من هو الطيار الذي كان أول من كسر حاجز الصوت الأسرع من الصوت؟ حاجز الصوت حاجز الصوت الخاص بالطائرة

(أحيانًا أكثر من واحد، حسب شكل الجسم). تُظهر الصورة موجات صدمية تشكلت عند طرف جسم الطائرة، عند الحواف الأمامية والخلفية للجناح وفي الطرف الخلفي من النموذج.

في مقدمة موجة الصدمة (التي تسمى أحيانًا موجة الصدمة)، والتي لها سمك صغير جدًا (أجزاء من المليمتر)، تحدث تغيرات جوهرية في خصائص التدفق بشكل مفاجئ تقريبًا - حيث تنخفض سرعتها بالنسبة للجسم وتصبح دون سرعة الصوت، يزداد الضغط في التدفق ودرجة حرارة الغاز بشكل مفاجئ. يتم تحويل جزء من الطاقة الحركية للتدفق إلى طاقة داخلية للغاز. كل هذه التغييرات تكون أكبر كلما زادت سرعة التدفق الأسرع من الصوت. عند السرعات التي تفوق سرعتها سرعة الصوت (5 ماخ وما فوق)، تصل درجة حرارة الغاز إلى عدة آلاف من الدرجات، مما يخلق مشاكل خطيرة للمركبات التي تتحرك بهذه السرعات (على سبيل المثال، انهار مكوك كولومبيا في 1 فبراير 2003 بسبب تلف الغلاف الواقي الحراري الذي كان يحيط به). حدث أثناء الرحلة).

الجزء الأمامي من موجة الصدمة، أثناء تحركها بعيدًا عن الجهاز، يأخذ تدريجيًا شكلًا مخروطيًا منتظمًا تقريبًا، ويتناقص انخفاض الضغط عبره مع زيادة المسافة من أعلى المخروط، وتتحول موجة الصدمة إلى موجة صوتية. ترتبط الزاوية بين المحور والمصفوفة المولدة للمخروط برقم ماخ بالعلاقة:

وعندما تصل هذه الموجة إلى راصد موجود مثلا على الأرض، فإنه يسمع صوتا عاليا يشبه الانفجار. من المفاهيم الخاطئة الشائعة أن هذا نتيجة لوصول الطائرة إلى سرعة الصوت، أو "كسر حاجز الصوت". في الواقع، في هذه اللحظة، تمر موجة الصدمة من قبل المراقب، والتي ترافق باستمرار الطائرة التي تتحرك بسرعة تفوق سرعة الصوت. عادة، مباشرة بعد "الفرقعة"، يمكن للمراقب سماع طنين محركات الطائرة، والذي لا يسمع إلا بعد مرور موجة الصدمة، لأن الطائرة تتحرك بشكل أسرع من الأصوات التي تصدرها. تحدث ملاحظة مشابهة جدًا أثناء الطيران دون سرعة الصوت - لا تُسمع طائرة تحلق فوق مراقب على ارتفاع عالٍ (أكثر من كيلومتر واحد)، أو بالأحرى نسمعها بتأخير: الاتجاه إلى مصدر الصوت لا يتطابق مع الاتجاه إلى الطائرة المرئية لمراقب من الأرض.

أزمة الأمواج

أزمة الموجة هي تغير في طبيعة تدفق الهواء حول الطائرة مع اقتراب سرعة الطيران من سرعة الصوت، ويرافقه، كقاعدة عامة، تدهور في الخصائص الديناميكية الهوائية للطائرة - زيادة في السحب، وانخفاض في الرفع وظهور الاهتزازات وما إلى ذلك.

"سيدي، طائراتنا صارمة للغاية بالفعل. وإذا ظهرت سيارات ذات سرعات أعلى، فلن نتمكن من الطيران بها. في الأسبوع الماضي، قمت بإسقاط طائرة Me-109 في سيارتي موستانج. اهتزت طائرتي كمطرقة هوائية وتوقفت عن الانصياع لدفات التوجيه. لم أستطع إخراجه من غوصه. على بعد ثلاثمائة متر فقط من الأرض، واجهت صعوبة في تسوية السيارة..."

بعد الحرب، عندما قام العديد من مصممي الطائرات والطيارين التجريبيين بمحاولات مستمرة للوصول إلى العلامة ذات الأهمية النفسية - سرعة الصوت، أصبحت هذه الظواهر الغريبة هي القاعدة، وانتهت العديد من هذه المحاولات بشكل مأساوي. أدى هذا إلى ظهور التعبير الغامض إلى حد ما "حاجز الصوت" (الاب. ابن مور دو، ألمانية شالماور- جدار الصوت). جادل المتشائمون بأن هذا الحد لا يمكن تجاوزه، على الرغم من أن المتحمسين، الذين يخاطرون بحياتهم، حاولوا مرارا وتكرارا القيام بذلك. إن تطوير الأفكار العلمية حول حركة الغاز الأسرع من الصوت جعل من الممكن ليس فقط شرح طبيعة "حاجز الصوت"، ولكن أيضًا إيجاد وسائل للتغلب عليه.

أثناء التدفق دون سرعة الصوت حول جسم الطائرة وجناحها وذيلها، تظهر مناطق تسارع التدفق المحلي على الأجزاء المحدبة من معالمها. عندما تقترب سرعة طيران الطائرة من سرعة الصوت، قد تتجاوز السرعة المحلية لحركة الهواء في مناطق تسارع التدفق سرعة الصوت قليلاً (الشكل 1 أ). بعد تجاوز منطقة التسارع، يتباطأ التدفق، مع التكوين الحتمي لموجة الصدمة (هذه خاصية للتدفقات الأسرع من الصوت: الانتقال من السرعة الأسرع من الصوت إلى السرعة دون الصوتية يحدث دائمًا بشكل متقطع - مع تكوين موجة الصدمة). شدة هذه الموجات الصدمية قليلة - انخفاض الضغط في مقدماتها قليل، لكنها تظهر بأعداد كبيرة دفعة واحدة، في نقاط مختلفة على سطح المركبة، وتغير معًا بشكل حاد طبيعة التدفق حولها، مع تدهور خصائص طيرانها: ينخفض رفع الجناح، وتفقد الدفات الهوائية والجنيحات فعاليتها، وتصبح السيارة غير قابلة للتحكم، وكل هذا غير مستقر للغاية، ويحدث اهتزاز قوي. وتسمى هذه الظاهرة أزمة الموجة. عندما تصبح سرعة السيارة أسرع من الصوت (> 1)، يصبح التدفق مستقرًا مرة أخرى، على الرغم من أن طابعه يتغير بشكل أساسي (الشكل 1ب).


أرز. 1 أ. تهوية بالقرب من تدفق الصوت.	أرز. 1 ب. تهوية في تدفق أسرع من الصوت.

بالنسبة للأجنحة ذات المظهر الجانبي السميك نسبيًا، في ظروف أزمة الموجة، يتحول مركز الضغط بشكل حاد إلى الخلف ويصبح مقدمة الطائرة "أثقل". طيارو المقاتلات المكبسية بمثل هذا الجناح ، الذين يحاولون الوصول إلى أقصى سرعة في الغوص من ارتفاع عالٍ بأقصى قوة ، عند الاقتراب من "حاجز الصوت" ، أصبحوا ضحايا لأزمة الأمواج - بمجرد دخولها كان من المستحيل الخروج من الغوص دون تقليل السرعة، وهو ما يصعب القيام به أثناء الغوص. الحالة الأكثر شهرة للانجراف من الطيران الأفقي في تاريخ الطيران المحلي هي كارثة Bakhchivandzhi عند اختبار صاروخ BI-1 بأقصى سرعة. أفضل المقاتلات في الحرب العالمية الثانية ذات الأجنحة المستقيمة، مثل P-51 Mustang أو Me-109، واجهت أزمة موجة على ارتفاعات عالية بسرعة 700-750 كم/ساعة. في الوقت نفسه، كانت طائرتا Messerschmitt Me.262 وMe.163 من نفس الفترة تمتلكان أجنحة مرفوعة، وبفضل ذلك تمكنتا من الوصول إلى سرعات تزيد عن 800 كم/ساعة دون أي مشاكل. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن الطائرة ذات المروحة التقليدية في الطيران الأفقي لا يمكنها الوصول إلى سرعة قريبة من سرعة الصوت، لأن شفرات المروحة تدخل منطقة أزمة الموجة وتفقد كفاءتها في وقت أبكر بكثير من الطائرة. يمكن للمراوح الأسرع من الصوت ذات الشفرات السيفية أن تحل هذه المشكلة، ولكن في الوقت الحالي تعتبر هذه المراوح معقدة للغاية من الناحية الفنية وصاخبة للغاية، ولهذا السبب لا يتم استخدامها عمليًا.

عادةً ما يتم تصميم الطائرات الحديثة دون سرعة الصوت ذات سرعات الطيران القريبة جدًا من سرعة الصوت (أكثر من 800 كم/ساعة) بأجنحة مائلة وأسطح ذيل رفيعة، مما يسمح للسرعة التي تبدأ بها أزمة الموجة بالانتقال نحو قيم أعلى. الطائرات الأسرع من الصوت، والتي يجب أن تمر عبر قسم من أزمة الموجة عند اكتساب سرعة تفوق سرعة الصوت، لها اختلافات في التصميم عن الطائرات دون سرعة الصوت، وترتبط بخصائص تدفق الهواء الأسرع من الصوت والحاجة إلى تحمل الأحمال التي تنشأ في ظروف الطيران الأسرع من الصوت و أزمة الموجة، على وجه الخصوص - ثلاثية في المخطط، جناح ذو شكل ماسي أو ثلاثي.

