Çfarë është një pengesë zëri? Thyerja e barrierës së zërit

Kaloi pengesë zëri:-)...

Para se të hidhemi në biseda mbi temën, le të sjellim pak qartësi në çështjen e saktësisë së koncepteve (ajo që më pëlqen :-)). Sot përdoren dy terma: pengesë zëri dhe pengesë supersonike . Ata tingëllojnë të ngjashëm, por ende jo të njëjtë. Sidoqoftë, nuk ka kuptim ta hollojmë atë me ashpërsi të veçantë: në fakt, kjo është e njëjta gjë. Përkufizimi i barrierës së zërit përdoret më shpesh nga njerëz që janë më të ditur dhe më afër aviacionit. Dhe përkufizimi i dytë është zakonisht gjithë pjesa tjetër.

Unë mendoj se nga pikëpamja e fizikës (dhe gjuhës ruse :-)) është më e saktë të thuhet pengesa e zërit. Këtu ka një logjikë të thjeshtë. Në fund të fundit, ekziston koncepti i shpejtësisë së zërit, por nuk ka një koncept fiks të shpejtësisë së supersonit, duke folur në mënyrë rigoroze. Duke parë pak përpara, do të them se kur një aeroplan fluturon në supersonik, ai tashmë e ka kaluar këtë pengesë, dhe kur e kapërcen (kapërcen) atë, atëherë kalon një vlerë pragu të caktuar shpejtësie të barabartë me shpejtësinë e zërit (dhe jo supersonike).

Diçka e tillë :-). Për më tepër, koncepti i parë përdoret shumë më rrallë se i dyti. Kjo është me sa duket sepse fjala supersonik tingëllon më ekzotike dhe tërheqëse. Dhe në fluturimin supersonik, ekzotika është sigurisht e pranishme dhe, natyrisht, tërheq shumë. Megjithatë, jo të gjithë njerëzit që shijojnë fjalët " pengesë supersonike' kuptoni vërtet se çfarë është. Më shumë se një herë u binda për këtë, duke parë forumet, duke lexuar artikuj, madje duke parë TV.

Kjo pyetje është në të vërtetë mjaft e ndërlikuar nga pikëpamja e fizikës. Por ne, natyrisht, nuk do të ngjitemi në kompleksitet. Ne thjesht do të përpiqemi, si zakonisht, të sqarojmë situatën duke përdorur parimin e "shpjegimit të aerodinamikës në gishta" :-).

Pra, te barriera (tingulli :-))!... Aeroplani në fluturim, duke vepruar në të tillë medium elastik, si ajri, bëhet një burim i fuqishëm i valëve të zërit. Unë mendoj se të gjithë e dinë se çfarë janë valët e zërit në ajër :-).

Valët e zërit (akordim pirun).

Ky është një alternim i zonave të ngjeshjes dhe rrallimit, që përhapet në anët e ndryshme nga burimi i zërit. Përafërsisht si rrathë në ujë, të cilët janë gjithashtu vetëm valë (por jo tinguj :-)). Janë këto zona, që veprojnë në daullen e veshit, që na lejojnë të dëgjojmë të gjithë tingujt e kësaj bote, nga pëshpëritjet njerëzore deri te gjëmimi i motorëve reaktiv.

Një shembull i valëve të zërit.

Pikat e përhapjes së valëve të zërit mund të jenë nyje të ndryshme të avionit. Për shembull, një motor (tingulli i tij është i njohur për këdo :-)), ose pjesë të trupit (për shembull, hunda), të cilat, duke ngjeshur ajrin përpara tij kur lëvizin, krijojnë një lloj presioni të caktuar (ngjeshje ) valë që vrapon përpara.

Të gjitha këto valë zanore përhapen në ajër me shpejtësinë e zërit që ne tashmë e dimë. Kjo do të thotë, nëse avioni është nënsonik, dhe madje fluturon me shpejtësi të ulët, atëherë ata duket se ikin prej tij. Si rezultat, kur një avion i tillë afrohet, ne fillimisht dëgjojmë zërin e tij, dhe më pas ai fluturon vetë.

Do të bëj një rezervë, megjithatë, se kjo është e vërtetë nëse avioni nuk fluturon shumë lart. Në fund të fundit, shpejtësia e zërit nuk është shpejtësia e dritës :-). Madhësia e tij nuk është aq e madhe dhe valët e zërit kanë nevojë për kohë për të arritur tek dëgjuesi. Prandaj, sekuenca e shfaqjes së zërit për dëgjuesin dhe aeroplanin, nëse fluturon në lartësi të madhe, mund të ndryshojë.

Dhe meqenëse tingulli nuk është aq i shpejtë, atëherë me një rritje shpejtësinë e vet avioni fillon të arrijë valët e emetuara prej tij. Kjo do të thotë, nëse ai ishte i palëvizshëm, atëherë valët do të devijonin prej tij në formë rrathë koncentrikë si rrathë mbi ujë nga një gur i hedhur. Dhe meqenëse avioni po lëviz, atëherë në sektorin e këtyre rrathëve, që korrespondon me drejtimin e fluturimit, kufijtë e valëve (frontet e tyre) fillojnë t'i afrohen njëri-tjetrit.

Lëvizja nënsonike e trupit.

