ध्वनि अवरोध क्या है? ध्वनि अवरोध को तोड़ना

उत्तीर्ण ध्वनि अवरोध:-)...

विषय पर बातचीत में कूदने से पहले, आइए अवधारणाओं की सटीकता के प्रश्न पर कुछ स्पष्टता लाएं (मुझे क्या पसंद है :-))। आज आम उपयोग में दो शब्द हैं: ध्वनि अवरोधतथा सुपरसोनिक बाधा . वे समान लगते हैं, लेकिन फिर भी समान नहीं हैं। हालांकि, इसे विशेष कठोरता के साथ पतला करने का कोई मतलब नहीं है: वास्तव में, यह एक ही बात है। ध्वनि अवरोध की परिभाषा का उपयोग अक्सर उन लोगों द्वारा किया जाता है जो अधिक जानकार और विमानन के करीब होते हैं। और दूसरी परिभाषा आमतौर पर बाकी सब कुछ है।

मुझे लगता है कि भौतिकी के दृष्टिकोण से (और रूसी भाषा :-)) ध्वनि अवरोध कहना अधिक सही है। यहाँ सरल तर्क है। आखिरकार, ध्वनि की गति की अवधारणा है, लेकिन सुपरसोनिक की गति की कोई निश्चित अवधारणा नहीं है, सख्ती से बोलना। थोड़ा आगे देखते हुए, मैं कहूंगा कि जब कोई विमान सुपरसोनिक पर उड़ान भरता है, तो वह पहले ही इस अवरोध को पार कर चुका होता है, और जब वह इसे पार करता है (पर काबू पाता है), तो यह ध्वनि की गति के बराबर गति का एक निश्चित सीमा मान से गुजरता है (और सुपरसोनिक नहीं)।

ऐसा कुछ:-)। इसके अलावा, पहली अवधारणा का उपयोग दूसरे की तुलना में बहुत कम बार किया जाता है। यह स्पष्ट रूप से इसलिए है क्योंकि सुपरसोनिक शब्द अधिक आकर्षक और आकर्षक लगता है। और सुपरसोनिक उड़ान में, विदेशी निश्चित रूप से मौजूद है और निश्चित रूप से, कई लोगों को आकर्षित करता है। हालांकि, सभी लोग जो शब्दों का स्वाद चखते हैं " सुपरसोनिक बाधा' वास्तव में समझें कि यह क्या है। मंचों को देखकर, लेख पढ़कर, यहां तक ​​कि टीवी देखकर भी मैं एक से अधिक बार इस पर आश्वस्त हुआ।

यह प्रश्न वास्तव में भौतिकी की दृष्टि से काफी जटिल है। लेकिन हम, निश्चित रूप से, जटिलता में नहीं चढ़ेंगे। हम हमेशा की तरह, "उंगलियों पर वायुगतिकी की व्याख्या" के सिद्धांत का उपयोग करके स्थिति को स्पष्ट करने का प्रयास करेंगे :-)।

तो, बाधा के लिए (ध्वनि :-))! ... उड़ान में विमान, इस तरह अभिनय कर रहा है लोचदार माध्यमहवा की तरह, ध्वनि तरंगों का एक शक्तिशाली स्रोत बन जाता है। मुझे लगता है कि हर कोई जानता है कि हवा में ध्वनि तरंगें क्या हैं :-)।

ध्वनि तरंगें (ट्यूनिंग कांटा)।

यह संपीड़न और विरलन के क्षेत्रों का एक प्रत्यावर्तन है, जिसमें प्रसार होता है विभिन्न पक्षध्वनि स्रोत से। लगभग पानी पर वृत्तों की तरह, जो भी सिर्फ तरंगें हैं (लेकिन ध्वनि नहीं :-))। यह वे क्षेत्र हैं, जो कर्ण पर अभिनय करते हैं, जो हमें इस दुनिया की सभी आवाज़ों को सुनने की अनुमति देते हैं, मानव फुसफुसाते हुए से लेकर जेट इंजन की गर्जना तक।

ध्वनि तरंगों का उदाहरण।

ध्वनि तरंगों के प्रसार के बिंदु विमान के विभिन्न नोड हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक इंजन (इसकी ध्वनि किसी को भी पता है :-)), या शरीर के अंग (उदाहरण के लिए, धनुष), जो चलते समय अपने सामने की हवा को संघनित करते हुए एक निश्चित प्रकार का दबाव (संपीड़न) तरंग बनाते हैं। आगे चल रहा है।

ये सभी ध्वनि तरंगें हवा में ध्वनि की गति से फैलती हैं जिसे हम पहले से जानते हैं। यानी अगर विमान सबसोनिक है, और कम गति से भी उड़ता है, तो वे उससे दूर भागते दिखते हैं। नतीजतन, जब ऐसा कोई विमान आता है, तो हम पहले उसकी आवाज सुनते हैं, और फिर वह खुद उड़ जाता है।

हालाँकि, मैं एक आरक्षण करूँगा कि यह सच है यदि विमान बहुत अधिक उड़ान नहीं भरता है। आखिर ध्वनि की गति प्रकाश की गति नहीं है :-)। इसका परिमाण इतना अधिक नहीं है और ध्वनि तरंगों को श्रोता तक पहुँचने में समय लगता है। इसलिए, श्रोता और विमान के लिए ध्वनि उपस्थिति का क्रम, यदि वह उच्च ऊंचाई पर उड़ता है, बदल सकता है।

और चूंकि आवाज इतनी तेज नहीं है, तो वृद्धि के साथ अपनी गतिविमान अपने द्वारा उत्सर्जित तरंगों को पकड़ना शुरू कर देता है। अर्थात् यदि वह गतिहीन होता, तो तरंगें उससे रूप में विमुख हो जातीं संकेंद्रित वृत्तफेंके गए पत्थर के पानी पर घेरे की तरह। और जब से विमान चल रहा है, तो इन मंडलियों के क्षेत्र में, उड़ान की दिशा के अनुरूप, तरंगों की सीमाएं (उनके मोर्चे) एक-दूसरे के करीब आने लगती हैं।