عند سرعات الطيران دون سرعة الصوت، يجب تجنب السرعات التي تبدأ بها أزمة الموجة (تعتمد هذه السرعات على الخصائص الديناميكية الهوائية للطائرة وارتفاع الرحلة)؛
يجب أن يتم الانتقال من السرعة دون سرعة الصوت إلى السرعة الأسرع من الصوت في الطائرات النفاثة في أسرع وقت ممكن، وذلك باستخدام المحرك اللاحق، لتجنب رحلة طويلة في منطقة أزمة الأمواج.

شرط أزمة الموجةوينطبق أيضًا على المركبات المائية التي تتحرك بسرعات قريبة من سرعة الأمواج على سطح الماء. إن تطور أزمة الأمواج يجعل من الصعب زيادة السرعة. إن التغلب على أزمة الأمواج بواسطة السفينة يعني الدخول في وضع التخطيط (انزلاق الهيكل على طول سطح الماء).

حقائق تاريخية

أول طيار وصل إلى سرعة تفوق سرعة الصوت في طيران متحكم به كان طيار الاختبار الأمريكي تشاك ييغر على متن الطائرة التجريبية Bell X-1 (ذات جناح مستقيم ومحرك صاروخي XLR-11)، والذي وصل إلى سرعة M = 1.06 في منطقة ضحلة. يغوص. حدث هذا في 14 أكتوبر 1947.
في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، تم كسر حاجز الصوت لأول مرة في 26 ديسمبر 1948 على يد سوكولوفسكي، ثم على يد فيدوروف، في رحلات هبوط على المقاتلة التجريبية La-176.
أول طائرة مدنية اخترقت حاجز الصوت كانت طائرة الركاب دوغلاس دي سي-8. في 21 أغسطس 1961، وصلت سرعتها إلى 1.012 م أو 1262 كم/ساعة أثناء غوص متحكم فيه من ارتفاع 12.496 م، وتم إجراء الرحلة لجمع بيانات لتصميم الحواف الأمامية الجديدة للجناح.
في 15 أكتوبر 1997، بعد 50 عامًا من كسر حاجز الصوت على متن طائرة، كسر الإنجليزي آندي جرين حاجز الصوت في سيارة Thrust SSC.
في 14 أكتوبر 2012، أصبح فيليكس بومغارتنر أول شخص يكسر حاجز الصوت دون مساعدة أي مركبة آلية، أثناء السقوط الحر أثناء القفز من ارتفاع 39 كيلومترًا. وفي السقوط الحر وصلت سرعته إلى 1342.8 كيلومترًا في الساعة.

أنظر أيضا

الحاجز الحراري (مشاكل في تطوير الطائرات التي تفوق سرعتها سرعة الصوت)

ملحوظات

روابط

الأسس النظرية والهندسية لهندسة الفضاء الجوي.

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

انظر ما هو "حاجز الصوت" في القواميس الأخرى:

حاجز الصوت، سبب الصعوبات في الطيران عند زيادة سرعة الطيران فوق سرعة الصوت (سرعة تفوق سرعة الصوت). عند الاقتراب من سرعة الصوت، تواجه الطائرة زيادة غير متوقعة في السحب وفقدان الرفع الديناميكي الهوائي... ... القاموس الموسوعي العلمي والتقني

حاجز الصوت- garso barjeras Statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. حاجز صوتي حاجز الصوت فوك. شالباريري، و؛ شالمور، ف روس. حاجز الصوت، م برانك. حاجز سونيك، و؛ فرونتير سونيك، و؛ mur de son، m … Fizikos terminų žodynas

حاجز الصوت- garso barjeras Statusas T sritis Energetika apibrėžtis Staigus aerodinaminio passiprešinimo Padidėjimas، kai orlaivio greitis tampa garso greičiu (viršijama critinė Macho skaičiaus vertė). Aiškinamas Bangų Krize Dėl Staiga Padidėjusio… ... أيشكيناماسيس شيلومينس وتقنيات العلامات التجارية تنتهي بالموت

حاجز الصوت في الديناميكا الهوائية هو اسم عدد من الظواهر التي تصاحب حركة الطائرة (على سبيل المثال، طائرة أسرع من الصوت، صاروخ) بسرعات قريبة من سرعة الصوت أو تتجاوزها.

عندما يتدفق تدفق غاز أسرع من الصوت حول جسم صلب، تتشكل موجة صدمية (أحيانًا أكثر من موجة واحدة، اعتمادًا على شكل الجسم) عند حافته الأمامية. تُظهر الصورة موجات صدمية تشكلت عند طرف جسم الطائرة، عند الحواف الأمامية والخلفية للجناح وفي الطرف الخلفي من النموذج.

بالفعل خلال الحرب العالمية الثانية، بدأت سرعة المقاتلين تقترب من سرعة الصوت. في الوقت نفسه، بدأ الطيارون في بعض الأحيان في مراقبة الظواهر غير المفهومة في ذلك الوقت والتهديد التي تحدث مع أجهزتهم عند الطيران بسرعات قصوى. تم الاحتفاظ بتقرير عاطفي من طيار في سلاح الجو الأمريكي إلى قائده الجنرال أرنولد:
"سيدي، طائراتنا صارمة للغاية بالفعل. وإذا ظهرت سيارات ذات سرعات أعلى، فلن نتمكن من الطيران بها. في الأسبوع الماضي، قمت بإسقاط طائرة Me-109 في سيارتي موستانج. اهتزت طائرتي كمطرقة هوائية وتوقفت عن الانصياع لدفات التوجيه. لم أستطع إخراجه من غوصه. على بعد ثلاثمائة متر فقط من الأرض، واجهت صعوبة في تسوية السيارة..."

بعد الحرب، عندما قام العديد من مصممي الطائرات والطيارين التجريبيين بمحاولات مستمرة للوصول إلى العلامة ذات الأهمية النفسية - سرعة الصوت، أصبحت هذه الظواهر الغريبة هي القاعدة، وانتهت العديد من هذه المحاولات بشكل مأساوي. أدى هذا إلى ظهور التعبير الغامض إلى حد ما "حاجز الصوت" (بالفرنسية mur du son، الألمانية Schallmauer - جدار الصوت). جادل المتشائمون بأن هذا الحد لا يمكن تجاوزه، على الرغم من أن المتحمسين، الذين يخاطرون بحياتهم، حاولوا مرارا وتكرارا القيام بذلك. إن تطوير الأفكار العلمية حول حركة الغاز الأسرع من الصوت جعل من الممكن ليس فقط شرح طبيعة "حاجز الصوت"، ولكن أيضًا إيجاد وسائل للتغلب عليه.

حقائق تاريخية

* أول طيار وصل إلى سرعة تفوق سرعة الصوت في طيران متحكم به كان طيار الاختبار الأمريكي تشاك ييغر على متن الطائرة التجريبية Bell X-1 (ذات جناح مستقيم ومحرك صاروخي XLR-11)، والذي وصل إلى سرعة M = 1.06 في منطقة ضحلة. يغوص. حدث هذا في 14 أكتوبر 1947.
* في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، تم كسر حاجز الصوت لأول مرة في 26 ديسمبر 1948 على يد سوكولوفسكي، ثم على يد فيدوروف، في رحلات هبوط على المقاتلة التجريبية La-176.
* أول طائرة مدنية اخترقت حاجز الصوت كانت طائرة الركاب دوغلاس دي سي-8. في 21 أغسطس 1961، وصلت سرعتها إلى 1.012 م أو 1262 كم/ساعة أثناء غوص متحكم فيه من ارتفاع 12.496 م، وتم إجراء الرحلة لجمع بيانات لتصميم الحواف الأمامية الجديدة للجناح.
* في 15 أكتوبر 1997، بعد 50 عامًا من كسر حاجز الصوت في الطائرة، كسر الإنجليزي آندي جرين حاجز الصوت في طائرة Thrust SSC.
* في 14 أكتوبر 2012، أصبح فيليكس بومغارتنر أول شخص يكسر حاجز الصوت دون مساعدة أي مركبة آلية، أثناء السقوط الحر أثناء القفز من ارتفاع 39 كيلومترًا. وفي السقوط الحر وصلت سرعته إلى 1342.8 كيلومترًا في الساعة.

صورة:
* http://commons.wikimedia.org/wiki/ملف:F-18-diamondback_blast.jpg
* http://commons.wikimedia.org/wiki/ملف: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/ملف:FA-18F_Breaking_SoundBarrier.jpg
* http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Suponic_aircraft_breaking_sound_barrier.jpg
* http://commons.wikimedia.org/wiki/ملف: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

تجاوزت حاجز الصوت :-)...