Prandaj, hendeku midis avionit (hundës së tij) dhe pjesës së përparme të valës së parë (kokës) (d.m.th., kjo është zona ku frenohet gradual, në një masë të caktuar, rrjedha e ardhshme kur takoheni me hundën e avionit (krahun, bishtin) dhe, si rezultat, rritje të presionit dhe temperaturës) fillon të ulet dhe sa më shpejt, aq më e madhe është shpejtësia e fluturimit.

Vjen një moment kur ky hendek praktikisht zhduket (ose bëhet minimal), duke u kthyer në një lloj zone të veçantë, e cila quhet valë goditëse. Kjo ndodh kur shpejtësia e fluturimit arrin shpejtësinë e zërit, domethënë avioni lëviz me të njëjtën shpejtësi si valët e emetuara prej tij. Numri Mach në këtë rast është i barabartë me një (M=1).

Lëvizja e zërit të trupit (M=1).

valë goditëse, është një zonë shumë e ngushtë e mediumit (e rendit 10 -4 mm), kur kalon nëpër të cilën nuk ka më një ndryshim gradual, por një ndryshim të mprehtë (si kërcim) në parametrat e këtij mediumi - shpejtësia, presioni, temperatura, dendësia. Në rastin tonë, shpejtësia bie, presioni, temperatura dhe dendësia rriten. Prandaj emri - vala goditëse.

Në mënyrë të thjeshtë, këtë do ta thosha për gjithë këtë. Është e pamundur të ngadalësosh ndjeshëm një rrjedhë supersonike, por duhet ta bëjë këtë, sepse nuk ekziston më mundësia e ngadalësimit gradual të shpejtësisë së rrjedhës para vetë hundës së avionit, si me shpejtësi të moderuara nënsonike. Duket sikur pengohet në një pjesë të subsonit përpara hundës së avionit (ose gishtit të krahut) dhe shembet në një kërcim të ngushtë, duke i transferuar atij energjinë e madhe të lëvizjes që zotëron.

Nga rruga, mund të thuhet edhe anasjelltas se avioni transferon një pjesë të energjisë së tij në formimin e valëve goditëse në mënyrë që të ngadalësojë rrjedhën supersonike.

Lëvizja supersonike e trupit.

Ekziston një emër tjetër për valën e goditjes. Duke lëvizur së bashku me avionin në hapësirë, ai është në thelb një front ndryshim i papritur parametrat e mësipërm të mjedisit (d.m.th. rrjedha e ajrit). Dhe ky është thelbi i valës së goditjes.

valë goditëse dhe një valë goditëse, në përgjithësi, janë përkufizime të barabarta, por në aerodinamikë e para përdoret më shpesh.

Vala goditëse (ose vala goditëse) mund të jetë pothuajse pingul me drejtimin e fluturimit, me ç'rast ato marrin një formë afërsisht rrethore në hapësirë ​​dhe quhen vija të drejta. Kjo zakonisht ndodh në modalitete afër M=1.

Mënyrat e lëvizjes së trupit. ! - nënsonik, 2 - M=1, supersonik, 4 - valë goditëse (goditje).

Në numrat M > 1, ata tashmë janë në një kënd me drejtimin e fluturimit. Kjo do të thotë, avioni tashmë po kapërcen zërin e tij. Në këtë rast, ato quhen të zhdrejtë dhe në hapësirë ​​marrin formën e një koni, i cili, meqë ra fjala, quhet koni Mach, sipas shkencëtarit që studioi rrjedhat supersonike (ai e përmendi atë në një prej).

Koni Mach.

Forma e këtij koni (si të thuash "hollësia" e tij) varet vetëm nga numri M dhe lidhet me të nga relacioni: M = 1 / sin α, ku α është këndi midis boshtit të konit dhe tij. gjeneratori. Dhe sipërfaqja konike prek pjesën e përparme të të gjitha valëve të zërit, burimi i të cilave ishte avioni, dhe të cilin ai "kapërceu", duke arritur shpejtësinë supersonike.

Përveç kësaj valët e goditjes mund të jetë gjithashtu të lidhur, kur ato janë ngjitur me sipërfaqen e një trupi që lëviz me shpejtësi supersonike ose tërhiqen nëse nuk e prekin trupin.

Llojet e valëve goditëse në supersonike rrjedhin rreth trupave të formave të ndryshme.

Zakonisht, goditjet bashkohen nëse rrjedha supersonike rrjedh rreth çdo sipërfaqeje me majë. Për një avion, për shembull, kjo mund të jetë një hundë e mprehtë, një PVD, një skaj i mprehtë i një marrjeje ajri. Në të njëjtën kohë, ata thonë "kërce ulet", për shembull, në hundë.

Dhe goditja në tërheqje mund të merret kur rrjedh rreth sipërfaqeve të rrumbullakosura, për shembull, skaji i përparmë i rrumbullakosur i një profili të krahut të trashë aerodinamik.

Përbërës të ndryshëm të bykut avion krijoni një sistem mjaft kompleks të valëve të goditjes gjatë fluturimit. Megjithatë, më intensivët prej tyre janë dy. Një kokë në hark dhe bishti i dytë në elementët e njësisë së bishtit. Në një distancë të caktuar nga avioni, kërcimet e ndërmjetme ose i kapërcejnë kokën dhe bashkohen me të, ose bishti i kapërcen ato.

