Что чувствует пилот сверхзвукового

Почему при преодолении звукового барьера слышится хлопок?

Наверняка многим приходилось слышать о таинственном звуковом барьере, который преодолевают истребители и бомбардировщики, а также сверхзвуковые ракеты. Что это за барьер, можно ли его увидеть визуально и что является причиной громкого взрывоподобного звука?

Что такое звуковой барьер?

Звуковой барьер в области аэродинамики – это технические трудности, которые возникают в результате явлений, связанных с передвижением летательного аппарата на скорости равной либо превышающей скорость звука.

Нужно понимать, что это не реальное препятствие, которое должен преодолеть самолет, будто какую-то невидимую стену, а больше абстрактное понятие. Оно возникло в то время, когда в авиации лишь задумывались о летательных аппаратах, которые могут перемещаться на высокой скорости – сверхзвуковой. Многие даже настаивали на недостижимости подобных результатов.

Что такое скорость звука?

Скорость звука – это скорость, с которой распространяются упругие волны в определенной среде. Данный показатель меняется в зависимости от среды. Например, скорость звука в воздухе – 331 м/с или 1191,6 км/ч.

Преодоление скорости звука

Как же происходит преодоление звукового барьера? Самолет взлетает и постепенно разгоняется все сильнее. Его обтекает сверхзвуковой воздушный поток, в результате чего в носовой части образуется ударная волна. Их может быть и несколько – в зависимости от формы летательного аппарата.

Схема образования ударной волны

В данной области давление и плотность воздушной среды резко повышается. В момент, когда самолет превышает скорость звука, он проходит через эту область и возникает звук громкого хлопка, который похож на выстрел. Пилот в кабине никаких звуков не слышит – о преодолении звукового барьера он узнает только по специальным датчикам. Также ощутимы изменения в плане управления самолетом.

Громкий взрывоподобный хлопок – это звуковой удар. Его можно услышать, стоя на поверхности земли, когда самолет летит на сверхзвуковой скорости неподалеку. Ударные волны, которые он образует, визуально можно представить в виде конуса, сопровождающего летательный аппарат. Вершина конуса располагается в носовой части. Волны распространяются от нее на большие расстояния.

Слух человека, стоящего на земле, улавливает границы данного воображаемого конуса. Резкий скачок давления воспринимается как взрывообразный хлопок. С момента преодоления барьера звуковой удар постоянно сопровождает самолет. Однако хлопок будет слышно каждый раз, когда он пролетает над фиксированной точкой поверхности.

Так как самолет движется быстрее звука, сперва наблюдатель услышит хлопок и только после этого шум двигателя.

Проблемы сверхзвукового полета

Как бы ни разгонялся обычный самолет, он не сможет длительное время лететь на сверхзвуковой скорости. Дозвуковые самолеты отличаются более плавными и округленными формами. А при полете на сверхзвуковой скорости возникают иные аэродинамические условия.

Резко увеличивается сопротивление воздуха, корпус самолета нагревается из-за трения. В результате обычный самолет потеряет стабильное управление и может начать разрушаться прямо в воздухе.

Активно развиваться сверхзвуковая авиация начала в 50-60-х годах. Первым сверхзвуковым самолетом, который выпускался серийно, стал истребитель North American F-100 Super Sabre. Данная модель впервые совершила полет в 1953 году.

Создавались и пассажирские сверхзвуковые самолеты, которые выполняли регулярные рейсы. Но их было всего 2: советский Ту-144 и англо-французский Concorde.

Преимущество таких самолетов – это преодоление больших расстояний за короткий промежуток времени. Также сверхзвуковой самолет перемещается на большей высоте по сравнению с обычными. Соответственно, воздушное пространство не загружено. Но от их использования вскоре отказались из-за нескольких недостатков:

• ударная волна;
• большой расход топлива;
• сложность эксплуатации;
• шум над аэродромом.

Громкий хлопок – это резкий скачок давления перед самолетом, образующийся в момент, когда самолет начинает двигаться со сверхзвуковой скоростью (преодолевает звуковой барьер). Ударная волна, возникающая перед самолетом, распространяется конусообразно. Человек, наблюдающий за полетом самолета, слышит хлопок, когда эта волна достигает его, и только после этого можно услышать работу двигателя. Ударная волна постоянно сопровождает самолет на сверхзвуковой скорости. Однако хлопки будет слышно лишь во время прохождения самолета в определенной точке – поблизости с наблюдателем.