قبل أن نبدأ الحديث عن الموضوع، دعونا نوضح بعض الشيء لمسألة دقة المفاهيم (ما أحبه :-)). في الوقت الحاضر يتم استخدام مصطلحين على نطاق واسع إلى حد ما: حاجز الصوتو حاجز أسرع من الصوت. أنها تبدو متشابهة، ولكن لا تزال ليست هي نفسها. ومع ذلك، ليس هناك أي معنى في أن نكون صارمين بشكل خاص: في جوهرهما، هما نفس الشيء. غالبًا ما يستخدم تعريف حاجز الصوت الأشخاص الأكثر دراية والأقرب إلى الطيران. والتعريف الثاني هو عادة أي شخص آخر.

أعتقد أنه من وجهة نظر الفيزياء (واللغة الروسية :-)) الأصح أن نقول حاجز الصوت. هناك منطق بسيط هنا. بعد كل شيء، هناك مفهوم لسرعة الصوت، ولكن، بالمعنى الدقيق للكلمة، لا يوجد مفهوم ثابت للسرعة الأسرع من الصوت. بالنظر إلى الأمام قليلاً، سأقول أنه عندما تطير الطائرة بسرعة تفوق سرعة الصوت، فقد تجاوزت هذا الحاجز بالفعل، وعندما تتجاوزه (تتغلب عليه)، فإنها تتجاوز قيمة سرعة عتبة معينة تساوي سرعة الصوت (وليس الأسرع من الصوت).

شئ مثل هذا:-). علاوة على ذلك، يتم استخدام المفهوم الأول بشكل أقل تكرارًا من الثاني. ويبدو أن هذا يرجع إلى أن كلمة الأسرع من الصوت تبدو أكثر غرابة وجاذبية. وفي رحلة أسرع من الصوت، فإن الغريب موجود بالتأكيد، وبطبيعة الحال، يجذب الكثيرين. ومع ذلك، ليس كل الناس الذين يستمتعون بهذه الكلمات " حاجز أسرع من الصوت"إنهم في الواقع يفهمون ما هو عليه. لقد كنت مقتنعا بهذا أكثر من مرة، وأنا أنظر إلى المنتديات، وقراءة المقالات، وحتى مشاهدة التلفزيون.

هذا السؤال في الواقع معقد للغاية من وجهة نظر الفيزياء. لكننا بالطبع لن نهتم بالتعقيد. سنحاول فقط، كالعادة، توضيح الموقف باستخدام مبدأ "شرح الديناميكا الهوائية على أصابعك" :-).

لذلك، إلى الحاجز (الصوت :-))!... تصبح الطائرة أثناء الطيران، التي تعمل على وسط مرن مثل الهواء، مصدرًا قويًا للموجات الصوتية. أعتقد أن الجميع يعرف ما هي الموجات الصوتية في الهواء :-).

الموجات الصوتية (الشوكة الرنانة).

هذا هو تناوب مناطق الضغط والتخلخل، المنتشرة في اتجاهات مختلفة من مصدر الصوت. شيء مثل الدوائر على الماء، وهي أيضًا موجات (ليست موجات سليمة :-)). هذه المناطق، التي تعمل على طبلة الأذن، هي التي تسمح لنا بسماع جميع أصوات هذا العالم، من همسات الإنسان إلى هدير المحركات النفاثة.

مثال على الموجات الصوتية.

يمكن أن تكون نقاط انتشار الموجات الصوتية مكونات مختلفة للطائرة. على سبيل المثال، المحرك (صوته معروف لأي شخص :-)))، أو أجزاء من الجسم (على سبيل المثال، القوس)، والتي، عند ضغط الهواء أمامها أثناء تحركها، تخلق نوعًا معينًا من الضغط ( ضغط) موجة تعمل إلى الأمام.

تنتشر كل هذه الموجات الصوتية في الهواء بسرعة الصوت المعروفة لنا بالفعل. وهذا هو، إذا كانت الطائرة دون سرعة الصوت، وحتى تطير بسرعة منخفضة، فيبدو أنهم يهربون منها. ونتيجة لذلك، عندما تقترب مثل هذه الطائرة، نسمع صوتها أولاً، ثم تطير هي نفسها.

ومع ذلك، سأبدي تحفظًا على أن هذا صحيح إذا كانت الطائرة لا تحلق على ارتفاعات عالية جدًا. بعد كل شيء، سرعة الصوت ليست سرعة الضوء :-). حجمها ليس كبيرا جدا والموجات الصوتية تحتاج إلى وقت للوصول إلى المستمع. ولذلك فإن ترتيب المظهر الصوتي للمستمع والطائرة إذا حلقت على ارتفاع عالٍ قد يتغير.

وبما أن الصوت ليس بهذه السرعة، فمع زيادة سرعته، تبدأ الطائرة في اللحاق بالأمواج التي تنبعث منها. أي أنه لو كان ساكناً لتباعدت عنه الأمواج في الصورة دوائر متحدة المركزمثل تموجات الماء الناتجة عن حجر مرمي. وبما أن الطائرة تتحرك، في قطاع هذه الدوائر المقابلة لاتجاه الرحلة، تبدأ حدود الأمواج (جبهاتها) في الاقتراب من بعضها البعض.

حركة الجسم دون سرعة الصوت.

وعليه فإن الفجوة بين الطائرة (مقدمتها) ومقدمة الموجة (الرأسية) الأولى (أي هذه هي المنطقة التي يحدث فيها الكبح تدريجيًا إلى حد ما) تيار الأحرارعند الالتقاء بمقدمة الطائرة (الجناح والذيل)، ونتيجة لذلك، زيادة في الضغط ودرجة الحرارة) يبدأ بالانكماش وكلما زادت سرعة الطيران.

تأتي لحظة تختفي فيها هذه الفجوة عمليا (أو تصبح في حدها الأدنى)، وتتحول إلى نوع خاص من المنطقة يسمى هزة أرضية. ويحدث هذا عندما تصل سرعة الطيران إلى سرعة الصوت، أي أن الطائرة تتحرك بنفس سرعة الموجات التي تبثها. رقم ماخ يساوي الوحدة (M=1).

الحركة الصوتية للجسم (M=1).

صدمة الصدمة، هي منطقة ضيقة جدًا من الوسط (حوالي 10 -4 مم)، عند المرور من خلالها لم يعد هناك تغيير تدريجي، ولكن تغيير حاد (يشبه القفز) في معلمات هذا الوسط - السرعة، الضغط، درجة الحرارة، الكثافة. وفي حالتنا تقل السرعة ويزداد الضغط ودرجة الحرارة والكثافة. ومن هنا الاسم - موجة الصدمة.

بطريقة مبسطة إلى حد ما، أود أن أقول هذا عن كل هذا. من المستحيل إبطاء التدفق الأسرع من الصوت بشكل حاد، ولكن يجب القيام بذلك، لأنه لم تعد هناك إمكانية الكبح التدريجي لسرعة التدفق أمام مقدمة الطائرة، كما هو الحال في السرعات دون سرعة الصوت المعتدلة. يبدو أنها تصادف مقطعًا دون سرعة الصوت أمام مقدمة الطائرة (أو طرف الجناح) وتنهار في قفزة ضيقة، وتنقل إليها طاقة الحركة العظيمة التي تمتلكها.

بالمناسبة، من الممكن أن نقول العكس: تنقل الطائرة جزءا من طاقتها لتشكيل موجات الصدمة من أجل إبطاء التدفق الأسرع من الصوت.

حركة الجسم الأسرع من الصوت.

هناك اسم آخر لموجة الصدمة. التحرك مع الطائرة في الفضاء، يمثل بشكل أساسي جبهة تغيير حاد في المعايير البيئية المذكورة أعلاه (أي تدفق الهواء). وهذا هو جوهر موجة الصدمة.

صدمة الصدمةوموجة الصدمة، بشكل عام، تعريفات متكافئة، ولكن في الديناميكا الهوائية، يتم استخدام التعريف الأول أكثر.

يمكن لموجة الصدمة (أو موجة الصدمة) أن تكون عمليًا متعامدة مع اتجاه الطيران، وفي هذه الحالة تأخذ تقريبًا شكل دائرة في الفضاء وتسمى بالخطوط المستقيمة. يحدث هذا عادةً في الأوضاع القريبة من M=1.

أوضاع حركة الجسم. ! - دون سرعة الصوت، 2 - M=1، أسرع من الصوت، 4 - موجة الصدمة (موجة الصدمة).

عند الأرقام M > 1، فهي موجودة بالفعل بزاوية مع اتجاه الطيران. أي أن الطائرة تتجاوز بالفعل صوتها. وهي في هذه الحالة تسمى مائلة وفي الفضاء تأخذ شكل مخروطي، وهو بالمناسبة يسمى مخروط ماخ، سمي على اسم عالم درس التدفقات الأسرع من الصوت (ذكره في إحداها).

مخروط ماخ.

ويعتمد شكل هذا المخروط («نحفه» إذا جاز التعبير) تحديدًا على الرقم M ويرتبط به بالعلاقة: M = 1/sin α، حيث α هي الزاوية بين محور المخروط ومحوره. معرف com لهذا التطبيق هو com.generatrix. ويلامس السطح المخروطي مقدمات جميع الموجات الصوتية التي كان مصدرها الطائرة، والتي «تجاوزتها» لتصل إلى سرعة تفوق سرعة الصوت.

