Τι σκεφτόμαστε όταν ακούμε την έκφραση "ηχητικό φράγμα"; Ένα ορισμένο όριο και φραγμό, η υπέρβαση του οποίου μπορεί να επηρεάσει σοβαρά την ακοή και την ευεξία. Συνήθως, το ηχητικό φράγμα συνδέεται με την κατάκτηση του εναέριου χώρου και το επάγγελμα του πιλότου.
Η υπέρβαση αυτού του φραγμού μπορεί να προκαλέσει την ανάπτυξη χρόνιων ασθενειών, συνδρόμων πόνου και αλλεργικών αντιδράσεων. Είναι σωστές αυτές οι αντιλήψεις ή είναι στερεότυπα; Έχουν τεκμηριωμένη βάση; Τι είναι το ηχητικό φράγμα; Πώς και γιατί εμφανίζεται; Όλα αυτά και ορισμένες πρόσθετες αποχρώσεις, καθώς και ιστορικά γεγονότα που σχετίζονται με αυτήν την έννοια, θα προσπαθήσουμε να τα μάθουμε σε αυτό το άρθρο.
Αυτή η μυστηριώδης επιστήμη είναι η αεροδυναμική
Στην επιστήμη της αεροδυναμικής, που έχει σχεδιαστεί για να εξηγεί τα φαινόμενα που συνοδεύουν την κίνηση ενός
αεροσκάφους, υπάρχει η έννοια του "ηχητικού φράγματος". Αυτή είναι μια σειράφαινόμενα που συμβαίνουν κατά την κίνηση υπερηχητικών αεροσκαφών ή βλημάτων που κινούνται με ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του ήχου ή μεγαλύτερες.
Τι είναι το ωστικό κύμα;
Κατά τη διάρκεια της υπερηχητικής ροής γύρω από τη συσκευή, εμφανίζεται ένα ωστικό κύμα στη σήραγγα ανέμου. Τα ίχνη του φαίνονται ακόμη και με γυμνό μάτι. Στο έδαφος σημειώνονται με κίτρινη γραμμή. Έξω από τον κώνο του κρουστικού κύματος, μπροστά από την κίτρινη γραμμή, στο έδαφος, το αεροπλάνο δεν ακούγεται καν. Με ταχύτητα που υπερβαίνει τον ήχο, τα σώματα υπόκεινται σε μια ροή γύρω από το ηχητικό ρεύμα, η οποία συνεπάγεται ένα ωστικό κύμα. Μπορεί να υπάρχουν περισσότερα από ένα, ανάλογα με το σχήμα του σώματος.
Μετασχηματισμός κρουστικού κύματος
Το μπροστινό μέρος του κρουστικού κύματος, το οποίο μερικές φορές ονομάζεται κρουστικό κύμα, έχει ένα μάλλον μικρό πάχος, το οποίο ωστόσο καθιστά δυνατό τον εντοπισμό των απότομων αλλαγών στις ιδιότητες της ροής, μια μείωση της ταχύτητάς του σε σχέση με το σώμα και αντίστοιχη αύξηση της πίεσης και της θερμοκρασίας του αερίου στη ροή. Στην περίπτωση αυτή, η κινητική ενέργεια μετατρέπεται εν μέρει στην εσωτερική ενέργεια του αερίου. Ο αριθμός αυτών των αλλαγών εξαρτάται άμεσα από την ταχύτητα της υπερηχητικής ροής. Καθώς το κρουστικό κύμα απομακρύνεται από τη συσκευή, οι πτώσεις πίεσης μειώνονται και το κρουστικό κύμα μετατρέπεται σε ήχο. Μπορεί να φτάσει σε έναν εξωτερικό παρατηρητή που θα ακούσει έναν χαρακτηριστικό ήχο που μοιάζει με έκρηξη. Υπάρχει η άποψη ότι αυτό δείχνει ότι η συσκευή έχει φτάσει την ταχύτητα του ήχου, όταν το ηχητικό φράγμα έχει μείνει πίσω από το αεροπλάνο.
