Schallmauer. Wer hat als Erster die Schallmauer durchbrochen? Geschwindigkeit zum Durchbrechen der Schallmauer in km/h

Derzeit scheint das Problem des „Durchbrechens der Schallmauer“ im Wesentlichen die Aufgabe leistungsstarker Antriebsmotoren zu sein. Wenn ausreichend Schub vorhanden ist, um den Widerstandsanstieg bis und unmittelbar über der Schallmauer zu überwinden, so dass das Flugzeug den kritischen Geschwindigkeitsbereich schnell passieren kann, sind keine großen Schwierigkeiten zu erwarten. Vielleicht wäre es für ein Flugzeug einfacher, im Üzu fliegen als im Übergangsbereich zwischen Unterschall- und Überschallgeschwindigkeit.

Damit ähnelt die Situation in etwa der Anfang dieses Jahrhunderts, als die Gebrüder Wright die Möglichkeit des aktiven Fliegens nachweisen konnten, weil sie über einen leichten Motor mit ausreichendem Schub verfügten. Wenn wir die richtigen Motoren hätten, würde der Überschallflug ziemlich alltäglich werden. Das Durchbrechen der Schallmauer im Horizontalflug gelang bis vor kurzem nur mit recht unwirtschaftlichen Antriebssystemen wie Raketen- und Staustrahltriebwerken mit sehr hohem Treibstoffverbrauch. Experimentelle Flugzeuge wie X-1 und Sky-rocket sind mit Raketentriebwerken ausgestattet, die nur für wenige Flugminuten zuverlässig sind, oder Turbo Strahltriebwerke mit Nachbrennern, aber zum Zeitpunkt dieses Schreibens gibt es mehrere Flugzeuge, die eine halbe Stunde lang mit Überschallgeschwindigkeit fliegen können. Wenn Sie in der Zeitung lesen, dass das Flugzeug "durchgeflogen ist Schallmauer“, bedeutet dies oft, dass er dies durch Tauchen tat. In diesem Fall ergänzte die Schwerkraft die unzureichende Zugkraft.

Es gibt ein seltsames Phänomen, das mit diesen Kunstflügen verbunden ist, auf das ich hinweisen möchte. Nehmen wir das Flugzeug an

nähert sich dem Beobachter mit Unterschallgeschwindigkeit, taucht ab, erreicht Überschallgeschwindigkeit, verlässt dann den Tauchgang und fliegt wieder mit Unterschallgeschwindigkeit weiter. In diesem Fall hört der Beobachter am Boden oft zwei laute Dröhngeräusche, ziemlich schnell aufeinander folgend: „Bumm, bumm!“ Einige Gelehrte haben Erklärungen für den Ursprung des doppelten Rumpelns vorgeschlagen. Akeret in Zürich und Maurice Roy in Paris schlugen beide vor, dass das Brummen auf die Anhäufung von Schallimpulsen wie Motorgeräuschen zurückzuführen sei, die beim Durchfliegen des Flugzeugs mit Schallgeschwindigkeit abgegeben wurden. Bewegt sich das Flugzeug auf den Beobachter zu, so erreicht der vom Flugzeug abgegebene Lärm den Beobachter in einem kürzeren Zeitintervall als dem Intervall, in dem es ausgegeben wurde. Es kommt also immer zu einer Ansammlung von Schallimpulsen, sofern sich die Schallquelle auf den Betrachter zubewegt. Bewegt sich die Schallquelle jedoch mit einer Geschwindigkeit nahe der Schallgeschwindigkeit, so nimmt die Akkumulation unendlich zu. Dies wird deutlich, wenn wir davon ausgehen, dass der gesamte Schall, der von einer sich mit Schallgeschwindigkeit direkt auf den Betrachter zubewegenden Quelle abgestrahlt wird, diesen zu einem kurzen Zeitpunkt erreicht, nämlich dann, wenn sich die Schallquelle dem Standort des Betrachters genähert hat. Der Grund dafür ist, dass sich der Schall und die Schallquelle mit der gleichen Geschwindigkeit ausbreiten. Bewegte sich der Schall in dieser Zeit mit Überschallgeschwindigkeit, so würde sich die Reihenfolge der wahrgenommenen und abgestrahlten Schallimpulse umkehren; der Beobachter wird später emittierte Signale unterscheiden, bevor er früher emittierte Signale wahrnimmt.

Der Doppelbrummvorgang nach dieser Theorie lässt sich durch das Diagramm in Abb. 58. Angenommen, das Flugzeug bewegt sich direkt auf den Beobachter zu, jedoch mit variabler Geschwindigkeit. Kurve AB zeigt die Bewegung des Flugzeugs als Funktion der Zeit. Die Steigung der Tangente an die Kurve gibt die Momentangeschwindigkeit des Flugzeugs an. Die im Diagramm gezeigten parallelen Linien zeigen die Schallausbreitung an; der Neigungswinkel dieser Geraden entspricht der Schallgeschwindigkeit. Zuerst ist die Flugzeuggeschwindigkeit im Abschnitt Unterschall, dann im Abschnitt - Überschall und schließlich im Abschnitt - wieder Unterschall. Befindet sich der Betrachter im Anfangsabstand D, so entsprechen die auf der horizontalen Linie dargestellten Punkte der von ihm wahrgenommenen Folge

Reis. 58. Weg-Zeit-Diagramm eines Flugzeugs, das mit variabler Geschwindigkeit fliegt. Parallele Linien mit einem Neigungswinkel nach innen zeigen die Schallausbreitung.

Schallimpulse. Wir sehen, dass der vom Flugzeug beim zweiten Passieren der Schallmauer (Punkt ) abgestrahlte Schall den Beobachter früher erreicht als der beim ersten Passieren (Punkt ) abgestrahlte Schall. In diesen beiden Momenten nimmt der Beobachter nach einem infinitesimalen Zeitintervall Impulse wahr, die während eines begrenzten Zeitraums ausgesendet werden. Daher hört er ein Summen, das einer Explosion ähnelt. Zwischen zwei Brummtönen nimmt er gleichzeitig drei Impulse wahr, die das Flugzeug zu unterschiedlichen Zeiten aussendet.

Auf Abb. 59 zeigt schematisch die in diesem vereinfachten Fall zu erwartende Rauschintensität. Es sei darauf hingewiesen, dass die Akkumulation von Schallimpulsen bei einer sich nähernden Schallquelle derselbe Vorgang ist, der als Doppler-Effekt bekannt ist; die Charakterisierung des letzteren Effekts wird jedoch normalerweise durch die mit dem Akkumulierungsprozess verbundene Tonhöhenänderung begrenzt. Die empfundene Lärmintensität ist schwer zu berechnen, da sie vom Mechanismus der Schallerzeugung abhängt, der nicht gut bekannt ist. Darüber hinaus wird der Prozess durch die Form der Flugbahn, mögliche Echos sowie Stoßwellen erschwert, die an verschiedenen Stellen des Flugzeugs während des Flugs beobachtet werden und deren Energie in Schallwellen umgewandelt wird, nachdem das Flugzeug die Geschwindigkeit verringert hat. In einigen

Reis. 59. Schematische Darstellung der Intensität des vom Beobachter wahrgenommenen Rauschens.

Neuere Arbeiten zu diesem Thema haben das doppelte Rumpeln, manchmal dreifache Rumpeln, das bei Superhochgeschwindigkeitstauchgängen beobachtet wird, diesen Schockwellen zugeschrieben.

Das Problem des „Durchbrechens der Schallmauer“ oder „Schallwand“ scheint die Vorstellungskraft der Öffentlichkeit anzuregen (ein englischer Film mit dem Titel „Breaking the Sound Barrier“ gibt eine Vorstellung von den Herausforderungen, die mit dem Durchfliegen eines einzigen Mach verbunden sind); Piloten und Ingenieure diskutieren das Problem sowohl ernsthaft als auch im Scherz. Der folgende "Wissenschaftsbericht" des transsonischen Fluges demonstriert eine wunderbare Kombination aus technischem Wissen und poetischen Freiheiten:

Wir glitten sanft mit 540 Meilen pro Stunde durch die Luft. Ich mochte den kleinen XP-AZ5601-NG schon immer wegen seiner einfachen Bedienelemente und der Tatsache, dass die Prandtl-Reynolds-Anzeige in der oberen rechten Ecke des Bedienfelds versteckt ist. Ich habe die Instrumente überprüft. Wasser, Kraftstoff, Drehzahl, Carnot-Wirkungsgrad, Geschwindigkeit über Grund, Enthalpie. Alles ok. Richtung 270°. Die Vollständigkeit der Verbrennung ist normal - 23 Prozent. Der alte Turbojet schnurrte so ruhig wie immer, und Tonys Zähne klapperten kaum von seinen 17 Türen, die über die Schenectady geworfen wurden. Aus dem Motor trat nur ein dünnes Rinnsal Öl aus. Das ist das Leben!