शरीर की सबसोनिक गति।

तदनुसार, विमान (उसकी नाक) और सबसे पहले (सिर) तरंग के सामने का अंतर (अर्थात, यह वह क्षेत्र है जहां धीरे-धीरे, कुछ हद तक, ब्रेक लगाना) आने वाला प्रवाहजब विमान की नाक (पंख, पूंछ) से मिलते हैं और, परिणामस्वरूप, दबाव और तापमान में वृद्धि) घटने लगती है और जितनी तेज़ होती है, उड़ान की गति उतनी ही अधिक होती है।

एक क्षण आता है जब यह अंतर व्यावहारिक रूप से गायब हो जाता है (या न्यूनतम हो जाता है), एक विशेष प्रकार के क्षेत्र में बदल जाता है, जिसे कहा जाता है शॉक वेव. ऐसा तब होता है जब उड़ान की गति ध्वनि की गति तक पहुंच जाती है, अर्थात वायुयान उसी गति से चलता है जिस गति से उसके द्वारा उत्सर्जित तरंगें निकलती हैं। इस मामले में मच संख्या एक (एम = 1) के बराबर है।

शरीर की ध्वनि गति (एम = 1)।

शॉक वेव, माध्यम का एक बहुत ही संकीर्ण क्षेत्र है (10 -4 मिमी के क्रम का), जिसके माध्यम से गुजरने पर इस माध्यम के मापदंडों में क्रमिक नहीं, बल्कि एक तेज (कूद जैसा) परिवर्तन होता है - गति, दबाव, तापमान, घनत्व. हमारे मामले में, गति गिरती है, दबाव, तापमान और घनत्व बढ़ता है। इसलिए नाम - शॉक वेव।

कुछ हद तक सरलता से, मैं इस सब के बारे में यही कहूंगा। सुपरसोनिक प्रवाह को तेजी से धीमा करना असंभव है, लेकिन यह करना होगा, क्योंकि अब विमान की नाक के ठीक सामने प्रवाह की गति में क्रमिक मंदी की संभावना नहीं है, जैसा कि मध्यम सबसोनिक गति पर होता है। ऐसा लगता है कि यह विमान की नाक (या पंख के पैर की अंगुली) के सामने सबसोनिक के एक हिस्से पर ठोकर खा रहा है और एक संकीर्ण छलांग में गिर गया है, जो उसके पास आंदोलन की महान ऊर्जा को स्थानांतरित कर रहा है।

वैसे, इसके विपरीत भी कहा जा सकता है कि सुपरसोनिक प्रवाह को धीमा करने के लिए विमान अपनी ऊर्जा का एक हिस्सा शॉक वेव्स के निर्माण में स्थानांतरित करता है।

शरीर की सुपरसोनिक गति।

शॉक वेव का दूसरा नाम है। अंतरिक्ष में वायुयान के साथ चलते हुए, यह अनिवार्य रूप से एक मोर्चा है अचानक परिवर्तनपर्यावरण के उपरोक्त पैरामीटर (यानी वायु प्रवाह)। और यही सदमे की लहर का सार है।

शॉक वेवऔर शॉक वेव, सामान्य तौर पर, समान परिभाषाएं हैं, लेकिन वायुगतिकी में पहले का अधिक सामान्यतः उपयोग किया जाता है।

शॉक वेव (या शॉक वेव) उड़ान की दिशा के लगभग लंबवत हो सकते हैं, इस स्थिति में वे अंतरिक्ष में लगभग गोलाकार आकार लेते हैं और उन्हें सीधी रेखाएं कहा जाता है। यह आमतौर पर एम = 1 के करीब मोड में होता है।

शरीर की गति के तरीके। ! - सबसोनिक, 2 - एम = 1, सुपरसोनिक, 4 - शॉक वेव (शॉक)।

संख्या M > 1 पर, वे पहले से ही उड़ान की दिशा के कोण पर हैं। यानी प्लेन पहले से ही अपनी आवाज को ओवरटेक कर रहा है। इस मामले में, उन्हें तिरछा कहा जाता है और अंतरिक्ष में वे एक शंकु का रूप लेते हैं, जो कि, सुपरसोनिक प्रवाह का अध्ययन करने वाले वैज्ञानिक के बाद, मच शंकु कहा जाता है (उन्होंने उनमें से एक में उनका उल्लेख किया)।

मच शंकु।

इस शंकु का आकार (इसका "पतलापन", इसलिए बोलने के लिए) केवल संख्या M पर निर्भर करता है और इससे संबंध से संबंधित है: M = 1 / sin α, जहां α शंकु की धुरी और उसके बीच का कोण है जेनरेटर और शंक्वाकार सतह सभी ध्वनि तरंगों के मोर्चों को छूती है, जिसका स्रोत विमान था, और जिसे उसने "ओवरटेक किया", सुपरसोनिक गति तक पहुंच गया।

अलावा सदमे की लहरेंशायद ऐसा भी संबद्ध, जब वे सुपरसोनिक गति से गतिमान पिंड की सतह से सटे होते हैं या यदि वे शरीर को नहीं छूते हैं तो पीछे हट जाते हैं।

विभिन्न आकृतियों के पिंडों के चारों ओर सुपरसोनिक प्रवाह में शॉक वेव्स के प्रकार।

आमतौर पर, यदि सुपरसोनिक प्रवाह किसी नुकीली सतह के आसपास बहता है तो झटके लग जाते हैं। एक विमान के लिए, उदाहरण के लिए, यह एक नुकीली नाक, एक पीवीडी, हवा के सेवन का एक तेज किनारा हो सकता है। उसी समय, वे कहते हैं "कूद बैठता है", उदाहरण के लिए, नाक पर।

और गोल सतहों के चारों ओर बहने पर आवर्ती झटका प्राप्त किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, एक पंख के मोटे वायुगतिकीय प्रोफ़ाइल के सामने के गोल किनारे।

विभिन्न पतवार घटक हवाई जहाजउड़ान में एक जटिल शॉक वेव सिस्टम बनाएं। हालांकि, उनमें से सबसे तीव्र दो हैं। एक सिर धनुष पर और दूसरी पूंछ पूंछ इकाई के तत्वों पर। विमान से कुछ दूरी पर, मध्यवर्ती छलांग या तो सिर से आगे निकल जाती है और उसके साथ विलीन हो जाती है, या पूंछ उनसे आगे निकल जाती है।

