Jag återpublicerar min gamla text om ämnet "ljudbarriär":
Det visar sig att en av de utbredda missuppfattningarna kring flyget är den så kallade " ljudbarriär”, som flygplan ”övervinner”.
Ännu mer: en hel massa missuppfattningar förknippas med överljudsflyg. Hur är läget i verkligheten? (Berättelse med fotografier.)
Den första missuppfattningen:"klappa", som påstås åtfölja "att övervinna ljudbarriären" (tidigare publicerades svaret på denna fråga på Elements webbplats).
Det finns ett missförstånd med "klappa" orsakat av en missuppfattning av termen "ljudbarriär". Denna "pop" kallas korrekt för en "ljudsboom." Ett flygplan som rör sig i överljudshastighet skapar chockvågor och lufttrycksstegringar i den omgivande luften. På ett förenklat sätt kan dessa vågor föreställas som en kon som följer flygningen av ett flygplan, med spetsen så att säga bunden till nosen på flygkroppen, och generatriserna riktade mot flygplanets rörelse och sprider sig ganska långt till exempel till jordens yta.
När gränsen för denna imaginära kon, som markerar fronten av huvudljudvågen, når det mänskliga örat, hörs ett kraftigt tryckhopp som en klapp. Ljudbommen, som om den var förbunden, följer med hela flygplanets flygning, förutsatt att flygplanet rör sig tillräckligt snabbt, även med konstant hastighet. Klappen verkar vara passagen av huvudvågen av en ljudbom över en fast punkt på jordens yta, där till exempel lyssnaren befinner sig.
Med andra ord, om ett överljudsplan började flyga fram och tillbaka över lyssnaren med konstant, men överljudshastighet, skulle smällen höras varje gång, en tid efter att planet flög över lyssnaren på ganska nära avstånd.
Och "ljudbarriären" inom aerodynamik är ett kraftigt hopp i luftmotståndet som uppstår när ett flygplan når en viss gränshastighet nära ljudets hastighet. När denna hastighet uppnås ändras karaktären av luftflödet runt flygplanet dramatiskt, vilket på en gång gjorde det mycket svårt att uppnå överljudshastigheter. Ett vanligt, subsoniskt flygplan klarar inte av att flyga stadigt snabbare än ljud, oavsett hur mycket det accelereras - det kommer helt enkelt att tappa kontrollen och falla isär.
För att övervinna ljudbarriären var forskare tvungna att utveckla en vinge med en speciell aerodynamisk profil och komma på andra knep. Det är intressant att piloten på ett modernt överljudsflygplan har en bra känsla av att "övervinna" ljudbarriären med sitt flygplan: när man byter till överljudsflöde känns en "aerodynamisk chock" och karakteristiska "hopp" i kontrollerbarhet. Men dessa processer är inte direkt relaterade till "klapparna" på marken.
Missuppfattning två: "bryta dimman".
Medan nästan alla känner till "bomull" är situationen med "dimma" något mer "speciell". Det finns många bilder där ett flygande plan (vanligtvis ett jaktplan) verkar "hoppa ut" från en dimmig kon. Ser väldigt imponerande ut:
Dimma kallas för "ljudbarriären". De säger att fotografiet fångar ögonblicket att "övervinna", och dimman är "samma barriär."
I själva verket är förekomsten av dimma endast förknippad med ett kraftigt tryckfall som följer med flygningen av ett flygplan. Som ett resultat av aerodynamiska effekter bildas inte bara områden bakom flygplanets strukturella element högt blodtryck, men också områden där luft sällsynt (tryckfluktuationer förekommer). Det är i dessa områden av sällsynthet (som faktiskt sker utan värmeväxling med miljö eftersom processen är "mycket snabb") och vattenånga kondenserar. Anledningen till detta är ett kraftigt fall i "lokal temperatur", vilket leder till en kraftig förändring av den så kallade "daggpunkten".
