100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Почему при преодолении звукового барьера слышится хлопок?

Сверхзвуковая скорость: что такое звуковой барьер, что за хлопок происходит во время его преодоления самолетом

Сверхзвуковая скорость: что такое звуковой барьер, что за хлопок происходит во время его преодоления самолетом

Первый пилот, сумевший преодолеть звуковой барьер — Чарльз Йегер, совершивший полет на самолете Bell X-1 осенью 1947 года. В Советском Союзе данный подвиг повторили летчики Федоров и Соколовский, пилотировавшие истребитель ЛА-176 на высоте более 15 тысяч метров. Сверхзвуковая скорость судна составляла 1104 км/час, на которой он мог пройти порядком тысячи километров без дозаправок. Число маха — это отношение скорости звука к скорости, с которой передвигается летательный аппарат. Названо в честь известного австрийского физика Эрнста Маиевского, изучавшего причины возникновения ударных волн и аэродинамические процессы при сверхзвуковом передвижении тел.

Что такое звуковой барьер?

Звуковым барьером в аэродинамике называют целый ряд явлений, которыми сопровождается передвижение летательного средства на скорости звука (340 м/с) либо выше. Звуковой удар возникает из-за скачков давления и сопровождается «хлопком», воспринимаемым наблюдателем как звук взрыва. В результате волнового кризиса изменяется характер обтекания самолета, появляются вибрации, снижается подъемная сила и растет лобовое сопротивление.

Сверхзвуковая скорость: что такое звуковой барьер, что за хлопок происходит во время его преодоления самолетом

Самолёт FA-18 Hornet, движущийся с околозвуковой скоростью

Потребность в преодолении звукового барьера возникла в годы Второй мировой войны, когда многие летчики замечали, что при увеличении скорости истребителя ухудшается его управляемость и ряд других важных характеристик, таких как корректировка элеронов и воздушных рулей.

Значимую роль в задаче объяснения и преодоления звукового барьера сыграли научные работы, посвященные исследованиям сверхзвукового движения газа.

Величина сверхзвуковой скорости полета

Пока самолет передвигается с небольшой скоростью (до 420 км/час) на высоте до 3 тысяч метров, вычислить точные параметры полета довольно просто. Однако в случае преодоления звукового барьера самолетом падает не только температура за бортом, но и плотность воздушной среды. Когда приборы демонстрируют эквивалентные показания скорости на высоте 2 тысячи метров и 10 тысяч метров, в условиях разреженного воздуха реальная скорость будет больше.

Сверхзвуковая скорость: что такое звуковой барьер, что за хлопок происходит во время его преодоления самолетом

Величина сверхзвуковой скорости полета

На скорости звука воздушное пространство перестает быть однородным и сильно затрудняет передвижение низкоскоростных летательных аппаратов. Создается среда, в которой возникают скачки уплотнения и изменение характера обтекания самолета, что создает предпосылки для волнового кризиса. Скачок уплотнения увеличивает энтропию газа, которая уменьшается в процессе прохождения звукового барьера.

Особенности сверхзвукового полета

Переход на сверхзвуковую скорость сопровождается ударной волной, возникающей из-за разницы давления. В случае, если она будет длиться больше секунды, фюзеляж судна может не выдержать подобных нагрузок, что приведет к его крушению. Если посмотреть на преодоление самолетом звукового барьера на видео, то можно заметить, что ударной волной разрушаются практически все стекла жилых домов, расположенных на поверхности земли.

После того как американский летчик Чарльз Йегер сумел впервые преодолеть звуковой барьер, он был поражен воцарившейся в кабине самолета «божественной тишиной». В момент, когда стрелке махметра удается перевалить за отметку 1.0, звуковое давление внутри судна заметно уменьшается. Однако повышается риск деформации фюзеляжа и других частей летательного аппарата.

Сверхзвуковая скорость: что такое звуковой барьер, что за хлопок происходит во время его преодоления самолетом

На показатели энергетики (интенсивности) скачка уплотнения оказывают влияние условия окружающей среды, конструктивные особенности самолета и скорость его передвижения. Пилотам гиперзвуковых пассажирских лайнеров «Concorde» и «ТУ-144» было дозволено преодолевать звуковой барьер исключительно над поверхностью океана в воздушном пространстве, превышающем на несколько тысяч метров высоту передвижения стандартных летательных аппаратов гражданской авиации.