पवन सुरंग में उड़ते समय वायुयान मॉडल पर आघात तरंगें (M=2)।

नतीजतन, दो छलांगें रहती हैं, जो सामान्य तौर पर, सांसारिक पर्यवेक्षक द्वारा उड़ान की ऊंचाई की तुलना में विमान के छोटे आकार के कारण एक के रूप में माना जाता है और, तदनुसार, उनके बीच एक छोटा समय अंतराल।

तीव्रता (दूसरे शब्दों में ऊर्जा) शॉक वेव(शॉक शॉक) विभिन्न मापदंडों (विमान की गति, इसकी डिजाइन सुविधाओं, पर्यावरण की स्थिति, आदि) पर निर्भर करता है और इसके सामने दबाव ड्रॉप द्वारा निर्धारित किया जाता है।

जैसे ही मच शंकु के शीर्ष से दूरी, यानी विमान से, गड़बड़ी के स्रोत के रूप में, सदमे की लहर कमजोर होती है, धीरे-धीरे एक सामान्य ध्वनि तरंग में बदल जाती है और अंततः पूरी तरह से गायब हो जाती है।

और इसकी तीव्रता किस डिग्री पर होगी शॉक वेव(या शॉकवेव) जो जमीन पर पहुंचती है, वह वहां पैदा होने वाले प्रभाव पर निर्भर करती है। यह कोई रहस्य नहीं है कि प्रसिद्ध कॉनकॉर्ड ने केवल अटलांटिक के ऊपर सुपरसोनिक उड़ान भरी, और सैन्य सुपरसोनिक विमान उच्च ऊंचाई पर या उन क्षेत्रों में सुपरसोनिक जाते हैं जहां कोई नहीं है बस्तियों(पर कम से कमऐसा लगता है कि उन्हें ऐसा करना चाहिए :-))।

ये प्रतिबंध बहुत ही उचित हैं। मेरे लिए, उदाहरण के लिए, शॉक वेव की परिभाषा एक विस्फोट से जुड़ी है। और चीजें जो पर्याप्त रूप से तीव्र शॉक वेव कर सकती हैं, वे इसके ऊपर भी हो सकती हैं। कम से कम खिड़कियों का शीशा आसानी से उड़ सकता है। इसके पर्याप्त प्रमाण हैं (विशेषकर सोवियत विमानन के इतिहास में, जब यह काफी संख्या में था और उड़ानें तीव्र थीं)। लेकिन आप बदतर चीजें कर सकते हैं। आपको बस नीचे उड़ना है :-) ...

हालांकि, अधिकांश भाग के लिए, जब वे जमीन पर पहुंचते हैं तो सदमे की लहरों के अवशेष अब खतरनाक नहीं होते हैं। जमीन पर बस एक बाहरी पर्यवेक्षक एक ही समय में गर्जना या विस्फोट जैसी आवाज सुन सकता है। यह इस तथ्य के साथ है कि एक आम और बल्कि लगातार गलत धारणा जुड़ी हुई है।

जो लोग उड्डयन विज्ञान में बहुत अधिक अनुभवी नहीं हैं, ऐसी आवाज सुनकर कहते हैं कि यह विमान आगे निकल गया ध्वनि अवरोध (सुपरसोनिक बाधा) दरअसल ऐसा नहीं है। इस कथन का कम से कम दो कारणों से वास्तविकता से कोई लेना-देना नहीं है।

शॉक वेव (संपीड़न झटका)।

सबसे पहले, यदि जमीन पर कोई व्यक्ति आकाश में एक तेज गर्जना सुनता है, तो इसका मतलब केवल (मैं दोहराता हूं :-)) कि उसके कान पहुंच गए हैं शॉक वेव फ्रंट(या शॉक वेव) कहीं उड़ने वाले हवाई जहाज से। यह विमान पहले से ही सुपरसोनिक गति से उड़ान भर रहा है, न कि केवल उस पर स्विच किया गया है।

और अगर वही व्यक्ति अचानक विमान से कुछ किलोमीटर आगे हो सकता है, तो उसे फिर से उसी विमान से वही आवाज सुनाई देगी, क्योंकि वह विमान के साथ चलती उसी शॉक वेव से प्रभावित होगा।

यह सुपरसोनिक गति से चलता है, और इसलिए चुपचाप पहुंचता है। और इसके बाद इसका हमेशा झुमके पर सुखद प्रभाव नहीं पड़ा (ठीक है, जब केवल उन पर :-)) और सुरक्षित रूप से गुजरता है, तो चलने वाले इंजनों की गड़गड़ाहट श्रव्य हो जाती है।

विमान उड़ान की अनुमानित योजना विभिन्न मूल्यसाब 35 "ड्रेकन" फाइटर के उदाहरण पर नंबर एम। भाषा, दुर्भाग्य से, जर्मन है, लेकिन यह योजना आम तौर पर समझ में आती है।

इसके अलावा, सुपरसोनिक में संक्रमण किसी एक बार के "उछाल", पॉप, विस्फोट आदि के साथ नहीं होता है। एक आधुनिक सुपरसोनिक विमान पर, पायलट अक्सर इस तरह के संक्रमण के बारे में केवल उपकरणों की रीडिंग से सीखता है। इस मामले में, हालांकि, एक निश्चित प्रक्रिया होती है, लेकिन यह इसके अधीन है निश्चित नियमपायलटिंग उसके लिए व्यावहारिक रूप से अदृश्य है।

लेकिन वह सब नहीं है :-)। मैं और कहूंगा। बस किसी प्रकार की मूर्त, भारी, कठिन-से-पार करने वाली बाधा के रूप में, जिसके खिलाफ विमान टिकी हुई है और जिसे "छेदने" की आवश्यकता है (मैंने ऐसे निर्णय सुने हैं :-)) मौजूद नहीं है।

कड़ाई से बोलते हुए, कोई बाधा नहीं है। एक बार की बात है, उड्डयन में उच्च गति के विकास के भोर में, इस अवधारणा को और अधिक पसंद किया गया था मनोवैज्ञानिक अनुनयसुपरसोनिक गति और उस पर उड़ान में संक्रमण की कठिनाई के बारे में। यहां तक ​​​​कि बयान भी थे कि यह बिल्कुल भी असंभव था, खासकर जब से इस तरह के विश्वासों और बयानों के लिए पूर्वापेक्षाएँ काफी विशिष्ट थीं।

हालांकि, पहले चीजें पहले …

वायुगतिकी में, एक और शब्द है जो इस प्रवाह में गतिमान किसी पिंड के वायु प्रवाह के साथ अंतःक्रिया की प्रक्रिया और सुपरसोनिक पर स्विच करने के प्रयास का सटीक रूप से वर्णन करता है। यह लहर संकट. यह वह है जो कुछ बुरे काम करता है जो परंपरागत रूप से अवधारणा से जुड़े होते हैं ध्वनि अवरोध.

