Perete sonor

Bell X-1 , primul avion care a străpuns bariera sonoră în mișcare continuă. Rețineți aripile fără săgeți , absolut nepotrivite pentru mișcări supersonice.

Termenul de perete al sunetului , sau mai rar barieră a sunetului , indica dificultatea, pentru primele avioane echipate cu puterea necesară, dar cu aerodinamică inadecvată, pentru a atinge viteza sunetului de 331,2 metri pe secundă (1 192 km / h).

Descriere

Un avion al Marinei SUA „ F / A-18E / F Super Hornet ” care traversează bariera sunetului: remarcați singularitatea lui Prandtl-Glauert .

De fapt, efectele aerodinamice asupra suprafețelor unui avion variază considerabil pe măsură ce se apropie de viteza sunetului. Regimul de mișcare în aceste condiții se numește regim transonic sau flux .

Când un corp se mișcă în interiorul unui fluid, acesta comunică particulelor o serie de șocuri mecanice care, în combinație cu mișcarea moleculară medie a fluidului, provoacă perturbarea zonelor înconjurătoare. Viteza de propagare a acestor perturbări se numește viteza sunetului , care depinde de densitatea , presiunea , temperatura și alte caracteristici ale fluidului.

O perturbare este transmisă în toate direcțiile cu viteza sunetului: o comparație care este adesea indicată este cea a undelor de pe suprafața unui corp de apă atunci când o piatră este aruncată.

Dacă sursa perturbărilor se mișcă, perturbările vor tinde să se compacteze în direcția mișcării. Corpul poate urmări, atinge sau depăși aceste tulburări: în primul caz, numărul Mach , adică raportul dintre viteza corpului și viteza sunetului, va fi mai mic decât unul, așa cum se indică în figură și în acest caz vom vorbi de regim subsonic. În al doilea caz va fi aproape de unul și vom vorbi despre un regim transonic. În acest din urmă caz, numărul Mach va fi mai mare decât unul și corpul se va deplasa într-un regim supersonic.

Expresia „perete al sunetului” a fost adoptată în timpul celui de- al doilea război mondial când o serie de aeronave au început să experimenteze efectele zborului transonic, cum ar fi creșterea rezistenței , vibrațiile suprafețelor aerodinamice și inversarea comenzilor , în timpul scufundării manevre de bombardare . Avionul, în aceste condiții, a prezentat un comportament anormal ca o consecință a fenomenelor aerodinamice, care nu erau încă pe deplin înțelese în acel moment. Deoarece unele aeronave s-au distrus în aer ca și cum ar fi lovit un perete invizibil, a devenit o utilizare obișnuită într-un limbaj neștiințific pentru a descrie abordarea vitezei sunetului cu termenul „perete al sunetului”.

Numele a ieșit din uz comun în anii 1950, când avioanele au început să depășească viteza supersonică în condiții de zbor continuu.

Istorie

Ajutor

Depășirea filmului barieră sonoră ( fișier info )

Redați fișierul media

Imaginile istorice ale modelului Bell X-1 pilotat de Yeager la 14 octombrie 1947 au depășit viteza sunetului.

Biciul a fost probabil primul obiect creat de om capabil să se miște mai repede decât sunetul. Sfârșitul biciului sparge bariera sunetului și generează un pop uscat, care este un adevărat boom sonor . Multe tipuri de proiectile explodate de armele de foc se mișcă, de asemenea, cu viteză supersonică.

Probleme inițiale

Vârfurile elicelor multor aeronave pot depăși viteza sunetului creând un zumzet care devine caracteristic tipului de aeronavă. Acest fenomen a fost verificabil, de exemplu, pe Boeing Stearman și pe T-6 Texan din America de Nord, când a făcut viraje foarte strânse. Fenomenul nu a fost pozitiv, deoarece aerul împins cu viteze apropiate de cel al sunetului, creează turbulențe și unde de șoc care interferează cu fenomenele aerodinamice comune cu care elicele sunt studiate și optimizate. Ca o consecință a acestor anomalii, elicele pierd multă eficiență pe măsură ce viteza sunetului se apropie. În aceste condiții, se poate demonstra că puterea necesară pentru a îmbunătăți în continuare performanța aeronavei are ca rezultat o creștere a greutății motorului, astfel încât să readucă situația generală la punctul de plecare.