Ich wusste, dass ein Flugzeugmotor für Geschwindigkeiten gut ist, die über allem liegen, was wir jemals versucht haben zu entwickeln. Das Wetter war so klar, der Himmel so blau, die Luft so ruhig, dass ich nicht widerstehen konnte und beschleunigte. Ich bewegte den Hebel langsam eine Position nach vorne. Der Regler wackelte nur leicht, und nach ungefähr fünf Minuten war alles ruhig. 590 km/h. Ich drückte den Hebel erneut. Nur zwei Düsen sind verstopft. Ich drückte den schmalen Lochreiniger. Wieder öffnen. 640 km/h. Ruhig. Das Auspuffrohr war fast vollständig geknickt, ein paar Quadratzentimeter auf einer Seite noch offen. Meine Hände juckten am Hebel, und ich drückte ihn erneut. Das Flugzeug beschleunigte auf 690 Meilen pro Stunde und passierte einen kritischen Abschnitt, ohne ein einziges Fenster zu zerbrechen. Die Kabine wurde warm, also füllte ich etwas mehr Luft in den Whirlpool-Kühler. Maximal 0,9! Ich bin noch nie schneller geflogen. Ich konnte ein leichtes Zittern außerhalb des Bullaugenfensters sehen, also passte ich die Form des Flügels an und er verschwand.

Tony döste jetzt, und ich blies Rauch aus seiner Pfeife. Ich konnte nicht widerstehen und habe die Geschwindigkeit um eine Stufe erhöht. Genau in zehn Minuten holten wir Mach 0,95 ein. Zurück in den Brennräumen sank der Gesamtdruck teuflisch ab. Das war das Leben! Karmans Blinker zeigte rot, aber das war mir egal. Tonys Kerze brannte immer noch. Ich wusste, dass Gamma bei Null war, aber es war mir egal.

Mir war schwindelig vor Aufregung. Etwas mehr! Ich legte meine Hand auf den Hebel, aber genau in diesem Moment streckte Tony die Hand aus und sein Knie streifte meine Hand. Der Hebel sprang um bis zu zehn Stufen! Scheiße! Das kleine Flugzeug erzitterte in voller Länge, und ein kolossaler Geschwindigkeitsverlust warf Tony und mich in die Verkleidung. Es fühlte sich an, als wären wir gegen eine solide Mauer gefahren! Ich konnte sehen, dass die Nase des Flugzeugs zerknittert war. Ich sah auf das Machometer und erstarrte! 1,00! Gott, in einem Moment dachte ich, wir sind am Maximum! Wenn ich ihn nicht dazu bringe, langsamer zu werden, bevor er ausrutscht, wird unser Widerstand nachlassen! Zu spät! Mach 1.01! 1.02! 1.03! 1.04! 1.06! 1.09! 1.13! 1.18! Ich war verzweifelt, aber Tony wusste, was zu tun war. Im Handumdrehen gab er zurück

Bewegung! Heiße Luft strömte in das Auspuffrohr, sie wurde in der Turbine komprimiert, brach erneut in die Kammern ein und dehnte den Kompressor aus. Kraftstoff begann in die Tanks zu fließen. Der Entropiemesser schwang auf Null. Mach 1,20! 1.19! 1.18! 1.17! Wir sind gerettet. Er rutschte zurück, er rutschte zurück, während Tony und ich beteten, dass der Strömungsteiler nicht stecken bleiben würde. 1.10! 1.08! 1.05!

Scheiße! Wir treffen auf die andere Seite der Mauer! Wir sind gefangen! Nicht genug negativer Schub, um zurückzubrechen!

Während wir aus Angst vor der Wand kauerten, brach das Heck des kleinen Flugzeugs auseinander und Tony schrie: „Feuer die Raketenverstärker!“ Aber sie sind in die falsche Richtung abgebogen!

Tony streckte die Hand aus und schob sie vorwärts, Machlinien strömten aus seinen Fingern. Ich habe sie angezündet! Der Schlag war atemberaubend. Wir verloren das Bewusstsein.

Als ich wieder zu Sinnen kam, flog unser kleines Flugzeug, ganz zerfetzt, gerade durch Mach Null! Ich zog Tony heraus und wir fielen schwer zu Boden. Das Flugzeug wurde im Osten langsamer. Nach ein paar Sekunden hörten wir ein Rumpeln, als wäre es gegen eine andere Wand gefahren.

Es wurde keine einzige Schraube gefunden. Tony fing an, Netze zu weben, und ich wanderte zum MIT.

Schallmauer passiert :-) ...

Bevor wir uns in Gespräche über das Thema stürzen, lassen Sie uns etwas Klarheit in die Frage der Genauigkeit von Konzepten bringen (was ich mag :-)). Heute sind zwei Begriffe gebräuchlich: Schallmauer und Überschallbarriere. Sie klingen ähnlich, aber immer noch nicht gleich. Es hat jedoch keinen Sinn, es mit besonderer Strenge zu verwässern: Tatsächlich ist dies ein und dasselbe. Die Definition der Schallmauer wird am häufigsten von Personen verwendet, die sachkundiger und näher an der Luftfahrt sind. Und die zweite Definition ist normalerweise der ganze Rest.

Ich denke, dass es aus physikalischer Sicht (und der russischen Sprache :-)) richtiger ist, Schallmauer zu sagen. Hier gibt es einfache Logik. Immerhin gibt es den Begriff der Schallgeschwindigkeit, aber streng genommen keinen festen Begriff der Überschallgeschwindigkeit. Wenn ich ein wenig nach vorne schaue, werde ich sagen, dass ein Flugzeug, wenn es mit Überschall fliegt, diese Barriere bereits passiert hat, und wenn es sie passiert (überwindet), dann überschreitet es einen bestimmten Geschwindigkeitsschwellenwert, der der Schallgeschwindigkeit entspricht (und kein Überschall).

Sowas in der Art:-). Außerdem wird das erste Konzept viel seltener verwendet als das zweite. Dies liegt offenbar daran, dass das Wort Überschall exotischer und attraktiver klingt. Und im Überschallflug ist das Exotische durchaus präsent und zieht natürlich viele an. Allerdings sind nicht alle Menschen, die die Worte genießen " Überschallbarriere' wirklich verstehen, was es ist. Mehr als einmal war ich davon überzeugt, indem ich mir die Foren ansah, Artikel las und sogar fernsah.

Diese Frage ist aus physikalischer Sicht eigentlich ziemlich kompliziert. Aber wir werden natürlich nicht in die Komplexität steigen. Wir versuchen einfach, wie üblich, die Situation nach dem Prinzip "Aerodynamik an den Fingern erklären" zu klären :-).

Also, zur Barriere (Schall :-))!… Flugzeuge im Flug, die auf ein so elastisches Medium wie Luft einwirken, werden zu einer starken Quelle von Schallwellen. Ich denke, jeder weiß, was Schallwellen in der Luft sind :-).

Schallwellen (Stimmgabel).

Dies ist ein Wechsel von Kompressions- und Verdünnungsbereichen, die sich von der Schallquelle in verschiedene Richtungen ausbreiten. Etwa wie Kreise auf dem Wasser, die auch nur Wellen sind (aber kein Schall :-)). Es sind diese Bereiche, die auf das Trommelfell einwirken, die es uns ermöglichen, alle Geräusche dieser Welt zu hören, vom menschlichen Flüstern bis zum Dröhnen von Düsentriebwerken.

Ein Beispiel für Schallwellen.

Die Ausbreitungspunkte von Schallwellen können verschiedene Knoten des Flugzeugs sein. Zum Beispiel ein Motor (sein Geräusch ist jedem bekannt :-)) oder Körperteile (z. B. der Bug), die beim Bewegen die Luft vor sich verdichten und eine bestimmte Art von Druck erzeugen (Kompression ) Welle läuft vorwärts.

Alle diese Schallwellen breiten sich in der Luft mit Schallgeschwindigkeit aus, die wir bereits kennen. Das heißt, wenn das Flugzeug Unterschall ist und sogar mit niedriger Geschwindigkeit fliegt, scheinen sie davor wegzulaufen. Wenn sich ein solches Flugzeug nähert, hören wir daher zuerst sein Geräusch und dann fliegt es von selbst.

Ich werde jedoch einen Vorbehalt machen, dass dies zutrifft, wenn das Flugzeug nicht sehr hoch fliegt. Die Schallgeschwindigkeit ist schließlich nicht die Lichtgeschwindigkeit :-). Seine Größe ist nicht so groß und Schallwellen brauchen Zeit, um den Zuhörer zu erreichen. Daher kann sich die Reihenfolge der Tonerscheinung für den Zuhörer und das Flugzeug ändern, wenn es in großer Höhe fliegt.

