La ce ne gândim când auzim expresia „barieră sunetului”? O anumită limită și barieră, depășire care poate afecta grav auzul și bunăstarea. De obicei, bariera sunetului este asociată cu cucerirea spațiului aerian și cu profesia de pilot.
Depășirea acestei bariere poate provoca dezvoltarea unor boli cronice, sindroame dureroase și reacții alergice. Sunt aceste percepții corecte sau sunt stereotipuri? Au ele o bază faptică? Ce este o barieră de sunet? Cum și de ce apare? Toate acestea și câteva nuanțe suplimentare, precum și fapte istorice legate de acest concept, vom încerca să le aflăm în acest articol.
Această știință misterioasă este aerodinamica
În știința aerodinamicii, menită să explice fenomenele care însoțesc mișcarea unei
aeronave, există conceptul de „barieră fonică”. Acesta este un rândfenomene care apar în timpul deplasării aeronavelor supersonice sau a rachetelor care se deplasează la viteze apropiate de viteza sunetului sau mai mare.
Ce este o undă de șoc?
În timpul fluxului supersonic din jurul aparatului, o undă de șoc apare în tunelul de vânt. Urmele sale pot fi văzute chiar și cu ochiul liber. Pe sol sunt marcate cu o linie galbenă. În afara conului undei de șoc, în fața liniei galbene, la sol, avionul nici măcar nu se aude. La o viteză ce depășește sunetul, corpurile sunt supuse unui flux în jurul fluxului de sunet, care atrage după sine o undă de șoc. Pot fi mai multe, în funcție de forma corpului.
Transformare unde de șoc
Fronta undei de șoc, care se numește uneori undă de șoc, are o grosime destul de mică, ceea ce face totuși posibilă urmărirea modificărilor bruște ale proprietăților fluxului, o scădere a vitezei acestuia în raport cu corpul și o creștere corespunzătoare a presiunii și temperaturii gazului din flux. În acest caz, energia cinetică este parțial convertită în energia internă a gazului. Numărul acestor modificări depinde direct de viteza fluxului supersonic. Pe măsură ce unda de șoc se îndepărtează de aparat, scăderea presiunii scade și unda de șoc este transformată în sunet. Ea poate ajunge la un observator din exterior care va auzi un sunet caracteristic asemănător unei explozii. Există o opinie că acest lucru indică faptul că dispozitivul a atins viteza sunetului, atunci când bariera sonoră este lăsată în urmă de avion.
Ce se întâmplă cu adevărat?
Așa-numitul momentdepășirea barierei sunetului în practică este trecerea unei unde de șoc cu un zgomot tot mai mare de motoare de avioane. Acum unitatea este înaintea sunetului care îl însoțește, așa că zgomotul motorului se va auzi după el. Apropierea vitezei aeronavei de viteza sunetului a devenit posibilă în timpul celui de-al doilea război mondial, dar, în același timp, piloții au observat semnale de alarmă în operarea aeronavelor.
După sfârșitul războiului, mulți designeri și piloți de aeronave au căutat să atingă viteza sunetului și să spargă bariera sunetului, dar multe dintre aceste încercări s-au încheiat tragic. Oamenii de știință pesimiști au susținut că această limită nu poate fi depășită. În niciun caz experimental, ci științific, a fost posibil să explicăm natura conceptului de „barieră a sunetului” și să găsim modalități de a-l depăși.
Recomandări deduse pentru zborul în siguranță
Zborurile sigure la viteze transonice și supersonice sunt posibile dacă se evită o criză a valurilor, a cărei apariție depinde de parametrii aerodinamici ai aeronavei și de altitudinea zborului. Tranzițiile de la un nivel de viteză la altul ar trebui să fie efectuate cât mai repede posibil folosind post-ardere, ceea ce va ajuta la evitarea unui zbor lung în zona de criză a valurilor. Criza valurilor ca concept a venit din transportul pe apă. A apărut în momentul mișcării navelor cu o viteză apropiată de viteza valurilor de la suprafața apei. Intrarea într-o criză a valurilor implică dificultatea creșterii vitezei, iar dacă este cât se poate de simplu să depășești criza valurilor, atunci poți ajungemodul de rindeluire sau alunecare pe suprafața apei.