तो संकट के बारे में कुछ :-)। किसी भी विमान में पुर्जे होते हैं, हवा का प्रवाह जिसके चारों ओर उड़ान में समान नहीं हो सकता है। उदाहरण के लिए, एक पंख, या बल्कि एक साधारण क्लासिक लें सबसोनिक प्रोफाइल.

भारोत्तोलन बल कैसे बनता है, इसके बारे में ज्ञान की मूल बातें से, हम अच्छी तरह जानते हैं कि प्रोफ़ाइल की ऊपरी घुमावदार सतह की आसन्न परत में प्रवाह वेग अलग है। जहाँ प्रोफ़ाइल अधिक उत्तल होती है वह कुल प्रवाह वेग से अधिक होती है, फिर जब प्रोफ़ाइल समतल होती है तो यह घट जाती है।

जब पंख प्रवाह में ध्वनि की गति के करीब गति से चलता है, तो एक क्षण आ सकता है, उदाहरण के लिए, ऐसे उत्तल क्षेत्र में, हवा की परत की गति, जो पहले से ही कुल प्रवाह गति से अधिक है, बन जाती है ध्वनि और यहां तक ​​कि सुपरसोनिक।

लहर संकट के दौरान ट्रांसोनिक पर होने वाला स्थानीय झटका।

आगे प्रोफ़ाइल के साथ, यह गति कम हो जाती है और कुछ बिंदु पर फिर से सबसोनिक हो जाती है। लेकिन, जैसा कि हमने ऊपर कहा, सुपरसोनिक प्रवाह जल्दी धीमा नहीं हो सकता है, इसलिए की घटना शॉक वेव.

इस तरह के जंप दिखाई देते हैं विभिन्न क्षेत्रोंसुव्यवस्थित सतहें, और शुरू में वे काफी कमजोर हैं, लेकिन उनकी संख्या बड़ी हो सकती है, और कुल प्रवाह वेग में वृद्धि के साथ, सुपरसोनिक ज़ोन बढ़ते हैं, झटके "मजबूत" होते हैं और एयरफ़ॉइल के अनुगामी किनारे की ओर बढ़ते हैं। बाद में, वही शॉक वेव्स दिखाई देती हैं नीचे की सतहप्रोफ़ाइल।

विंग एयरफ़ॉइल के चारों ओर पूर्ण सुपरसोनिक प्रवाह।

इस सबका खतरा क्या है? पर क्या। प्रथम- महत्वपूर्ण है वायुगतिकीय ड्रैग में वृद्धिट्रांसोनिक गति की सीमा में (लगभग एम = 1, अधिक या कम)। यह प्रतिरोध बढ़ता है तीव्र बढ़ोतरीइसके घटकों में से एक तरंग प्रतिरोध. वही जिसे हमने सबसोनिक गति से उड़ानों पर विचार करते समय ध्यान में नहीं रखा।

सुपरसोनिक प्रवाह के मंदी के दौरान कई शॉक वेव्स (या शॉक वेव्स) के निर्माण के लिए, जैसा कि मैंने ऊपर कहा, ऊर्जा खर्च की जाती है, और इसे विमान की गतिज ऊर्जा से लिया जाता है। यही है, विमान बस धीमा हो जाता है (और बहुत ध्यान से!) यह वही है लहर प्रतिरोध।

इसके अलावा, सदमे की लहरें, उनमें प्रवाह के तेज मंदी के कारण, सीमा परत को अलग करने और लामिना से अशांत में इसके परिवर्तन में योगदान करती हैं। यह वायुगतिकीय ड्रैग को और बढ़ाता है।

विभिन्न एम नंबरों पर एयरफोइल प्रवाह झटके, स्थानीय सुपरसोनिक जोन, अशांत क्षेत्र।

दूसरा. विंग प्रोफाइल पर स्थानीय सुपरसोनिक ज़ोन की उपस्थिति और प्रवाह वेग में वृद्धि के साथ प्रोफ़ाइल के टेल सेक्शन में उनकी आगे की पारी के कारण, और इस तरह, प्रोफ़ाइल पर दबाव वितरण पैटर्न में बदलाव, के आवेदन का बिंदु वायुगतिकीय बल (दबाव केंद्र) भी अनुगामी किनारे पर शिफ्ट हो जाते हैं। नतीजतन, वहाँ प्रकट होता है गोताखोरी का क्षणविमान के द्रव्यमान के केंद्र के सापेक्ष, जिससे वह अपनी नाक नीचे कर लेता है।

यह सब क्या परिणाम देता है ... सुंदर की वजह से तेज वृद्धिविमान के वायुगतिकीय प्रतिरोध को मूर्त की आवश्यकता होती है इंजन पावर रिजर्वट्रांसोनिक ज़ोन को पार करने और पहुंचने के लिए, इसलिए बोलने के लिए, वास्तविक सुपरसोनिक।

वेव ड्रैग में वृद्धि के कारण ट्रांसोनिक (लहर संकट) पर वायुगतिकीय ड्रैग में तेज वृद्धि। सीडी ड्रैग गुणांक है।

आगे। डाइविंग मोमेंट के घटित होने के कारण पिच नियंत्रण में कठिनाइयां उत्पन्न होती हैं। इसके अलावा, सदमे तरंगों के साथ स्थानीय सुपरसोनिक क्षेत्रों के उद्भव से जुड़ी प्रक्रियाओं की गड़बड़ी और असमानता के कारण भी प्रबंधन करना मुश्किल. उदाहरण के लिए, एक रोल पर, बाएँ और दाएँ विमानों पर विभिन्न प्रक्रियाओं के कारण।