بجانب موجات الصدمةقد تكون أيضا المرفقة، عندما تكون مجاورة لسطح جسم يتحرك بسرعة تفوق سرعة الصوت، أو تبتعد إذا لم تكن على اتصال بالجسم.

أنواع موجات الصدمة أثناء التدفق الأسرع من الصوت حول الأجسام ذات الأشكال المختلفة.

عادةً ما تصبح الصدمات متصلة إذا تدفق التدفق الأسرع من الصوت حول أي أسطح مدببة. بالنسبة للطائرة، على سبيل المثال، يمكن أن يكون هذا مقدمة مدببة، أو مدخل هواء عالي الضغط، أو حافة حادة لسحب الهواء. وفي نفس الوقت يقولون "القفزة تجلس" على الأنف مثلاً.

ويمكن أن تحدث صدمة منفصلة عند التدفق حول الأسطح المستديرة، على سبيل المثال، الحافة المستديرة الأمامية للجنيح السميك للجناح.

تخلق المكونات المختلفة لجسم الطائرة نظامًا معقدًا إلى حد ما من موجات الصدمة أثناء الطيران. ومع ذلك، فإن أشدها هما اثنان. الأول هو الرأس على القوس والثاني هو الذيل على عناصر الذيل. على مسافة ما من الطائرة، إما أن تلحق الصدمات المتوسطة بالرأس وتندمج معها، أو يلحق بها الذيل.

الصدمات الصادمة على طائرة نموذجية أثناء التطهير في نفق الرياح (M=2).

ونتيجة لذلك، تبقى قفزتان، والتي، بشكل عام، ينظر إليها من قبل المراقب الأرضي على أنها واحدة بسبب صغر حجم الطائرة مقارنة بارتفاع الرحلة، وبالتالي الفترة الزمنية القصيرة بينهما.

تعتمد شدة (وبعبارة أخرى، الطاقة) لموجة الصدمة (موجة الصدمة) على عوامل مختلفة (سرعة الطائرة، وميزات تصميمها، والظروف البيئية، وما إلى ذلك) ويتم تحديدها من خلال انخفاض الضغط في مقدمتها.

ومع تحركها بعيدا عن قمة مخروط ماخ، أي عن الطائرة، كمصدر للاضطراب، تضعف موجة الصدمة، وتتحول تدريجيا إلى موجة صوتية عادية وتختفي تماما في النهاية.

وعلى أي درجة سيكون لها من الشدة هزة أرضية(أو موجة الصدمة) وصولها إلى الأرض يعتمد على التأثير الذي يمكن أن تنتجه هناك. ليس سرا أن الكونكورد الشهير طار بسرعة تفوق سرعة الصوت فقط فوق المحيط الأطلسي، والطائرات العسكرية الأسرع من الصوت تطير على ارتفاعات عالية أو في المناطق التي لا توجد بها مناطق مأهولة بالسكان (على الأقل يبدو أنهم من المفترض أن يفعلوا ذلك :-) ).

هذه القيود مبررة للغاية. بالنسبة لي، على سبيل المثال، يرتبط تعريف موجة الصدمة بحد ذاته بالانفجار. والأشياء التي يمكن لموجة الصدمة الشديدة أن تفعلها قد تتوافق معها. على الأقل يمكن للزجاج من النوافذ أن يطير بسهولة. هناك ما يكفي من الأدلة على ذلك (خاصة في تاريخ الطيران السوفيتي، عندما كان هناك عدد كبير جدًا وكانت الرحلات الجوية مكثفة). ولكن يمكنك أن تفعل أشياء أسوأ. عليك فقط أن تطير على ارتفاع أقل :-)…

ومع ذلك، فإن ما يبقى من موجات الصدمة عند وصولها إلى الأرض، في معظم الأحيان، لم يعد خطيرًا. مجرد مراقب خارجي على الأرض يمكنه سماع صوت يشبه الزئير أو الانفجار. وبهذه الحقيقة يرتبط مفهوم خاطئ شائع ومستمر إلى حد ما.

الأشخاص الذين ليس لديهم خبرة كبيرة في علوم الطيران، عندما يسمعون مثل هذا الصوت، يقولون إن الطائرة تغلبت حاجز الصوت (حاجز أسرع من الصوت). في الواقع، هذا ليس صحيحا. هذا البيان لا علاقة له بالواقع لسببين على الأقل.

موجة الصدمة (موجة الصدمة).

أولاً، إذا سمع شخص على الأرض هديراً عالياً عالياً في السماء، فهذا يعني فقط (أكرر :-)) أن أذنيه قد وصلتا موجة الصدمة الأمامية(أو هزة أرضية) من طائرة تحلق في مكان ما. هذه الطائرة تطير بالفعل بسرعة تفوق سرعة الصوت، ولم تتحول إليها فقط.

وإذا وجد هذا الشخص نفسه فجأة أمام الطائرة بعدة كيلومترات، فإنه سيسمع مرة أخرى نفس الصوت من نفس الطائرة، لأنه سيتعرض لنفس موجة الصدمة التي تتحرك مع الطائرة.

يتحرك بسرعة تفوق سرعة الصوت، وبالتالي يقترب بصمت. وبعد أن لم يكن دائمًا تأثيرًا لطيفًا على طبلة الأذن (إنه جيد عندما يكون ذلك فقط :-)) ويمر بأمان، يصبح هدير المحركات الجارية مسموعًا.

رسم تخطيطي تقريبي لرحلة طائرة بقيم مختلفة لعدد ماخ باستخدام مثال المقاتلة Saab 35 "Draken". اللغة للأسف هي الألمانية، لكن المخطط واضح بشكل عام.

علاوة على ذلك، فإن الانتقال إلى الصوت الأسرع من الصوت في حد ذاته لا يصاحبه أي "طفرات" أو فرقعة أو انفجارات أو ما إلى ذلك لمرة واحدة. في الطائرات الأسرع من الصوت الحديثة، غالبا ما يتعلم الطيار عن هذا الانتقال فقط من خلال قراءات الأجهزة. ومع ذلك، في هذه الحالة، تحدث عملية معينة، ولكن إذا تم مراعاة قواعد طيارة معينة، فإنها تكون غير مرئية بالنسبة له عمليًا.

ولكن هذا ليس كل شيء :-). سأقول المزيد. في شكل عائق ملموس وثقيل يصعب تجاوزه تستقر عليه الطائرة ويحتاج إلى "ثقب" (سمعت مثل هذه الأحكام :-)) غير موجود.

بالمعنى الدقيق للكلمة، لا يوجد أي حاجز على الإطلاق. ذات مرة، في فجر تطور السرعات العالية في الطيران، تشكل هذا المفهوم بالأحرى كاعتقاد نفسي حول صعوبة الانتقال إلى السرعة الأسرع من الصوت والطيران بها. بل كانت هناك تصريحات مفادها أن هذا مستحيل بشكل عام، خاصة وأن المتطلبات الأساسية لمثل هذه المعتقدات والتصريحات كانت محددة تمامًا.

ومع ذلك، الأشياء الأولى أولا ...

في الديناميكا الهوائية، هناك مصطلح آخر يصف بدقة عملية التفاعل مع تدفق الهواء لجسم يتحرك في هذا التدفق ويميل إلى تجاوز سرعة الصوت. هذا أزمة الموجة. هو الذي يفعل بعض الأشياء السيئة المرتبطة تقليديا بالمفهوم حاجز الصوت.

إذن شيئًا عن الأزمة :-). تتكون أي طائرة من أجزاء قد لا يكون تدفق الهواء حولها هو نفسه أثناء الرحلة. لنأخذ، على سبيل المثال، الجناح، أو بالأحرى الكلاسيكية العادية الملف الشخصي دون سرعة الصوت.

من المعرفة الأساسية لكيفية توليد الرفع، نعلم جيدًا أن سرعة التدفق في الطبقة المجاورة للسطح المنحني العلوي للملف الجانبي مختلفة. عندما يكون المظهر الجانبي أكثر محدبًا، يكون أكبر من سرعة التدفق الإجمالية، ثم عندما يكون المظهر الجانبي مسطحًا، فإنه يتناقص.

عندما يتحرك الجناح في التدفق بسرعات قريبة من سرعة الصوت، قد تأتي لحظة عندما تصبح في مثل هذه المنطقة المحدبة، على سبيل المثال، سرعة طبقة الهواء، والتي هي بالفعل أكبر من السرعة الإجمالية للتدفق، صوتي وحتى أسرع من الصوت.

موجة الصدمة المحلية التي تحدث عند الموجات الصوتية أثناء أزمة الموجة.

على طول الملف الشخصي، تنخفض هذه السرعة وفي مرحلة ما تصبح دون سرعة الصوت مرة أخرى. ولكن، كما قلنا أعلاه، لا يمكن للتدفق الأسرع من الصوت أن يتباطأ بسرعة، وبالتالي فإن ظهور هزة أرضية.

تظهر مثل هذه الصدمات في مناطق مختلفة من الأسطح الانسيابية، وتكون في البداية ضعيفة جدًا، ولكن يمكن أن يكون عددها كبيرًا، ومع زيادة سرعة التدفق الإجمالية، تزداد المناطق الأسرع من الصوت، وتصبح الصدمات "أقوى" وتتحول إلى الحافة الخلفية للملف الشخصي. في وقت لاحق، تظهر نفس موجات الصدمة على السطح السفلي للملف الشخصي.

