Bariera dźwięku

 Naddźwiękowy opływ profilu hipersonicznego

Naddźwiękowy opływ profilu hipersonicznego


?.bariera dźwięku pojawia się podczas przekraczania przez samoloty prędkości rozchodzenia się dźwięku w atmosferze. Prędkość ta równa jest na poziomie morza ok. 340 m/s (w przybliżeniu 1220 km/h) i maleje wraz z wysokością. Każde ciało poruszające się w powietrzu wywiera nacisk na cząsteczki gazu i spręża je. Powstałe zagęszczenia rozchodzą się w powietrzu z prędkością około 1200 km/h, czyli z prędkością dźwięku.
Dopóki nie przekracza prędkości 750 km/h nic się nietypowego nie dzieje, bo wspomniane wcześniej zagęszczenia niejako ?uciekają? przed samolotem, poruszając się od niego szybciej. Powietrze zachowuje się jak ośrodek nieściśliwy. Jego strugi ślizgają się łagodnie po powierzchni samolotu. Dzięki temu opór czołowy samolotu utrzymuje się na stałym, niezbyt wysokim poziomie.
Jednak gdy samolot zbliża się do prędkości dźwięku, zagęszczenia nie mogą ?uciekać?. Coraz silniej daje się odczuć ściśliwość powietrza. Towarzyszy temu gwałtowny wzrost oporu czołowego samolotu. Jego największa wartość, kilkakrotnie wyższa od normalnej, występuje przy prędkości równej prędkości dźwięku. Samolot napotyka wówczas przeszkodę w postaci pewnego rodzaju ?ściany? zagęszczonego powietrza, nazwanej w 1936 roku, przez W. F. Hiltona ? barierą dźwięku. Bariera dźwięku to cały zespół zjawisk (m.in. wzrost oporu aerodynamicznego, spadek siły nośnej, oddziaływanie na kadłub i skrzydła samolotu fal uderzeniowych, zaburzenia strumienia powietrza opływającego i powstawanie gwałtownych drgań, pogorszenie stabilności i sterowności) występujących przy przekraczaniu przez powietrzny prędkości rozchodzenia się dźwięku w atmosferze; prędkość ta równa jest na poziomie morza ok. 340 m/s (w przybliżeniu 1220 km/godz.) i maleje wraz z wysokością. Pokonanie bariery dźwięku stało się możliwe dopiero dzięki zastosowaniu silników odrzutowych. Silniki odrzutowe pozbawione są śmigła, którego wydajność spada przy bardzo dużych prędkościach samolotu. Przy swej prostocie, lekkości i zasadzie działania silniki odrzutowe pozwalają rozwinąć moce niedostępne dla silników tłokowo-śmigłowych, a niezbędne do przezwyciężenia zwiększonego oporu czołowego samolotu, jaki towarzyszy prędkościom zbliżonym do prędkości dźwięku.
Jako pierwszy przekroczył barierę dźwięku w sposób kontrolowany w locie poziomym eksperymentalny samolot amerykański Bell X-1. Samoloty serii X były projektami tajnymi. Samolot napędzany silnikiem rakietowym został wyniesiony na pułap testowy przez bombowiec B-29 Superfortress. Lądowanie odbyło się w bazie lotniczej Muroc (obecnie Edwards) w Kalifornii.
Osiągnięta prędkość wyniosła 1126 km/h (1,06 Macha) na pułapie 13 115 metrów. Liczba Macha jest to prędkość obiektu poruszającego się w powietrzu, mierzona w jednostkach prędkości dźwięku w tymże powietrzu. Czyli prędkość Macha równa 1 oznacza, że obiekt – w tym przypadku samolot – porusza się z prędkością równą prędkości dźwięku. Jeżeli 2 – no to dwa razy szybciej niż prędkość dźwięku. Ponieważ ?liczba Macha? jest to stosunek dwóch wartości o tych samych wymiarach, jest ona liczbą bezwymiarową. Prędkość odpowiadająca M=1 zależna jest od temperatury (np. w temperaturze 15 °C jej wartość wynosi 1225 km/h), gdyż prędkość dźwięku rośnie wraz ze wzrostem temperatury – proporcjonalnie do pierwiastka z wartości temperatury bezwzględnej.
Niemiecki pilot Hans Guido Mutke twierdził, że jako pierwszy przekroczył barierę dźwięku 9 kwietnia 1945 roku na samolocie Messerschmitt Me 262, jednak nie zostało to udowodnione. Również George Welch, pilot testowy samolotu XP-86, twierdził, że 1 października 1947 roku, zaledwie 2 tygodnie przed Yeagerem przekroczył barierę dźwięku w płytkim locie nurkowym.
Podobno pojęcie ?bariery dźwięku? jest wymysłem dziennikarskim. Podobno notatka o barierze dźwięku znalazła się w notatniku dziennikarza, któremu brytyjski inżynier lotniczy W. F. Hilton pokazał wykres ukazujący zdecydowany szczyt współczynnika oporu Cx, jaki napotyka samolot w zakresie prędkości w pobliżu prędkości dźwięku.

Tagi: , , , , , ,

Podobne