Valët goditëse në modelin e avionit kur fryjnë në një tunel me erë (M=2).

Si rezultat, mbeten dy kërcime, të cilat, në përgjithësi, perceptohen nga vëzhguesi tokësor si një për shkak të madhësisë së vogël të avionit në krahasim me lartësinë e fluturimit dhe, në përputhje me rrethanat, një interval të shkurtër kohor midis tyre.

Intensiteti (me fjalë të tjera energjia) valë goditëse(goditja me goditje) varet nga parametra të ndryshëm (shpejtësia e avionit, tiparet e tij të projektimit, kushtet mjedisore, etj.) dhe përcaktohet nga rënia e presionit në pjesën e përparme të tij.

Ndërsa distanca nga maja e konit Mach, domethënë nga avioni, si burim shqetësimesh, vala goditëse dobësohet, gradualisht shndërrohet në një valë të zakonshme zanore dhe përfundimisht zhduket plotësisht.

Dhe në çfarë shkalle intensiteti do të ketë valë goditëse(ose valë goditëse) që arrin në tokë varet nga efekti që mund të prodhojë atje. Nuk është sekret që Concorde i mirënjohur fluturoi supersonik vetëm mbi Atlantik, dhe avionët supersonikë ushtarakë shkojnë supersonikë në lartësi të mëdha ose në zona ku nuk ka vendbanimet(në të paktën duket sikur duhet ta bëjnë :-)).

Këto kufizime janë shumë të justifikuara. Për mua, për shembull, vetë përkufizimi i një valë goditëse shoqërohet me një shpërthim. Dhe gjërat që mund të bëjë një valë goditëse mjaftueshëm intensive mund të varet nga ajo. Të paktën xhami nga dritaret mund të fluturojë me lehtësi. Ka mjaft prova për këtë (sidomos në historinë e aviacionit sovjetik, kur ai ishte mjaft i shumtë dhe fluturimet ishin intensive). Por ju mund të bëni gjëra më të këqija. Thjesht duhet të fluturosh më poshtë :-) ...

Megjithatë, në pjesën më të madhe, ajo që mbetet nga valët goditëse kur ato arrijnë në tokë nuk është më e rrezikshme. Vetëm një vëzhgues i jashtëm në tokë mund të dëgjojë në të njëjtën kohë një tingull të ngjashëm me një ulërimë ose shpërthim. Është me këtë fakt që lidhet një keqkuptim i zakonshëm dhe mjaft i vazhdueshëm.

Njerëzit që nuk kanë shumë përvojë në shkencën e aviacionit, duke dëgjuar një tingull të tillë, thonë se ky aeroplan kapërceu pengesë zëri (pengesë supersonike). Në fakt nuk është. Kjo deklaratë nuk ka asnjë lidhje me realitetin për të paktën dy arsye.

Vala goditëse (goditja e kompresimit).

Së pari, nëse një person në tokë dëgjon një ulërimë që lulëzon lart në qiell, atëherë kjo do të thotë vetëm (e përsëris :-)) që veshët e tij kanë arritur balli i valës së goditjes(ose valë goditëse) nga një aeroplan që fluturon diku. Ky aeroplan tashmë po fluturon me shpejtësi supersonike, dhe jo vetëm i kaluar në të.

Dhe nëse i njëjti person mund të ishte papritmas disa kilometra përpara avionit, atëherë ai do të dëgjonte përsëri të njëjtin tingull nga i njëjti avion, sepse do të prekej nga e njëjta valë goditëse që lëvizte së bashku me avionin.

Ai lëviz me shpejtësi supersonike, dhe për këtë arsye afrohet në heshtje. Dhe pasi ka pasur efektin e tij jo gjithmonë të këndshëm në daullet e veshit (epo, kur vetëm në to :-)) dhe kalon në mënyrë të sigurtë, zhurma e motorëve të ndezur bëhet e dëgjueshme.

Skema e përafërt e fluturimit të avionit në vlera të ndryshme numri M në shembullin e luftëtarit Saab 35 "Draken". Gjuha, për fat të keq, është gjermanisht, por skema është përgjithësisht e kuptueshme.

Për më tepër, vetë kalimi në supersonik nuk shoqërohet me ndonjë "bum", shpërthime, shpërthime, etj. Në një avion modern supersonik, piloti më shpesh mëson për një tranzicion të tillë vetëm nga leximet e instrumenteve. Në këtë rast, megjithatë, ndodh një proces i caktuar, por i nënshtrohet rregulla të caktuara pilotimi është praktikisht i padukshëm për të.

Por kjo nuk është e gjitha :-). Unë do të them më shumë. në formën e thjesht një lloj pengese të prekshme, të rëndë, të vështirë për t'u kapërcyer, kundër së cilës avioni mbështetet dhe që duhet të "shpohet" (kam dëgjuar gjykime të tilla :-)) nuk ekziston.