हां, साथ ही कंपन की घटना, अक्सर स्थानीय अशांति के कारण काफी मजबूत होती है।

सामान्य तौर पर, सुखों का एक पूरा सेट, जिसका नाम होता है लहर संकट. लेकिन, सच है, सुपरसोनिक गति प्राप्त करने के लिए विशिष्ट सबसोनिक विमान (सीधे पंख की मोटी प्रोफ़ाइल के साथ) का उपयोग करते समय वे सभी होते हैं (वहां विशिष्ट :-)) होते हैं।

प्रारंभ में, जब अभी तक पर्याप्त ज्ञान नहीं था, और सुपरसोनिक्स तक पहुंचने की प्रक्रियाओं का व्यापक अध्ययन नहीं किया गया था, इस सेट को लगभग घातक रूप से दुर्गम माना जाता था और इसे कहा जाता था ध्वनि अवरोध(या सुपरसोनिक बाधा, यदि आप चाहते हैं:-))।

पारंपरिक पिस्टन विमानों पर ध्वनि की गति को दूर करने की कोशिश करते समय, कई दुखद मामले सामने आए। मजबूत कंपन से कभी-कभी संरचना का विनाश हो जाता है। आवश्यक त्वरण के लिए विमान में पर्याप्त शक्ति नहीं थी। समतल उड़ान में, समान प्रकृति के प्रभाव के कारण यह असंभव था लहर संकट.

इसलिए, त्वरण के लिए एक गोता का उपयोग किया गया था। लेकिन यह बहुत घातक हो सकता है। लहर के संकट के दौरान दिखाई देने वाले गोता के क्षण ने गोता को लंबा कर दिया, और कभी-कभी इससे कोई रास्ता नहीं निकलता था। दरअसल, नियंत्रण बहाल करने और लहर संकट को खत्म करने के लिए गति को बुझाना जरूरी था। लेकिन एक गोता में ऐसा करना बेहद मुश्किल है (यदि असंभव नहीं है)।

एक डाइव आउट में खींचना स्तर की उड़ान 27 मई, 1943 को प्रसिद्ध प्रायोगिक लड़ाकू BI-1 तरल के साथ USSR में आपदा के मुख्य कारणों में से एक माना जाता है रॉकेट इंजन. परीक्षण किए गए थे उच्चतम गतिउड़ान, और डिजाइनरों के अनुमान के अनुसार, प्राप्त गति 800 किमी / घंटा से अधिक थी। फिर चोटी में देरी हुई, जिससे विमान नहीं निकला।

प्रायोगिक लड़ाकू बीआई-1।

आजकल लहर संकटपहले से ही अच्छी तरह से अध्ययन किया और दूर किया गया ध्वनि अवरोध(यदि आवश्यक हो :-)) मुश्किल नहीं है। पर्याप्त रूप से उच्च गति पर उड़ान भरने के लिए डिज़ाइन किए गए विमानों पर, उनके उड़ान संचालन को सुविधाजनक बनाने के लिए कुछ डिज़ाइन समाधान और प्रतिबंध लागू होते हैं।

जैसा कि ज्ञात है, लहर संकट एकता के करीब एम नंबर से शुरू होता है। इसलिए, लगभग सभी जेट सबसोनिक लाइनर (यात्री, विशेष रूप से) के पास एक उड़ान है संख्या M . पर सीमा. आमतौर पर यह 0.8-0.9M के क्षेत्र में होता है। पायलट को इसका पालन करने का निर्देश दिया गया है। इसके अलावा, कई विमानों पर, जब सीमा स्तर तक पहुंच जाता है, जिसके बाद एयरस्पीड को कम करना होगा।

कम से कम 800 किमी/घंटा और उससे अधिक की गति से उड़ने वाले लगभग सभी विमानों में स्वेप्ट विंग(कम से कम अग्रणी किनारे पर :-))। यह आपको आक्रामक की शुरुआत को पीछे धकेलने की अनुमति देता है लहर संकटएम = 0.85-0.95 के अनुरूप गति तक।

तीर का पंख। मौलिक क्रिया।

इस प्रभाव का कारण काफी सरलता से समझाया जा सकता है। एक सीधे पंख पर, एक गति V के साथ एक वायु प्रवाह लगभग एक समकोण पर चलता है, और एक स्वेप्ट विंग (स्वीप कोण χ) पर एक निश्चित स्लिप कोण β पर चलता है। गति V हो सकती है वेक्टर संबंधदो धाराओं में विघटित: Vτ और Vn ।

प्रवाह Vτ विंग पर दबाव वितरण को प्रभावित नहीं करता है, लेकिन यह प्रवाह Vn करता है, जो विंग के वहन गुणों को निर्धारित करता है। और यह स्पष्ट रूप से कुल प्रवाह V के परिमाण में कम है। इसलिए, स्वेप्ट विंग पर, एक लहर संकट की शुरुआत और विकास तरंग प्रतिरोधसमान फ्रीस्ट्रीम वेग पर सीधे पंख की तुलना में बाद में होता है।

प्रायोगिक लड़ाकू E-2A (MIG-21 का पूर्ववर्ती)। विशिष्ट स्वेप्ट विंग।

स्वेप्ट विंग के संशोधनों में से एक विंग था सुपरक्रिटिकल प्रोफाइल(उसका उल्लेख किया)। यह आपको उच्च गति पर लहर संकट की शुरुआत को स्थानांतरित करने की भी अनुमति देता है, इसके अलावा, यह आपको दक्षता बढ़ाने की अनुमति देता है, जो यात्री लाइनर के लिए महत्वपूर्ण है।

सुपरजेट 100. सुपरक्रिटिकल स्वेप्ट विंग।

यदि विमान पारगमन के लिए अभिप्रेत है ध्वनि अवरोध(गुजरना और लहर संकटभी :-)) और सुपरसोनिक उड़ान, तो यह आमतौर पर निश्चित रूप से हमेशा भिन्न होता है डिज़ाइन विशेषताएँ. विशेष रूप से, इसमें आमतौर पर होता है पंख की पतली प्रोफ़ाइल और तेज किनारों के साथ पंख(हीरे के आकार या त्रिकोणीय सहित) और योजना में पंख का एक निश्चित आकार (उदाहरण के लिए, एक प्रवाह के साथ त्रिकोणीय या समलम्बाकार, आदि)।