Så om luftfuktigheten och temperaturen är lämpliga, följer sådan dimma - orsakad av intensiv kondensation av luftfuktighet - hela flygningen av flygplanet. Och inte nödvändigtvis i överljudshastighet. Till exempel, på bilden nedan, åtföljs en B-2 bombplan, som är ett subsoniskt flygplan, av en karakteristisk dis:
Naturligtvis, eftersom fotografiet fångar ett ögonblick av flygningen, skapar det, när det gäller överljudsflygplan, känslan av att en jaktplan "hoppar ut" från dimman. En särskilt uttalad effekt kan uppnås när man flyger på låg höjd över havet, eftersom atmosfären i det här fallet vanligtvis är mycket fuktig.
Det är därför de flesta av de "konstnärliga" fotografierna av överljudsflygning togs från ett eller annat fartyg, och bärarbaserade flygplan fångades på fotografierna.
(Använda bilder: U.S. Navy News Service och U.S. Air Force Press Service)
(Särskilt tack till Igor Ivanov för hans värdefulla kommentarer om dimbildningens fysik.)
Nästa - åsikter och diskussioner
(Meddelanden nedan läggs till av läsarna av webbplatsen via formuläret i slutet av sidan.)Ljudbarriären inom aerodynamik är namnet på ett antal fenomen som åtföljer rörelse flygplan(till exempel ett överljudsflygplan, raket) med hastigheter nära eller över ljudets hastighet.
När det strömmar runt ett överljudsgasflöde fast en stötvåg bildas på dess framkant (ibland mer än en, beroende på kroppens form). Bilden visar stötvågor som bildas i spetsen av modellens flygkropp, vid fram- och bakkanten av vingen och i bakkanten av modellen.
På framsidan av en stötvåg (ibland även kallad stötvåg), som har en mycket liten tjocklek (bråkdelar av en mm), sker nästan abrupt kardinalförändringar i flödets egenskaper - dess hastighet i förhållande till kroppen minskar och blir subsonic ökar trycket i flödet och gasens temperatur abrupt. En del av flödets kinetiska energi omvandlas till inre energi gas. Alla dessa förändringar är större ju högre hastighet överljudsflödet har. Vid hypersoniska hastigheter (Mach 5 och högre) når gastemperaturen flera tusen grader, vilket skapar allvarliga problem för fordon som rör sig i sådana hastigheter (till exempel kollapsade Columbia-skytteln den 1 februari 2003 på grund av skador på det termiska skyddsskalet som inträffade under flygningen).
När denna våg når en observatör som till exempel befinner sig på jorden, hör han högt ljud som en explosion. En vanlig missuppfattning är att detta är en konsekvens av att flygplanet når ljudets hastighet, eller "bryter ljudbarriären". Faktum är att i detta ögonblick passerar en chockvåg förbi observatören, som ständigt följer med flygplanet som rör sig i överljudshastighet. Vanligtvis kan observatören omedelbart efter "poppet" höra surret från flygplanets motorer, vilket inte hörs förrän stötvågen passerar, eftersom flygplanet rör sig snabbare än de ljud det gör. En mycket liknande observation inträffar under subsonisk flygning - ett flygplan som flyger över en observatör på hög höjd (mer än 1 km) hörs inte, eller snarare hör vi det med en fördröjning: riktningen till ljudkällan sammanfaller inte med riktningen till det synliga flygplanet för en observatör från marken.
Redan under andra världskriget började kämparnas hastighet närma sig ljudets hastighet. Samtidigt började piloter ibland observera, obegripliga på den tiden, och hotfulla fenomen som inträffade med deras maskiner när de flyger i maximal hastighet. En känslosam rapport från en pilot från det amerikanska flygvapnet till sin befälhavare, general Arnold, har bevarats:
”Sir, våra plan är redan väldigt strikta. Om det dyker upp bilar med ännu högre hastigheter kommer vi inte att kunna flyga dem. Förra veckan tog jag ner en Me-109 i min Mustang. Mitt plan skakade som en pneumatisk hammare och slutade lyda rodren. Jag kunde inte få honom ur dyket. Bara trehundra meter från marken hade jag svårt att jämna ut bilen...”