Në mënyrë të rreptë, nuk ka asnjë pengesë. Njëherë e një kohë, në agimin e zhvillimit të shpejtësive të larta në aviacion, ky koncept u formua më shumë si bindje psikologjike për vështirësinë e kalimit në shpejtësinë supersonike dhe fluturimin në të. Madje kishte deklarata se ishte fare e pamundur, aq më tepër që parakushtet për besime dhe deklarata të tilla ishin mjaft specifike.

Megjithatë, gjërat e para së pari…

Në aerodinamikë, ekziston një term tjetër që përshkruan me mjaft saktësi procesin e ndërveprimit me rrjedhën e ajrit të një trupi që lëviz në këtë rrjedhë dhe përpiqet të kalojë në supersonik. atë krizë valore. Është ai që bën disa nga gjërat e këqija që tradicionalisht lidhen me konceptin pengesë zëri.

Pra, diçka për krizën :-). Çdo avion përbëhet nga pjesë, fluksi i ajrit rreth të cilit gjatë fluturimit mund të mos jetë i njëjtë. Merrni, për shembull, një krah, ose më mirë një klasik të zakonshëm profilin nënsonik.

Nga bazat e njohurive se si formohet forca ngritëse, ne jemi të vetëdijshëm se shpejtësia e rrjedhës në shtresën ngjitur të sipërfaqes së sipërme të lakuar të profilit është e ndryshme. Aty ku profili është më konveks është më i madh se shpejtësia totale e rrjedhës, atëherë kur profili rrafshohet zvogëlohet.

Kur krahu lëviz në rrjedhë me shpejtësi afër shpejtësisë së zërit, mund të vijë një moment kur, për shembull, në një rajon të tillë konveks, shpejtësia e shtresës së ajrit, e cila tashmë është më e madhe se shpejtësia totale e rrjedhës, bëhet e zërit. madje edhe supersonike.

Goditje lokale që ndodh në transonik gjatë një krize valore.

Më tej përgjatë profilit, kjo shpejtësi zvogëlohet dhe në një moment përsëri bëhet nënsonike. Por, siç thamë më lart, rrjedha supersonike nuk mund të ngadalësohet shpejt, kështu që shfaqja e valë goditëse.

Kërcimet e tilla shfaqen në zona të ndryshme sipërfaqet e racionalizuara, dhe fillimisht ato janë mjaft të dobëta, por numri i tyre mund të jetë i madh, dhe me një rritje të shpejtësisë totale të rrjedhës, zonat supersonike rriten, goditjet "forcohen" dhe lëvizin drejt skajit pasues të fletës ajrore. Më vonë shfaqen të njëjtat valë goditëse sipërfaqja e poshtme profili.

Rrjedhje e plotë supersonike rreth pjesës ajrore të krahut.

Cili është rreziku i gjithë kësaj? Por çfarë. Së pari- është domethënëse rritja e tërheqjes aerodinamike në intervalin e shpejtësive transonike (rreth M=1, pak a shumë). Kjo rezistencë rritet me rritje të mprehtë një nga përbërësit e tij rezistenca e valës. E njëjta gjë që nuk e morëm parasysh kur shqyrtonim fluturimet me shpejtësi nënsonike.

Për formimin e valëve të shumta goditëse (ose valëve goditëse) gjatë ngadalësimit të një rryme supersonike, siç thashë më lart, harxhohet energji dhe merret nga energjia kinetike e avionit. Kjo do të thotë, avioni thjesht ngadalësohet (dhe shumë dukshëm!). Kjo është ajo që është rezistenca e valës.

Për më tepër, valët goditëse, për shkak të ngadalësimit të mprehtë të rrjedhës në to, kontribuojnë në ndarjen e shtresës kufitare pas vetes dhe shndërrimin e saj nga laminare në turbulente. Kjo rrit më tej tërheqjen aerodinamike.

Rrjedha e ajrosjes në numra të ndryshëm M. Goditje, zona supersonike lokale, zona turbulente.

Së dyti. Për shkak të shfaqjes së zonave supersonike lokale në profilin e krahut dhe zhvendosjes së tyre të mëtejshme në pjesën e bishtit të profilit me një rritje të shpejtësisë së rrjedhës dhe, në këtë mënyrë, një ndryshim në modelin e shpërndarjes së presionit në profil, pika e aplikimit të forcat aerodinamike (qendra e presionit) gjithashtu zhvendosen në skajin pasues. Si rezultat, shfaqet moment zhytjeje në lidhje me qendrën e masës së avionit, duke bërë që ai të ulë hundën.

Çfarë rezulton në të gjitha ... Për shkak të bukurisë rritje të mprehtë rezistenca aerodinamike e avionit kërkon të prekshme rezerva e fuqisë së motorit për të kapërcyer zonën transonike dhe për të arritur, si të thuash, supersonike të vërtetë.

Një rritje e mprehtë e zvarritjes aerodinamike në transonik (kriza e valës) për shkak të një rritje të tërheqjes së valës. Cd është koeficienti i tërheqjes.

Me tutje. Për shkak të shfaqjes së një momenti zhytjeje, lindin vështirësi në kontrollin e fushës. Përveç kësaj, për shkak të çrregullimit dhe pabarazisë së proceseve që lidhen me shfaqjen e zonave lokale supersonike me valë goditëse, gjithashtu vështirë për t'u menaxhuar. Për shembull, në një rrotull, për shkak të proceseve të ndryshme në planin e majtë dhe të djathtë.