सुपरसोनिक मिग-21। अनुयायी ई-2ए। एक विशिष्ट त्रिकोणीय पंख।

मिग-25. सुपरसोनिक उड़ान के लिए डिज़ाइन किए गए एक विशिष्ट विमान का एक उदाहरण। पंख और पंख, तेज किनारों की पतली प्रोफाइल। ट्रेपोजॉइडल विंग। प्रोफ़ाइल

कुख्यात गुजर रहा है ध्वनि अवरोध, यानी, ऐसे विमान सुपरसोनिक गति में संक्रमण करते हैं आफ्टरबर्निंग इंजन ऑपरेशनवायुगतिकीय प्रतिरोध में वृद्धि के कारण, और निश्चित रूप से, क्षेत्र के माध्यम से जल्दी से फिसलने के लिए लहर संकट. और इस संक्रमण के क्षण को अक्सर किसी भी तरह से महसूस नहीं किया जाता है (मैं दोहराता हूं :-)) न तो पायलट द्वारा (वह केवल कॉकपिट में ध्वनि दबाव स्तर को कम कर सकता है), और न ही बाहरी पर्यवेक्षक द्वारा, यदि, निश्चित रूप से , वह यह देख सकता है :-)।

हालाँकि, यहाँ यह एक और गलत धारणा का उल्लेख करने योग्य है, जो बाहरी पर्यवेक्षकों से जुड़ी है। निश्चित रूप से कई लोगों ने इस तरह की तस्वीरें देखी होंगी, जिनके कैप्शन में लिखा है कि यह विमान पर काबू पाने का क्षण है ध्वनि अवरोधतो बोलने के लिए, नेत्रहीन।

प्रांड्ल-ग्लोर्ट प्रभाव। ध्वनि अवरोध को पार करने से संबंधित नहीं है।

पहले तो, हम पहले से ही जानते हैं कि कोई ध्वनि अवरोध नहीं है, और सुपरसोनिक में संक्रमण के साथ इतनी असाधारण (ताली या विस्फोट सहित) कुछ भी नहीं है।

दूसरे. हमने फोटो में जो देखा वह तथाकथित है प्रांड्ल-ग्लोर्ट प्रभाव. मैंने उसके बारे में पहले ही लिखा था। यह किसी भी तरह से सुपरसोनिक में संक्रमण से सीधे संबंधित नहीं है। यह सिर्फ इतना है कि उच्च गति पर (सबसोनिक, वैसे :-)) विमान, हवा के एक निश्चित द्रव्यमान को अपने सामने ले जाकर कुछ बनाता है विरलन क्षेत्र. पारित होने के तुरंत बाद, यह क्षेत्र आस-पास के स्थान से प्राकृतिक हवा से भरना शुरू कर देता है मात्रा में वृद्धि और तापमान में तेज गिरावट।

यदि एक हवा में नमींपर्याप्त है और तापमान परिवेशी वायु के ओस बिंदु से नीचे चला जाता है, तब नमी संघननजलवाष्प से कोहरे के रूप में जो हम देखते हैं। जैसे ही स्थितियां मूल स्थिति में आ जाती हैं, यह कोहरा तुरंत गायब हो जाता है। यह पूरी प्रक्रिया बल्कि छोटी है।

उच्च ट्रांसोनिक गति पर ऐसी प्रक्रिया को स्थानीय द्वारा सुगम बनाया जा सकता है बढ़तमैं, कभी-कभी विमान के चारों ओर एक कोमल शंकु के समान कुछ बनाने में मदद करता हूं।

उच्च गति इस घटना के पक्ष में है, हालांकि, अगर हवा की नमी पर्याप्त है, तो यह कम गति पर हो सकती है (और होती है)। उदाहरण के लिए, जल निकायों की सतह के ऊपर। वैसे, अधिकांश सुन्दर तस्वीरइस प्रकृति के एक विमानवाहक पोत पर बनाया गया था, जो कि पर्याप्त रूप से आर्द्र हवा में है।

यह वैसे काम करता है। शॉट्स, निश्चित रूप से, शांत हैं, तमाशा शानदार है :-), लेकिन यह बिल्कुल भी नहीं है जिसे इसे अक्सर कहा जाता है। इससे कोई लेना-देना नहीं है (और सुपरसोनिक बाधाबहुत:-))। और यह अच्छा है, मुझे लगता है, अन्यथा इस तरह के फोटो और वीडियो लेने वाले पर्यवेक्षक अच्छे नहीं होंगे। शॉक वेव, क्या आप जानते हैं:-)…

अंत में, एक वीडियो (मैंने पहले ही इसका इस्तेमाल किया है), जिसके लेखक सुपरसोनिक गति से कम ऊंचाई पर उड़ने वाले विमान से शॉक वेव का प्रभाव दिखाते हैं। बेशक, वहाँ एक निश्चित अतिशयोक्ति है :-), लेकिन सामान्य सिद्धांतसमझने योग्य। और फिर, यह आश्चर्यजनक है :-)

और आज के लिए बस इतना ही। लेख को अंत तक पढ़ने के लिए धन्यवाद :-)। हमारे पुनः मिलने तक…

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क्या आपने सुना है शोरगुल, एक विस्फोट की याद दिलाता है जब एक जेट विमान ऊपर की ओर उड़ता है? यह ध्वनि तब उत्पन्न होती है जब कोई वायुयान ध्वनि अवरोध को तोड़ता है। ध्वनि अवरोध क्या है और हवाई जहाज ऐसी ध्वनि क्यों करता है?