Und da der Schall nicht so schnell ist, beginnt das Flugzeug mit zunehmender Eigengeschwindigkeit, die von ihm ausgesandten Wellen einzuholen. Das heißt, wenn er bewegungslos wäre, würden die Wellen in der Form von ihm abweichen konzentrische Kreise wie Kreise auf dem Wasser von einem geworfenen Stein. Und da sich das Flugzeug bewegt, beginnen sich im Sektor dieser Kreise entsprechend der Flugrichtung die Grenzen der Wellen (ihre Fronten) einander zu nähern.

Unterschallbewegung des Körpers.

Dementsprechend ist die Lücke zwischen dem Flugzeug (seiner Nase) und der Vorderseite der allerersten (Kopf-)Welle (dh dies ist der Bereich, in dem allmählich bis zu einem gewissen Grad gebremst wird entgegenkommende Strömung beim Treffen mit der Nase des Flugzeugs (Flügel, Heck) und infolgedessen Erhöhung von Druck und Temperatur) beginnt abzunehmen und je schneller, desto größer die Fluggeschwindigkeit.

Es kommt ein Moment, in dem diese Lücke praktisch verschwindet (oder minimal wird) und sich in eine besondere Art von Bereich verwandelt, der aufgerufen wird Schockwelle. Dies geschieht, wenn die Fluggeschwindigkeit die Schallgeschwindigkeit erreicht, dh das Flugzeug bewegt sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die von ihm ausgesandten Wellen. Die Machzahl ist in diesem Fall gleich eins (M = 1).

Gesunde Bewegung des Körpers (M=1).

Schockwelle, ist ein sehr schmaler Bereich des Mediums (in der Größenordnung von 10 -4 mm), bei dessen Durchgang es nicht mehr zu einer allmählichen, sondern zu einer scharfen (sprungartigen) Änderung der Parameter dieses Mediums kommt - Geschwindigkeit, Druck, Temperatur, Dichte. In unserem Fall sinkt die Drehzahl, Druck, Temperatur und Dichte nehmen zu. Daher der Name - die Stoßwelle.

Etwas vereinfachend würde ich das zu all dem sagen. Es ist unmöglich, die Überschallströmung stark zu verlangsamen, aber es muss getan werden, da es nicht mehr die Möglichkeit einer allmählichen Verzögerung auf die Geschwindigkeit der Strömung direkt vor der Nase des Flugzeugs gibt, wie bei moderaten Unterschallgeschwindigkeiten. Es scheint auf einen Unterschallabschnitt vor der Nase des Flugzeugs (oder der Spitze des Flügels) zu stolpern und zu einem schmalen Sprung zusammenzubrechen, wodurch die große Bewegungsenergie, die es besitzt, darauf übertragen wird.

Übrigens lässt sich auch umgekehrt sagen, dass das Flugzeug einen Teil seiner Energie auf die Bildung von Stoßwellen überträgt, um die Überschallströmung abzubremsen.

Überschallbewegung des Körpers.

Es gibt einen anderen Namen für die Stoßwelle. Wenn Sie sich mit dem Flugzeug im Weltraum bewegen, ist dies in der Tat die Front einer starken Änderung der oben genannten Umgebungsparameter (dh des Luftstroms). Und das ist die Essenz der Stoßwelle.

Schockwelle und eine Stoßwelle sind im Allgemeinen gleiche Definitionen, aber in der Aerodynamik wird die erste häufiger verwendet.

Die Stoßwelle (oder Stoßwelle) kann nahezu senkrecht zur Flugrichtung verlaufen, in diesem Fall nehmen sie im Raum eine annähernd kreisförmige Form an und werden als Geraden bezeichnet. Dies geschieht normalerweise in Modi nahe M = 1.

Modi der Körperbewegung. ! - Unterschall, 2 - M=1, Überschall, 4 - Stoßwelle (Schock).

Bei Zahlen M > 1 stehen sie bereits schräg zur Flugrichtung. Das heißt, das Flugzeug überholt bereits seinen eigenen Schall. In diesem Fall werden sie als schräg bezeichnet und nehmen im Raum die Form eines Kegels an, der übrigens Mach-Kegel genannt wird, nach dem Wissenschaftler, der Überschallströmungen untersuchte (er erwähnte ihn in einem von).

Machkegel.

Die Form dieses Kegels (sozusagen seine „Schlankheit“) hängt nur von der Zahl M ab und steht damit in Beziehung: M = 1 / sin α, wobei α der Winkel zwischen der Achse des Kegels und seiner ist Erzeugerin. Und die konische Oberfläche berührt die Fronten aller Schallwellen, deren Quelle das Flugzeug war und die es „überholte“ und Überschallgeschwindigkeit erreichte.

Außerdem Stoßwellen kann auch sein angeschlossen, wenn sie an die Oberfläche eines sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegenden Körpers angrenzen oder sich zurückziehen, wenn sie den Körper nicht berühren.

Arten von Stoßwellen im Überschallstrom um Körper verschiedener Formen.

Üblicherweise werden Erschütterungen angebracht, wenn die Überschallströmung irgendwelche spitzen Oberflächen umströmt. Bei einem Flugzeug kann dies beispielsweise eine spitze Nase, ein PVD, eine scharfe Kante eines Lufteinlasses sein. Gleichzeitig sagen sie „Jump Sits“ zum Beispiel auf der Nase.

Und der Rückzugsstoß kann erhalten werden, wenn man um abgerundete Oberflächen herumfließt, zum Beispiel die vordere abgerundete Kante eines dicken aerodynamischen Flügelprofils.

Verschiedene Komponenten des Flugzeugkörpers erzeugen im Flug ein ziemlich komplexes Stoßwellensystem. Die intensivsten von ihnen sind jedoch zwei. Ein Kopf am Bug und der zweite Schwanz an den Elementen des Leitwerks. In einiger Entfernung vom Flugzeug überholen die Zwischensprünge entweder den Kopf und verschmelzen mit ihm, oder der Schwanz überholt sie.

Die Stoßwellen am Flugzeugmodell beim Anblasen im Windkanal (M=2).

Dadurch bleiben zwei Sprünge übrig, die vom irdischen Beobachter im Allgemeinen aufgrund der geringen Größe des Flugzeugs im Vergleich zur Flughöhe und dem entsprechend kurzen zeitlichen Abstand zwischen ihnen als einer wahrgenommen werden.

Die Intensität (also Energie) der Stoßwelle (Kompressionsstoß) hängt von verschiedenen Parametern ab (Geschwindigkeit des Flugzeugs, Konstruktionsmerkmale, Umgebungsbedingungen usw.) und wird durch den Druckabfall an seiner Front bestimmt.

Mit zunehmender Entfernung von der Spitze des Mach-Kegels, dh vom Flugzeug, als Quelle von Störungen, wird die Stoßwelle schwächer, verwandelt sich allmählich in eine gewöhnliche Schallwelle und verschwindet schließlich vollständig.

Und in welcher Intensität es sein wird Schockwelle(oder Schockwelle), die den Boden erreicht, hängt von der Wirkung ab, die sie dort erzeugen kann. Es ist kein Geheimnis, dass die bekannte Concorde nur über dem Atlantik mit Überschall geflogen ist und militärische Überschallflugzeuge in großen Höhen oder in Gebieten, in denen es keine Siedlungen gibt, Überschall fliegen (zumindest scheint es so, als sollten sie es tun :-)).

Diese Einschränkungen sind sehr berechtigt. Für mich verbindet sich zum Beispiel schon die Definition einer Schockwelle mit einer Explosion. Und die Dinge, die eine ausreichend intensive Stoßwelle tun kann, können durchaus der Sache entsprechen. Zumindest kann das Glas von den Fenstern leicht herausfliegen. Dafür gibt es genügend Beweise (insbesondere in der Geschichte der sowjetischen Luftfahrt, als sie ziemlich zahlreich und die Flüge intensiv waren). Aber man kann schlimmeres tun. Man muss nur tiefer fliegen :-) ...

Was von Druckwellen zurückbleibt, wenn sie den Boden erreichen, ist jedoch größtenteils nicht mehr gefährlich. Nur ein außenstehender Beobachter am Boden kann gleichzeitig ein Geräusch hören, das einem Dröhnen oder einer Explosion ähnelt. Mit dieser Tatsache ist ein weit verbreitetes und ziemlich hartnäckiges Missverständnis verbunden.