Po, plus shfaqjen e dridhjeve, shpesh mjaft të forta për shkak të turbulencave lokale.

Në përgjithësi, një grup i plotë kënaqësish, që mban emrin krizë valore. Por, e vërtetë, të gjitha ndodhin (ka pasur, specifike :-)) kur përdoren aeroplanë tipikë nënsonikë (me një profil të trashë të një krahu të drejtë) për të arritur shpejtësi supersonike.

Fillimisht, kur ende nuk kishte njohuri të mjaftueshme, dhe proceset e arritjes së supersonikëve nuk u studiuan plotësisht, ky grup u konsiderua pothuajse fatalisht i pakapërcyeshëm dhe u quajt pengesë zëri(ose pengesë supersonike, nëse dëshironi:-)).

Gjatë përpjekjes për të kapërcyer shpejtësinë e zërit në aeroplanët konvencionalë me piston, pati shumë raste tragjike. Dridhja e fortë ndonjëherë çoi në shkatërrimin e strukturës. Avioni nuk kishte fuqi të mjaftueshme për nxitimin e kërkuar. Në fluturimin në nivel, ishte e pamundur për shkak të një efekti të së njëjtës natyrë si krizë valore.

Prandaj, një zhytje u përdor për përshpejtim. Por fare mirë mund të jetë fatale. Momenti i zhytjes që u shfaq gjatë një krize valore e zgjati zhytjen dhe ndonjëherë nuk kishte rrugëdalje prej saj. Në të vërtetë, për të rivendosur kontrollin dhe për të eliminuar krizën e valëve, ishte e nevojshme të shuhej shpejtësia. Por ta bësh këtë në një zhytje është jashtëzakonisht e vështirë (nëse jo e pamundur).

Duke u tërhequr në një zhytje fluturim në nivel konsiderohet si një nga shkaqet kryesore të fatkeqësisë në BRSS më 27 maj 1943 të luftëtarit të famshëm eksperimental BI-1 me lëng. motor rakete. Testet janë kryer në shpejtësia maksimale fluturimi, dhe sipas vlerësimeve të projektuesve, shpejtësia e arritur ishte më shumë se 800 km / orë. Më pas ka pasur një vonesë në majë, nga e cila avioni nuk ka dalë.

Luftëtar eksperimental BI-1.

Në ditët e sotme krizë valore tashmë mjaft mirë të studiuara dhe të tejkaluara pengesë zëri(nëse kërkohet :-)) nuk është e vështirë. Në avionët që janë projektuar për të fluturuar me shpejtësi mjaft të lartë, zbatohen disa zgjidhje dhe kufizime të projektimit për të lehtësuar funksionimin e tyre të fluturimit.

Siç dihet, kriza e valës fillon në numrat M afër unitetit. Prandaj, pothuajse të gjitha linjat nënsonike të avionëve (në veçanti pasagjerët) kanë një fluturim kufizim në numrin M. Zakonisht është në rajonin 0.8-0.9M. Piloti është udhëzuar ta ndjekë këtë. Përveç kësaj, në shumë avionë, kur arrihet niveli kufi, pas së cilës shpejtësia e ajrit duhet të zvogëlohet.

Pothuajse të gjithë avionët që fluturojnë me shpejtësi të paktën 800 km/h e lart kanë krah i fshirë(të paktën në skajin kryesor :-)). Kjo ju lejon të shtyni përsëri fillimin e ofensivës krizë valore deri në shpejtësi që korrespondojnë me M=0.85-0.95.

Krahu i shigjetës. Veprimi themelor.

Arsyeja e këtij efekti mund të shpjegohet mjaft thjeshtë. Në një krah të drejtë, një rrjedhë ajri me një shpejtësi V shkon pothuajse në një kënd të drejtë, dhe në një krah të fshirë (këndi i fshirjes χ) në një kënd të caktuar rrëshqitje β. Shpejtësia V mund të jetë lidhje vektoriale zbërthehen në dy rrjedha: Vτ dhe Vn.

Rrjedha Vτ nuk ndikon në shpërndarjen e presionit në krah, por ndikon në rrjedhën Vn, e cila përcakton vetitë mbajtëse të krahut. Dhe është padyshim më pak në përmasat e rrjedhës totale V. Prandaj, në krahun e përfshirë, fillimi i një krize valore dhe rritja rezistenca e valës ndodh dukshëm më vonë se në një krah të drejtë me të njëjtën shpejtësi të rrjedhës së lirë.

Luftëtari eksperimental E-2A (paraardhësi i MIG-21). Krah tipik i fshirë.

Një nga modifikimet e krahut të fshirë ishte krahu me profili superkritik(e permendi). Gjithashtu ju lejon të lëvizni fillimin e krizës së valës me shpejtësi të lartë, përveç kësaj, ju lejon të rritni efikasitetin, gjë që është e rëndësishme për linjat e pasagjerëve.

SuperJet 100. Krahu i fshirë superkritik.