Efter kriget, när många flygplansdesigners och testpiloter gjorde ihärdiga försök att nå det psykologiskt betydelsefulla märket - ljudhastigheten, blev dessa märkliga fenomen normen, och många av dessa försök slutade tragiskt. Detta gav upphov till det något mystiska uttrycket "ljudbarriär" (franska mur du son, tyska Schallmauer - ljudmur). Pessimister hävdade att denna gräns inte kunde överskridas, även om entusiaster, som riskerade sina liv, upprepade gånger försökte göra detta. Utveckling vetenskapliga idéer om gasens överljudsrörelse gjorde det möjligt att inte bara förklara "ljudbarriärens" natur, utan också att hitta sätt att övervinna den.
Historiska fakta
*
Den första piloten som nådde överljudshastighet i kontrollerad flygning var den amerikanske testpiloten Chuck Yeager på det experimentella Bell X-1-flygplanet (med rak vinge och en XLR-11-raketmotor), som nådde en hastighet av M = 1,06 i en grund dyka. Detta hände den 14 oktober 1947.
*
I Sovjetunionen bröts ljudbarriären först den 26 december 1948 av Sokolovsky, och sedan av Fedorov, i fallande flyg på den experimentella stridsflygplanet La-176.
*
Först med civila flygplan Douglas DC-8 passagerarflygplan som bröt ljudmuren. Den 21 augusti 1961 nådde den en hastighet på 1,012 M eller 1262 km/h under ett kontrollerat dyk från en höjd av 12 496 m. Flygningen genomfördes för att samla in data för utformningen av nya framkanter av vingen.
*
Den 15 oktober 1997, 50 år efter att ha brutit ljudbarriären i ett flygplan, bröt engelsmannen Andy Green ljudmuren i en Thrust SSC.
*
Den 14 oktober 2012 blev Felix Baumgartner den första personen som bröt ljudmuren utan hjälp av någon motoriserad enhet. fordon, V fritt fall under ett hopp från en höjd av 39 kilometer. I fritt fall nådde han en hastighet på 1342,8 kilometer i timmen.
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:Suponic_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
Ljudbarriär
Ljudbarriär
ett fenomen som uppstår under flygningen av ett flygplan eller en raket vid övergångsögonblicket från subsonisk till överljudsflyghastighet i atmosfären. När flygplanets hastighet närmar sig ljudets hastighet (1200 km/h) uppstår ett tunt område i luften framför det kraftig ökning lufttryck och densitet. Denna komprimering av luft framför ett flygande flygplan kallas en chockvåg. På marken uppfattas stötvågens passage som en smäll, liknande ljudet av ett skott. Efter att ha passerat , passerar planet genom detta område med ökad luftdensitet, som om det genomborrade det - bryter ljudbarriären. Under en lång tid bryta ljudbarriären verkade allvarligt problem i utvecklingen av flyget. För att lösa det var det nödvändigt att ändra profilen och formen på flygplanets vinge (den blev tunnare och svepte tillbaka), göra den främre delen av flygkroppen spetsigare och utrusta flygplanet med jetmotorer. Ljudhastigheten överskreds först 1947 av Charles Yeager på ett X-1-flygplan (USA) med en flytande raketmotor som avfyrades från ett B-29-flygplan. I Ryssland var O. V. Sokolovsky den första som bröt ljudbarriären 1948 på ett experimentellt La-176-flygplan med turbojetmotor.
Encyclopedia "Teknik". - M.: Rosman. 2006 .
Ljudbarriär
en kraftig ökning av luftmotståndet för ett aerodynamiskt flygplan vid flygning Mach-tal M(∞), något som överstiger det kritiska talet M*. Anledningen är att vid siffrorna M(∞) > M* kommer, åtföljd av uppkomsten av vågmotstånd. Vågmotståndskoefficienten för flygplan ökar mycket snabbt med ökande antal M, med början M(∞) = M*.
Tillgänglighet för Z. b. gör det svårt att uppnå en flyghastighet som är lika med ljudets hastighet och den efterföljande övergången till överljudsflygning. För att göra detta visade det sig vara nödvändigt att skapa flygplan med tunna svepande vingar, vilket gjorde det möjligt att avsevärt minska motståndet, och jetmotorer, där dragkraften ökar med ökande hastighet.