Τι πραγματικά συμβαίνει;
Η λεγόμενη στιγμήΤο ξεπέρασμα του ηχητικού φράγματος στην πράξη είναι το πέρασμα ενός ωστικού κύματος με ένα αυξανόμενο βουητό κινητήρων αεροσκαφών. Τώρα η μονάδα είναι μπροστά από τον συνοδευτικό ήχο, έτσι το βουητό του κινητήρα θα ακουστεί μετά από αυτό. Η προσέγγιση της ταχύτητας του αεροσκάφους στην ταχύτητα του ήχου έγινε δυνατή κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, αλλά ταυτόχρονα, οι πιλότοι σημείωσαν σήματα συναγερμού στη λειτουργία των αεροσκαφών.
Μετά το τέλος του πολέμου, πολλοί σχεδιαστές αεροσκαφών και πιλότοι προσπάθησαν να φτάσουν την ταχύτητα του ήχου και να σπάσουν το φράγμα του ήχου, αλλά πολλές από αυτές τις προσπάθειες έληξαν τραγικά. Οι απαισιόδοξοι επιστήμονες υποστήριξαν ότι αυτό το όριο δεν μπορούσε να ξεπεραστεί. Σε καμία περίπτωση πειραματικά, αλλά επιστημονικά, ήταν δυνατό να εξηγηθεί η φύση της έννοιας του «ηχητικού φραγμού» και να βρεθούν τρόποι να το ξεπεράσουμε.
Συστάσεις για ασφαλή πτήση
Ασφαλείς πτήσεις σε υπερηχητικές και υπερηχητικές ταχύτητες είναι δυνατές εάν αποφευχθεί μια κυματική κρίση, η εμφάνιση της οποίας εξαρτάται από τις αεροδυναμικές παραμέτρους του αεροσκάφους και το ύψος της πτήσης. Οι μεταβάσεις από το ένα επίπεδο ταχύτητας στο άλλο θα πρέπει να πραγματοποιούνται όσο το δυνατόν γρηγορότερα χρησιμοποιώντας μετακαυστήρα, ο οποίος θα βοηθήσει στην αποφυγή μιας μεγάλης πτήσης στη ζώνη κρίσης κυμάτων. Η κυματική κρίση ως έννοια προήλθε από τις θαλάσσιες μεταφορές. Προέκυψε τη στιγμή της κίνησης των πλοίων με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα των κυμάτων στην επιφάνεια του νερού. Η είσοδος σε μια κρίση κυμάτων συνεπάγεται τη δυσκολία αύξησης της ταχύτητας και εάν είναι όσο το δυνατόν πιο απλό να ξεπεραστεί η κρίση κυμάτων, τότε μπορείτε να φτάσετελειτουργία πλανίσματος ή ολίσθησης στην επιφάνεια του νερού.
Ιστορία στον έλεγχο αεροσκαφών
Ο πρώτος άνθρωπος που πέτυχε υπερηχητική ταχύτητα πτήσης σε πειραματικό αεροσκάφος είναι ο Αμερικανός πιλότος Chuck Yeager. Το επίτευγμά του σημειώνεται στην ιστορία στις 14 Οκτωβρίου 1947. Στο έδαφος της ΕΣΣΔ, το ηχητικό φράγμα ξεπεράστηκε στις 26 Δεκεμβρίου 1948 από τους Sokolovsky και Fedorov, οι οποίοι πέταξαν ένα έμπειρο μαχητικό.
Από τα πολιτικά αεροσκάφη, το επιβατικό σκάφος Douglas DC-8 ήταν το πρώτο που έσπασε το φράγμα του ήχου, το οποίο στις 21 Αυγούστου 1961 έφτασε σε ταχύτητα 1,012 Mach, ή 1262 km/h. Η αποστολή ήταν να συλλέξει δεδομένα για το σχεδιασμό πτερυγίων. Μεταξύ των αεροσκαφών, το παγκόσμιο ρεκόρ σημειώθηκε από έναν υπερηχητικό αεροβαλλιστικό πύραυλο αέρος-εδάφους, ο οποίος βρίσκεται σε υπηρεσία με τον ρωσικό στρατό. Σε υψόμετρο 31,2 χιλιομέτρων, ο πύραυλος έφτασε σε ταχύτητα 6389 χλμ./ώρα.