Această problemă a fost una dintre cele care au dus la cercetarea și dezvoltarea motorului cu reacție , inițial realizat de Frank Whittle și Hans von Ohain , care și-au dirijat studiile în mod specific pentru a găsi soluții pentru zborul de mare viteză.

În anii 1940 , înainte de timpul lor în dezvoltarea motoarelor cu reacție, unele avioane cu elice au putut să se apropie de viteza sunetului în timpul scufundării. Acest lucru a dus la numeroase accidente din mai multe motive. Acestea includ creșterile forțelor aerodinamice pe suprafețele de control care au dus la o creștere a dificultății în controlul aeronavei, până la punctul în care au existat unele impacturi cu solul în cazurile în care pilotul nu a putut aplica o forță suficientă asupra comenzilor pentru a opri. scufundarea . Mitsubishi Zero a creat o reputație negativă deosebită în rândul șoferilor săi în ceea ce privește acest comportament și multe încercări de a rezolva problema nu au făcut decât să o înrăutățească. În cazul Spitfire , aripile erau caracterizate printr-o rigiditate redusă la torsiune și atunci când eleronele erau acționate cu viteză mare, aripa avea tendința de a se flexa astfel încât să contracareze efectele, ducând la o stare cunoscută sub denumirea de „rulare inversă” (rola inversare ). Problema a fost rezolvată în modelele ulterioare prin modificarea aripilor. P-38 Lightning a suferit o interacțiune particulară și periculoasă între fluxul aerodinamic al aripilor și suprafețele cozii în timpul scufundărilor de mare viteză, ceea ce a făcut dificilă „flacără” pentru a evita impactul cu solul. Problema a fost rezolvată ulterior prin adăugarea unei suprafețe de control a clapetei de scufundare care a schimbat fluxul de aer în aceste condiții speciale. Vibrațiile create de undele de șoc aerodinamice care au fost create pe suprafețele curbate au reprezentat o altă problemă majoră, care, în cel mai faimos caz, a condus la accidentul din 1946 al de Havilland DH 108 Swallow și la moartea pilotului său Geoffrey de Havilland Jr.

Toate aceste fenomene, deși nu sunt legate între ele, au condus la crearea conceptului popular de „perete sonor”, ​​adică o barieră imaginară dificil sau poate imposibil de depășit, capabilă să distrugă aeronavele și să facă imposibilă călătoria mai repede decât sunetul.

Cu toate acestea, există unii piloți care susțin că au depășit bariera sunetului în timpul celui de-al doilea război mondial . Hans Guido Mutke a susținut că a depășit viteza sunetului la 9 aprilie 1945 cu un Messerschmitt Me 262 echipat cu motoare cu reacție. Experții tind să nu considere această afirmație ca fiind veridică, deoarece structura Me 262 nu este considerată capabilă să reziste la viteze transonice și, prin urmare, episodul este considerat fără bază științifică. ^[1] Conturi similare descrise cu Spitfires și alte avioane cu elice sunt și mai puțin probabil. Abia în timpurile mai moderne s-a înțeles mai bine fenomenul care afectează tuburile Pitot utilizate pentru măsurarea vitezei aerului și care oferă măsurători inexacte în regiunea vitezei transonice datorită undelor de șoc care interferează cu tubul sau cu prinderea statică. Acest fenomen este acum denumit în continuare „ Mach salt “. ^[2]

Încercări de a depăși bariera sunetului

Jackie Cochran în Canadair F-86 (cu care a trecut bariera sunetului) vorbind cu Charles Elwood Yeager

În 1942 , Ministerul Aerian al Regatului Unit a început un proiect secret cu Miles Aircraft pentru a dezvolta primul avion din lume capabil să depășească viteza sunetului. Proiectul a constat în studiul și construcția unui avion cu reacție: Miles M.52 , capabil să atingă 1.600 de kilometri pe oră (440 m / s) la o altitudine de 36.000 de picioare (11.000 m) în 1 minut și 30 de secunde .

Design -ul de aeronave introdus mai multe inovații, utilizate încă în avioane supersonice moderne, dintre care cel mai important a fost adoptarea stabilizatorilor orizontale , cu o suprafață complet mobilă, capabilă să asigure o capacitate de control mai mare pentru a contracara tendința de a -și asuma o atitudine. Bătut ( Mach Tuck ) care altfel s-ar produce în zbor supersonic.