I Sovjetunionen, fart lika med hastighet ljud, uppnåddes först på La-176-flygplanet 1948.
Flyg: Encyclopedia. - M.: Stora ryska encyklopedin. Chefsredaktör G.P. Svishchev. 1994 .
Se vad en "ljudbarriär" är i andra ordböcker:
Ljudbarriären inom aerodynamik är namnet på ett antal fenomen som följer med ett flygplans rörelse (till exempel ett överljudsflygplan, en raket) i hastigheter nära eller över ljudets hastighet. Innehåll 1 Chockvåg, ... ... Wikipedia
SOUND BARRIER, orsaken till svårigheter inom flyget när man ökar flyghastigheten över ljudets hastighet (SUPERSONIC SPEED). När man närmar sig ljudets hastighet upplever flygplanet en oväntad ökning av luftmotstånd och förlust av aerodynamisk lyftkraft... ... Vetenskaplig och teknisk encyklopedisk ordbok
ljudbarriär- garso barjeras statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. ljudbarriär ljudbarriär vok. Schallbarriere, f; Schallmauer, f rus. ljudbarriär, m pranc. barriere sonique, f; frontière sonique, f; mur de son, m … Fizikos terminų žodynas
ljudbarriär- garso barjeras statusas T sritis Energetika apibrėžtis Staigus aerodinaminio pasipriešinimo padidėjimas, kai orlaivio greitis tampa garso greičiu (viršijama kritinė Macho skaičiaus vertė). Aiškinamas bangų krize dėl staiga padidėjusio… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
En kraftig ökning av det aerodynamiska luftmotståndet när flygplanets flyghastighet närmar sig ljudets hastighet (som överstiger det kritiska värdet för flight Mach-talet). Förklaras av en vågkris, åtföljd av en ökning av vågmotståndet. Övervinna 3. … … Big Encyclopedic Polytechnic Dictionary
Ljudbarriär- en kraftig ökning av luftmotståndet mot flygplanets rörelse kl. närmar sig hastigheter nära ljudets hastighet. Att övervinna 3. b. blev möjligt på grund av förbättringen av flygplanens aerodynamiska former och användningen av kraftfulla... ... Ordlista över militära termer
ljudbarriär- Ljudbarriärens kraftiga ökning av motståndet hos ett aerodynamiskt flygplan vid flygning Mach-tal M∞, något som överstiger det kritiska talet M*. Anledningen är att för siffror M∞ > Encyclopedia "Aviation"
ljudbarriär- Ljudbarriärens kraftiga ökning av motståndet hos ett aerodynamiskt flygplan vid flygning Mach-tal M∞, något som överstiger det kritiska talet M*. Anledningen är att vid nummer M∞ > M* uppstår en vågkris,... ... Encyclopedia "Aviation"
- (Fransk barriärutpost). 1) portar i fästningar. 2) på arenor och cirkusar finns ett staket, en stock, en stolpe över vilken hästen hoppar. 3) tecknet på att kämparna når i en duell. 4) räcken, galler. Lexikon främmande ord, ingår i ... ... Ordbok med främmande ord i ryska språket
BARRIER, ah, make. 1. Ett hinder (typ av vägg, tvärbom) placerat på banan (under hoppning, löpning). Ta b. (kom över det). 2. Staket, stängsel. B. box, balkong. 3. överföring Hinder, hinder för vad n. Flod naturlig b. För… … Lexikon Ozhegova
Eller överskrider det.