Nëse avioni synohet të kalojë transit pengesë zëri(duke kaluar dhe krizë valore gjithashtu :-)) dhe fluturimi supersonik, atëherë zakonisht ndryshon gjithmonë në disa karakteristikat e projektimit. Në veçanti, zakonisht ka profil i hollë i krahut dhe pendë me buzë të mprehta(përfshirë në formë diamanti ose trekëndësh) dhe një formë të caktuar të krahut në plan (për shembull, trekëndësh ose trapezoid me një fluks, etj.).

MIG-21 supersonik. Ndjekësi E-2A. Një krah tipik trekëndor.

MIG-25. Një shembull i një avioni tipik të projektuar për fluturim supersonik. Profilet e hollë të krahut dhe pendës, skajet e mprehta. Krahu trapezoid. profili

Duke kaluar famëkeqin pengesë zëri, domethënë, avionë të tillë kryejnë kalimin në shpejtësi supersonike funksionimi i motorit pas djegies për shkak të rritjes së rezistencës aerodinamike, dhe, natyrisht, për të rrëshqitur shpejt nëpër zonë krizë valore. Dhe vetë momenti i këtij tranzicioni më shpesh nuk ndihet në asnjë mënyrë (e përsëris :-)) as nga piloti (ai mund të zvogëlojë vetëm nivelin e presionit të zërit në kabinë), as nga një vëzhgues i jashtëm, nëse, sigurisht , ai mund ta vëzhgonte këtë :-).

Megjithatë, këtu vlen të përmendet edhe një keqkuptim, i lidhur me vëzhguesit e jashtëm. Me siguri shumë e kanë parë këtë lloj fotografie, mbishkrimet nën të cilat thonë se ky është momenti i kapërcimit të avionit. pengesë zëri si të thuash, vizualisht.

Efekti Prandtl-Gloert. Nuk ka lidhje me kalimin e pengesës së zërit.

Së pari, ne tashmë e dimë se nuk ka asnjë pengesë zanore, si e tillë, dhe vetë kalimi në supersonik nuk shoqërohet me asgjë kaq të jashtëzakonshme (përfshirë duartrokitje ose shpërthim).

Së dyti. Ajo që pamë në foto është e ashtuquajtura Efekti Prandtl-Gloert. Unë kam shkruar tashmë për të. Në asnjë mënyrë nuk lidhet drejtpërdrejt me kalimin në supersonik. Vetëm se me shpejtësi të madhe (nënsonike, meqë ra fjala :-)) avioni, duke lëvizur një masë të caktuar ajri përpara tij, krijon disa zona e rrallimit. Menjëherë pas kalimit, kjo zonë fillon të mbushet me ajër nga hapësira e afërt me natyrore një rritje në vëllim dhe një rënie e mprehtë e temperaturës.

Nëse lagështia e ajritështë e mjaftueshme dhe temperatura bie nën pikën e vesës së ajrit të ambientit, atëherë kondensimi i lagështisë nga avujt e ujit në formën e mjegullës, të cilën e shohim. Sapo kushtet të kthehen në origjinal, kjo mjegull zhduket menjëherë. I gjithë ky proces është mjaft i shkurtër.

Një proces i tillë me shpejtësi të lartë transonik mund të lehtësohet nga lokale mbitensionet Unë, ndonjëherë duke ndihmuar për të formuar diçka të ngjashme me një kon të butë rreth avionit.

Shpejtësitë e larta favorizojnë këtë fenomen, megjithatë, nëse lagështia e ajrit është e mjaftueshme, atëherë mund të ndodhë (dhe ndodh) me shpejtësi mjaft të ulëta. Për shembull, mbi sipërfaqen e trupave ujorë. Nga rruga, shumica Foto te bukura të kësaj natyre janë bërë në bordin e një aeroplanmbajtëse, domethënë në ajër mjaft të lagësht.

Kështu funksionon. Gjuajtjet, natyrisht, janë të lezetshme, spektakli është spektakolar :-), por kjo nuk është aspak ajo që quhet më shpesh. nuk ka të bëjë me të (dhe pengesë supersonike gjithashtu :-)). Dhe kjo është mirë, mendoj unë, përndryshe vëzhguesit që bëjnë këtë lloj foto dhe video mund të mos jenë të mirë. valë goditëse, a e dini:-)…

Si përfundim, një video (e kam përdorur tashmë më parë), autorët e së cilës tregojnë efektin e një valë shoku nga një avion që fluturon në lartësi të ulët me shpejtësi supersonike. Ka, sigurisht, një ekzagjerim atje :-), por parim i përgjithshëm e kuptueshme. Dhe përsëri, është e mahnitshme :-)

Dhe kjo është e gjitha për sot. Faleminderit që e lexuat artikullin deri në fund :-). Derisa të takohemi përsëri…

Fotografitë mund të klikohen.

A keni dëgjuar zhurmë me zë të lartë, që të kujton një shpërthim kur një avion reaktiv fluturon sipër? Ky tingull prodhohet kur një avion thyen barrierën e zërit. Çfarë është barriera e zërit dhe pse një aeroplan lëshon një tingull të tillë?

Siç e dini, zëri udhëton me një shpejtësi të caktuar. Shpejtësia varet nga lartësia. Në nivelin e detit, shpejtësia e zërit është rreth 1220 kilometra në orë, dhe në një lartësi prej 11,000 metrash është 1060 kilometra në orë. Kur një avion fluturon me shpejtësi afër shpejtësisë së zërit, ai i nënshtrohet ngarkesave të caktuara. Kur fluturon me shpejtësi normale (nënsonike), pjesa e përparme e avionit drejton një valë presioni përpara tij. Kjo valë përhapet me shpejtësinë e zërit.