Istoric în controlul aeronavei
Prima persoană care a atins viteza de zbor supersonică pe o aeronavă experimentală este pilotul american Chuck Yeager. Realizarea sa este remarcată în istorie pe 14 octombrie 1947. Pe teritoriul URSS, bariera sunetului a fost depășită la 26 decembrie 1948 de Sokolovsky și Fedorov, care au zburat cu un luptător experimentat.
Dintre aeronavele civile, linia de pasageri Douglas DC-8 a fost prima care a spart bariera sunetului, care la 21 august 1961 a atins o viteză de 1,012 Mach, sau 1262 km/h. Misiunea a fost de a colecta date pentru proiectarea aripilor. În rândul aeronavelor, recordul mondial a fost stabilit de o rachetă aerobalistică aer-sol hipersonică, care este în serviciu cu armata rusă. La o altitudine de 31,2 kilometri, racheta a atins o viteză de 6389 km/h.
50 de ani după ce a spart bariera sunetului în aer, englezul Andy Green a realizat o realizare similară într-o mașină. În cădere liberă, americanul Joe Kittinger a încercat să doboare recordul, care a cucerit o înălțime de 31,5 kilometri. Astăzi, pe 14 octombrie 2012, Felix Baumgartner a stabilit un record mondial, fără ajutorul unui vehicul, într-o cădere liberă de la o înălțime de 39 de kilometri, spargând bariera sunetului. În același timp, viteza sa a atins 1342,8 kilometri pe oră.
Cea mai neobișnuită spargere a barierei sunetului
Ciudat de gândit, dar prima invenție din lume,depășind această limită, a fost biciul obișnuit, care a fost inventat de vechii chinezi cu aproape 7 mii de ani în urmă. Aproape până la inventarea fotografiei instant în 1927, nimeni nu a bănuit că pocnitul unui bici era un boom sonic în miniatură. Un leagăn ascuțit formează o buclă, iar viteza crește brusc, ceea ce confirmă clicul. Bariera sonoră este depășită la o viteză de aproximativ 1200 km/h.
Misterul celui mai zgomotos oraș
Nu e de mirare că locuitorii orașelor mici sunt șocați când văd capitala pentru prima dată. Abundența transporturilor, sutele de restaurante și centre de divertisment derutează și deranjează. Începutul primăverii în capitală este de obicei datat aprilie, nu viscolul rebel de martie. În aprilie, cerul este senin, pâraiele curg și mugurii se deschid. Oamenii, obosiți de iarna lungă, deschid larg ferestrele spre soare, iar zgomotul străzii izbucnește în case. Păsările ciripesc asurzitor pe stradă, artiștii cântă, elevii veseli recită poezii, ca să nu mai vorbim de zgomotul din ambuteiaje și din metrou. Angajații departamentelor de igienă notează că este nesănătos să stai mult timp într-un oraș zgomotos. Fondul sonor al capitalei este format din transport, aer, zgomote industriale și casnice. Cel mai dăunător este doar zgomotul mașinii, deoarece avioanele zboară suficient de sus, iar zgomotul de la întreprinderi este dizolvat în clădirile lor. Zumzetul constant al mașinilor pe autostrăzile deosebit de aglomerate depășește de două ori toate normele permise. Cum se depășește bariera sunetului în capitală? Moscova este periculoasă din cauza abundenței de sunete, așa că locuitorii capitalei instalează ferestre cu geam dublu pentru a atenua zgomotul.
Cum se depășește bariera sunetului?