Leute, die in der Luftfahrtwissenschaft nicht allzu erfahren sind und ein solches Geräusch hören, sagen, dass dieses Flugzeug überwunden hat Schallmauer (Überschallbarriere). Eigentlich ist es nicht. Diese Aussage hat aus mindestens zwei Gründen nichts mit der Realität zu tun.

Stoßwelle (Kompressionsstoß).

Erstens, wenn eine Person am Boden hoch am Himmel ein dröhnendes Dröhnen hört, dann bedeutet dies nur (ich wiederhole :-)), dass seine Ohren gereicht haben Stoßwellenfront(oder Schockwelle) von einem Flugzeug, das irgendwohin fliegt. Dieses Flugzeug fliegt bereits mit Überschallgeschwindigkeit und ist nicht nur darauf umgestiegen.

Und wenn die gleiche Person plötzlich ein paar Kilometer vor dem Flugzeug sein könnte, dann würde sie wieder das gleiche Geräusch vom gleichen Flugzeug hören, weil sie von der gleichen Stoßwelle betroffen wäre, die sich mit dem Flugzeug mitbewegt.

Es bewegt sich mit Überschallgeschwindigkeit und nähert sich daher lautlos. Und nachdem es seine nicht immer angenehme Wirkung auf die Trommelfelle (naja, wenn auch nur auf die :-)) entfaltet und sicher weitergegeben hat, wird das Dröhnen laufender Motoren hörbar.

Ungefähres Flugzeugflugmuster für verschiedene Werte der M-Nummer am Beispiel des Jagdflugzeugs Saab 35 "Draken". Die Sprache ist leider deutsch, aber die Regelung ist allgemein verständlich.

Darüber hinaus wird der Übergang zum Überschall selbst nicht von einmaligen „Booms“, Pops, Explosionen usw. begleitet. In einem modernen Überschallflugzeug erfährt der Pilot von einem solchen Übergang meistens nur aus den Anzeigen der Instrumente. In diesem Fall tritt jedoch ein bestimmter Vorgang auf, der jedoch für ihn unter bestimmten Pilotierungsregeln praktisch nicht wahrnehmbar ist.

Aber das ist nicht alles :-). Ich werde mehr sagen. in Form eines greifbaren, schweren, schwer zu überwindenden Hindernisses, an dem das Flugzeug anliegt und das „durchbohrt“ werden muss (solche Urteile habe ich gehört :-)) gibt es nicht.

Genau genommen gibt es überhaupt keine Barriere. Einst, zu Beginn der Entwicklung von Hochgeschwindigkeiten in der Luftfahrt, wurde dieses Konzept eher als psychologischer Glaube an die Schwierigkeit formuliert, auf Überschallgeschwindigkeit umzuschalten und damit zu fliegen. Es gab sogar Aussagen, dass es überhaupt unmöglich sei, zumal die Voraussetzungen für solche Überzeugungen und Aussagen ziemlich spezifisch waren.

Aber das Wichtigste zuerst…

In der Aerodynamik gibt es einen weiteren Begriff, der ziemlich treffend den Prozess der Wechselwirkung mit der Luftströmung eines Körpers beschreibt, der sich in dieser Strömung bewegt und danach strebt, auf Überschall umzuschalten. Das Welle Krise. Er ist es, der einige der schlechten Dinge tut, die traditionell mit dem Konzept in Verbindung gebracht werden Schallmauer.

Also mal was zur Krise :-). Jedes Flugzeug besteht aus Teilen, die im Flug umströmt werden und möglicherweise nicht gleich sind. Nehmen Sie zum Beispiel einen Flügel oder eher einen gewöhnlichen Klassiker Unterschallprofil.

Von den Grundlagen des Wissens darüber, wie Hubkraft Uns ist bewusst, dass die Strömungsgeschwindigkeit in der angrenzenden Schicht der oberen gekrümmten Oberfläche des Profils unterschiedlich ist. Wo das Profil konvexer ist, ist es größer als die Gesamtströmungsgeschwindigkeit, dann, wenn das Profil flacher wird, nimmt es ab.

Wenn sich der Flügel in der Strömung mit Geschwindigkeiten nahe der Schallgeschwindigkeit bewegt, kann es einen Moment geben, in dem beispielsweise in einem solchen konvexen Bereich die Geschwindigkeit der Luftschicht, die bereits größer ist als die Gesamtströmungsgeschwindigkeit, wird Schall und sogar Überschall.

Lokaler Schock, der während einer Wellenkrise auf Transsonik auftritt.

Im weiteren Verlauf des Profils nimmt diese Geschwindigkeit ab und wird irgendwann wieder Unterschall. Aber wie wir oben gesagt haben, kann die Überschallströmung nicht schnell verlangsamt werden, so dass das Auftreten von Schockwelle.

Solche Stöße treten an verschiedenen Stellen der stromlinienförmigen Oberflächen auf und sind anfangs ziemlich schwach, aber ihre Anzahl kann groß sein, und mit zunehmender Gesamtströmungsgeschwindigkeit nehmen die Überschallzonen zu, die Stöße „stärken“ sich und bewegen sich zur Hinterkante des Tragflügels. Später erscheinen die gleichen Schockwellen auf der Unterseite des Profils.

Volle Überschallströmung um das Flügelprofil herum.

Was ist das Risiko von all dem? Aber was. Zuerst- ist wichtig Erhöhung des Luftwiderstands im Bereich transsonischer Geschwindigkeiten (ungefähr M = 1, mehr oder weniger). Dieser Widerstand wächst aufgrund eines starken Anstiegs einer seiner Komponenten - Wellenwiderstand. Dasselbe, das wir bei der Betrachtung von Flügen mit Unterschallgeschwindigkeit nicht berücksichtigt haben.

Für die Bildung zahlreicher Stoßwellen (oder Stoßwellen) während der Verzögerung einer Überschallströmung wird, wie ich oben sagte, Energie aufgewendet und der kinetischen Energie des Flugzeugs entnommen. Das heißt, das Flugzeug wird einfach langsamer (und zwar sehr merklich!). Das ist es Wellenwiderstand.

Darüber hinaus tragen Stoßwellen aufgrund der starken Verzögerung der Strömung in ihnen zur Trennung der Grenzschicht nach sich selbst und ihrer Umwandlung von laminar zu turbulent bei. Dadurch wird der Luftwiderstand weiter erhöht.

Tragflächenströmung bei verschiedenen M-Zahlen Schocks, lokale Überschallzonen, turbulente Zonen.

Zweite. Durch das Auftreten örtlicher Überschallzonen am Flügelprofil und deren weitere Verlagerung in den Heckbereich des Profils mit einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und damit einer Änderung des Druckverteilungsbildes am Profil entsteht der Angriffspunkt von aerodynamische Kräfte (Druckzentrum) verlagern sich ebenfalls zur Hinterkante. Als Ergebnis erscheint Tauchmoment relativ zum Schwerpunkt des Flugzeugs, was dazu führt, dass es seine Nase senkt.

Was bewirkt das alles ... Aufgrund des ziemlich starken Anstiegs des Luftwiderstands benötigt das Flugzeug einen erheblichen Motorleistungsreserve die transsonische Zone zu überwinden und sozusagen echten Überschall zu erreichen.

Ein starker Anstieg des aerodynamischen Widerstands bei Transsonik (Wellenkrise) aufgrund eines Anstiegs des Wellenwiderstands. Cd ist der Luftwiderstandsbeiwert.

Weiter. Aufgrund des Auftretens eines Tauchmoments treten Schwierigkeiten bei der Nicksteuerung auf. Darüber hinaus aufgrund der Unordnung und Ungleichmäßigkeit der Prozesse, die mit der Entstehung lokaler Überschallzonen auch mit Stoßwellen verbunden sind schwer zu handhaben. Zum Beispiel auf einer Rolle, aufgrund unterschiedlicher Prozesse auf der linken und rechten Ebene.

Ja, dazu kommt das Auftreten von Vibrationen, oft recht stark durch lokale Turbulenzen.

Im Allgemeinen ein komplettes Vergnügen, das den Namen trägt Welle Krise. Aber wahr, alle finden statt (es gab spezifische :-)), wenn typische Unterschallflugzeuge (mit einem dicken Profil eines geraden Flügels) verwendet werden, um Überschallgeschwindigkeiten zu erreichen.

Anfangs, als noch nicht genügend Wissen vorhanden war und die Prozesse zum Erreichen von Überschall nicht umfassend untersucht wurden, wurde genau diese Menge als fast tödlich unüberwindbar angesehen und aufgerufen Schallmauer(oder Überschallbarriere, wenn Sie wollen:-)).