În perioada imediat postbelică, informațiile obținute din studiile germane au condus la adoptarea unor tehnici suplimentare utile pentru reducerea rezistenței aerodinamice, cum ar fi aripa măturată . Sir Ben Lockspeiser , directorul institutului de cercetare britanic Scientific Research , a decis să anuleze proiectul în urma noilor informații câștigate. Experimentele ulterioare cu un model la scară 3/10 al proiectului Miles.52 au arătat că aeronava era capabilă să străpungă bariera sonoră. De fapt, în octombrie 1948 a fost atinsă o viteză de Mach 1,5.

Folosind un avion rachetă Bell XS-1 , pilotul Charles "Chuck" Yeager a devenit primul om care a zburat mai repede decât sunetul în zbor la nivel pe 14 octombrie 1947, zburând la o înălțime de 13,7 kilometri (45.000 ft). Cu o mare surpriză, au fost auzite două hohote fulgerătoare botezate rapid boom sonor și asociate într-un limbaj neștiințific cu „ruperea barierei sonore”.

George Welch a făcut un raport plauzibil (dar niciodată verificat oficial) în care a raportat ruperea barierei sonore la 1 octombrie 1947 în timp ce zbura cu un Saber XP-86 . El a susținut, de asemenea, că și-a repetat zborul supersonic pe 14 octombrie 1947, cu 30 de minute înainte ca Yeager să rupă bariera sonoră cu Bell X-1.

Bariera fonică a fost încălcată pentru prima dată în condiții controlate de un vehicul terestru în 1948 fără pasageri. A fost un vehicul de testare cu rachetă la baza aeriană Muroc (acum Edwards AFB ) din California . Racheta a generat 26,7 kN (6000 lbs ) de forță și a permis în cursul diferitelor încercări să atingă viteze de până la 1531 km / h (957 mph ). ^[3]

Jackie Cochran a fost prima femeie care a rupt bariera sunetului pe 18 mai 1953 într-un Canadair Sabre cu Charles Elwood Yeager ca partener de antrenament.

La 15 octombrie 1997, pilotul Andy Green a devenit prima persoană care a străpuns bariera sonoră într-un vehicul terestru. Vehiculul proiectat și construit de o echipă condusă de Richard Noble s-a numit ThrustSSC ( Super Sonic Car ).

La 14 octombrie 2012, parașutistul Felix Baumgartner a fost prima persoană care a dărâmat bariera sonoră cu propriul corp, lansându-se de la o înălțime de 39 045 m atingând o viteză record de 1 342,8 km / h (834,4 mph) egală cu Mach 1,24. Echipa sa în acest proiect a fost Red Bull Stratos .

Avioane de pasageri

În plus față de Concorde și Tu-144 proiectate în acest scop, alte aeronave de pasageri au putut anterior să atingă viteze supersonice. La 21 august 1961, un Douglas DC-8 a rupt bariera sonoră la Mach 1.012 - 1.060 kilometri pe oră (660 mph) în timp ce naviga la 12 524 metri (41 089 ft). Aeronava a reușit să obțină rezultatul datorită dezvoltării unei margini de front complet reproiectate în ceea ce privește aripile. ^[4] Compania Boeing a raportat că 747-ul său a spart bariera sonoră în timpul unui test de certificare. Un zbor China Airlines , zborul 006, a străpuns bariera sunetului în timpul unei scufundări de la 12.500 metri (41.000 ft) la 2.900 metri (9.500 ft) pe 19 februarie 1985. Avionul a atins tensiuni de peste 5 g . ^[5]

Notă

Elemente conexe

• explozie sonica
• Singularitatea Prandtl-Glauert
• Regim supersonic
• Numărul Mach
• Număr Mach critic
• Viteza sunetului

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe peretele sonor

linkuri externe

• ( EN ) Mark S. Cramer, Sonic Boom, Sound Barrier și Condensation Clouds - Introducere , pe fluidmech.net , Cambridge University Press (arhivat din original la 17 februarie 2005) .
• ( EN ) Carl Rod Nave, Breaking the Sound Barrier with a Aircraft , pe hyperphysics.phy-astr.gsu.edu . Adus la 11 ianuarie 2020 (Arhivat din original la 18 septembrie 2019) .
• Un videoclip al Concorde, luat de jos, pe măsură ce ajunge la Mach 1 la intersecția TESGO ( WMV ), pe bakerlite.co.uk (arhivat din original la 14 octombrie 2005) . ^[1]

Portalul aviației

Portalul de fizică

Portal de inginerie