Звуковий бар'єр і надзвуковий політ

Наши партнеры ArtmMisto

Републіка свій старий текст на тему "звукового бар'єру":

Виявляється, одним з широко поширених біляавіаційної помилок є так званий "звуковий бар'єр", який "долають" літаки.

Навіть більше: з надзвуковим польотом пов'язаний цілий букет помилок. Як же йде справа в реальності? (Розповідь з фотографіями.)

Помилка перша: "хлопок", нібито супроводжуючий "подолання звукового бар'єру" (раніше, відповідь на це питання опублікований на сайті "Елементи" ).

З "бавовною" відбувається непорозуміння, викликане неправильним розумінням терміна "звуковий бар'єр". Цей "хлопок" правильно називати "звуковим ударом". Літак, що рухається з надзвуковою швидкістю, створює в навколишньому повітрі ударні хвилі, стрибки повітряного тиску. Спрощено ці хвилі можна уявити собі у вигляді супроводжуючого політ літака конуса, з вершиною, як би прив'язаною до носової частини фюзеляжу, а утворюють, спрямованими проти руху літака і поширюються досить далеко, наприклад до поверхні землі.

Коли межа цього уявного конуса, що позначає фронт основною звукової хвилі, досягає вуха людини, то різкий стрибок тиску сприймається на слух як бавовна. Звуковий удар, як прив'язаний, супроводжує весь політ літака, за умови що літак рухається досить швидко, нехай і з постійною швидкістю. Бавовною ж здається прохід основної хвилі звукового удару над фіксованою точкою поверхні землі, де, наприклад, знаходиться слухач.

Іншими словами, якби надзвуковий літак з постійною, але надзвуковий, швидкістю почав літати над слухачем туди-сюди, то бавовна чутний їхній щораз, через деякий час після прольоту літака над слухачем на досить близькій відстані.

А "звуковим бар'єром" в аеродинаміці називають різкий стрибок повітряного опору, що виникає при досягненні літаком деякої прикордонної швидкості, близької до швидкості звуку. При досягненні цієї швидкості характер обтікання літака повітряним потоком змінюється кардинальним чином, що свого часу сильно ускладнювало досягнення надзвукових швидкостей. Звичайний, дозвуковій, літак не здатний стійко летіти швидше звуку, як би його не розганяли, - він просто втратить управління і розвалиться.

Для подолання звукового бар'єру вченим довелося розробити крило зі спеціальним аеродинамічним профілем і придумати інші хитрощі. Цікаво, що пілот сучасного надзвукового літака добре відчуває "подолання" своїм літальним апаратом звукового бар'єру: при переході на надзвукове обтікання відчувається "аеродинамічний удар" і характерні "скачки" в керованості. Ось тільки з "ударами" на землі ці процеси безпосередньо не пов'язані.

Помилка друга: "зрив туману".

Якщо про "бавовні" майже всі знають, то з "туманом" ситуація дещо більш "спеціальна". Є безліч знімків, де літак, що летить (зазвичай це винищувач) як би "вискакує" з туманного конуса. Виглядає дуже ефектно:

Туман і відносять до "звуковому бар'єра". Мовляв, це на фотографії якраз відображений момент "подолання", а туман і є "той самий бар'єр".

Насправді ж, виникнення туману пов'язано лише з різким перепадом тиску, що супроводжує політ літака. В результаті аеродинамічних ефектів за елементами конструкції літака утворюються не тільки області підвищеного тиску, а й області розрідження повітря (виникають коливання тиску). Саме в цих областях розрідження (що протікає, фактично, без теплообміну з навколишнім середовищем, так як процес "дуже швидкий") і конденсується водяна пара. Причиною цього є різке падіння "локальної температури", що приводить до різкого зсуву так званої "точки роси".

Так що, якщо вологість повітря і температура підходять, то такий туман - викликаний інтенсивної конденсацією атмосферної вологи - супроводжує весь політ літака. І не обов'язково на надзвуковий швидкості. Наприклад, на фотографії нижче, бомбардувальник B-2, а це дозвуковій літак, супроводжується характерною серпанком:

Звичайно, так як фотографія фіксує одну мить польоту, то, в разі з надзвуковими літаками, створюється відчуття "вискакує" з туману винищувача. Особливо вираженого ефекту можна досягти при польоті на невеликих висотах над морем, так як в цьому випадку атмосфера зазвичай дуже волога.

Саме тому більшість "художніх" знімків надзвукового польоту зроблено з борту того чи іншого корабля, а відображені на знімках літаки палубної авіації.

(Використано фотографії US Navy News Service і US Air Force Press Service)

(Окреме дякую Ігорю Іванову за цінне зауваження з фізики освіти туману.)

()