Beim Versuch, die Schallgeschwindigkeit auf konventionellen Kolbenflugzeugen zu überwinden, gab es viele tragische Fälle. Starke Vibrationen führten manchmal zur Zerstörung der Struktur. Das Flugzeug hatte nicht genug Leistung für die erforderliche Beschleunigung. Im Horizontalflug war dies aufgrund eines Effekts gleicher Art wie unmöglich Welle Krise.

Daher wurde ein Tauchgang zur Beschleunigung verwendet. Aber es könnte sehr wohl tödlich sein. Der Tauchmoment, der während einer Wellenkrise auftrat, machte den Tauchgang langwierig, und manchmal gab es keinen Ausweg. Um die Kontrolle wiederherzustellen und die Wellenkrise zu beseitigen, war es tatsächlich notwendig, die Geschwindigkeit zu löschen. Aber dies in einem Tauchgang zu tun, ist extrem schwierig (wenn nicht unmöglich).

Das Ziehen in einen Tauchgang aus dem Horizontalflug gilt als eine der Hauptursachen für die Katastrophe in der UdSSR am 27. Mai 1943 des berühmten experimentellen BI-1-Jägers mit einem Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerk. Es wurden Tests für die maximale Fluggeschwindigkeit durchgeführt, und laut den Designern betrug die erreichte Geschwindigkeit mehr als 800 km / h. Dann gab es eine Verzögerung in der Spitze, aus der das Flugzeug nicht herauskam.

Experimenteller Jäger BI-1.

Heute Welle Krise schon gut genug studiert und überwunden Schallmauer(wenn es erforderlich ist :-)) ist nicht schwierig. Bei Luftfahrzeugen, die für den Flug mit ausreichend hohen Geschwindigkeiten ausgelegt sind, werden bestimmte Konstruktionslösungen und Einschränkungen angewendet, um ihren Flugbetrieb zu erleichtern.

Bekanntlich beginnt die Wellenkrise bei Zahlen M nahe Eins. Daher haben fast alle Jet-Unterschallliner (insbesondere Passagiere) einen Flug Beschränkung auf die Zahl M. Normalerweise liegt sie im Bereich von 0,8–0,9 M. Der Pilot wird angewiesen, dies zu befolgen. Außerdem muss bei vielen Flugzeugen, wenn das Grenzniveau erreicht ist, die Fluggeschwindigkeit reduziert werden.

Fast alle Flugzeuge, die mit Geschwindigkeiten von mindestens 800 km/h und mehr fliegen, haben gepfeilter Flügel(zumindest an der Vorderkante :-)). Es ermöglicht Ihnen, den Beginn der Offensive zu verschieben Welle Krise bis zu Geschwindigkeiten entsprechend M = 0,85–0,95.

Pfeilflügel. Grundlegende Aktion.

Der Grund für diesen Effekt lässt sich ganz einfach erklären. Auf einem geraden Flügel verläuft ein Luftstrom mit der Geschwindigkeit V nahezu rechtwinklig, auf einem gepfeilten Flügel (Pfeilwinkel χ) unter einem bestimmten Schwimmwinkel β. Die Geschwindigkeit V kann vektoriell in zwei Ströme zerlegt werden: Vτ und Vn.

Die Strömung Vτ beeinflusst nicht die Druckverteilung auf dem Flügel, wohl aber die Strömung Vn, die die Trageeigenschaften des Flügels bestimmt. Und es ist offensichtlich weniger groß als die Gesamtströmung V. Daher auf dem gepfeilten Flügel, dem Beginn einer Wellenkrise und dem Wachstum Wellenwiderstand tritt merklich später auf als bei einem geraden Flügel bei gleicher Freistromgeschwindigkeit.

Versuchsjäger E-2A (der Vorgänger der MIG-21). Typischer gepfeilter Flügel.

Eine der Modifikationen des Pfeilflügels war der Flügel mit überkritisches Profil(erwähnte ihn). Es ermöglicht Ihnen auch, den Beginn der Krisenwelle mit hoher Geschwindigkeit zu verschieben, außerdem können Sie die Effizienz steigern, was für Passagierschiffe wichtig ist.

SuperJet 100. Überkritischer Pfeilflügel.

Wenn das Flugzeug zum Transit bestimmt ist Schallmauer(Vorbeigehen u Welle Krise auch :-)) und Überschallflug, dann unterscheidet es sich meist immer in gewissen Konstruktionsmerkmalen. Insbesondere hat es normalerweise dünnes Profil des Flügels und des Gefieders mit scharfen Kanten(einschließlich rautenförmig oder dreieckig) und eine bestimmte Form des Flügels im Grundriss (z. B. dreieckig oder trapezförmig mit einem Zufluss usw.).

Überschall-MIG-21. Nachfolger E-2A. Ein typischer dreieckiger Flügel.

MIG-25. Ein Beispiel für ein typisches Flugzeug, das für Überschallflüge ausgelegt ist. Dünne Flügel- und Gefiederprofile, scharfe Kanten. Trapezflügel. Profil

Vorbei am Notorischen Schallmauer, das heißt, solche Flugzeuge vollziehen den Übergang auf Überschallgeschwindigkeit weiter Motorbetrieb mit Nachverbrennung aufgrund der Erhöhung des aerodynamischen Widerstands und natürlich um schnell durch die Zone zu rutschen Welle Krise. Und genau der Moment dieses Übergangs wird meistens in keiner Weise gespürt (ich wiederhole :-)), weder vom Piloten (er kann nur den Schalldruckpegel im Cockpit reduzieren) noch von einem externen Beobachter, wenn natürlich , das konnte er beobachten :-).

Hier lohnt es sich jedoch, ein weiteres Missverständnis zu erwähnen, das mit externen Beobachtern zusammenhängt. Sicherlich haben viele diese Art von Fotos gesehen, deren Bildunterschriften besagen, dass dies der Moment der Überwindung des Flugzeugs ist Schallmauer sozusagen optisch.

Prandtl-Gloert-Effekt. Nicht im Zusammenhang mit dem Passieren der Schallmauer.

Erstens, wissen wir bereits, dass es keine Schallmauer als solche gibt, und der Übergang zum Überschall selbst wird nicht von so etwas Außergewöhnlichem begleitet (einschließlich Klatschen oder Explosion).

Zweitens. Was wir auf dem Foto gesehen haben, ist die sogenannte Prandtl-Gloert-Effekt. Ich habe schon über ihn geschrieben. Es steht in keinem direkten Zusammenhang mit dem Übergang zum Überschall. Es ist nur so, dass bei hohen Geschwindigkeiten (übrigens Unterschall :-)) das Flugzeug, das eine bestimmte Luftmasse vor sich bewegt, welche erzeugt Verdünnungsbereich. Unmittelbar nach dem Durchgang beginnt sich dieser Bereich mit Luft aus dem nahegelegenen Raum mit Natur zu füllen eine Volumenzunahme und ein starker Temperaturabfall.

Wenn ein Luftfeuchtigkeit ausreicht und die Temperatur dann den Taupunkt der Umgebungsluft unterschreitet Feuchtigkeitskondensation aus Wasserdampf in Form von Nebel, den wir sehen. Sobald die ursprünglichen Bedingungen wiederhergestellt sind, verschwindet dieser Nebel sofort. Dieser ganze Prozess ist ziemlich kurz.

Ein solcher Prozess bei hohen transsonischen Geschwindigkeiten kann durch lokale erleichtert werden Überspannungen Ich helfe manchmal dabei, etwas Ähnliches wie einen sanften Kegel um das Flugzeug zu formen.

Hohe Drehzahlen begünstigen dieses Phänomen, bei ausreichender Luftfeuchtigkeit kann (und tritt) es aber schon bei eher niedrigen Drehzahlen auf. Zum Beispiel über der Oberfläche von Gewässern. Übrigens die meisten schöne Fotos dieser Art wurden an Bord eines Flugzeugträgers, also in ausreichend feuchter Luft, durchgeführt.

So funktioniert das. Die Aufnahmen sind natürlich cool, das Spektakel spektakulär :-), aber so wird es am häufigsten nicht genannt. nichts damit zu tun (bzw Überschallbarriere zu:-)). Und das ist gut, denke ich, sonst sind die Beobachter, die diese Art von Foto und Video machen, vielleicht nicht gut. Schockwelle, wissen Sie:-)…

Abschließend ein Video (ich habe es bereits zuvor verwendet), dessen Autoren die Wirkung einer Stoßwelle eines Flugzeugs zeigen, das in geringer Höhe mit Überschallgeschwindigkeit fliegt. Da ist natürlich eine gewisse Übertreibung dabei :-), aber allgemeines Prinzip verständlich. Und wieder ist es unglaublich :-)

Und das ist alles für heute. Vielen Dank, dass Sie den Artikel bis zum Ende gelesen haben :-). Bis wir uns wieder treffen…

Fotos sind anklickbar.