Читайте так же:
Образ жизни насекомых – описание, фото и видео

Вы когда-нибудь слышали хлопок от самолета, переходящего сверхзвуковой барьер?ДаНет

Что происходит с самолетом во время преодоления звукового барьера?

Что происходит с летательным аппаратом при достижении скорости звука? Начинается образование ударных волн, которые появляются в хвостовой части самолета, в задней и фронтальной кромке, а также на острие фюзеляжа. Скачок уплотнения обладает очень малой толщиной, а фронт ударной волны отличается кардинальными изменениями, происходящими со свойствами потока. Его скоростные показатели снижаются по отношению к телу, и скорость приобретает свойства дозвуковой. Кинетическая энергия частично преображается в газовую (внутреннюю).

Хлопок сверхзвукового самолета представляет собой «звуковой удар», который возникает из-за скачков давления воздуха. Хлопок появляется в результате прохождения основной волны и воспринимается слушателем каждый раз, когда самолет пролетает над его головой.

Масштаб подобных изменений прямо пропорционален скорости гиперзвукового потока. Число маха в данном случае превышает 5, а температурные показатели серьезно повышаются, что выступает причиной ряда проблем для летательных аппаратов, передвигающихся на сверхзвуковых скоростях. Повреждение термозащитных оболочек спровоцировало крушение многоразового космического транспортного корабля NASA под названием «Columbia» в 2003 году. Шаттл входил в земную атмосферу для совершения посадки и был поврежден ударной волной высокой силы.

Российский пассажирский сверхзвуковой самолет

Первый пассажирский самолет, который преодолел звуковой барьер, — ТУ-144, созданный инженерами из конструкторского бюро Туполева. Для преодоления звукового барьера лайнер был выполнен в форме бесхвостового низкоплана, оснащенного дополнительными силовыми установками. ТУ-144 был лишен привычных для летательных средств предыдущего поколения закрылков и предкрылков, а переход на гиперзвуковой режим осуществлялся благодаря сложной процедуре перераспределения топлива в задние центровочные баки.

Сверхзвуковая скорость: что такое звуковой барьер, что за хлопок происходит во время его преодоления самолетом

Сверхзвуковой высотный бомбардировщик Валькирия

Без затруднений преодолевает звуковой барьер высотный бомбардировщик «Валькирия» XB-70, развивающий скорость свыше трех махов (3673 км/час) и поднимающийся на высоту свыше 20 тысяч метров. Для передвижения на гиперзвуковой скорости конструкторы были вынуждены снизить взлетную массу, а также перевести самолет на пентаборан (бороводородную топливную смесь), обладающую повышенной энергией сгорания. Бомбардировщик представляет собой «бесхвостку», выполненную из высокопрочной инструментальной стали.

Сверхзвуковая скорость: что такое звуковой барьер, что за хлопок происходит во время его преодоления самолетом

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Почему при преодолении звукового барьера слышится хлопок, с чем связано?

Этот звук не от преодоление звукового барьера. Это скорее ударная волна от сверхзвукового объекта проходит через слушателя.

При движении на сверхзвуке образуется обычная ударная волна (локальный подъем давления в точности как при взрыве), но только не шарообразная, а конусообразная. Вот когда этот конус встречается с человеком мы и слышим то, что воспринимаем как хлопок. На самом деле там строго говоря нет звука. Есть просто передний и задний фронт волны.

Фраза ". преодолении звукового барьера. " это просто-напросто журналистский штамп. На самом деле нет никакого "барьера", и соответственно, "преодоления".

Читайте так же:
Как делают граппу

Скорость звука в воздухе около 330 м/с. Когда самолёт летит со скоростью 300 м/с, то скорость "дозвуковая", если 350 м/с, то — "сверхзвуковая". И что изменилось, при увеличении скорости самолёта на 50 м/с? Ровным счётом — ничего. И, пролетая мимо нас, этот самолёт ничего не "преодолевает", а свою скорость он набрал может быть уже за сотни километров до встречи с нами, и как летел с этой скоростью, так и продолжает лететь.

