкостях

Дивитися що таке "Звуковий бар'єр" в інших словниках:

ЗВУКОВИЙ БАР'ЄР - ЗВУКОВИЙ БАР'ЄР, причина труднощів в авіації при збільшенні швидкості польоту понад швидкості звуку (надзвуковою швидкістю). Наближаючись до швидкості звуку, літак зазнає несподіване збільшення опору і втрату аеродинамічної підйомної ... ... Науково-технічний енциклопедичний словник

звуковий бар'єр - явище, яке виникає в польоті літака або ракети в момент переходу від дозвуковій до надзвукової швидкості польоту в атмосфері. При наближенні швидкості літака до швидкості звуку (1200 км / ч) в повітрі перед ним виникає тонка область, в якій ... ... Енциклопедія техніки

звуковий бар'єр - garso barjeras statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. sonic barrier; sound barrier vok. Schallbarriere, f; Schallmauer, f rus. звуковий бар'єр, m pranc. barrière sonique, f; frontière sonique, f; mur de son, m ... Fizikos terminų žodynas

звуковий бар'єр - garso barjeras statusas T sritis Energetika apibrėžtis Staigus aerodinaminio pasipriešinimo padidėjimas, kai orlaivio greitis tampa garso greičiu (viršijama kritinė Macho skaičiaus vertė). Aiškinamas bangų krize dėl staiga padidėjusio ... ... Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

ЗВУКОВИЙ БАР'ЄР - різке збільшення опору аеродинамічного при наближенні швидкості польоту ЛА до швидкості звуку (перевищення кри тич. Значення Маху числа польоту). Пояснюється хвильовим кризою, що супроводжується зростанням хвильового опору. Подолати 3. ... ... Великий енциклопедичний політехнічний словник

Звуковий бар'єр - різке збільшення опору повітряного середовища руху ЛА при. підході до швидкостей, близьких до швидкості поширення звуку. Подолання 3. б. стало можливим за рахунок вдосконалення аеродинамічних форм літаків і застосування потужних ... ... Словник військових термінів

звуковий бар'єр - звуковий бар'єр # 151; різке збільшення опору аеродинамічного літального апарату при Маха числах польоту M∞, кілька перевищують критичне число M *. Причина полягає в тому, що при числах M∞> M * наступає хвильової криза, ... ... Енциклопедія «Авіація»

БАР'ЄР - (франц. Barriere застава). 1) ворота в фортецях. 2) в манежах і цирках загородки, колода, жердина, через які стрибає кінь. 3) знак, до якого доходять бійці на поєдинку. 4) перила, решітка. Словник іншомовних слів, які увійшли до складу ... ... Словник іншомовних слів української мови

БАР'ЄР - БАР'ЄР, а, чоловік. 1. Перешкода (рід стінки, перекладина), поставлена на шляху (при скачках, бігу). Взяти б. (Подолати його). 2. загородки, огорожу. Б. ложі, балкона. 3. перен. Прегражденіе, перешкода для чого н. Річка природний б. для ... ... Тлумачний словник Ожегова

Звуковий бар'єр. Джессі Рассел. Ця книга буде виготовлена в відповідності з Вашим замовленням за технологією Print-on-Demand. High Quality Content by WIKIPEDIA articles! Звуковий бар'єр в аеродинаміці - назва ряду явищ, ... Детальніше Купити за 950 руб
Відлякувач звуковий ЕкоСнайпер ML-338R. Відлякувач «ЕкоСнайпер» ML-338R створює захисний бар'єр на відстані 0, 5-1, 5 метра навколо людини, не дозволяючи комарам наближатися до відкритих ділянок тіла. Він ефективно позбавить від ... Детальніше Купити за 500 руб
Постер Літаки "Військовий літак звуковий бар'єр". ... Детальніше Купити за 426 руб

Інші книги по запросу «Звуковий бар'єр» >>