50 χρόνια αφότου έσπασε το φράγμα του ήχου στον αέρα, ο Άγγλος Andy Green έκανε ένα παρόμοιο επίτευγμα σε ένα αυτοκίνητο. Σε ελεύθερη πτώση προσπάθησε να σπάσει το ρεκόρ ο Αμερικανός Τζο Κίτινγκερ, ο οποίος κατέκτησε ύψος 31,5 χιλιομέτρων. Σήμερα, στις 14 Οκτωβρίου 2012, ο Felix Baumgartner έκανε παγκόσμιο ρεκόρ, χωρίς τη βοήθεια οχήματος, σε ελεύθερη πτώση από ύψος 39 χιλιομέτρων, σπάζοντας το φράγμα του ήχου. Την ίδια στιγμή, η ταχύτητά του έφτασε τα 1342,8 χιλιόμετρα την ώρα.
Το πιο ασυνήθιστο σπάσιμο του ηχητικού φράγματος
Παράξενη σκέψη, αλλά η πρώτη εφεύρεση στον κόσμο,ξεπερνώντας αυτό το όριο, ήταν το συνηθισμένο μαστίγιο, το οποίο εφευρέθηκε από τους αρχαίους Κινέζους σχεδόν πριν από 7 χιλιάδες χρόνια. Σχεδόν μέχρι την εφεύρεση της στιγμιαίας φωτογραφίας το 1927, κανείς δεν υποψιαζόταν ότι η ρωγμή ενός μαστίγιου ήταν μια μινιατούρα ηχητική έκρηξη. Μια απότομη αιώρηση σχηματίζει έναν βρόχο και η ταχύτητα αυξάνεται απότομα, γεγονός που επιβεβαιώνει το κλικ. Το φράγμα του ήχου ξεπερνιέται με ταχύτητα περίπου 1200 km/h.
Το μυστήριο της πιο θορυβώδους πόλης
Δεν είναι περίεργο που οι κάτοικοι των μικρών πόλεων συγκλονίζονται όταν βλέπουν την πρωτεύουσα για πρώτη φορά. Η αφθονία των συγκοινωνιών, τα εκατοντάδες εστιατόρια και τα κέντρα διασκέδασης μπερδεύουν και αναστατώνουν. Η αρχή της άνοιξης στην πρωτεύουσα συνήθως χρονολογείται από τον Απρίλιο, όχι την επαναστατική χιονοθύελλα Μαρτίου. Τον Απρίλιο, ο ουρανός είναι καθαρός, ρυάκια τρέχουν και μπουμπούκια ανοίγουν. Οι άνθρωποι, κουρασμένοι από τον μακρύ χειμώνα, ανοίγουν διάπλατα τα παράθυρά τους προς τον ήλιο και ο θόρυβος των δρόμων ξεσπάει στα σπίτια. Τα πουλιά κελαηδούν εκκωφαντικά στο δρόμο, οι καλλιτέχνες τραγουδούν, οι χαρούμενοι μαθητές απαγγέλλουν ποιήματα, για να μην αναφέρουμε τον θόρυβο στο μποτιλιάρισμα και το μετρό. Οι υπάλληλοι των τμημάτων υγιεινής σημειώνουν ότι είναι ανθυγιεινό να μένεις σε μια πολύβουη πόλη για μεγάλο χρονικό διάστημα. Το ηχητικό υπόβαθρο της πρωτεύουσας αποτελείται από μεταφορές, αέρα, βιομηχανικούς και οικιακούς θορύβους. Το πιο επιβλαβές είναι μόνο ο θόρυβος του αυτοκινήτου, καθώς τα αεροπλάνα πετούν αρκετά ψηλά και ο θόρυβος από τις επιχειρήσεις διαλύεται στα κτίριά τους. Το συνεχές βουητό των αυτοκινήτων σε ιδιαίτερα πολυσύχναστους αυτοκινητόδρομους υπερβαίνει όλες τις επιτρεπόμενες νόρμες δύο φορές. Πώς ξεπερνιέται το ηχητικό φράγμα στην πρωτεύουσα; Η Μόσχα είναι επικίνδυνη λόγω της αφθονίας των ήχων, γι' αυτό οι κάτοικοι της πρωτεύουσας εγκαθιστούν παράθυρα με διπλά τζάμια για να καταπνίξουν τον θόρυβο.