تدفق أسرع من الصوت بالكامل حول شكل الجناح.

ماذا يعني كل هذا؟ هذا ما. أولاً- وهذا أمر مهم زيادة في السحب الديناميكي الهوائيفي نطاق السرعة التراسونيكية (حوالي M = 1، أكثر أو أقل). وتنمو هذه المقاومة بسبب الارتفاع الحاد في أحد مكوناتها - مقاومة الموجة. نفس الشيء الذي لم نأخذه في الاعتبار سابقًا عند التفكير في الرحلات الجوية بسرعات أقل من سرعة الصوت.

لتكوين موجات صدمية عديدة (أو موجات صدمية) أثناء تباطؤ التدفق الأسرع من الصوت، كما قلت أعلاه، يتم إهدار الطاقة، ويتم أخذها من الطاقة الحركية لحركة الطائرة. أي أن الطائرة تتباطأ ببساطة (وبشكل ملحوظ جدًا!). هذا ما هو عليه مقاومة الموجة.

علاوة على ذلك، تساهم موجات الصدمة، بسبب التباطؤ الحاد في التدفق فيها، في فصل الطبقة الحدودية خلفها وتحولها من الصفحي إلى المضطرب. وهذا يزيد من السحب الديناميكي الهوائي.

تضخم الملف الشخصي عند أرقام ماخ مختلفة، الصدمات الصادمة، المناطق الأسرع من الصوت، المناطق المضطربة.

ثانية. نظرًا لظهور مناطق أسرع من الصوت محلية على شكل الجناح وانتقالها الإضافي إلى الجزء الخلفي من المظهر الجانبي مع زيادة سرعة التدفق، وبالتالي تغيير نمط توزيع الضغط على المظهر الجانبي، فإن نقطة تطبيق القوى الديناميكية الهوائية (المركز الضغط) ينتقل أيضًا إلى الحافة الخلفية. ونتيجة لذلك، يبدو لحظة الغوصنسبة إلى مركز كتلة الطائرة، مما أدى إلى خفض مقدمتها.

ماذا ينتج عن كل هذا... نظرًا للزيادة الحادة في السحب الديناميكي الهوائي، تتطلب الطائرة انخفاضًا ملحوظًا احتياطي طاقة المحركللتغلب على المنطقة الصوتية والوصول، إذا جاز التعبير، إلى صوت حقيقي أسرع من الصوت.

زيادة حادة في السحب الديناميكي الهوائي عند التراسونيك (أزمة الموجة) بسبب زيادة سحب الموجة. Сd - معامل المقاومة.

إضافي. بسبب حدوث لحظة الغوص، تنشأ صعوبات في التحكم في الملعب. بالإضافة إلى ذلك، وبسبب اضطراب وتفاوت العمليات المرتبطة بظهور مناطق أسرع من الصوت محلية ذات موجات صادمة، السيطرة تصبح صعبة. على سبيل المثال، في لفة، بسبب العمليات المختلفة على الطائرات اليسرى واليمنى.

علاوة على ذلك، هناك حدوث اهتزازات، غالبًا ما تكون قوية جدًا بسبب الاضطرابات المحلية.

بشكل عام، مجموعة كاملة من الملذات، والتي تسمى أزمة الموجة. لكن الحقيقة هي أنها جميعها تحدث (كان، ملموسًا :-)) عند استخدام طائرات نموذجية دون سرعة الصوت (ذات جناح مستقيم سميك) من أجل تحقيق سرعات تفوق سرعة الصوت.

في البداية، عندما لم تكن هناك معرفة كافية بعد، ولم تتم دراسة عمليات الوصول إلى الصوت الأسرع من الصوت بشكل شامل، فقد اعتبرت هذه المجموعة ذاتها غير قابلة للتغلب عليها بشكل قاتل تقريبًا وكان يطلق عليها اسم حاجز الصوت(أو حاجز أسرع من الصوت، أذا أردت:-)).

لقد وقعت العديد من الحوادث المأساوية عند محاولة التغلب على سرعة الصوت على الطائرات المكبسية التقليدية. أدى الاهتزاز القوي في بعض الأحيان إلى حدوث أضرار هيكلية. لم يكن لدى الطائرات القوة الكافية للتسارع المطلوب. في الطيران الأفقي، كان ذلك مستحيلًا بسبب التأثير الذي له نفس الطبيعة أزمة الموجة.

لذلك، تم استخدام الغوص للتسريع. ولكن كان من الممكن أن تكون قاتلة. لحظة الغوص التي ظهرت أثناء أزمة الأمواج جعلت الغوص يطول، وفي بعض الأحيان لم يكن هناك مخرج منه. بعد كل شيء، من أجل استعادة السيطرة والقضاء على أزمة الموجة، كان من الضروري تقليل السرعة. لكن القيام بذلك أثناء الغوص أمر صعب للغاية (إن لم يكن مستحيلاً).

يعتبر الانسحاب من الطيران الأفقي أحد الأسباب الرئيسية لكارثة المقاتلة التجريبية الشهيرة BI-1 بمحرك صاروخي سائل في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في 27 مايو 1943. تم إجراء الاختبارات لسرعة الطيران القصوى، وبحسب تقديرات المصممين فإن السرعة المحققة كانت أكثر من 800 كم/ساعة. وبعد ذلك حدث تأخير في الغوص ولم تتعاف الطائرة منه.

المقاتلة التجريبية BI-1.

في زماننا أزمة الموجةتمت دراستها جيدًا بالفعل والتغلب عليها حاجز الصوت(إذا لزم الأمر :-)) ليس بالأمر الصعب. في الطائرات المصممة للطيران بسرعات عالية إلى حد ما، يتم تطبيق حلول وقيود تصميمية معينة لتسهيل عملية طيرانها.

وكما هو معروف فإن أزمة الموجة تبدأ عند أرقام M قريبة من الواحد. لذلك، فإن جميع الطائرات النفاثة دون سرعة الصوت تقريبًا (طائرات الركاب، على وجه الخصوص) لديها رحلة حد لعدد م. عادة ما يكون في منطقة 0.8-0.9 م. تم توجيه الطيار لمراقبة ذلك. بالإضافة إلى ذلك، في العديد من الطائرات، عند الوصول إلى مستوى الحد، وبعد ذلك يجب تقليل سرعة الطيران.

تقريبا جميع الطائرات التي تحلق بسرعة لا تقل عن 800 كم / ساعة وما فوق لديها الجناح اجتاحت(على الأقل على طول الحافة الأمامية :-)). يسمح لك بتأخير بدء الهجوم أزمة الموجةحتى السرعات المقابلة لـ M=0.85-0.95.

الجناح اجتاحت. الإجراء الأساسي.

يمكن تفسير سبب هذا التأثير بكل بساطة. على الجناح المستقيم، يقترب تدفق الهواء بسرعة V تقريبًا من الزاوية اليمنى، وعلى الجناح المنجرف (زاوية الاجتياح χ) عند زاوية انزلاق معينة β. يمكن أن تتحلل السرعة V اتجاهيًا إلى تدفقين: Vτ وVn.

لا يؤثر التدفق Vτ على توزيع الضغط على الجناح، لكن التدفق Vn يؤثر، والذي يحدد بدقة خصائص تحمل الحمولة للجناح. ومن الواضح أنه أصغر حجمًا من إجمالي التدفق V. لذلك، على الجناح المنجرف، تبدأ أزمة الموجة وزيادة مقاومة الموجةيحدث بشكل متأخر بشكل ملحوظ عن الجناح المستقيم بنفس سرعة التدفق الحر.

المقاتلة التجريبية E-2A (سلف MIG-21). جناح اجتاحت نموذجي.

أحد التعديلات على الجناح المنجرف كان الجناح ذو الملف فوق الحرج(ذكره). كما أنه يجعل من الممكن تحويل بداية أزمة الموجة إلى سرعات أعلى، وبالإضافة إلى ذلك، فإنه يجعل من الممكن زيادة الكفاءة، وهو أمر مهم لطائرات الركاب.

SuperJet 100. جناح مجنح بمظهر فوق حرج.

إذا كانت الطائرة مخصصة للمرور حاجز الصوت(مرور و أزمة الموجةأيضًا :-)) والطيران الأسرع من الصوت، وعادةً ما يختلف دائمًا في بعض ميزات التصميم. على وجه الخصوص، عادة ما يكون شكل جانبي رفيع للجناح والذيل ذو حواف حادة(بما في ذلك الماس أو الثلاثي) وشكل جناح معين في المخطط (على سبيل المثال، مثلث أو شبه منحرف مع تجاوز، وما إلى ذلك).

الأسرع من الصوت ميغ-21. تابع E-2A. جناح دلتا نموذجي.

ميغ-25. مثال على طائرة نموذجية مصممة للطيران الأسرع من الصوت. ملامح الجناح والذيل رقيقة وحواف حادة. جناح شبه منحرف. حساب تعريفي

تمرير المثل حاجز الصوتأي أن مثل هذه الطائرات تنتقل إلى السرعة الأسرع من الصوت عمل الحارق اللاحق للمحركبسبب زيادة المقاومة الديناميكية الهوائية، وبطبيعة الحال، من أجل المرور بسرعة عبر المنطقة أزمة الموجة. وغالبًا ما لا يتم الشعور بلحظة هذا الانتقال بأي شكل من الأشكال (أكرر :-)) سواء من قبل الطيار (قد يواجه فقط انخفاضًا في مستوى ضغط الصوت في قمرة القيادة)، أو من قبل مراقب خارجي، إذا بالطبع يمكنه ملاحظة ذلك :-).

ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى فكرة خاطئة أخرى تتعلق بالمراقبين الخارجيين. من المؤكد أن الكثيرين قد شاهدوا صوراً من هذا النوع، تقول التعليقات التي تحتها أن هذه هي اللحظة التي تتغلب فيها الطائرة حاجز الصوت، إذا جاز التعبير، بصريا.

تأثير براندتل-جلورت. لا يتضمن كسر حاجز الصوت.

أولاً، نحن نعلم بالفعل أنه لا يوجد حاجز صوت على هذا النحو، والانتقال إلى الصوت الأسرع من الصوت في حد ذاته لا يصاحبه أي شيء غير عادي (بما في ذلك ضجة أو انفجار).

ثانيًا. ما رأيناه في الصورة هو ما يسمى تأثير براندتل-جلورت. لقد كتبت عنه بالفعل. لا يرتبط بأي حال من الأحوال بشكل مباشر بالانتقال إلى الأسرع من الصوت. إنه فقط بسرعات عالية (دون سرعة الصوت، بالمناسبة :-)) الطائرة، التي تحرك كتلة معينة من الهواء أمام نفسها، تخلق كمية معينة من الهواء خلفها منطقة الندرة. مباشرة بعد الرحلة، تبدأ هذه المنطقة بالامتلاء بالهواء القادم من المساحة الطبيعية القريبة. زيادة في الحجم وانخفاض حاد في درجة الحرارة.

لو رطوبة الجوكافية وتنخفض درجة الحرارة إلى ما دون نقطة الندى للهواء المحيط تكثيف الرطوبةمن بخار الماء على شكل ضباب الذي نراه. وبمجرد عودة الظروف إلى مستوياتها الأصلية، يختفي هذا الضباب على الفور. هذه العملية برمتها قصيرة الأجل إلى حد ما.

يمكن تسهيل هذه العملية بسرعات ترانسونيكية عالية بواسطة محلي موجات الصدمةأحيانًا أساعد في تشكيل شيء مثل مخروط لطيف حول الطائرة.

السرعات العالية تفضل هذه الظاهرة، ومع ذلك، إذا كانت رطوبة الهواء كافية، فيمكن (وهذا يحدث بالفعل) بسرعات منخفضة إلى حد ما. على سبيل المثال، فوق سطح الخزانات. بالمناسبة، تم التقاط معظم الصور الجميلة من هذا النوع على متن حاملة طائرات، أي في هواء رطب إلى حد ما.

هذه هي الطريقة التي يعمل بها. اللقطات، بالطبع، رائعة، المشهد مذهل :-)، ولكن هذا ليس على الإطلاق ما يطلق عليه في أغلب الأحيان. لا علاقة له على الإطلاق (و حاجز أسرع من الصوتنفس:-)). وأعتقد أن هذا أمر جيد، وإلا فإن المراقبين الذين يلتقطون هذا النوع من الصور والفيديو قد لا يكونون سعداء. هزة أرضية، هل تعرف:-)…

في الختام، هناك مقطع فيديو واحد (لقد استخدمته بالفعل من قبل)، يوضح مؤلفوه تأثير موجة الصدمة من طائرة تحلق على ارتفاع منخفض بسرعة تفوق سرعة الصوت. هناك، بالطبع، بعض المبالغة هناك :-)، لكن المبدأ العام واضح. ومرة أخرى مثيرة للإعجاب: -)…

هذا كل شيء لهذا اليوم. شكرا لك على قراءة المقال حتى النهاية :-). حتى المرة القادمة...

الصور قابلة للنقر.

حاجز الصوت

ظاهرة تحدث أثناء تحليق طائرة أو صاروخ في لحظة الانتقال من سرعة الطيران دون سرعة الصوت إلى سرعة الطيران الأسرع من الصوت في الغلاف الجوي. ومع اقتراب سرعة الطائرة من سرعة الصوت (1200 كم/ساعة)، تظهر منطقة رقيقة في الهواء أمامها، يحدث فيها ارتفاع حاد في ضغط الهواء وكثافته. يُطلق على ضغط الهواء أمام الطائرة اسم موجة الصدمة. على الأرض، يُنظر إلى مرور موجة الصدمة على أنه دوي يشبه صوت طلقة نارية. بعد تجاوزها، تمر الطائرة عبر هذه المنطقة ذات كثافة الهواء المتزايدة، كما لو كانت تخترقها - وتكسر حاجز الصوت. لفترة طويلة، بدا أن كسر حاجز الصوت يمثل مشكلة خطيرة في تطور الطيران. لحل هذه المشكلة، كان من الضروري تغيير شكل جناح الطائرة وشكله (أصبح أرق ومائلًا إلى الخلف)، وجعل الجزء الأمامي من جسم الطائرة أكثر وضوحًا، وتجهيز الطائرة بمحركات نفاثة. تم تجاوز سرعة الصوت لأول مرة في عام 1947 من قبل تشارلز ييغر على متن طائرة X-1 (الولايات المتحدة الأمريكية) بمحرك صاروخي سائل تم إطلاقه من طائرة B-29. في روسيا، كان O. V. Sokolovsky أول من كسر حاجز الصوت في عام 1948 على متن طائرة تجريبية من طراز La-176 مزودة بمحرك نفاث.

موسوعة "التكنولوجيا". - م: روسمان. 2006 .

حاجز الصوت

زيادة حادة في مقاومة الطائرة الأيرودينامية أثناء الطيران بأرقام ماخ M(∞)، تتجاوز قليلاً الرقم الحرج M*. والسبب هو أنه عند الأرقام M(∞) > M* يأتي مصحوبًا بظهور مقاومة الموجة. يزداد معامل السحب الموجي للطائرة بسرعة كبيرة مع زيادة العدد M، بدءًا من M(∞) = M*.
توافر Z. ب. يجعل من الصعب تحقيق سرعة طيران مساوية لسرعة الصوت والانتقال اللاحق إلى الطيران الأسرع من الصوت. للقيام بذلك، اتضح أنه من الضروري إنشاء طائرات ذات أجنحة رفيعة، مما جعل من الممكن تقليل السحب بشكل كبير، ومحركات نفاثة، حيث يزداد الجر مع زيادة السرعة.
في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، تم تحقيق سرعة تعادل سرعة الصوت لأول مرة على متن الطائرة La-176 في عام 1948.

الطيران: الموسوعة. - م: الموسوعة الروسية الكبرى. رئيس التحرير ج.ب. سفيششيف. 1994 .

انظر ما هو "حاجز الصوت" في القواميس الأخرى:

حاجز الصوت في الديناميكا الهوائية هو اسم عدد من الظواهر التي تصاحب حركة الطائرة (على سبيل المثال، طائرة أسرع من الصوت، صاروخ) بسرعات قريبة من سرعة الصوت أو تتجاوزها. المحتويات 1 موجة الصدمة، ... ... ويكيبيديا

زيادة حادة في السحب الديناميكي الهوائي عندما تقترب سرعة طيران الطائرة من سرعة الصوت (تتجاوز القيمة الحرجة لرقم ماخ الطيران). تفسرها أزمة الموجة المصحوبة بزيادة في مقاومة الموجة. التغلب على 3.…… قاموس البوليتكنيك الموسوعي الكبير

حاجز الصوت- زيادة حادة في مقاومة الهواء لحركة الطائرات عند. تقترب من سرعات قريبة من سرعة الصوت. التغلب على 3. ب. أصبح ممكنا بفضل تحسين الأشكال الديناميكية الهوائية للطائرات واستخدام القوة... ... معجم المصطلحات العسكرية

حاجز الصوت- حاجز الصوت: زيادة حادة في مقاومة الطائرة الأيروديناميكية أثناء الطيران بأرقام ماخ M∞، تتجاوز قليلاً الرقم الحرج M*. والسبب هو أنه بالنسبة للأرقام M∞ > موسوعة "الطيران"

حاجز الصوت- حاجز الصوت: زيادة حادة في مقاومة الطائرة الأيروديناميكية أثناء الطيران بأرقام ماخ M∞، تتجاوز قليلاً الرقم الحرج M*. والسبب هو أنه عند الأرقام M∞ > M* تحدث أزمة موجية،... ... موسوعة "الطيران"

- (المخفر الفرنسي الحاجز). 1) أبواب الحصون. 2) في الساحات والسيرك يوجد سياج وسجل وعمود يقفز فوقه الحصان. 3) العلامة التي يصل إليها المقاتلون في المبارزة. 4) السور، صريف. قاموس الكلمات الأجنبية المتضمنة في... ... قاموس الكلمات الأجنبية للغة الروسية

الحاجز، آه، الزوج. 1. وجود عائق (نوع الجدار، العارضة) على المسار (أثناء القفز، الجري). خذ ب. (التغلب عليه). 2. السياج، المبارزة. ب. صندوق، شرفة. 3. نقل عرقلة، عقبة أمام ما ن. نهر طبيعي ب. ل… … قاموس أوزيجوف التوضيحي

كتب

فيغاس: القصة الحقيقية (دي في دي)، نادري أمير. يبحث البعض عن "الحلم الأمريكي" في أغرب الأماكن... ذات مرة، كان إيدي باركر وزوجته تريسي مقامرين متعطشين، وهذا ليس مفاجئًا: فهم يعيشون في لاس فيغاس، حيث يقامر الجميع...