Schallmauer

Schallmauer

ein Phänomen, das während des Flugs eines Flugzeugs oder einer Rakete im Moment des Übergangs von Unterschall- zu Überschallfluggeschwindigkeit in der Atmosphäre auftritt. Wenn sich die Flugzeuggeschwindigkeit der Schallgeschwindigkeit (1200 km/h) nähert, erscheint in der Luft davor ein dünner Bereich, in dem Druck und Luftdichte stark ansteigen. Diese Luftverdichtung vor einem fliegenden Flugzeug wird Stoßwelle genannt. Am Boden wird der Durchgang einer Stoßwelle als Knall wahrgenommen, ähnlich dem Geräusch eines Schusses. Nach dem Überschreiten passiert das Flugzeug diesen Bereich mit erhöhter Luftdichte, als würde es ihn durchbohren - es überwindet die Schallmauer. Das Durchbrechen der Schallmauer galt lange Zeit als ernstes Problem in der Entwicklung der Luftfahrt. Um es zu lösen, war es notwendig, das Profil und die Form des Flugzeugflügels zu ändern (er wurde dünner und geschwungen), die Rumpfvorderseite spitzer zu machen und das Flugzeug mit Strahltriebwerken auszustatten. Zum ersten Mal wurde die Schallgeschwindigkeit 1947 von C. Yeager auf einem X-1-Flugzeug (USA) mit einem von einem B-29-Flugzeug gestarteten Flüssigkeitsraketentriebwerk überschritten. In Russland überwand 1948 als erster die Schallmauer O. V. Sokolovsky in einem experimentellen La-176-Flugzeug mit Turbostrahltriebwerk.

Enzyklopädie "Technologie". - M.: Rosman. 2006 .

Schallmauer

ein starker Anstieg des Luftwiderstands eines aerodynamischen Flugzeugs bei Flugmachzahlen M(∞), die die kritische Zahl M* leicht überschreiten. Der Grund ist, dass bei Zahlen M(∞) > M* kommt, begleitet vom Auftreten von Wellenwiderstand. Wellenwiderstandsbeiwert Flugzeug steigt sehr schnell mit M an, ausgehend von M(∞) = M*.
Die Anwesenheit von Z. b. erschwert das Erreichen einer Fluggeschwindigkeit gleich der Schallgeschwindigkeit und den anschließenden Übergang zum Überschallflug. Dazu erwies es sich als notwendig, Flugzeuge mit dünnen gepfeilten Flügeln zu schaffen, die es ermöglichten, den Widerstand erheblich zu reduzieren, und Strahltriebwerke, bei denen der Schub mit zunehmender Geschwindigkeit zunimmt.
In der UdSSR wurde erstmals 1948 mit dem Flugzeug La-176 eine Geschwindigkeit erreicht, die der Schallgeschwindigkeit entspricht.

Luftfahrt: Enzyklopädie. - M.: Große Russische Enzyklopädie. Chefredakteur GP Swishchev. 1994 .

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Schallmauer- garso barjeras statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. Schallmauer; Schallmauer {f} Schallbarriere, f; Schallmauer, f rus. Schallmauer, m pranc. Barriere sonique, f; frontiere sonique, f; mur de son, m … Fizikos terminų žodynas

Schallmauer- garso barjeras statusas T sritis Energetika apibrėžtis Staigus aerodinaminio pasipriešinimo padidėjimas, kai orlaivio greitis tampa garso greičiu (viršija kritinė Macho skaičiaus vertė). Aiškinamas bangų krize dėl staiga padidėjusio… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Ein starker Anstieg des Luftwiderstands, wenn sich die Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs der Schallgeschwindigkeit nähert (Überschreiten des kritischen Werts der Mach-Flugzahl). Es wird durch eine Wellenkrise erklärt, die von einem Anstieg des Wellenwiderstands begleitet wird. Überwindung 3.… … Großes enzyklopädisches polytechnisches Wörterbuch

Schallmauer- ein starker Anstieg des Widerstands der Luftumgebung gegenüber der Bewegung des Flugzeugs bei. Annäherung an Geschwindigkeiten nahe der Schallausbreitungsgeschwindigkeit. Überwindung 3. b. ermöglicht durch die Verbesserung der aerodynamischen Formen von Flugzeugen und den Einsatz leistungsstarker ... ... Wörterbuch der Militärbegriffe

Schallmauer- Schallmauer - ein starker Anstieg des Widerstands eines aerodynamischen Flugzeugs bei Mach-Flugzahlen M∞, der die kritische Zahl M* leicht überschreitet. Der Grund ist, dass für Zahlen M∞ > Enzyklopädie "Luftfahrt"

Schallmauer- Schallmauer - ein starker Anstieg des Widerstands eines aerodynamischen Flugzeugs bei Mach-Flugzahlen M∞, der die kritische Zahl M* leicht überschreitet. Der Grund ist, dass bei Zahlen M∞ > M* eine Wellenkrise einsetzt,… … Enzyklopädie "Luftfahrt"

- (Französischer Barriere-Außenposten). 1) Tore in Festungen. 2) in Arenen und Zirkussen ein Zaun, ein Baumstamm, eine Stange, durch die ein Pferd springt. 3) ein Zeichen, das Kämpfer in einem Duell erreichen. 4) Geländer, Gitter. Wörterbuch der Fremdwörter enthalten in ... ... Wörterbuch der Fremdwörter der russischen Sprache

BARRIERE, Ehemann. 1. Ein Hindernis (Art der Wand, Latte), das auf dem Weg platziert wird (bei Sprüngen, Laufen). Nimm b. (Komm darüber hinweg). 2. Zaun, Zaun. B. Logen, Balkone. 3. übers. Ein Hindernis, ein Hindernis für etwas. Fluss natürlich b. zum… … Erklärendes Wörterbuch von Ozhegov

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Warum durchbricht ein Flugzeug die Schallmauer, begleitet von einem explosiven Knall? Und was ist eine „Schallmauer“?

Es gibt ein Missverständnis mit "Baumwolle", das durch ein Missverständnis des Begriffs "Schallmauer" verursacht wird. Dieses "Klatschen" wird richtig als "Überschallknall" bezeichnet. Ein Flugzeug, das sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegt, erzeugt Stoßwellen, Luftdruckstöße, in der Umgebungsluft. Vereinfacht kann man sich diese Wellen als Kegel vorstellen, der den Flug eines Flugzeugs begleitet, mit einer Spitze, die sozusagen an der Rumpfnase befestigt ist, und Generatoren, die gegen die Bewegung des Flugzeugs gerichtet sind und sich ziemlich weit ausbreiten, z. an die Erdoberfläche.

Erreicht die Grenze dieses imaginären Kegels, der die Front der Hauptschallwelle markiert, das menschliche Ohr, so wird ein scharfer Drucksprung vom Ohr als Knacken wahrgenommen. Der Überschallknall begleitet wie ein Fessel den gesamten Flug des Flugzeugs, vorausgesetzt, das Flugzeug bewegt sich schnell genug, wenn auch mit konstanter Geschwindigkeit. Baumwolle scheint der Durchgang der Hauptwelle zu sein Überschallknallüber einem festen Punkt am Boden, wo sich beispielsweise der Zuhörer befindet.

Mit anderen Worten, wenn ein Überschallflugzeug mit konstanter, aber Überschallgeschwindigkeit über dem Zuhörer hin und her zu fliegen begann, dann wäre das Klatschen jedes Mal zu hören, einige Zeit nachdem das Flugzeug den Zuhörer in ziemlich geringer Entfernung überflogen hatte.

Eine „Schallmauer“ in der Aerodynamik wird als scharfer Luftwiderstandssprung bezeichnet, der auftritt, wenn ein Flugzeug eine bestimmte Grenzgeschwindigkeit nahe der Schallgeschwindigkeit erreicht. Wenn diese Geschwindigkeit erreicht ist, ändert sich die Art der Luftströmung um das Flugzeug herum dramatisch, was es früher sehr schwierig machte, Überschallgeschwindigkeiten zu erreichen. Ein herkömmliches Unterschallflugzeug ist nicht in der Lage, nachhaltig schneller als Schall zu fliegen, egal wie es beschleunigt wird - es verliert einfach die Kontrolle und fällt auseinander.

Um die Schallmauer zu überwinden, mussten die Wissenschaftler einen Flügel mit einem speziellen aerodynamischen Profil entwickeln und sich andere Tricks einfallen lassen. Interessant ist, dass der Pilot eines modernen Überschallflugzeugs die „Überwindung“ der Schallmauer durch sein Flugzeug gut verspürt: Beim Umschalten auf eine Überschallströmung sind ein „aerodynamischer Aufprall“ und charakteristische „Sprünge“ in der Steuerbarkeit zu spüren. Diese Prozesse stehen jedoch nicht in direktem Zusammenhang mit den „Pops“ vor Ort.