Посмотрите на воде когда идёт (про суда не говорят плывёт) какое-нибудь судно. От него в виде луча в обе стороны (наподобие журавлиного клина) расходится некое подобие волны: вначале идёт небольшой спад, а потом подъём уровня воды, т.е. образуется перепад уровней воды.

Точно так же от летящего самолёта остаётся аналогичный, но только не плоский как на воде от судна, а трёхмерный конус звука. Когда и когда самолёт пролетает мимо нас, этот конус достигает наших ушей. Когда скорость самолёта ниже скорости звука в воздухе, то мы слышим этот "конус" как обычный звук. Когда скорость самолёта (или это может быть другой объект, например ракета или метеороид (то, что потом превращается в метеорит) превышает скорость звука, то мы воспринимаем этот конус как хлопок или даже взрыв.

Не обязательно ждать пролета сверхзвукового самолета, чтобы услышать характерный хлопок. Можно сделать кнут (хлыст, нагайку,плеть и т.д.) , размахнуться и щелкнуть. Кончик кнута выходит на сверхзвуковую скорость. На нем возникает скачек уплотнения,который и бьет нам по ушам. Винт самолета (вертолета) начинает свистеть, так же в момент достижения концом лопастей скорости звука, при этом аэродинамика винта нарушается, тяга падает. Эта проблема не позволяет винтовым самолетам летать на сверхзвуке. К стати, тихие винты делают, изгибая лопасть в виде сабли, тем самым уменьшая скачки, или совсем убирая из зоны влияния на саму лопасть. Так, например, на сверхзвуковых самолетах рули высоты отклоняются целиком, а не как на дозвуковых потому, что скачек уплотнения полностью затеняет руль и эффективность его резко падает, самолеты теряют управление и падают. Далее, в скачке уплотнения резко увеличивается давление и температура до таких величин, что может привести к разрушению конструкции крыла. С этим борются изменением стреловидности крыла, а температурный барьер, преодолевают усилением теплостойкости крыла, разными способами, вплоть до покрытия кромки крыла керамической плиткой. Эти и другие проблемы в свое время создали реальный барьер, который, в конце-концов, был успешно преодолен.

А, представьте, сколько надо будет решить проблем при переходе светового барьера!?

Почему при преодолении звукового барьера слышится хлопок?

Живу в Самаре. Частенько в прошлом году слышал, мягко выражаясь, ХЛОПКИ от пролетающего на сверхзвуковой скорости самолета.
Что интересно, следующий за ударом шум двигателей в большинстве случаев слышан очень слабо. Это наводит на мысль, что самолет проходит как минимум в 10 км. Как-то раз было явно ближе 5 🙂

Вопрос пилотам, делается это случайно (может быть, на трансзвуке идет) или намеренно?
Или с высот, выше которых разрешена сверхзвуковая скорость, ударная волна не успевает рассеяться?

Читайте так же:
Почему водяные колонки не мерзнут зимой?

Я: 05/05/2004 [09:36:57] писал:
//////////Ударная волна движется впереди сверхзвукового аэроплана в виде этакого конуса//////////

уточнение: не впереди, а позади

//////////Утверждения , что хлопок слышен , когда
самолет переходит звуковой барьер в принципе неверные//////////

Я этого и не писал.

Corvus:
05/05/2004 [12:48:07]
Да, я тоже в этом году еще не слыхал.

Я почему вопрос задаю, не разрешено это вроде бы.

Corvus:
05/05/2004 [12:48:07]
Да, я тоже в этом году еще не слыхал.

Я почему вопрос задаю, не разрешено это вроде бы.

Позволю дополнить, что наличие шума ( наряду с высокой ценой разработки и дороговизной эксплуатации таких самолетов)сделало не возможным широкое использование пассажирских самолетов, летящих с такой скоростью.

Еще есть интересный эффект- инфразвук.Это звуковые колебания испускаемые самолетом, летящим вертикально вверх над вами на сверхзвуке.Инфразвук не слышен, но вызывает сильное чувство страха у людей.
Выдержать долго его не возможно, человек от страха начинает просто бежать, по рассказам очевидцев- солдат авганцев.

>>>наряду с высокой ценой разработки и дороговизной эксплуатации таких самолетов)сделало не возможным широкое использование пассажирских самолетов, летящих с такой скоростью.