Până în 1947, nu existau date reale despre bunăstarea unei persoane în cabina unui avion care zboară mai repede decât sunetul. După cum sa dovedit, spargerea barierei sunetului necesită o anumită putere și curaj. În timpul zborului devine clar că nu există garanții de supraviețuire. Nici măcar un pilot profesionist nu poate spune cu siguranță dacă designul aeronavei va rezista la atacul elementelor. În câteva minute, avionul se poate prăbuși pur și simplu. Ce explică asta? Trebuie remarcat faptul că mișcarea la viteză subsonică creează unde acustice care se împrăștie ca niște cercuri dintr-o piatră căzută. Viteza supersonică excită unde de șoc, iar o persoană care stă pe pământ aude un sunet similar cu o explozie. Fără computere puternice, era dificil să rezolvi ecuații diferențiale complexe și trebuia să te bazezi pe modele de suflare în tunelurile de vânt. Uneori, cu o accelerație insuficientă a aeronavei, unda de șoc atinge o asemenea putere încât ferestrele zboară din casele peste care zboară aeronava. Nu toată lumea va putea depăși bariera acustică, deoarece în acest moment întreaga structură se scutură, elementele de fixare ale aparatului pot suferi daune semnificative. Prin urmare, sănătatea bună și stabilitatea emoțională sunt atât de importante pentru piloți. Dacă zborul este lin și bariera sonoră este depășită cât mai repede posibil, atunci nici pilotul, nici eventualii pasageri nu vor simți senzații deosebit de neplăcute. În special pentru cucerirea barierei sunetului, în ianuarie 1946 a fost construită o aeronavă de cercetare. Crearea mașinii a fostinițiat din ordinul Ministerului Apărării, dar în loc de arme, a fost umplut cu echipamente științifice care monitorizează funcționarea mecanismelor și dispozitivelor. Această aeronavă era ca o rachetă de croazieră modernă cu un motor de rachetă încorporat. Aeronava a spart bariera sonoră cu o viteză maximă de 2736 km/h.
Monumente verbale și materiale ale cuceririi vitezei sunetului
Realizările în depășirea barierei sunetului sunt foarte apreciate astăzi. Așadar, avionul cu care Chuck Yeager l-a depășit pentru prima dată este acum expus la Muzeul Național al Aerului și Spațiului, care se află în Washington. Dar parametrii tehnici ai acestei invenții umane ar valora puțin fără meritele pilotului însuși. Chuck Yeager a urmat școala de zbor și a luptat în Europa, după care s-a întors în Anglia. Suspendarea nedreaptă de la zbor nu a rupt spiritul lui Yeager și a obținut o numire la comandantul șef al trupelor Europei. În anii care au mai rămas înainte de sfârșitul războiului, Yeager a participat la 64 de ieșiri, în timpul cărora a doborât 13 avioane. Chuck Yeager s-a întors în patria sa cu gradul de căpitan. Caracteristicile sale indică o intuiție fenomenală, un calm incredibil și rezistență în situații critice. De mai multe ori, Yeager a stabilit recorduri în avionul său. Cariera sa ulterioară a fost în Forțele Aeriene, unde a pregătit piloți. Ultima dată când Chuck Yeager a spart bariera sunetului a fost la 74 de ani, la cea de-a cincizecea aniversare a istoriei zborului său și în 1997.
Sarcini complexe ale creatorilor de avioanedispozitive
Aeronava MiG-15 de renume mondial a început să fie creată în momentul în care dezvoltatorii și-au dat seama că este imposibil să se bazeze doar pe spargerea barierei sunetului, dar ar trebui rezolvate probleme tehnice complexe. Drept urmare, o mașină a fost creată cu atâta succes încât modificările sale au fost adoptate de diferite țări. Mai multe birouri de proiectare diferite au intrat într-un fel de luptă competitivă, al cărei premiu a fost un brevet pentru cea mai de succes și funcțională aeronave. Avioane dezvoltate cu aripi înclinate, ceea ce a reprezentat o revoluție în designul lor. Aparatul ideal ar trebui să fie puternic, rapid și incredibil de rezistent la orice daune externe. Aripile înclinate ale aeronavei au devenit un element care le-a ajutat să tripleze viteza sunetului. În plus, viteza aeronavei a continuat să crească, ceea ce s-a explicat prin creșterea puterii motorului, utilizarea materialelor inovatoare și optimizarea parametrilor aerodinamici. Încălcarea barierei sunetului a devenit posibilă și reală chiar și pentru un neprofesionist, dar nu devine mai puțin periculoasă din această cauză, așa că orice căutător extrem ar trebui să-și evalueze în mod rațional punctele forte înainte de a se decide asupra unui astfel de experiment.