Bevor das Flugzeug die Schallmauer durchbricht, kann sich eine ungewöhnliche Wolke bilden, deren Ursprung noch nicht klar ist. Nach der populärsten Hypothese tritt ein Druckabfall in der Nähe des Flugzeugs auf und ein sogenannter Prandtl-Glauert-Singularität gefolgt von der Kondensation von Wassertröpfchen aus feuchter Luft. Tatsächlich können Sie das Kondensat auf den Bildern unten sehen ...

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Am 14. Oktober 1947 überschritt die Menschheit einen weiteren Meilenstein. Die Grenze ist ziemlich objektiv und wird in einer bestimmten physikalischen Größe ausgedrückt - der Schallgeschwindigkeit in Luft, die unter den Bedingungen der Erdatmosphäre von ihrer Temperatur und ihrem Druck im Bereich von 1100–1200 km / h abhängt. Die Überschallgeschwindigkeit wurde vom amerikanischen Piloten Chuck Yeager (Charles Elwood „Chuck“ Yeager) erobert – einem jungen Veteranen des Zweiten Weltkriegs, der über außergewöhnlichen Mut und hervorragende Fotogenität verfügte, dank derer er in seiner Heimat sofort populär wurde, genau wie 14 Jahre später - Yuri Gagarin.

Und der Mut, durch die Schallmauer zu gehen, war wirklich gefragt. Der sowjetische Pilot Ivan Fedorov, der Yeagers Leistung ein Jahr später, 1948, wiederholte, erinnerte sich an seine damaligen Gefühle: „Bevor er flog, um die Schallmauer zu überwinden, wurde klar, dass es keine Garantie gab, danach zu überleben. Niemand wusste praktisch, was es war und ob das Design des Flugzeugs dem Druck der Elemente standhalten würde. Aber wir haben versucht, nicht darüber nachzudenken.“

Tatsächlich war nicht ganz klar, wie sich das Auto bei Überschallgeschwindigkeit verhalten würde. Die Flugzeugkonstrukteure erinnerten sich noch frisch an das plötzliche Unglück der 30er Jahre, als es mit dem Wachstum der Flugzeuggeschwindigkeiten dringend notwendig war, das Problem des Flatterns zu lösen - Eigenschwingungen, die sowohl in den starren Strukturen des Flugzeugs auftreten und in seiner Haut, die das Flugzeug in wenigen Minuten auseinander reißt. Der Vorgang entwickelte sich schnell wie eine Lawine, die Piloten hatten keine Zeit, den Flugmodus zu ändern, und die Autos fielen in der Luft auseinander. Lange haben Mathematiker und Designer in verschiedenen Ländern darum gekämpft, dieses Problem zu lösen. Die Theorie des Phänomens wurde schließlich von dem damals jungen russischen Mathematiker Mstislav Vsevolodovich Keldysh (1911–1978), dem späteren Präsidenten der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, entwickelt. Mit Hilfe dieser Theorie gelang es, einen Weg zu finden, ein unangenehmes Phänomen dauerhaft loszuwerden.

Es ist durchaus verständlich, dass von der Schallmauer ebenso unangenehme Überraschungen erwartet wurden. Die numerische Lösung komplexer Differentialgleichungen der Aerodynamik war ohne leistungsstarke Computer unmöglich, und man musste sich auf die „Säuberung“ von Modellen in Windkanälen verlassen. Aus qualitativen Überlegungen war jedoch klar, dass bei Erreichen der Schallgeschwindigkeit eine Stoßwelle in der Nähe des Flugzeugs auftrat. Der entscheidende Moment ist das Überwinden der Schallmauer, wenn die Geschwindigkeit des Flugzeugs mit der Schallgeschwindigkeit verglichen wird. In diesem Moment steigt der Druckunterschied auf gegenüberliegenden Seiten der Wellenfront schnell an, und wenn der Moment länger als einen Augenblick dauert, kann das Flugzeug nicht schlimmer auseinanderfallen als durch ein Flattern. Manchmal, wenn die Schallmauer mit unzureichender Beschleunigung durchbrochen wird, schlägt die vom Flugzeug erzeugte Stoßwelle sogar die Fenster der Fenster von Häusern auf dem Boden darunter aus.

Das Verhältnis der Geschwindigkeit eines Flugzeugs zur Schallgeschwindigkeit wird Machzahl genannt (nach dem berühmten deutschen Mechaniker und Philosophen Ernst Mach). Beim Passieren der Schallmauer kommt es dem Piloten so vor, als würde die Zahl M sprunghaft über eins springen: Chuck Yeager sah die Tachonadel von 0,98 auf 1,02 springen, danach herrschte im Cockpit eine „göttliche“ Stille – tatsächlich , Scheinbar: Gleich mehrfach fällt der Schalldruck im Cockpit um ein Vielfaches ab. Dieser Moment der „Reinigung vom Klang“ ist sehr heimtückisch, er hat vielen Testern das Leben gekostet. Aber die Gefahr, für sein X-1-Flugzeug auseinanderzufallen, war gering.

Die X-1, die im Januar 1946 von Bell Aircraft hergestellt wurde, war ein reines Forschungsflugzeug, das dazu bestimmt war, die Schallmauer zu durchbrechen, und nicht mehr. Trotz der Tatsache, dass das Auto vom Verteidigungsministerium bestellt wurde, war es anstelle einer Waffe mit wissenschaftlichen Geräten gefüllt, die die Funktionsweise von Komponenten, Instrumenten und Mechanismen überwachen. Die X-1 war wie ein moderner Marschflugkörper. hatte eine Raketenantrieb Reaktionsmotoren Schub 2722 kg. Maximales Startgewicht - 6078 kg. Länge - 9,45 m, Höhe - 3,3 m, Spannweite - 8,53 m. Höchstgeschwindigkeit- in einer Höhe von 18290 m 2736 km / h. Das Auto wurde gestartet strategischer Bomber B-29, landete aber auf stählernen "Skiern" auf einem ausgetrockneten Salzsee.

Nicht weniger beeindruckend sind die „taktischen und technischen Parameter“ seines Piloten. Chuck Yeager wurde am 13. Februar 1923 geboren. Nach der Schule besuchte er eine Flugschule und nach seinem Abschluss ging er zum Kämpfen nach Europa. Eine Messerschmitt-109 abgeschossen. Er selbst wurde am französischen Himmel abgeschossen, aber von Partisanen gerettet. Als wäre nichts passiert, kehrte er zum Stützpunkt in England zurück. Der wachsame Spionageabwehrdienst glaubte jedoch nicht an die wundersame Befreiung aus der Gefangenschaft, entfernte den Piloten vom Fliegen und schickte ihn nach hinten. Der ehrgeizige Yeager erhielt einen Termin beim Oberbefehlshaber der alliierten Streitkräfte in Europa, General Eisenhower, der Yeager glaubte. Und er hat sich nicht geirrt - in den verbleibenden sechs Monaten vor Kriegsende machte der junge Pilot 64 Einsätze, schoss 13 feindliche Flugzeuge und 4 in einer Schlacht ab. Und er kehrte im Rang eines Kapitäns mit einem exzellenten Dossier in seine Heimat zurück, aus dem hervorgeht, dass er ein phänomenales Fluginstinkt, eine unglaubliche Gelassenheit und eine erstaunliche Ausdauer in jeder kritischen Situation hatte. Dank dieser Eigenschaft kam er in das Team der Überschalltester, die so sorgfältig ausgewählt und ausgebildet wurden wie spätere Astronauten.

Yeager benannte die X-1 zu Ehren seiner Frau in „Glamorous Glennis“ um und stellte damit mehr als einmal Rekorde auf. Ende Oktober 1947 fiel der bisherige Höhenrekord – 21.372 m. Darüber hinaus gab es Tests einer Reihe von Jägern, die in eine Serie gestartet wurden, und einen Einlauf unserer MiG-15, die während des Koreanischen erbeutet und nach Amerika transportiert wurde Krieg. Anschließend befehligte Yeager verschiedene Air Force-Testeinheiten sowohl in den Vereinigten Staaten als auch auf amerikanischen Stützpunkten in Europa und Asien, nahm an Kampfhandlungen in Vietnam teil und bildete Piloten aus. Er ging im Februar 1975 im Rang eines Brigadegenerals in den Ruhestand, nachdem er während seines tapferen Dienstes 10.000 Stunden geflogen, 180 verschiedene Überschallmodelle betrieben und eine einzigartige Sammlung von Orden und Medaillen gesammelt hatte. Mitte der 80er Jahre wurde ein Film gedreht, der auf der Biografie eines mutigen Mannes basiert, der als erster auf der Welt die Schallmauer durchbrach, und danach wurde Chuck Yeager nicht einmal ein Held, sondern ein nationales Relikt. Zuletzt flog er am 14. Oktober 1997 eine F-16 und durchbrach am 50. Jahrestag seines historischen Fluges die Schallmauer. Yeager war damals 74 Jahre alt. Im Allgemeinen sollten, wie der Dichter sagte, Nägel aus diesen Menschen hergestellt werden.