Ещё про Ту-144 писали, что поверхность самолёта в полёте нагревалась до огромных температур (из-за кинетического трения), и чтобы материал крыльев и фюзеляжа не повреждался, его натирали перед каждым вылетом специальной жидкостью, баснословно дорогой.
А ещё писали, что работал Ту-144 на специальном керосине, его нигде не было, так что перед каждым вылетом Ту-144 в пункт назначения летел танкер Ил-76 со спецкеросином (для заправки Ту-144 на обратный путь), что делало эксплуатацию системы астрономически невыгодной.

> на сверхзвуковых скоростях разрешены полеты в эшелоне не менее 11000 метров,

О чём я и говорю 🙂

> Только «хлопки» что-то больно мощные были, уж не Ту-160 ли (базирующиеся в Саратовской области)?

Да, думаю это были они. Они иногда в Самаре садятся на аэродром Безымянка.

APR: Вода при взаимодействии со скачком имеет свойство кавитировать ибо перепад давления на скачке весьма приличный. Вода на том что видели покрывается рябью просто от звуковой волны (слабые возмущения) и общего возмущения потока.
В Тушино помню как то то же угостили «звуковым ударом». На «роспуске» «копченый» ушел вниз метров до 30 и включил форсаж, что бы иметь скорость уйти безопасно . Я стоял прямо под ним. Слышать что орали на ухо стал минут через 5.

А после сверхзвука над водой метрах на 30 можно рыбу собирать.

http://www.pasoschools.org/end . Клип, в котором, по мнению at, F-14 шел 600 км/ч

http://fastpasses.com/2656-21.html Здесь можно посмотреть
s-flyby.mpeg F-14 между двумя кораблями
boom.mpeg тоже F-14

APR:
Классика жанра — конденсация водяного пара на трансзвуковых скоростях.
На сверзвуке был бы четко виден конус Маха прям от носа и второй прямо от среза сопел ибо скачков при сверхзвуковом обтекании два. Такие вещи очень хорошо видны на примере струй жидкостных двигателей — там структура струи при соответствующем освещении видна невооруженным глазом.

Читайте так же:
Парадокс жизни: добиваясь много. не ценим простого

В остальных случаях рябь на воде от движков работающих на максмалефорсаже.

Согласен, там где мощный конденсат, F-14 идет на трансзвуке (но это не 600 км/ч, а больше 1000-1100).

to Mik
Почему 2. «Полно» их: от носа, от воздухозаборников, от оперения и т.п. См. это фото http://www.sonicbooms.org/imag .
и http://www.sonicbooms.org/imag .

Скачки уплотнения можно увидеть по изменяющемуся преломлению воздуха на каком-нибудь контрастном фоне. Как его увидеть на фоне чистого неба?

Рекордный автомобиль Thrust SSC на M=1.01 (может, трансзвук, но ударная волна есть) http://www.grahamswain.com/i/t .
Установил рекорд, чуть, но превысил скорость звука. И ведь ничего, ехал мужик, куски земли (соли, песка) по бокам не разбрасывало. Напылил, так ведь 2 движка от Фантома.
Я нашел данные (на американском сайте), что при полете на бреющем в ударной волне среднего сверхзвуковика повышение давления до 200 фунтов на квадр. фут, перепонки повреждаются при 720. Если бы ударная волна от самолета могла нанести вред человеку, это использовали бы военные. Пустил так строй истребителей над окопами.
Пока что я слышал только о выбитах стеклах.

Пассажир Аэрофлота:
я это тоже много раз слышал, но правда ни в одной хронике конфликтов нам этого не встречал

APR:
посмотрите запись, там время съёмки 10с, судя по всему всему зумом ососбо не пользовались и от начала до конца пролёта дистанция не более 2км
ещё вспоминаю то как выглядели не профессиональные съёмки с авиасалонов

тем более, я думаю пилоты могут высказать своё профессиональное мнение о пролёте на 1000км/ч на этой высоте да вблизи людей

думаю было не быстрее чем SE на крайнем максе в горизонтале проходил

А видео все-таки хорошее.
Включил динамики погромче и прокрутил у нас в офисе.