في 14 أكتوبر 1947، عبرت البشرية علامة فارقة أخرى. إن الحد موضوعي تمامًا، ويتم التعبير عنه بكمية فيزيائية محددة - سرعة الصوت في الهواء، والتي تكون في ظروف الغلاف الجوي للأرض، اعتمادًا على درجة حرارته وضغطه، ضمن نطاق 1100-1200 كم / ساعة. تم غزو السرعة الأسرع من الصوت من قبل الطيار الأمريكي تشاك ييغر (تشارلز إلوود "تشاك" ييغر)، وهو من قدامى المحاربين الشباب في الحرب العالمية الثانية، الذي كان يتمتع بشجاعة غير عادية وجاذبية ضوئية ممتازة، بفضل ذلك أصبح على الفور مشهورًا في وطنه، تمامًا مثل 14 عامًا في وقت لاحق يوري جاجارين.

وقد تطلب الأمر شجاعة حقيقية لعبور حاجز الصوت. يتذكر الطيار السوفييتي إيفان فيدوروف، الذي كرر إنجاز ييغر بعد عام، في عام 1948، مشاعره في ذلك الوقت: «قبل الرحلة لكسر حاجز الصوت، أصبح من الواضح أنه لا يوجد ضمان للبقاء على قيد الحياة بعدها. لم يكن أحد يعرف عمليًا ما هو وما إذا كان تصميم الطائرة يمكنه تحمل العناصر. لكننا حاولنا عدم التفكير في الأمر".

وفي الواقع، لم يكن هناك وضوح كامل حول كيفية تصرف السيارة بسرعة تفوق سرعة الصوت. لا يزال لدى مصممي الطائرات ذكريات جديدة عن المحنة المفاجئة في الثلاثينيات، عندما اضطروا، مع زيادة سرعات الطائرات، إلى حل مشكلة الرفرفة بشكل عاجل - التذبذبات الذاتية التي تنشأ في الهياكل الصلبة للطائرة وفي تركيبها. الجلد، وتمزيق الطائرة في غضون دقائق. تطورت العملية مثل الانهيار الجليدي، بسرعة، ولم يكن لدى الطيارين الوقت الكافي لتغيير وضع الطيران، وانهارت الآلات في الهواء. لفترة طويلة، ناضل علماء الرياضيات والمصممون في مختلف البلدان لحل هذه المشكلة. في النهاية، تم إنشاء نظرية هذه الظاهرة من قبل عالم الرياضيات الروسي الشاب مستيسلاف فسيفولودوفيتش كيلديش (1911-1978)، الذي أصبح فيما بعد رئيسًا لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. وبمساعدة هذه النظرية، كان من الممكن إيجاد طريقة للتخلص من الظاهرة غير السارة إلى الأبد.

ومن الواضح تماما أن المفاجآت غير السارة كانت متوقعة من حاجز الصوت. كان الحل العددي للمعادلات التفاضلية المعقدة للديناميكا الهوائية مستحيلاً في غياب أجهزة كمبيوتر قوية، وكان على المرء الاعتماد على "نفخ" النماذج في أنفاق الرياح. ولكن من خلال الاعتبارات النوعية، كان من الواضح أنه عند الوصول إلى سرعة الصوت، ظهرت موجة صدمية بالقرب من الطائرة. اللحظة الأكثر أهمية هي كسر حاجز الصوت، عندما تتم مقارنة سرعة الطائرة بسرعة الصوت. في هذه اللحظة، يزداد فرق الضغط على جوانب مختلفة من جبهة الموجة بسرعة، وإذا استمرت اللحظة لفترة أطول من لحظة، فقد تنهار الطائرة ليس أسوأ من الرفرفة. في بعض الأحيان، عند كسر حاجز الصوت بتسارع غير كافٍ، تؤدي موجة الصدمة التي أحدثتها الطائرة إلى تحطم زجاج نوافذ المنازل الموجودة على الأرض أسفلها.

تسمى نسبة سرعة الطائرة إلى سرعة الصوت برقم ماخ (سمي على اسم الميكانيكي والفيلسوف الألماني الشهير إرنست ماخ). عند تجاوز حاجز الصوت، يبدو للطيار أن الرقم M يقفز فوق واحد بسرعة فائقة: رأى تشاك ييغر كيف قفزت إبرة عداد السرعة من 0.98 إلى 1.02، وبعد ذلك كان هناك صمت "إلهي" في قمرة القيادة في الواقع، واضح: مجرد مستوى ينخفض ضغط الصوت في مقصورة الطائرة عدة مرات. لحظة "التنقية من الصوت" هذه هي لحظة ماكرة للغاية، وقد كلفت حياة العديد من المختبرين. ولكن لم يكن هناك خطر يذكر من انهيار طائرته X-1.

كانت الطائرة X-1، التي صنعتها شركة Bell Aircraft في يناير 1946، عبارة عن طائرة بحثية بحتة مصممة لكسر حاجز الصوت وليس أكثر. وعلى الرغم من أن المركبة طلبتها وزارة الدفاع، إلا أنها بدلاً من الأسلحة كانت محشوة بمعدات علمية تراقب أوضاع تشغيل المكونات والأدوات والآليات. كان X-1 بمثابة صاروخ كروز حديث. كان لديها محرك صاروخي واحد من شركة Reaction Motors بقوة دفع تبلغ 2722 كجم. الحد الأقصى لوزن الإقلاع 6078 كجم. الطول 9.45 م، الارتفاع 3.3 م، جناحيها 8.53 م، السرعة القصوى على ارتفاع 18290 م، 2736 كم/ساعة. انطلقت المركبة من قاذفة استراتيجية من طراز B-29 وهبطت على "زلاجات" فولاذية على بحيرة مالحة جافة.

"المعايير التكتيكية والفنية" لطيارها ليست أقل إثارة للإعجاب. ولد تشاك ييغر في 13 فبراير 1923. بعد المدرسة ذهبت إلى مدرسة الطيران، وبعد التخرج ذهبت للقتال في أوروبا. أسقطت طائرة من طراز Messerschmitt-109. هو نفسه تم إسقاطه في سماء فرنسا، لكن تم إنقاذه من قبل الثوار. وكأن شيئًا لم يحدث، عاد إلى قاعدته في إنجلترا. ومع ذلك، فإن خدمة مكافحة التجسس اليقظة، التي لم تصدق التحرير المعجزة من الأسر، أبعدت الطيار عن الطيران وأرسلته إلى المؤخرة. حقق ييغر الطموح حفل استقبال مع القائد الأعلى لقوات الحلفاء في أوروبا، الجنرال أيزنهاور، الذي صدق ييغر. ولم يكن مخطئا - في الأشهر الستة المتبقية قبل نهاية الحرب، قام بـ 64 مهمة قتالية، وأسقط 13 طائرة معادية، 4 في معركة واحدة. وعاد إلى وطنه برتبة نقيب بملف ممتاز ذكر أنه يتمتع بحدس طيران استثنائي ورباطة جأش لا تصدق وقدرة مذهلة على التحمل في أي موقف حرج. بفضل هذه الخاصية، تم ضمه إلى فريق المختبرين الأسرع من الصوت، الذين تم اختيارهم وتدريبهم بعناية مثل رواد الفضاء اللاحقين.

إعادة تسمية X-1 "Glamorous Glennis" تكريما لزوجته، سجل Yeager أرقاما قياسية معها أكثر من مرة. وفي نهاية أكتوبر 1947، انخفض الرقم القياسي السابق للارتفاع البالغ 21.372 مترًا، وفي ديسمبر 1953، وصل تعديل جديد للآلة، X-1A، إلى سرعة 2.35 مترًا وحوالي 2800 كيلومتر في الساعة، وبعد ستة أشهر ارتفع إلى ارتفاع 27430 م وقبل ذلك بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء اختبارات لعدد من المقاتلات التي تم إطلاقها في سلسلة واختبار طائراتنا من طراز ميج 15، التي تم الاستيلاء عليها ونقلها إلى أمريكا خلال الحرب الكورية. تولى ييغر بعد ذلك قيادة العديد من وحدات اختبار القوات الجوية في الولايات المتحدة وفي القواعد الأمريكية في أوروبا وآسيا، وشارك في العمليات القتالية في فيتنام، وقام بتدريب الطيارين. تقاعد في فبراير 1975 برتبة عميد، بعد أن طار 10 آلاف ساعة خلال خدمته الشجاعة، واختبر 180 نموذجًا مختلفًا أسرع من الصوت وجمع مجموعة فريدة من الأوامر والميداليات. في منتصف الثمانينات، تم إنتاج فيلم على أساس سيرة الرجل الشجاع، الذي كان الأول في العالم الذي تغلب على حاجز الصوت، وبعد ذلك أصبح تشاك ييغر ليس بطلاً، بل بقايا وطنية. طار بطائرة F-16 للمرة الأخيرة في 14 أكتوبر 1997، وكسر حاجز الصوت في الذكرى الخمسين لرحلته التاريخية. كان ييغر آنذاك يبلغ من العمر 74 عامًا. وبشكل عام، كما قال الشاعر، يجب أن يصنع هؤلاء الأشخاص أظافرًا.