जैसा कि आप जानते हैं, ध्वनि एक निश्चित गति से यात्रा करती है। गति ऊंचाई पर निर्भर करती है। समुद्र तल पर ध्वनि की गति लगभग 1220 किलोमीटर प्रति घंटा है, और 11,000 मीटर की ऊंचाई पर यह 1060 किलोमीटर प्रति घंटा है। जब कोई विमान ध्वनि की गति के करीब गति से उड़ता है, तो वह कुछ भारों के अधीन होता है। जब यह सामान्य (सबसोनिक) गति से उड़ता है, तो विमान का अगला भाग इसके सामने एक दबाव तरंग चलाता है। यह तरंग ध्वनि की गति से फैलती है।

वायुयान के आगे बढ़ने पर वायु के कणों के जमा होने के कारण दबाव तरंग उत्पन्न होती है। जब वायुयान सबसोनिक गति से उड़ान भर रहा होता है तब तरंग वायुयान की तुलना में तीव्र गति से यात्रा करती है। और नतीजतन, यह पता चला है कि हवा विमान के पंखों की सतहों के साथ बिना रुके गुजरती है।

आइए अब एक हवाई जहाज पर विचार करें जो ध्वनि की गति से उड़ता है। विमान के सामने दबाव की लहर नहीं दिखती है। इसके बजाय क्या होता है कि पंख के सामने एक दबाव तरंग बनती है (क्योंकि विमान और दबाव तरंग एक ही गति से यात्रा कर रहे हैं)।

अब एक शॉक वेव बन रही है, जिससे विमान के विंग में बड़ा भार आता है। ध्वनि की गति से विमानों के उड़ने से पहले अभिव्यक्ति "ध्वनि अवरोध" आसपास थी - और यह उन गतियों पर एक विमान द्वारा अनुभव किए जाने वाले तनावों का वर्णन करने के लिए सोचा गया था। इसे "बाधा" माना जाता था।

लेकिन ध्वनि की गति कोई बाधा नहीं है! इंजीनियरों और विमान डिजाइनरों ने नए भार की समस्या को दूर किया है। और हमारे पास पुराने विचारों को छोड़ दिया गया है कि जब विमान सुपरसोनिक गति से उड़ता है तो प्रभाव सदमे की लहर के कारण होता है।

शब्द "ध्वनि अवरोध" उन स्थितियों का सही वर्णन नहीं करता है जो तब होती हैं जब एक विमान एक निश्चित गति से आगे बढ़ रहा होता है। यह माना जा सकता है कि जब विमान ध्वनि की गति तक पहुँचता है, तो "अवरोध" जैसा कुछ दिखाई देता है - लेकिन ऐसा कुछ नहीं होता है!

यह सब समझने के लिए, एक धीमी, सामान्य गति से उड़ने वाले हवाई जहाज पर विचार करें। जैसे ही विमान आगे बढ़ता है, विमान के सामने एक संपीड़न तरंग बन जाती है। यह आगे बढ़ने वाले एक विमान द्वारा बनता है, जो हवा के कणों को संपीड़ित करता है।

यह तरंग ध्वनि की गति से वायुयान के आगे चलती है। और इसकी गति विमान की गति से भी अधिक होती है, जो जैसा कि हम पहले ही कह चुके हैं, कम गति से उड़ता है। वायुयान से आगे बढ़ते हुए इस तरंग के कारण वायुयान के वायुयान के चारों ओर वायु धाराएँ प्रवाहित होती हैं।

अब कल्पना कीजिए कि एक हवाई जहाज ध्वनि की गति से उड़ रहा है। वायुयान के सामने कोई संपीड़न तरंग नहीं होती है, क्योंकि वायुयान और तरंगों दोनों की गति समान होती है। इसलिए, पंखों के सामने लहर बनती है।

नतीजतन, एक शॉक वेव दिखाई देती है, जो विमान के पंखों पर बड़ा भार पैदा करती है। विमान तक पहुँचने और ध्वनि अवरोध को पार करने से पहले, यह माना जाता था कि इस तरह की शॉक वेव्स और जी-फोर्स विमान के लिए एक बाधा की तरह कुछ पैदा करेंगे - एक "सोनिक बैरियर"। हालांकि, कोई ध्वनि अवरोध नहीं था, क्योंकि वैमानिकी इंजीनियरों ने इसके लिए एक विशेष विमान डिजाइन विकसित किया था।

वैसे, जब विमान "ध्वनि अवरोध" से गुजरता है तो हम जो मजबूत "धमाका" सुनते हैं, वह सदमे की लहर है जिसके बारे में हम पहले ही बात कर चुके हैं - जब समान गतिविमान और संपीड़न तरंगें।

वायुगतिकी में ध्वनि अवरोध उन कई परिघटनाओं का नाम है जो ध्वनि की गति के करीब या उससे अधिक गति पर एक विमान (उदाहरण के लिए, एक सुपरसोनिक विमान, रॉकेट) की गति के साथ होती हैं।

सुपरसोनिक गैस प्रवाह के चारों ओर बहने पर ठोस शरीरइसके अग्रणी किनारे पर एक शॉक वेव बनता है (कभी-कभी शरीर के आकार के आधार पर एक से अधिक)। फोटो मॉडल के धड़ की नोक पर, विंग के अग्रणी और अनुगामी किनारों पर और मॉडल के पीछे के छोर पर बनने वाली शॉक वेव्स को दिखाता है।

शॉक वेव के सामने (कभी-कभी शॉक वेव भी कहा जाता है), जिसकी मोटाई बहुत कम होती है (मिमी के अंश), प्रवाह के गुणों में कार्डिनल परिवर्तन लगभग अचानक होते हैं - शरीर के सापेक्ष इसका वेग कम हो जाता है और हो जाता है सबसोनिक, प्रवाह में दबाव और गैस का तापमान अचानक बढ़ जाता है। प्रवाह की गतिज ऊर्जा के भाग को में परिवर्तित किया जाता है आंतरिक ऊर्जागैस। ये सभी परिवर्तन जितने अधिक होते हैं, सुपरसोनिक प्रवाह की गति उतनी ही अधिक होती है। हाइपरसोनिक गति (मच 5 और ऊपर) पर, गैस का तापमान कई हजार डिग्री तक पहुंच जाता है, जो बनाता है गंभीर समस्याएंऐसी गति से चलने वाले वाहनों के लिए (उदाहरण के लिए, कोलंबिया शटल 1 फरवरी, 2003 को उड़ान के दौरान हुई थर्मल सुरक्षात्मक खोल को नुकसान के कारण दुर्घटनाग्रस्त हो गई)।