Vala e presionit është për shkak të akumulimit të grimcave të ajrit ndërsa avioni përparon. Vala udhëton më shpejt se avioni kur avioni fluturon me shpejtësi nënsonike. Dhe si rezultat, rezulton se ajri kalon i papenguar përgjatë sipërfaqeve të krahëve të avionit.

Tani le të shqyrtojmë një aeroplan që fluturon me shpejtësinë e zërit. Vala e presionit përpara avionit nuk shfaqet. Ajo që ndodh në vend të kësaj është se një valë presioni formohet përpara krahut (sepse avioni dhe vala e presionit udhëtojnë me të njëjtën shpejtësi).

Tani po formohet një valë goditëse, e cila shkakton ngarkesa të mëdha në krahun e avionit. Shprehja "barrierë e zërit" ishte rreth para se aeroplanët të mund të fluturonin me shpejtësinë e zërit - dhe mendohej të përshkruante stresin që një avion do të përjetonte me ato shpejtësi. Kjo u konsiderua si një "pengesë".

Por shpejtësia e zërit nuk është aspak pengesë! Inxhinierët dhe projektuesit e avionëve kanë kapërcyer problemin e ngarkesave të reja. Dhe gjithçka që na ka mbetur nga pamjet e vjetra është se ndikimi shkaktohet nga një valë goditëse kur avioni fluturon me shpejtësi supersonike.

Termi "barrierë zëri" nuk përshkruan saktë kushtet që ndodhin kur një avion lëviz me një shpejtësi të caktuar. Mund të supozohet se kur avioni arrin shpejtësinë e zërit, shfaqet diçka si një "pengesë" - por asgjë e tillë nuk ndodh!

Për të kuptuar të gjitha këto, merrni parasysh një aeroplan që fluturon me një shpejtësi të ngadaltë dhe normale. Ndërsa avioni ecën përpara, një valë kompresimi formohet përpara avionit. Formohet nga një avion që lëviz përpara, i cili ngjesh grimcat e ajrit.

Kjo valë udhëton përpara avionit me shpejtësinë e zërit. Dhe shpejtësia e tij është më e lartë se shpejtësia e avionit, i cili, siç kemi thënë tashmë, fluturon me një shpejtësi të ulët. Duke lëvizur përpara avionit, kjo valë bën që rrymat e ajrit të rrjedhin rreth rrafshit të avionit.

Tani imagjinoni që një aeroplan po fluturon me shpejtësinë e zërit. Nuk ka valë ngjeshjeje përpara avionit, pasi si avioni ashtu edhe valët kanë të njëjtën shpejtësi. Prandaj, vala formohet para krahëve.

Si rezultat, shfaqet një valë goditëse, e cila krijon ngarkesa të mëdha në krahët e avionit. Përpara se avioni të arrinte dhe të kalonte pengesën e zërit, besohej se valë të tilla goditjeje dhe forca g do të krijonin diçka si një pengesë për aeroplanin - një "barrierë zanore". Sidoqoftë, nuk kishte asnjë pengesë zëri, pasi inxhinierët aeronautikë zhvilluan një dizajn të veçantë avioni për këtë.

Nga rruga, "goditja" e fortë që dëgjojmë kur avioni kalon "barrierën e zërit" është vala goditëse për të cilën kemi folur tashmë - kur shpejtësi të barabartë avionët dhe valët e kompresimit.

Barriera e zërit në aerodinamikë është emri i një numri fenomenesh që shoqërojnë lëvizjen e një avioni (për shembull, një avion supersonik, raketë) me shpejtësi afër ose që tejkalojnë shpejtësinë e zërit.

Kur rrjedh rreth një rrjedhje gazi supersonik trup i fortë një valë goditëse formohet në skajin e saj kryesor (ndonjëherë më shumë se një, në varësi të formës së trupit). Fotoja tregon valët goditëse të krijuara në majë të trupit të modelit, në skajet kryesore dhe pasuese të krahut dhe në fundin e pasmë të modelit.

Në pjesën e përparme të një valë goditëse (nganjëherë e quajtur edhe një valë goditëse), e cila ka një trashësi shumë të vogël (fraksione prej mm), ndryshimet kryesore në vetitë e rrjedhës ndodhin pothuajse papritur - shpejtësia e saj në lidhje me trupin zvogëlohet dhe bëhet nënsonik, presioni në rrjedhje dhe temperatura e gazit rriten papritur. Një pjesë e energjisë kinetike të rrjedhës shndërrohet në energjia e brendshme gazit. Të gjitha këto ndryshime janë më të mëdha, aq më e lartë është shpejtësia e rrjedhës supersonike. Me shpejtësi hipersonike (5 Mach e lart), temperatura e gazit arrin disa mijëra gradë, gjë që krijon probleme serioze për automjetet që lëvizin me shpejtësi të tilla (për shembull, anija Columbia u rrëzua më 1 shkurt 2003 për shkak të dëmtimit të guaskës mbrojtëse termike që ndodhi gjatë fluturimit).