هناك العديد من هؤلاء الأشخاص على الجانب الآخر من المحيط. بدأ المصممون السوفييت في محاولة التغلب على حاجز الصوت في نفس الوقت الذي يحاول فيه المصممون الأمريكيون. لكن بالنسبة لهم لم يكن هذا غاية في حد ذاته، بل كان عملاً عمليًا تمامًا. إذا كانت X-1 عبارة عن آلة بحث بحتة، فقد تم اقتحام حاجز الصوت في بلدنا على مقاتلات النموذج الأولي، والتي كان من المفترض أن يتم إطلاقها في سلسلة لتجهيز وحدات القوات الجوية.

شاركت العديد من مكاتب التصميم في المسابقة: مكتب تصميم لافوتشكين، ومكتب تصميم ميكويان، ومكتب تصميم ياكوفليف، الذين قاموا في نفس الوقت بتطوير طائرات ذات أجنحة مجنحة، والتي كانت آنذاك حلاً تصميميًا ثوريًا. لقد وصلوا إلى النهاية الأسرع من الصوت بهذا الترتيب: La-176 (1948)، MiG-15 (1949)، Yak-50 (1950). ومع ذلك، فقد تم حل المشكلة في سياق معقد إلى حد ما: يجب أن تتمتع المركبة العسكرية ليس فقط بالسرعة العالية، ولكن أيضًا بالعديد من الصفات الأخرى - القدرة على المناورة، والقدرة على البقاء، والحد الأدنى من وقت التحضير قبل الرحلة، والأسلحة القوية، والذخيرة المثيرة للإعجاب، وما إلى ذلك. وما إلى ذلك وهلم جرا. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه في العهد السوفييتي، غالبًا ما كانت قرارات لجان قبول الدولة تتأثر ليس فقط بالعوامل الموضوعية، ولكن أيضًا بالعوامل الذاتية المرتبطة بالمناورات السياسية للمطورين. أدت هذه المجموعة الكاملة من الظروف إلى إطلاق المقاتلة MiG-15، التي حققت أداءً جيدًا في ساحات العمليات العسكرية المحلية في الخمسينيات. كانت هذه السيارة التي تم التقاطها في كوريا، كما ذكرنا أعلاه، هي التي "قادها تشاك ييغر".

استخدمت الطائرة La-176 مسحًا قياسيًا للجناح في ذلك الوقت يساوي 45 درجة. يوفر المحرك النفاث VK-1 قوة دفع تبلغ 2700 كجم. الطول 10.97 م، طول جناحيها 8.59 م، مساحة الجناح 18.26 م2. وزن الإقلاع 4636 كجم. السقف 15000 م مدى الطيران 1000 كم. التسليح: مدفع واحد عيار 37 ملم واثنين عيار 23 ملم. كانت السيارة جاهزة في خريف عام 1948، وفي ديسمبر بدأت اختبارات طيرانها في شبه جزيرة القرم في مطار عسكري بالقرب من مدينة ساكي. وكان من بين أولئك الذين قادوا الاختبارات الأكاديمي المستقبلي فلاديمير فاسيليفيتش سترومينسكي (1914-1998)، وكان طيارو الطائرة التجريبية هم الكابتن أوليغ سوكولوفسكي والعقيد إيفان فيدوروف، الذي حصل فيما بعد على لقب بطل الاتحاد السوفيتي. توفي سوكولوفسكي بحادث سخيف خلال الرحلة الرابعة، بعد أن نسي إغلاق مظلة قمرة القيادة.

كسر العقيد إيفان فيدوروف حاجز الصوت في 26 ديسمبر 1948. بعد أن ارتفع إلى ارتفاع 10 آلاف متر، أدار عصا التحكم بعيدًا عن نفسه وبدأ في التسريع في الغوص. يتذكر الطيار: "أنا أقوم بتسريع سيارتي 176 من ارتفاع كبير". يتم سماع صافرة منخفضة بطيئة. مع زيادة السرعة، تندفع الطائرة نحو الأرض. على مقياس عداد السرعة، تنتقل الإبرة من الأرقام المكونة من ثلاثة أرقام إلى الأرقام المكونة من أربعة أرقام. الطائرة تهتز كما لو كانت مصابة بالحمى. وفجأة صمت! تم أخذ حاجز الصوت. وأظهر فك التشفير اللاحق لرسومات الذبذبات أن الرقم M قد تجاوز الواحد. وحدث ذلك على ارتفاع 7000 متر، حيث تم تسجيل سرعة 1.02 متر.

وفي وقت لاحق، استمرت سرعة الطائرات المأهولة في الزيادة بشكل مطرد بسبب زيادة قوة المحرك، واستخدام مواد جديدة وتحسين المعلمات الديناميكية الهوائية. ومع ذلك، هذه العملية ليست غير محدودة. من ناحية، يتم منعه من خلال اعتبارات العقلانية، عندما يتم أخذ استهلاك الوقود وتكاليف التطوير وسلامة الطيران وغيرها من الاعتبارات غير الخاملة في الاعتبار. وحتى في الطيران العسكري، حيث المال وسلامة الطيارين ليست ذات أهمية كبيرة، فإن سرعات معظم الآلات "السريعة" تتراوح من 1.5 مليون إلى 3 ملايين. يبدو أنه ليس هناك حاجة إلى المزيد. (سجل السرعة للطائرات المأهولة ذات المحركات النفاثة ينتمي إلى طائرة الاستطلاع الأمريكية SR-71 ويبلغ 3.2 متر).

من ناحية أخرى، هناك حاجز حراري لا يمكن التغلب عليه: عند سرعة معينة، يحدث تسخين جسم السيارة عن طريق الاحتكاك بالهواء بسرعة كبيرة بحيث يتعذر إزالة الحرارة من سطحه. تظهر الحسابات أنه عند الضغط الطبيعي يجب أن يحدث هذا بسرعة تصل إلى 10 ماخ.

ومع ذلك، لا يزال يتم الوصول إلى حد الـ 10 أمتار في نفس ملعب تدريب إدواردز. حدث هذا في عام 2005. وكان حامل الرقم القياسي هو الطائرة الصاروخية بدون طيار X-43A، والتي تم تصنيعها كجزء من برنامج Hiper-X الطموح لمدة 7 سنوات لتطوير نوع جديد من التكنولوجيا المصممة لتغيير وجه تكنولوجيا الصواريخ والفضاء المستقبلية بشكل جذري. وتبلغ تكلفته 230 مليون دولار، وتم تسجيل الرقم القياسي على ارتفاع 33 ألف متر. تستخدم الطائرة بدون طيار نظام تسريع جديد. أولاً، يتم إطلاق صاروخ تقليدي يعمل بالوقود الصلب، وبمساعدته يصل X-43A إلى سرعة 7 ماخ، ثم يتم تشغيل نوع جديد من المحركات - محرك نفاث فرط صوتي (سكرامجيت، أو سكرامجيت)، في أي الهواء الجوي العادي يستخدم كمؤكسد، ويستخدم الوقود الغازي كمؤكسد الهيدروجين (مخطط كلاسيكي تمامًا للانفجار غير المنضبط).

ووفقا للبرنامج، تم تصنيع ثلاثة نماذج بدون طيار، والتي تم غرقها في المحيط بعد الانتهاء من المهمة. تتضمن المرحلة التالية إنشاء مركبات مأهولة. بعد اختبارها، سيتم أخذ النتائج التي تم الحصول عليها في الاعتبار عند إنشاء مجموعة واسعة من الأجهزة "المفيدة". بالإضافة إلى الطائرات، سيتم إنشاء مركبات عسكرية تفوق سرعتها سرعة الصوت - قاذفات القنابل وطائرات الاستطلاع وطائرات النقل - لتلبية احتياجات ناسا. تخطط شركة Boeing، التي تشارك في برنامج Hiper-X، لإنشاء طائرة تفوق سرعتها سرعة الصوت تتسع لـ 250 راكبًا بحلول عام 2030-2040. من الواضح تمامًا أنه لن تكون هناك نوافذ تنتهك الديناميكا الهوائية بمثل هذه السرعات ولا يمكنها تحمل التسخين الحراري. بدلا من الكوة، هناك شاشات مع تسجيلات فيديو للسحب المارة.

ليس هناك شك في أن هذا النوع من وسائل النقل سيكون مطلوبًا، لأنه كلما ذهبت أبعد، كلما أصبح الوقت أكثر تكلفة، واستيعاب المزيد والمزيد من العواطف، والدولارات المكتسبة والمكونات الأخرى للحياة الحديثة في وحدة زمنية. في هذا الصدد، ليس هناك شك في أن الناس في يوم من الأيام سوف يتحولون إلى فراشات ليوم واحد: يوم واحد سيكون مليئا بالأحداث مثل الحياة البشرية الحالية (أو بالأحرى، بالأمس). ويمكن الافتراض أن شخصًا ما أو شيئًا ما يقوم بتنفيذ برنامج Hiper-X فيما يتعلق بالإنسانية.