जब यह तरंग एक प्रेक्षक तक पहुँचती है, उदाहरण के लिए, पृथ्वी पर, वह एक विस्फोट के समान एक तेज आवाज सुनता है। एक आम गलत धारणा यह है कि यह ध्वनि की गति तक पहुंचने वाले विमान का परिणाम है, या "ध्वनि अवरोध को तोड़ना" है। वास्तव में, इस समय, पर्यवेक्षक द्वारा एक सदमे की लहर गुजरती है, जो लगातार सुपरसोनिक गति से चलने वाले विमान के साथ होती है। आमतौर पर, "पॉप" के तुरंत बाद, पर्यवेक्षक विमान के इंजनों की गड़गड़ाहट सुन सकता है, जो सदमे की लहर के पारित होने से पहले नहीं सुना जाता है, क्योंकि विमान इसके द्वारा की गई आवाज़ों की तुलना में तेजी से आगे बढ़ रहा है। सबसोनिक उड़ान के दौरान एक बहुत ही समान अवलोकन होता है - एक उच्च ऊंचाई (1 किमी से अधिक) पर पर्यवेक्षक के ऊपर उड़ने वाले विमान को नहीं सुना जाता है, या बल्कि, हम इसे देरी से सुनते हैं: ध्वनि स्रोत की दिशा मेल नहीं खाती है जमीन से प्रेक्षक के लिए दृश्यमान विमान की दिशा।

पहले से ही द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान, लड़ाकू विमानों की गति ध्वनि की गति के करीब पहुंचने लगी थी। उसी समय, पायलटों ने कभी-कभी उस समय समझ से बाहर होने और शीर्ष गति से उड़ान भरने पर उनकी कारों के साथ होने वाली खतरनाक घटनाओं का निरीक्षण करना शुरू कर दिया। अपने कमांडर जनरल अर्नोल्ड को अमेरिकी वायु सेना के पायलट की भावनात्मक रिपोर्ट को संरक्षित किया गया है:
“सर, हमारे विमान पहले से ही बहुत सख्त हैं। अगर और भी तेज रफ्तार वाली कारें होंगी तो हम उन्हें उड़ा नहीं पाएंगे। पिछले हफ्ते मैंने अपनी मस्टैंग में मी-109 पर डाइव लगाई थी। मेरा विमान वायवीय हथौड़े की तरह हिल गया, और पतवारों का पालन करना बंद कर दिया। मैं उसे उसके गोता से बाहर नहीं ला सका। जमीन से महज तीन सौ मीटर की दूरी पर मैंने मुश्किल से कार को समतल किया..."।

युद्ध के बाद, जब कई विमान डिजाइनरों और परीक्षण पायलटों ने मनोवैज्ञानिक रूप से महत्वपूर्ण निशान प्राप्त करने के लिए लगातार प्रयास किए - ध्वनि की गति, ये समझ से बाहर होने वाली घटनाएं आदर्श बन गईं, और इनमें से कई प्रयास दुखद रूप से समाप्त हो गए। इसने "ध्वनि अवरोध" (फ्रेंच मूर डू सोन, जर्मन शलमाउर - ध्वनि दीवार) की अभिव्यक्ति को जन्म दिया, जो रहस्यवाद से रहित नहीं है। निराशावादियों ने तर्क दिया कि इस सीमा को पार करना असंभव था, हालांकि उत्साही लोगों ने अपनी जान जोखिम में डालकर बार-बार ऐसा करने की कोशिश की। विकास वैज्ञानिक विचारगैस की सुपरसोनिक गति के बारे में न केवल "ध्वनि अवरोध" की प्रकृति की व्याख्या करना संभव हो गया, बल्कि इसे दूर करने के साधन भी खोजना संभव हो गया।

ऐतिहासिक तथ्य

* नियंत्रित उड़ान में सुपरसोनिक गति प्राप्त करने वाला पहला पायलट बेल X-1 प्रायोगिक विमान (सीधे पंख और एक XLR-11 रॉकेट इंजन के साथ) पर अमेरिकी परीक्षण पायलट चक येजर था, जो एक सौम्य में M = 1.06 की गति तक पहुंच गया था। गोता लगाना। यह 14 अक्टूबर, 1947 को हुआ था।
* यूएसएसआर में, ध्वनि अवरोध को पहली बार 26 दिसंबर, 1948 को सोकोलोव्स्की द्वारा, और फिर फेडोरोव द्वारा, एक प्रायोगिक ला -176 लड़ाकू पर एक वंश के साथ उड़ानों में दूर किया गया था।
* ध्वनि अवरोध को तोड़ने वाला पहला नागरिक विमान डगलस डीसी -8 यात्री लाइनर था। 21 अगस्त 1961 को यह 12496 मीटर से एक नियंत्रित गोता में मच 1.012 या 1262 किमी/घंटा तक पहुंच गया। नई विंग अग्रणी किनारों के डिजाइन के लिए डेटा एकत्र करने के लिए उड़ान शुरू की गई थी।
* 15 अक्टूबर 1997 को, एक हवाई जहाज में ध्वनि अवरोध को तोड़ने के 50 साल बाद, अंग्रेज एंडी ग्रीन ने एक थ्रस्ट एसएससी में ध्वनि अवरोध को तोड़ दिया।
* 14 अक्टूबर 2012 को, फेलिक्स बॉमगार्टनर बिना किसी मोटर चालित सहायता के ध्वनि अवरोध को तोड़ने वाले पहले व्यक्ति बने। वाहन, में निर्बाध गिरावट 39 किलोमीटर की ऊंचाई से कूदते हुए। फ्री फॉल में उन्होंने 1342.8 किलोमीटर प्रति घंटे की रफ्तार से दौड़ लगाई।

एक छवि:
* http://commons.wikimedia.org/wiki/File:F-18-diamondback_blast.jpg
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* http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Transonic_Vapor_F-16_01.jpg
* http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FA-18F_Breaking_SoundBarrier.jpg
* http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Supersonic_aircraft_breaker_sound_barrier.jpg
* http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FA18_faster_than_sound.jpg
* http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FA-18_Super_Hornet_VFA-102.jpg
* http://it.wikipedia.org/wiki/File:F-22_Supersonic_Flyby.jpg