С сайта «Русских Витязей»

Vlad: . Возможен ли проход на сверхзвуке на высоте в несколько десятков метров, с учетом того, что рельеф местности не идеально плоский? Есть ли опыт таких полетов? Видел полеты «супостатов» над Средиземным, Балтийским, Северным морями. Скорость кажется больше, чем у стрижей и витязей даже при соло-пилотаже. Точка на горизонте через секунды трансформируется в самолет(высота полета практически равна высоте надстройки судна), потом дикий грохот и снова точка на горизонте.

Переход звукового барьера летчиком практически никак не ощущается, кроме того, что на несколько секунд разбегаются стрелки приборов (происходит переключение камер статического давления системы ПВД) и несколько изменяется шум в кабине.
О полете на сверхзвуке на предельно малой высоте: — в принципе возможно. Вопрос: зачем? В принципе это небезопасно, т.к. зрение человеческое имеет некоторое запаздывание. Я где-то видел картинку, поясняющую, что если летчик на большой скорости видит перед собой облако, то на самом деле он в это время может быть уже в нем.
Опыт полетов таких был во время конфликта на Даманском. Мой личный опыт: шли парой на сверхзвуке над пустыней метрах на 300, видел как пляшет по барханам ударная волна от самолета ведущего.

Читайте так же:
Как устроен токийский метрополитен

masterok

Необычную картину можно иногда наблюдать во время полета реактивных самолетов, которые словно выныривают из облака тумана. Это явление называется эффектом Прандтля-Глоерта и заключается в возникновении облака позади объекта, движущегося на околозвуковой скорости в условиях повышенной влажности воздуха.

Причина возникновения этого необычного явления заключается в том, что летящий на высокой скорости самолёт создаёт область повышенного давления воздуха впереди себя и область пониженного давления позади. После пролёта самолёта область пониженного давления начинает заполняться окружающим воздухом. При этом в силу достаточно высокой инерции воздушных масс сначала вся область низкого давления заполняется воздухом из близлежащих областей, прилегающих к области низкого давления.

Этот процесс локально является адиабатическим процессом, где занимаемый воздухом объём увеличивается, а его температура понижается. Если влажность воздуха достаточно велика, то температура может понизиться до такого значения, что окажется ниже точки росы. Тогда содержащийся в воздухе водяной пар конденсируется в виде мельчайших капелек, которые образуют небольшое облако.

Кликабельно 2600 рх

По мере того, как давление воздуха нормализуется, температура в нём выравнивается и вновь становится выше точки росы, и облако быстро растворяется в воздухе. Обычно время его жизни не превышает долей секунды. Поэтому при полёте самолёта кажется, что облако следует за ним — вследствие того, что оно постоянно образуется сразу позади самолёта, а затем исчезает.

Существует распространённое заблуждение, что возникновение облака из-за эффекта Прандтля-Глоерта означает, что именно в этот момент самолёт преодолевает звуковой барьер. В условиях нормальной или слегка повышенной влажности облако образуется только при больших скоростях, близких к скорости звука. В то же время при полётах на малой высоте и в условиях очень высокой влажности (например, над океаном) этот эффект можно наблюдать и при скоростях, значительно меньших скорости звука.

Кликабельно 2100 рх

С “хлопком” происходит недоразумение, вызванное неверным пониманием термина “звуковой барьер”. Этот “хлопок” правильно называть “звуковым ударом”. Самолет, движущийся со сверхзвуковой скоростью, создает в окружающем воздухе ударные волны, скачки воздушного давления. Упрощенно эти волны можно представить себе в виде сопровождающего полет самолета конуса, с вершиной, как бы привязанной к носовой части фюзеляжа, а образующими, направленными против движения самолета и распространяющимися довольно далеко, например до поверхности земли.

Клкиабельно 2500 рх

Когда граница этого воображаемого конуса, обозначающая фронт основной звуковой волны, достигает уха человека, то резкий скачок давления воспринимается на слух как хлопок. Звуковой удар, как привязанный, сопровождает весь полет самолета, при условии что самолет движется достаточно быстро, пусть и с постоянной скоростью. Хлопком же кажется проход основной волны звукового удара над фиксированной точкой поверхности земли, где, например, находится слушатель.

Другими словами, если бы сверхзвуковой самолет с постоянной, но сверхзвуковой скоростью принялся летать над слушателем туда-сюда, то хлопок слышался бы каждый раз, спустя некоторое время после пролета самолета над слушателем на достаточно близком расстоянии.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию