Напевно багатьом доводилося чути про таємниче звуковому бар'єрі, який долають винищувачі і бомбардувальники, а також надзвукові ракети. Що це за бар'єр, чи можна його побачити візуально і що є причиною гучного вибухового звуку?
Що таке звуковий бар'єр?
звуковий бар'єр в області аеродинаміки - це технічні труднощі, які виникають в результаті явищ, пов'язаних з пересуванням літального апарату на швидкості рівній або перевищує швидкість звуку.
Потрібно розуміти, що це не реальна перешкода, яку повинен подолати літак, ніби якусь невидиму стіну, а більше абстрактне поняття. Воно виникло в той час, коли в авіації лише замислювалися про літальні апарати, які можуть переміщатися на високій швидкості - надзвуковий. Багато хто навіть наполягали на недосяжності подібних результатів.
Що таке швидкість звуку?
Швидкість звуку - це швидкість, з якою поширюються пружні хвилі в певному середовищі. Даний показник змінюється в залежності від середовища. наприклад, швидкість звуку в повітрі - 331 м / с або 1191,6 км / год.
Подолання швидкості звуку
Як же відбувається подолання звукового бар'єру? Літак злітає і поступово розганяється все сильніше. Його обтікає надзвуковий повітряний потік, в результаті чого в носовій частині утворюється ударна хвиля. Їх може бути і кілька - в залежності від форми літального апарату.
У даній області тиск і щільність повітряного середовища різко підвищується. У момент, коли літак перевищує швидкість звуку, він проходить через цю область і виникає звук гучного, який схожий на постріл. Пілот в кабіні ніяких звуків не чує - про подолання звукового бар'єру він дізнається тільки по спеціальним датчикам. Також відчутні зміни в плані управління літаком.
Гучний вибухоподібний бавовна - це звуковий удар. Його можна почути, стоячи на поверхні землі, коли літак летить на надзвуковій швидкості неподалік. Ударні хвилі, які він утворює, візуально можна представити у вигляді конуса, що супроводжує літальний апарат. Вершина конуса розташовується в носовій частині. Хвилі поширюються від неї на великі відстані.
Слух людини, що стоїть на землі, вловлює кордону даного уявного конуса. Різкий стрибок тиску сприймається як вибухонебезпечне бавовна. З моменту подолання бар'єру звуковий удар постійно супроводжує літак. Однак бавовна буде чутно кожен раз, коли він пролітає над фіксованою точкою поверхні.
Так як літак рухається швидше звуку, спершу спостерігач почує бавовна і тільки після цього шум двигуна.
Цікавий факт: З подоланням звукового бар'єру часто пов'язують виникнення білої хмари в хвостовій частині літака. Однак до звукового бар'єра воно відношення не має. Йдеться про ефект Прандтля-Глоерта - конденсації вологи відразу за рухомим літаком.
Проблеми надзвукового польоту
Як би не розганявся звичайний літак, він не зможе тривалий час летіти на надзвуковий швидкості. Дозвукові літаки відрізняються більш плавними і закругленими формами. А при польоті на надзвуковий швидкості виникають інші аеродинамічні умови.
Різко збільшується опір повітря, корпус літака нагрівається через тертя. В результаті звичайний літак втратить стабільне управління і може почати руйнуватися прямо в повітрі.
Активно розвиватися надзвукова авіація почала в 50-60-х роках. Першим надзвуковим літаком, який випускався серійно, став винищувач North American F-100 Super Sabre. Дана модель вперше здійснила політ в 1953 році.
Створювалися і пасажирські надзвукові літаки, які виконували регулярні рейси. Але їх було всього 2: радянський Ту-144 і англо-французький Concorde.
Перевага таких літаків - це подолання великих відстаней за короткий проміжок часу. Також надзвуковий літак переміщається на більшій висоті в порівнянні зі звичайними. Відповідно, повітряний простір не завантажене. Але від їх використання незабаром відмовилися через декілька недоліків:
- ударна хвиля;
- велика витрата палива;
- складність експлуатації;
- шум над аеродромом.
Гучний хлопок - це різкий стрибок тиску перед літаком, що утворюється в момент, коли літак починає рухатися з надзвуковою швидкістю (долає звуковий бар'єр). Ударна хвиля, що виникає перед літаком, поширюється конусоподібно. Людина, що спостерігає за польотом літака, чує бавовна, коли ця хвиля досягає його, і тільки після цього можна почути роботу двигуна. Ударна хвиля постійно супроводжує літак на надзвуковий швидкості.Однак хлопки буде чутно лише під час проходження літака в певній точці - поблизу с спостерігачем.