Encyklopedisk YouTube
1 / 3
Hur ett PLAN övervinner LJUDBARRIÄREN
Flyg ut i "rymden" på ett U-2 plan / Utsikt från cockpit
Ljudbarriär. Flyger i överljudshastighet.
undertexter
Chockvåg orsakad av flygplan
Redan under andra världskriget började kämparnas hastighet närma sig ljudets hastighet. Samtidigt började piloter ibland observera, obegripliga på den tiden, och hotfulla fenomen som inträffade med deras maskiner när de flyger i maximal hastighet. En känslosam rapport från en pilot från det amerikanska flygvapnet till sin befälhavare, general Arnold, har bevarats:
Sir, våra flygplan är redan väldigt strikta. Om det dyker upp bilar med ännu högre hastigheter kommer vi inte att kunna flyga dem. Förra veckan tog jag ner en Me-109 i min Mustang. Mitt plan skakade som en pneumatisk hammare och slutade lyda rodren. Jag kunde inte få honom ur sitt dyk. Bara trehundra meter från marken hade jag svårt att jämna bilen...
Efter kriget, när många flygplansdesigners och testpiloter gjorde ihärdiga försök att nå det psykologiskt betydelsefulla märket - ljudhastigheten, blev dessa märkliga fenomen normen, och många av dessa försök slutade tragiskt. Detta gav upphov till det mystiska uttrycket "ljudbarriär" (franska mur du son, tyska Schallmauer - ljudmur). Pessimister hävdade att denna gräns inte kunde överskridas, även om entusiaster, som riskerade sina liv, upprepade gånger försökte göra detta. Utvecklingen av vetenskapliga idéer om överljudsgasrörelser har gjort det möjligt att inte bara förklara karaktären av "ljudbarriären", utan också att hitta sätt att övervinna den.
Under subsoniskt flöde runt flygplanskroppen, vingen och svansen uppträder zoner med lokal flödesacceleration på de konvexa delarna av deras konturer. När flyghastigheten för ett flygplan närmar sig ljudhastighet, kan den lokala hastigheten för luftrörelsen i flödesaccelerationszonerna något överstiga ljudets hastighet (Fig. 1a). Efter att ha passerat accelerationszonen saktar flödet ner, med den oundvikliga bildandet av en stötvåg (detta är en egenskap hos överljudsflöden: övergången från överljudshastighet till subljudshastighet sker alltid diskontinuerligt - med bildandet av en stötvåg). Intensiteten hos dessa stötvågor är liten - tryckfallet vid deras fronter är litet, men de uppträder i stort antal samtidigt, på olika punkter på enhetens yta, och totalt förändrar de kraftigt flödet runt den. , med en försämring av dess flygegenskaper: lyftet på vingen minskar, luftrodren och skevrorna förlorar sin effektivitet, fordonet blir okontrollerbart och allt detta är extremt instabilt och starka vibrationer uppstår. Detta fenomen kallas våg kris. När fordonets hastighet blir överljud ( > 1) blir flödet återigen stabilt, även om dess karaktär förändras fundamentalt (fig. 1b).
|
|
| Ris. 1a. Flygning i nära ljudflöde. | Ris. Ib. Aerowing i överljudsflöde. |
För vingar med en relativt tjock profil, under förhållanden med en vågkris, förskjuts tryckcentrumet kraftigt bakåt, vilket resulterar i att flygplanets nos blir "tyngre". Piloter av kolvjaktare med en sådan vinge, som försökte nå maximal hastighet i ett dyk från hög höjd med maximal kraft, när de närmade sig "ljudbarriären", blev offer för en vågkris - väl i den var det omöjligt att ta sig ut av dyket utan att minska hastigheten, vilket i sin tur är mycket svårt att göra under ett dyk. Mest berömt fall att dra in i ett dyk från horisontell flygning i inrikesflygets historia är Bakhchivandzhi-katastrofen under testning av BI-1-missilen kl. maxhastighet. Andra världskrigets bästa jaktplan med raka vingar, som P-51 Mustang eller Me-109, upplevde en vågkris på hög höjd i hastigheter på 700-750 km/h. Samtidigt hade Messerschmitt Me.262 och Me.163 jetplan från samma period svepte vingar, tack vare vilka de kunde nå hastigheter på över 800 km/h utan problem. Det bör också noteras att ett flygplan med en traditionell propeller i horisontell flygning kan inte nå en hastighet nära ljudets hastighet, eftersom propellerbladen faller in i vågkriszonen och tappar effektivitet mycket tidigare än flygplanet. Supersoniska propellrar med sabelblad kan lösa detta problem, men det här ögonblicket Sådana skruvar är för tekniskt komplicerade och mycket bullriga, så de används inte i praktiken.