Kur kjo valë arrin një vëzhgues, i cili është, për shembull, në Tokë, ai dëgjon një tingull të fortë, të ngjashëm me një shpërthim. Një keqkuptim i zakonshëm është se kjo është pasojë e arritjes së shpejtësisë së zërit nga avioni, ose "thyerjes së barrierës së zërit". Në fakt, në këtë moment, pranë vëzhguesit kalon një valë goditëse, e cila shoqëron vazhdimisht avionin që lëviz me shpejtësi supersonike. Zakonisht, menjëherë pas "pop"-it, vëzhguesi mund të dëgjojë zhurmën e motorëve të avionit, e cila nuk dëgjohet para kalimit të valës së goditjes, pasi avioni po lëviz më shpejt se tingujt e nxjerrë prej tij. Një vëzhgim shumë i ngjashëm ndodh gjatë fluturimit nënsonik - një aeroplan që fluturon mbi një vëzhgues në një lartësi të madhe (më shumë se 1 km) nuk dëgjohet, ose më saktë, ne e dëgjojmë atë me vonesë: drejtimi drejt burimit të zërit nuk përkon me drejtimin drejt avionit të dukshëm për vëzhguesin nga toka.

Tashmë gjatë Luftës së Dytë Botërore, shpejtësia e luftëtarëve filloi t'i afrohej shpejtësisë së zërit. Në të njëjtën kohë, pilotët ndonjëherë filluan të vëzhgonin fenomene të pakuptueshme në atë kohë dhe kërcënuese që ndodhin me makinat e tyre kur fluturonin me shpejtësi maksimale. Raporti emocional i pilotit të Forcave Ajrore të SHBA për komandantin e tij, gjeneralin Arnold, është ruajtur:
“Zotëri, avionët tanë janë tashmë shumë të rreptë tani. Nëse ka makina me shpejtësi edhe më të madhe, nuk do të mund t'i fluturojmë. Javën e kaluar u zhyta në Me-109 në Mustang tim. Avioni im u drodh si një çekiç pneumatik dhe pushoi së bindur timonët. Nuk mund ta nxirrja nga zhytja e tij. Vetëm treqind metra larg tokës, mezi e rrafshova makinën…”.

Pas luftës, kur shumë projektues të avionëve dhe pilotë testues bënë përpjekje të vazhdueshme për të arritur një shenjë të rëndësishme psikologjike - shpejtësinë e zërit, këto fenomene të pakuptueshme u bënë normë, dhe shumë nga këto përpjekje përfunduan në mënyrë tragjike. Kjo shkaktoi shprehjen "pengesë zanore" (frëngjisht mur du son, gjermanisht Schallmauer - mur i shëndoshë), i cili nuk është i lirë nga misticizmi. Pesimistët argumentuan se ishte e pamundur të tejkalohej ky kufi, megjithëse entuziastët, duke rrezikuar jetën e tyre, u përpoqën vazhdimisht ta bënin këtë. Zhvillimi idetë shkencore në lidhje me lëvizjen supersonike të gazit bëri të mundur jo vetëm shpjegimin e natyrës së "pengesës së zërit", por edhe gjetjen e mjeteve për ta kapërcyer atë.

Fakte historike

* Piloti i parë që arriti shpejtësi supersonike në fluturimin e kontrolluar ishte piloti testues amerikan Chuck Yeager në aeroplanin eksperimental Bell X-1 (me një krah të drejtë dhe një motor rakete XLR-11), i cili arriti një shpejtësi prej M = 1.06 në një shpejtësi të butë. pikiatë. Kjo ndodhi më 14 tetor 1947.
* Në BRSS, pengesa e zërit u tejkalua fillimisht në 26 dhjetor 1948 nga Sokolovsky, dhe më pas nga Fedorov, në fluturimet me një zbritje në një luftëtar eksperimental La-176.
* Avioni i parë civil që thyen pengesën e zërit ishte linja e pasagjerëve Douglas DC-8. Më 21 gusht 1961, ai arriti një shpejtësi prej 1.012 Mach ose 1262 km/h gjatë një zhytjeje të kontrolluar nga një lartësi prej 12496 m. Fluturimi u ndërmor me qëllim mbledhjen e të dhënave për projektimin e skajeve të reja të krahëve.
* Më 15 tetor 1997, 50 vjet pas thyerjes së barrierës së zërit në një aeroplan, anglezi Andy Green theu pengesën e zërit në një Thrust SSC.
* Më 14 tetor 2012, Felix Baumgartner u bë personi i parë që thyen barrierën e zërit pa ndihmën e ndonjë motorri. automjeti, në renie e lire duke u hedhur nga një lartësi prej 39 kilometrash. Në rënie të lirë, ai arriti një shpejtësi prej 1342.8 kilometra në orë.

Një foto:
* http://commons.wikimedia.org/wiki/File:F-18-diamondback_blast.jpg
* http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sonic_boom_cloud.jpg
* http://commons.wikimedia.org/wiki/File:F-14D_Tomcat_breaking_sound_barrier.jpg
* http://commons.wikimedia.org/wiki/File:B-1B_Breaking_the_sound_barrier.jpg
* 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_breaking_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