Интересное видео о преодолении звукового барьера

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Что чувствует пилот сверхзвукового

Такемусу Айкидо России запись закреплена

Пилоты испытатели сверхзвуковых самолётов рассказывали о том,
что прежде чем перейти в сверхзвуковой режим, самолёт
испытывает реальную «болтанку», которая сопряжена с огромными
перегрузками и раньше, до преодоления сверхзвукового барьера,
пилоты реально боялись этой трясучки (тем более что и самолёты
похуже были) и сбрасывали скорость в этот момент перегрузки.
Это состояние перегрузки и болтанки на их сленге называется
флаттер.

И вот однажды один лётчик испытатель в момент флаттера, вместо
того, чтобы сбросить педаль газа, наоборот утопил её до конца.
Самолёт прошёл через безумную перегрузку. но в
какой-то момент сверхзвуковой барьер был преодолён. Черта
страха и напряжения была преодолена и пошла сверхзвуковая
скорость, самолет вышел на показатели, для которых он и создан.
Скорость при которой ты НАД обстоятельствами. ) ты спокоен и
уверен. ты реально летишь к цели!

Как вы поняли, это метафора из реальной жизни. У каждого из нас
есть свой барьер флаттера, когда нас трясёт и мы испытываем
перегрузки. И каждый из нас в такие моменты стоит перед выбором
— сбросить газ или утопить педаль до конца. Разум и прошлый
опыт часто говорит нам — сбрось газ. ты надорвёшься! Сбрось
скорость, это никому не нужно. сбрось газ, другие же живут проще и
спокойней.

Говорят, что после того, как кто-то переживёт полёт на
сверхзвуковой скорости, он уже никогда не будет довольствоваться
спокойным полётом.

Источник

Почему при пролете сверхзвукового самолета мы слышим хлопок?

Те немногие счастливчики, которым довелось постоять под пролетающим над ними самолетом, развившим сверхзвуковую скорость, описывают свои впечатления как резкий хлопок, звуковой удар. Между тем, если мы будем стоять под пролетающим гражданским лайнером, никакого хлопка мы не услышим. Почему так происходит?

Всё дело в том, что сверхзвуковая скорость сильно меняет свойства обтекающего самолет воздушного потока. Именно из-за этого разработка первых сверхзвуковых летательных аппаратов была серьезно затруднена: обычные самолеты не могут находится в воздухе в стабильном полете при сверхзвуке.

Давайте посмотрим на картинку. Когда самолет движется со сверхзвуковой скоростью, он создает вокруг себя ударные звуковые волны, расходящиеся во все стороны. Эти волны можно представить в виде конуса, вершиной которого служит сам самолет. Такой конус называется конусом Маха. Примерно также на поверхности воды плывущий корабль оставляет за собой кильватерную струю.

Этот воздушный конус ослабевает с расстоянием, и если сверхзвуковой самолет летит на достаточно большой высоте, то мы вообще ничего не услышим.

Но если самолет пролетает над вами достаточно низко, то происходит следующее. Когда самолет находится над вашей головой, вы ничего не услышите. Но как только воображаемый конус звуковой ударной волны достигнет ваших ушей, вы почувствуете хлопок. Этот хлопок – результат резкого, практически мгновенного изменения воздушного давления, граница которого соответствует границе конуса. После хлопка мы окажемся в конусе, но никакого хлопка уже не будет.

Так что хлопок – это непосредственно момент пересечения нашими ушами границы условного конуса ударной волны.

Этот невидимый конус сопровождает самолет в сверхзвуковом полете все время. Если мы представим, что такой самолет начнет кружится над нами, то каждый раз при пролете над головой мы вначале ничего не услышим, а потом, спустя некоторое время (определяемое скоростью звука и расстоянием до самолета) будем слышать резкий хлопок.

Кстати, говоря, звуковой удар при пролете сверхзвукового самолета может быть достаточно сильным. Например, при пролете на высоте до 500 метров стратегического бомбардировщика Ту-160 , имеющего огромную массу, в домах останутся выбитые стекла, а люди могут не устоять на ногах и даже получить контузию.