Moderna subsoniska flygplan med marschflyghastigheter ganska nära ljudhastigheten (över 800 km/h) är vanligtvis konstruerade med svepande vingar och tunna stjärtytor, vilket gör att hastigheten med vilken vågkrisen börjar skiftas mot högre värden. Överljudsflygplan, som måste gå igenom ett avsnitt av vågkris när de når överljudshastighet, har designskillnader från subsonisk, associerad både med särdragen hos överljudsluftflöde och med behovet av att motstå de belastningar som uppstår under förhållanden med överljudsflygning och vågkris, i synnerhet - en deltavinge med en diamantformad eller triangulär profil.
- vid subsoniska flyghastigheter bör hastigheter med vilka vågkrisen börjar undvikas (dessa hastigheter beror på flygplanets aerodynamiska egenskaper och flyghöjden);
- Övergången från underljudshastighet till överljudshastighet i jetflygplan bör utföras så snabbt som möjligt, med hjälp av motorns efterbrännare, för att undvika en lång flygning i vågkriszonen.
Termin våg kris gäller även för vattenfarkoster som rör sig med hastigheter nära våghastigheten på vattenytan. Utvecklingen av en vågkris gör det svårt att öka hastigheten. Att övervinna en vågkris av ett fartyg innebär att man går in i planeringsläge (glidning av skrovet längs vattenytan).
I flygningar med nedstigning på en erfaren jaktplan
För närvarande verkar problemet med att "bryta ljudbarriären" i huvudsak vara ett problem för framdrivningsmotorer med hög effekt. Om det finns tillräcklig dragkraft för att övervinna ökningen av luftmotståndet fram till och omedelbart vid ljudvallen, så att flygplanet snabbt kan passera det kritiska hastighetsområdet, bör inga särskilda svårigheter förväntas. Det kan vara lättare för ett flygplan att flyga i överljudshastighetsområdet än i övergångsintervallet mellan underljuds- och överljudshastigheter.
Situationen är alltså något analog med den som rådde i början av detta århundrade, då bröderna Wright kunde bevisa möjligheten aktiv flygning, eftersom de hade en lätt motor med tillräcklig dragkraft. Om vi hade de rätta motorerna skulle överljudsflygning bli ganska vanligt. Fram till nyligen genomfördes brytning av ljudbarriären vid horisontell flygning endast med användning av ganska oekonomiska framdrivningssystem, såsom raket- och ramjetmotorer med mycket hög bränsleförbrukning. Experimentflygplan som X-1 och Sky-rocket är utrustade raketmotorer, som bara är tillförlitliga för några minuters flygning, eller turbojetmotorer med efterbrännare, men när detta skrivs har flera flygplan skapats som kan flyga i överljudshastigheter i en halvtimme. Om du läser i en tidning att ett plan "passerade ljudmuren", betyder det ofta att det gjorde det genom att dyka. I detta fall kompletterade gravitationen den otillräckliga dragkraften.
Det finns ett märkligt fenomen i samband med denna konstflygning som jag skulle vilja påpeka. Låt oss anta att planet
närmar sig observatören med subsonisk hastighet, dyker, når överljudshastighet, lämnar sedan dyket och fortsätter återigen att flyga med subsonisk hastighet. I det här fallet hör en observatör på marken ofta två höga bultande ljud, ganska snabbt efter varandra: "Bom, boom!" Vissa forskare har föreslagit förklaringar till ursprunget till det dubbla brumet. Ackeret i Zürich och Maurice Roy i Paris föreslog båda att brummandet berodde på ackumuleringen av ljudpulser, såsom motorljud, som avges när flygplanet passerade genom ljudhastighet. Om ett flygplan rör sig mot en observatör kommer bullret från flygplanet att nå observatören på kortare tid jämfört med intervallet då det avgavs. Det finns alltså alltid en viss ansamling av ljudpulser, förutsatt att ljudkällan rör sig mot betraktaren. Men om ljudkällan rör sig med en hastighet nära ljudets hastighet, intensifieras ackumuleringen på obestämd tid. Detta blir uppenbart om vi betänker att allt ljud som avges av en källa som rör sig exakt med ljudets hastighet direkt mot betraktaren kommer att nå den senare på ett kort ögonblick, nämligen när ljudkällan närmar sig observatörens plats. Anledningen är att ljudet och källan till ljudet kommer att färdas med samma hastighet. Om ljud rörde sig med överljudshastighet under denna tidsperiod, skulle sekvensen av uppfattade och utsända ljudpulser vara omvänd; observatören kommer att urskilja signaler som sänds ut senare innan han uppfattar signaler som sänds ut tidigare.