Es gibt viele solcher Leute auf der anderen Seite des Ozeans ... Sowjetische Designer begannen gleichzeitig mit den amerikanischen, die Schallmauer zu überwinden. Aber für sie war es kein Selbstzweck, sondern ein ganz pragmatischer Akt. Wenn die X-1 eine reine Forschungsmaschine war, dann wurde unsere Schallmauer an Prototypen von Jägern gestürmt, die in Serie gehen sollten, um Einheiten der Luftwaffe damit auszustatten.

Der Wettbewerb umfasste mehrere Designbüros - Lavochkin Design Bureau, Mikoyan Design Bureau und Yakovlev Design Bureau - in denen parallel Kehrflügelflugzeuge entwickelt wurden, was damals eine revolutionäre Designlösung war. Sie erreichten das Überschallziel in dieser Reihenfolge: La-176 (1948), MiG-15 (1949), Yak-50 (1950). Dort wurde das Problem jedoch in einem ziemlich komplexen Kontext gelöst: Ein Militärfahrzeug muss nicht nur eine hohe Geschwindigkeit haben, sondern auch viele andere Qualitäten - Manövrierfähigkeit, Überlebensfähigkeit, minimale Vorbereitungszeit vor dem Flug, starke Waffen, eine beeindruckende Munitionsladung usw. usw. Es sollte auch beachtet werden, dass die Entscheidung staatlicher Abnahmekommissionen zu Sowjetzeiten häufig nicht nur von objektiven Faktoren, sondern auch von subjektiven Momenten beeinflusst wurde, die mit den politischen Manövern von Entwicklern verbunden waren. All diese Kombination von Umständen führte dazu, dass der MiG-15-Jäger in die Serie aufgenommen wurde, die sich in den 50er Jahren perfekt in den örtlichen Arenen militärischer Operationen zeigte. Es war dieses in Korea erbeutete Auto, wie oben erwähnt, das Chuck Yeager „herumfahren“ ließ.

In La-176 wurde ein Flügelschwenk von 45 Grad angewendet, ein Rekord für diese Zeit. Das Turbojet-Triebwerk VK-1 lieferte einen Schub von 2700 kg. Länge - 10,97 m, Flügelspannweite - 8,59 m, Flügelfläche 18,26 qm. Startgewicht - 4636 kg. Decke - 15.000 m. Flugreichweite - 1.000 km. Bewaffnung - eine 37-mm-Kanone und zwei 23-mm-Kanone. Das Auto war im Herbst 1948 fertig und im Dezember begannen seine Flugtests auf der Krim auf einem Militärflugplatz in der Nähe der Stadt Saki. Unter denen, die die Tests leiteten, war der zukünftige Akademiker Vladimir Vasilyevich Struminsky (1914-1998), die Piloten des Versuchsflugzeugs waren Kapitän Oleg Sokolovsky und Oberst Ivan Fedorov, der später den Titel eines Helden der Sowjetunion erhielt. Sokolovsky starb durch einen absurden Unfall während des vierten Fluges und vergaß, das Cockpitdach zu schließen.

Oberst Ivan Fedorov durchbrach am 26. Dezember 1948 die Schallmauer. Nachdem er eine Höhe von 10.000 Metern erreicht hatte, lehnte er den Steuerknüppel von sich ab und begann, in einem Tauchgang zu beschleunigen. „Ich beschleunige meinen 176. aus großer Höhe“, erinnert sich der Pilot. — Ein langweiliges leises Pfeifen ist zu hören. Mit zunehmender Geschwindigkeit stürzt das Flugzeug zu Boden. Auf der Skala des Machometers ändert sich der Pfeil von dreistelligen Zahlen zu vierstelligen. Das Flugzeug zittert wie im Fieber. Und plötzlich - Stille! Die Schallmauer genommen. Die anschließende Interpretation der Oszillogramme zeigte, dass die Zahl M größer als eins war. Es geschah in einer Höhe von 7.000 Metern, wo eine Geschwindigkeit von 1,02 m aufgezeichnet wurde.

Auch in Zukunft wird die Geschwindigkeit bemannter Luftfahrzeuge durch eine Steigerung der Triebwerksleistung, den Einsatz neuer Materialien und die Optimierung aerodynamischer Parameter stetig zunehmen. Dieser Prozess ist jedoch nicht unbegrenzt. Einerseits wird sie durch Rationalitätserwägungen behindert, wenn Treibstoffverbrauch, Entwicklungskosten, Flugsicherheit und andere nicht unnütze Erwägungen berücksichtigt werden. Und selbst in der Militärluftfahrt, wo Geld und Pilotensicherheit nicht so wichtig sind, liegen die Geschwindigkeiten der "flinksten" Autos im Bereich von 1,5 Mio. bis 3 Mio. Mehr braucht es scheinbar nicht. (Der Geschwindigkeitsrekord für bemannte Fahrzeuge mit Strahltriebwerk gehört dem amerikanischen Aufklärungsflugzeug SR-71 und liegt bei Mach 3,2.)

Andererseits gibt es eine unüberwindbare thermische Barriere: Ab einer bestimmten Geschwindigkeit erfolgt die Erwärmung des Maschinenkörpers durch Reibung mit Luft so schnell, dass es unmöglich ist, Wärme von seiner Oberfläche abzuführen. Berechnungen zeigen, dass dies bei Normaldruck bei einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 10 M auftreten sollte.

Trotzdem wurde auf demselben Edwards-Trainingsgelände immer noch die 10-M-Grenze erreicht. Es geschah im Jahr 2005. Der Rekordhalter war das unbemannte Raketenflugzeug X-43A, das im Rahmen des 7 Jahre alten Hiper-X-Grandiose-Programms zur Entwicklung neuartiger Technologien hergestellt wurde, die das Gesicht der Raketen- und Weltraumtechnologie der Zukunft radikal verändern sollen. Seine Kosten belaufen sich auf 230 Millionen Dollar, der Rekord wurde in einer Höhe von 33.000 Metern aufgestellt. Wird in Drohnen verwendet neues Systemübertakten. Zuerst wird eine traditionelle Feststoffrakete getestet, mit deren Hilfe der X-43A eine Geschwindigkeit von 7M erreicht, und dann wird ein neuer Triebwerkstyp eingeschaltet - ein Hyperschall-Staustrahltriebwerk (Scramjet oder Scramjet), in dem Als Oxidationsmittel wird gewöhnliche atmosphärische Luft verwendet, und gasförmiger Brennstoff ist Wasserstoff (ein ziemlich klassisches Schema einer unkontrollierten Explosion).

Gemäß dem Programm wurden drei unbemannte Modelle hergestellt, die nach Abschluss der Aufgabe im Ozean ertranken. Die nächste Stufe beinhaltet die Schaffung von bemannten Fahrzeugen. Nach ihren Tests werden die erzielten Ergebnisse bei der Erstellung einer Vielzahl von "nützlichen" Geräten berücksichtigt. Neben Flugzeugen für die Bedürfnisse der NASA werden Hyperschall-Militärfahrzeuge geschaffen - Bomber, Aufklärungsflugzeuge und Transporter. Boeing, das am Hiper-X-Programm teilnimmt, plant, bis 2030-2040 ein Hyperschallflugzeug für 250 Passagiere zu bauen. Es wird ganz klar, dass es keine Scheiben geben wird, die bei solchen Geschwindigkeiten aerodynamisch brechen und einer thermischen Erwärmung nicht standhalten. Anstelle von Bullaugen sollen Bildschirme mit einer Videoaufzeichnung vorbeiziehender Wolken vermutet werden.

Es besteht kein Zweifel, dass diese Art des Transports gefragt sein wird, denn je weiter, desto teurer wird die Zeit, die immer mehr Emotionen, verdiente Dollars und andere Komponenten pro Zeiteinheit unterbringt modernes Leben. In dieser Hinsicht besteht kein Zweifel daran, dass die Menschen eines Tages zu Schmetterlingen eines Tages werden: Ein Tag wird wie das gesamte gegenwärtige (eher schon gestern) menschliche Leben durchtränkt sein. Und es kann davon ausgegangen werden, dass jemand oder etwas das Hiper-X-Programm in Bezug auf die Menschheit umsetzt.