P.S. Друзья, на верхней картинке изображен не пролет звукового барьера, а эффект Прандтля — Глоерта (конденсация атмосферной влаги) — просто для красоты и для обложки статьи. Пролет сверхзвукового барьера, к сожалению, визуальных проявлений не обнаруживает ))

Если тебе понравится статья, жми палец вверх! Тебе не сложно, а нам приятно!

Подписывайся на канал, расскажи о нем в соцсетях, а уж мы постараемся не ударить в грязь лицом )

Источник

dxdt.ru: занимательный интернет-журнал

Книги: «Создание сайтов» — «Доменные войны». Защита информации: техническое описание TLS, тестовый сервер TLS 1.3. Ресурсы: LaTeX

Звуковой барьер и сверхзвуковой полёт

Републикую свой старый текст на тему “звукового барьера”:

Оказывается, одним из широко распространённых околоавиационных заблуждений является так называемый “звуковой барьер”, который “преодолевают” самолёты.

Даже больше: со сверхзвуковым полётом связан целый букет заблуждений. Как же обстоит дело в реальности? (Рассказ с фотографиями.)

Заблуждение первое: “хлопок”, якобы сопровождающий “преодоление звукового барьера” (ранее, ответ на этот вопрос опубликован на сайте “Элементы”).

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.

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.

А “звуковым барьером” в аэродинамике называют резкий скачок воздушного сопротивления, возникающий при достижении самолетом некоторой пограничной скорости, близкой к скорости звука. При достижении этой скорости характер обтекания самолета воздушным потоком меняется кардинальным образом, что в свое время сильно затрудняло достижение сверхзвуковых скоростей. Обычный, дозвуковой, самолет не способен устойчиво лететь быстрее звука, как бы его ни разгоняли, – он просто потеряет управление и развалится.

Для преодоления звукового барьера ученым пришлось разработать крыло со специальным аэродинамическим профилем и придумать другие ухищрения. Интересно, что пилот современного сверхзвукового самолета хорошо чувствует “преодоление” своим летательным аппаратом звукового барьера: при переходе на сверхзвуковое обтекание ощущается “аэродинамический удар” и характерные “скачки” в управляемости. Вот только с “хлопками” на земле эти процессы напрямую не связаны.

Заблуждение второе: “срыв тумана”.

Если о “хлопке” почти все знают, то с “туманом” ситуация несколько более “специальная”. Есть множество снимков, где летящий самолёт (обычно это истребитель) как бы “выскакивает” из туманного конуса. Смотрится очень эффектно:

Туман и относят к “звуковому барьеру”. Мол, это на фотографии как раз запечатлён момент “преодоления”, а туман и есть “тот самый барьер”.

На самом же деле, возникновение тумана связано лишь с резким перепадом давления, сопровождающим полёт самолёта. В результате аэродинамических эффектов за элементами конструкции самолёта образуются не только области повышенного давления, но и области разрежения воздуха (возникают колебания давления). Именно в этих областях разрежения (протекающего, фактически, без теплообмена с окружающей средой, так как процесс “очень быстрый”) и конденсируется водяной пар. Причиной этому служит резкое падение “локальной температуры”, приводящее к резкому смещению так называемой “точки росы”.

Так что, если влажность воздуха и температура подходят, то такой туман – вызванный интенсивной конденсацией атмосферной влаги – сопровождает весь полёт самолёта. И не обязательно на сверхзвуковой скорости. Например, на фотографии ниже, бомбардировщик B-2, а это дозвуковой самолёт, сопровождается характерной дымкой:

Конечно, так как фотография фиксирует один миг полёта, то, в случае со сверхзвуковыми самолётами, создаётся ощущение “выскакивающего” из тумана истребителя. Особенно выраженного эффекта можно достичь при полёте на небольших высотах над морем, так как в этом случае атмосфера обычно очень влажная.

Именно поэтому большинство “художественных” снимков сверхзвукового полёта сделано с борта того или иного корабля, а запечатлены на снимках самолёты палубной авиации.

(Использованы фотографии U.S. Navy News Service и U.S. Air Force Press Service)

(Отдельное спасибо Игорю Иванову за ценное замечание по физике образования тумана.)

Источник