Processen med dubbelbrum, i enlighet med denna teori, kan illustreras av diagrammet i fig. 58. Antag att ett flygplan rör sig rakt mot observatören, men med variabel hastighet. AB-kurvan visar flygplanets rörelse som en funktion av tiden. Tangentens vinkel till kurvan anger flygplanets momentana hastighet. De parallella linjerna som visas i diagrammet indikerar ljudets utbredning; lutningsvinkeln i dessa raka linjer motsvarar ljudets hastighet. Först på segmentet är flygplanets hastighet subsonisk, sedan på segmentet är den överljud, och slutligen på segmentet är den subsonisk igen. Om observatören befinner sig på det initiala avståndet D, då punkterna som visas i vågrät linje motsvarar sekvensen av uppfattad
Ris. 58. Avstånd-tidsdiagram för ett flygplan som flyger med variabel hastighet. Parallella linjer med en lutningsvinkel visar ljudets utbredning.
ljudimpulser. Vi ser att ljudet som produceras av flygplanet under den andra passagen av ljudvallen (punkt ) når observatören tidigare än ljudet som produceras under den första passagen (punkt). Under dessa två ögonblick uppfattar betraktaren, genom ett oändligt litet tidsintervall, impulser som avges under en begränsad tidsperiod. Följaktligen hör han en bom som en explosion. Mellan två brummande ljud uppfattar han samtidigt tre impulser som avges in annan tid med flyg.
I fig. Figur 59 visar schematiskt den brusintensitet som kan förväntas i detta förenklade fall. Det bör noteras att ackumuleringen av ljudpulser i fallet med en ljudkälla som närmar sig är samma process som kallas dopplereffekten; karakteristiken för den senare effekten är emellertid vanligtvis begränsad till förändringen i tonhöjd som är förknippad med ackumuleringsprocessen. Intensiteten av det upplevda bruset är svårt att beräkna eftersom det beror på ljudproduktionsmekanismen, som inte är särskilt välkänd. Dessutom kompliceras processen av banans form, eventuellt eko och chockvågor, som observeras i olika delar flygplan under flygning och vars energi omvandlas till ljudvågor efter att flygplanet sänkt hastigheten. I några
Ris. 59. Schematisk representation av brusintensitet som uppfattas av en observatör.
De senaste artiklarna om detta ämne har tillskrivit fenomenet dubbelbrun, ibland trippel, som observerats vid höghastighetsdyk till dessa chockvågor.
Problemet med att "bryta ljudbarriären" eller "ljudväggen" verkar fånga allmänhetens fantasi (en engelsk film som heter "Breaking the Sound Barrier" ger en uppfattning om utmaningarna i samband med Mach 1-flygning); piloter och ingenjörer diskuterar problemet både seriöst och på skämt. Följande "vetenskapliga rapport" om transonisk flygning visar en fin kombination av teknisk kunskap och poetisk licens:
Vi gled mjukt genom luften i 540 miles per timme. Jag har alltid gillat den lilla XP-AZ5601-NG för dess enkla kontroller och det faktum att Prandtl-Reynolds-indikatorn är undanstoppad i det högra hörnet högst upp på panelen. Jag kollade instrumenten. Vatten, bränsle, varv per minut, Carnot-effektivitet, markhastighet, entalpi. Allt ok. Kurs 270°. Förbränningseffektiviteten är normal - 23 procent. Den gamla turbojetmotorn spinnade lugnt som alltid, och Tonys tänder klickade knappt från hans 17 dörrar, kastade över Schenectady. Endast en tunn spruta olja läckte från motorn. Detta är livet!