Πώς γίνεται η παραβίαση του ηχητικού φράγματος;
Μέχρι το 1947, δεν υπήρχαν πραγματικά δεδομένα για την ευημερία ενός ατόμου στο πιλοτήριο ενός αεροσκάφους που πετάει ταχύτερα από τον ήχο. Όπως αποδείχθηκε, το σπάσιμο του ηχητικού φράγματος απαιτεί κάποια δύναμη και θάρρος. Κατά τη διάρκεια της πτήσης γίνεται σαφές ότι δεν υπάρχουν εγγυήσεις επιβίωσης. Ακόμη και ένας επαγγελματίας πιλότος δεν μπορεί να πει με βεβαιότητα εάν ο σχεδιασμός του αεροσκάφους θα αντέξει την επίθεση των στοιχείων. Μέσα σε λίγα λεπτά, το αεροπλάνο μπορεί απλά να καταρρεύσει. Τι εξηγεί αυτό; Πρέπει να σημειωθεί ότι η κίνηση με υποηχητική ταχύτητα δημιουργεί ακουστικά κύματα που σκορπίζονται σαν κύκλοι από μια πεσμένη πέτρα. Η υπερηχητική ταχύτητα διεγείρει τα κρουστικά κύματα και ένα άτομο που στέκεται στο έδαφος ακούει έναν ήχο παρόμοιο με έκρηξη. Χωρίς ισχυρούς υπολογιστές, ήταν δύσκολο να λυθούν σύνθετες διαφορικές εξισώσεις και έπρεπε να βασιστεί κανείς σε μοντέλα φυσήματος σε αεροσήραγγα. Μερικές φορές, με ανεπαρκή επιτάχυνση του αεροσκάφους, το ωστικό κύμα φτάνει σε τέτοια ένταση που τα παράθυρα πετάνε έξω από τα σπίτια πάνω από τα οποία πετά το αεροσκάφος. Δεν θα μπορέσουν όλοι να ξεπεράσουν το ηχητικό φράγμα, επειδή αυτή τη στιγμή ολόκληρη η δομή κουνιέται, οι σύνδεσμοι της συσκευής μπορούν να υποστούν σημαντική ζημιά. Επομένως, η καλή υγεία και η συναισθηματική σταθερότητα είναι τόσο σημαντικά για τους πιλότους. Εάν η πτήση είναι ομαλή και το ηχητικό φράγμα ξεπεραστεί όσο το δυνατόν γρηγορότερα, τότε ούτε ο πιλότος ούτε οι πιθανοί επιβάτες θα νιώσουν ιδιαίτερα δυσάρεστες αισθήσεις. Ειδικά για την κατάκτηση του ηχητικού φράγματος κατασκευάστηκε ερευνητικό αεροσκάφος τον Ιανουάριο του 1946. Η δημιουργία της μηχανής ήτανπου ξεκίνησε με εντολή του Υπουργείου Άμυνας, αλλά αντί για όπλα, γεμίστηκε με επιστημονικό εξοπλισμό που παρακολουθούσε τη λειτουργία μηχανισμών και συσκευών. Αυτό το αεροσκάφος ήταν σαν ένας σύγχρονος πύραυλος κρουζ με ενσωματωμένο κινητήρα πυραύλων. Το αεροσκάφος έσπασε το φράγμα του ήχου με μέγιστη ταχύτητα 2736 km/h.
Λεκτικά και υλικά μνημεία για την κατάκτηση της ταχύτητας του ήχου
Τα επιτεύγματα στο σπάσιμο του ηχητικού φράγματος εκτιμώνται ιδιαίτερα σήμερα. Έτσι, το αεροπλάνο με το οποίο το ξεπέρασε για πρώτη φορά ο Chuck Yeager εκτίθεται τώρα στο Εθνικό Μουσείο Αεροπορίας και Διαστήματος, το οποίο βρίσκεται στην Ουάσιγκτον. Αλλά οι τεχνικές παράμετροι αυτής της ανθρώπινης εφεύρεσης θα άξιζαν ελάχιστα χωρίς τα πλεονεκτήματα του ίδιου του πιλότου. Ο Chuck Yeager πέρασε από τη σχολή πτήσης και πολέμησε στην Ευρώπη, μετά την οποία επέστρεψε στην Αγγλία. Η άδικη αναστολή από τις πτήσεις δεν έσπασε το πνεύμα του Yeager και έλαβε ραντεβού με τον αρχιστράτηγο των στρατευμάτων της Ευρώπης. Στα χρόνια που έμειναν πριν από το τέλος του πολέμου, ο Yeager συμμετείχε σε 64 εξόδους, κατά τις οποίες κατέρριψε 13 αεροσκάφη. Ο Chuck Yeager επέστρεψε στην πατρίδα του με τον βαθμό του καπετάνιου. Τα χαρακτηριστικά του δείχνουν εκπληκτική διαίσθηση, απίστευτη ψυχραιμία και αντοχή σε κρίσιμες καταστάσεις. Περισσότερες από μία φορές, ο Yeager έκανε ρεκόρ στο αεροπλάνο του. Η μετέπειτα καριέρα του ήταν στην Πολεμική Αεροπορία, όπου εκπαίδευσε πιλότους. Η τελευταία φορά που ο Chuck Yeager έσπασε το φράγμα του ήχου ήταν 74 ετών, η οποία ήταν στην πεντηκοστή επέτειο της ιστορίας της πτήσης του και το 1997.
Σύνθετες εργασίες δημιουργών αεροσκαφώνσυσκευές
Το παγκοσμίου φήμης αεροσκάφος MiG-15 άρχισε να δημιουργείται τη στιγμή που οι προγραμματιστές συνειδητοποίησαν ότι ήταν αδύνατο να βασιστεί μόνο στο σπάσιμο του ηχητικού φράγματος, αλλά πολύπλοκα τεχνικά προβλήματα έπρεπε να επιλυθούν. Ως αποτέλεσμα, μια μηχανή δημιουργήθηκε τόσο επιτυχημένη που οι τροποποιήσεις της υιοθετήθηκαν από διαφορετικές χώρες. Πολλά διαφορετικά γραφεία σχεδιασμού μπήκαν σε ένα είδος ανταγωνιστικού αγώνα, το έπαθλο του οποίου ήταν ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για το πιο επιτυχημένο και λειτουργικό αεροσκάφος. Αναπτύχθηκε αεροσκάφος με σκουπισμένα φτερά, που ήταν μια επανάσταση στο σχεδιασμό τους. Η ιδανική συσκευή θα πρέπει να είναι ισχυρή, γρήγορη και απίστευτα ανθεκτική σε οποιαδήποτε εξωτερική ζημιά. Τα σαρωμένα φτερά του αεροσκάφους έγιναν ένα στοιχείο που τα βοήθησε να τριπλασιάσουν την ταχύτητα του ήχου. Περαιτέρω, η ταχύτητα του αεροσκάφους συνέχισε να αυξάνεται, γεγονός που εξηγείται από την αύξηση της ισχύος του κινητήρα, τη χρήση καινοτόμων υλικών και τη βελτιστοποίηση των αεροδυναμικών παραμέτρων. Το σπάσιμο του ηχητικού φράγματος έχει γίνει δυνατό και πραγματικό ακόμη και για έναν μη επαγγελματία, αλλά δεν γίνεται λιγότερο επικίνδυνο εξαιτίας αυτού, επομένως κάθε ακραίος αναζητητής θα πρέπει να αξιολογήσει λογικά τις δυνάμεις του πριν αποφασίσει για ένα τέτοιο πείραμα.
