Noteikti daudzi ir dzirdējuši par noslēpumaino skaņas barjeru, kuru pārvar iznīcinātāji un bumbvedēji, kā arī virsskaņas raķetes. Kas ir šī barjera, vai to var redzēt vizuāli un kas izraisa skaļu sprādzienbīstamu skaņu?
Kas ir skaņas barjera?
Skaņas barjera aerodinamikas jomā - tās ir tehniskas grūtības, kas rodas parādību rezultātā, kas saistītas ar gaisa kuģa kustību ar ātrumu, kas vienāds vai lielāks par skaņas ātrumu.
Jums jāsaprot, ka tas nav reāls šķērslis, kas jāpārvar lidmašīnai, piemēram, kaut kāda neredzama siena, bet gan abstrakts jēdziens. Tas radās laikā, kad aviācija domāja tikai par lidmašīnām, kuras var ceļot ar lielu ātrumu - virsskaņas. Daudzi pat uzstāja uz šādu rezultātu nepieejamību.
Kāds ir skaņas ātrums?
Skaņas ātrums ir ātrums, ar kādu elastīgie viļņi izplatās noteiktā vidē. Šis indikators mainās atkarībā no vides. Piemēram, skaņas ātrums gaisā - 331 m / s vai 1191,6 km / h.
Pārvarot skaņas ātrumu
Kā tiek pārvarēta skaņas barjera? Lidmašīna paceļas un pakāpeniski paātrinās arvien vairāk. Ap to plūst virsskaņas gaisa plūsma, kā rezultātā degunā veidojas priekšgala šoka vilnis. Atkarībā no gaisa kuģa formas to var būt vairāki.
Šajā apgabalā strauji paaugstinās gaisa spiediens un blīvums. Laikā, kad plakne pārsniedz skaņas ātrumu, tā šķērso šo zonu un parādās skaļa pop skaņa, kas izskatās pēc šāviena. Pilots kabīnē nedzird nekādas skaņas - par skaņas barjeras pārvarēšanu viņš uzzina tikai ar īpašu sensoru palīdzību. Ir pamanāmas arī izmaiņas gaisa kuģu vadībā.
Skaļš sprādzienbīstams pops ir skaņas uzplaukums. To var dzirdēt stāvam uz zemes virsmas, kad lidmašīna tuvumā lido ar virsskaņas ātrumu. Triecienviļņus, ko tas veido, var vizuāli attēlot konusa formā, kas pavada lidmašīnu. Konusa augšdaļa atrodas priekšgalā. Viļņi no tā izplatās lielos attālumos.
Baumas par cilvēku, kas stāv uz zemes, izceļ dotā iedomātā konusa robežas. Straujš spiediena lēciens tiek uztverts kā sprādzienbīstama kokvilna. Kopš barjeras pārvarēšanas lidaparātu pastāvīgi pavada akustisks trieciens. Tomēr kokvilna būs dzirdama katru reizi, kad tā lido virs fiksēta punkta uz virsmas.
Tā kā plakne pārvietojas ātrāk nekā skaņa, vispirms novērotājs dzird pop un tikai pēc tam motora troksnis.
Interesants fakts: skaņas barjeras pārvarēšana bieži tiek saistīta ar balta mākoņa parādīšanos lidmašīnas astes daļā. Tomēr tam nav nekā kopīga ar skaņas barjeru. Tas ir Prandtl-Gloert efekts - mitruma kondensācija tūlīt aiz kustīgās lidmašīnas.
Virsskaņas lidojuma jautājumi
Neatkarīgi no tā, cik parasta lidmašīna paātrinās, tā ilgstoši nespēs lidot ar virsskaņas ātrumu. Zemskaņas lidmašīnas ir vienmērīgākas un noapaļotas. Un, lidojot ar virsskaņas ātrumu, rodas citi aerodinamiski apstākļi.
Strauji palielinās gaisa pretestība, berzes dēļ gaisa kuģa korpuss sakarst. Tā rezultātā parasts gaisa kuģis zaudēs stabilu vadību un var sākt sabrukt tieši gaisā.
Aktīvi attīstīta virsskaņas aviācija sākās 50. – 60. Pirmais virsskaņas lidaparāts, kas tika masveidā ražots, bija Ziemeļamerikas iznīcinātājs F-100 Super Sabre. Šis modelis pirmo reizi lidoja 1953. gadā.
Izveidotas un pasažieru virsskaņas lidmašīnas, kas veica regulārus lidojumus. Bet bija tikai 2 no tiem: padomju Tu-144 un angļu-franču Concorde.
Šādu gaisa kuģu priekšrocība ir tā, ka tie īsā laika posmā veic lielus attālumus. Arī virsskaņas lidmašīna pārvietojas lielākā augstumā nekā parastās. Attiecīgi gaisa telpa netiek ielādēta. Bet to izmantošanu drīz vien atteicās vairāku trūkumu dēļ:
- šoka vilnis;
- augsts degvielas patēriņš;
- operācijas sarežģītība;
- troksnis virs lidlauka.
Skaļš sprādziens ir straujš spiediena lēciens plaknes priekšā, kas notiek, kad plakne sāk kustēties ar virsskaņas ātrumu (tas pārvar skaņas barjeru). Triecienvilnis lidmašīnas priekšā izplata konusa formas. Cilvēks, kurš novēro lidmašīnas lidojumu, dzird pop, kad šis vilnis sasniedz to, un tikai tad motors var darboties. Trieciena vilnis nepārtraukti pavada plakni virsskaņas ātrumā.Tomēr pops būs dzirdams tikai lidmašīnas caurbraukšanas laikā noteiktā vietā - tuvu novērotājam.