Jag visste att flygplansmotorn var bra för hastigheter högre än vi någonsin hade försökt. Vädret var så klart, himlen så blå, luften så lugn att jag inte kunde motstå och ökade min hastighet. Jag flyttade sakta fram spaken ett läge. Regulatorn rörde sig bara lite, och efter fem minuter eller så var allt lugnt. 590 mph. Jag tryckte på spaken igen. Endast två munstycken är igensatta. Jag tryckte på den smala hålsrengöraren. Öppna igen. 640 mph. Tyst. Avgasröret var nästan helt böjt, med några kvadratcentimeter fortfarande exponerade på ena sidan. Mina händer kliade efter spaken, så jag tryckte på den igen. Planet accelererade till 690 miles per timme och passerade genom det kritiska segmentet utan att krossa ett enda fönster. Kabinen började bli varm, så jag lade till lite mer luft till virvelkylaren. Mach 0,9! Jag har aldrig flugit snabbare. Jag kunde se en liten skakning utanför hyttventilen så jag justerade vingformen och det gick bort.
Tony slumrade nu och jag blåste rök från hans pipa. Jag kunde inte motstå och höjde farten ytterligare en nivå. På exakt tio minuter var vi lika med Mach 0,95. På baksidan, i förbränningskamrarna, sjönk det totala trycket som fan. Det här var livet! Pocket-indikatorn visade rött, men jag brydde mig inte. Tonys ljus brann fortfarande. Jag visste att gamma var noll, men jag brydde mig inte.
Jag var yr av upphetsning. Lite mer! Jag lade min hand på spaken, men precis i det ögonblicket sträckte Tony ut handen och hans knä rörde vid min hand. Spaken hoppade upp tio nivåer! Knulla! Det lilla planet darrade längs hela sin längd, och en kolossal fartförlust kastade Tony och mig upp på panelen. Det verkade som om vi slog fast mark tegelvägg! Jag kunde se att nosen på planet var krossad. Jag tittade på hastighetsmätaren och frös! 1.00! Gud, på ett ögonblick tänkte jag, vi är på max! Om jag inte får honom att sakta ner innan han halkar så hamnar vi i avtagande drag! För sent! Mach 1.01! 1.02! 1.03! 1.04! 1.06! 1.09! 1.13! 1.18! Jag var desperat, men Tony visste vad han skulle göra. På ett ögonblick backade han
flytta! Varm luft rusade in i avgasröret, den komprimerades i turbinen, bröt sig igen in i kamrarna och expanderade kompressorn. Bränsle började rinna in i tankarna. Entropimätaren svängde till noll. Mach 1.20! 1.19! 1.18! 1.17! Vi är frälsta. Den gled tillbaka, den gled tillbaka, medan Tony och jag bad att flödesdelaren inte skulle fastna. 1.10! 1.08! 1.05!
Knulla! Vi träffade andra sidan väggen! Vi är fångade! Det finns inte tillräckligt med negativ drivkraft för att bryta tillbaka!
När vi krykade ihop av rädsla för väggen, föll svansen på det lilla planet isär och Tony ropade: "Tänd upp raketförstärkarna!" Men de vände åt fel håll!
Tony sträckte ut handen och knuffade dem framåt, Mach-linjer flödade från hans fingrar. Jag satte eld på dem! Slaget var fantastiskt. Vi förlorade medvetandet.
När jag kom till mitt förnuft passerade vårt lilla plan, helt sönderslitet, precis genom noll Mach! Jag drog ut Tony och vi föll hårt till marken. Planet saktade ner österut. Några sekunder senare hörde vi ett brak, som om han hade träffat en annan vägg.
Inte en enda skruv hittades. Tony började väva nät och jag vandrade iväg till MIT.
