Сверхзвуковая скорость СОДЕРЖАНИЕ а также Раннее значение [ править ]

Что такое скорость звука

Скорость звука в километрах в час не выражается, просто потому, что в таком случае она всегда будет разной.

Зависимость скорости звука от высоты полета

Зависимость скорости звука от высоты полета

Например, скорость звука у земли (на высоте 0 км) составит 340 метров в секунду (м/с), это 1224 км/ч. И тут важно сказать что такое значение будет: при температуре +15 и давлении 750 мм. рт. ст. и относительной влажности 0%. То есть, при «стандартных» условиях.

А вот на высоте 10 000 метров, на которой летают современные пассажирские лайнеры, это уже около 299 м/с (это 1076 км/ч), то есть разница довольно значительная — 12%.

Также от высоты полета и других параметров атмосферы зависит и скорость звука, и сопротивление воздуха и, соответственно, скорость самолета, которую он может развить.

Скорость звука на высоте 11 километров и выше почти не будет меняться, эта часть атмосферы называется «тропопауза».

То же самое в виде таблицы

Зависимость скорости звука от высоты*

Высота, м Скорость звука, м/с Скорость звука, км/ч
-1000 344,1 1 238,8
340,3 1 225,1
1000 336,4 1 211,0
2000 332,5 1 197,0
3000 328,6 1 183,0
4000 324,6 1 168,6
5000 320,6 1 154,2
6000 316,5 1 139,4
7000 312,3 1 124,3
8000 308,1 1 109,2
9000 303,9 1 094,0
10000 299,6 1 078,6
11000 295,2 1 062,7
12000 295,1 1 062,4
13000 295,1 1 062,4
14000 295,1 1 062,4

*Минутка занудства. Нужно напомнить, что на самом деле скорости звука от высоты зависит условно, это упрощение. Скорость звука зависит от плотности атмосферы, а плотность воздуха, в свою очередь, зависит от температуры, влажности и давления, которые меняются с высотой.

Видео

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.

Интересно:   Можно ли перейти в полете из пассажирского салона в багажное отделение?

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.

Звуковой удар достигает наблюдателя
Интересный факт: с преодолением звукового барьера часто связывают возникновение белого облака в хвостовой части самолета. Однако к звуковому барьеру оно отношения не имеет. Речь идет об эффекте Прандтля-Глоерта – конденсации влаги сразу за движущимся самолетом.

Особенности сверхзвукового полета

Переход на сверхзвуковую скорость сопровождается ударной волной, возникающей из-за разницы давления. В случае, если она будет длиться больше секунды, фюзеляж судна может не выдержать подобных нагрузок, что приведет к его крушению. Если посмотреть на преодоление самолетом звукового барьера на видео, то можно заметить, что ударной волной разрушаются практически все стекла жилых домов, расположенных на поверхности земли.

После того как американский летчик Чарльз Йегер сумел впервые преодолеть звуковой барьер, он был поражен воцарившейся в кабине самолета «божественной тишиной». В момент, когда стрелке махметра удается перевалить за отметку 1.0, звуковое давление внутри судна заметно уменьшается. Однако повышается риск деформации фюзеляжа и других частей летательного аппарата.

Чарльз Йегер

Чарльз Йегер

На показатели энергетики (интенсивности) скачка уплотнения оказывают влияние условия окружающей среды, конструктивные особенности самолета и скорость его передвижения. Пилотам гиперзвуковых пассажирских лайнеров «Concorde» и «ТУ-144» было дозволено преодолевать звуковой барьер исключительно над поверхностью океана в воздушном пространстве, превышающем на несколько тысяч метров высоту передвижения стандартных летательных аппаратов гражданской авиации.

Вы когда-нибудь слышали хлопок от самолета, переходящего сверхзвуковой барьер?Да Нет

Сверхзвуковые наземные аппараты [ править ]

На сегодняшний день только один наземный транспорт официально путешествовал со сверхзвуковой скоростью. Это ThrustSSC , управляемый Энди Грином , который удерживает мировой рекорд скорости на суше, достигнув средней скорости на двунаправленном беге 1228 км / ч (763 миль / ч) в пустыне Блэк-Рок 15 октября 1997 года.

В рамках проекта Bloodhound LSR в 2020 году планируется попытка установления рекорда на месторождении Хакскин Пан в Южной Африке с комбинированным реактивным и гибридным ракетным двигателем. Цель состоит в том, чтобы побить существующий рекорд, а затем предпринять дальнейшие попытки, во время которых [члены] команды надеются достичь скорости до 1600 км / ч (1000 миль в час). Первоначально проект возглавлял Ричард Ноубл, который был лидером проекта ThrustSSC, однако из-за проблем с финансированием в 2018 году команда была куплена Яном Уорхерстом и переименована в Bloodhound LSR. В новом проекте сохранены многие из первоначального инженерного состава Bloodhound SSC, а Энди Грин по-прежнему является лидером в попытках установить рекорд, а испытания на высоких скоростях, как ожидается, начнутся в октябре 2019 года.

И снова гиперзвук

Окончание холодной войны и развал СССР серьёзно замедлили работы по гиперзвуку. В США в рамках программ Х-43 и Х-51 удалось доказать работоспособность ГПВРД, но ярко проявили себя и другие проблемы. Например, высокий износ материалов двигателя, из-за которого он, по сути, становится одноразовым; малая живучесть ракеты с большой вероятностью разрушения её в полёте, необходимость использования ракетного ускорителя для разгона до скорости в 5 М.

Из-за всех этих проблем разработку гиперзвуковой крылатой ракеты в США свернули.

Гиперзвуковая ракета Х-51 Waveraider разрабатывалаГиперзвуковая ракета Х-51 Waveraider разрабатывала
Гиперзвуковая ракета Х-51 Waveraider разрабатывалась в США в рамках программы Prompt Global Strike, которая обеспечивала вооружённым силам возможность нанесения удара по любой цели на Земле через час после принятия решения

В нашей стране идёт разработка гиперзвуковой противокорабельной ракеты   «Циркон», почти аналогичной американской ракете Х-51. Информации в свободном доступе об этом проекте очень мало для каких-либо оценок. Несмотря на бравурные заявления о первых успешных испытаниях в 2018 году, есть сомнения, что«Циркон» не столкнётся с теми же проблемами, что и Х-51, и не повторит её судьбу.

Внешний вид ракеты« Циркон» неизвестен, потому рекВнешний вид ракеты« Циркон» неизвестен, потому рек
Внешний вид ракеты«Циркон» неизвестен, потому реконструируют его обычно как«брата-близнеца» Х-51

Другим путём развития гиперзвука в текущий момент являются гиперзвуковые планирующие боевые блоки ракет. По сути любая современная баллистическая ракета развивает гиперзвуковую скорость(этот факт использовали, чтобы назвать гиперзвуковым оружием обычную ракету воздушного базирования«Кинжал»), и вопрос тут только в маневрировании. Боевые блоки ещё в 70-е годы научились ограниченно маневрировать в горизонтальной плоскости — теперь пришло время для вертикального манёвра и продолжительного горизонтального планирования.

Схема применения гиперзвукового планирующего боевоСхема применения гиперзвукового планирующего боево
Схема применения гиперзвукового планирующего боевого блока

У нас и в Китае подобные боевые блоки разрабатываются для МБР, а в США, судя по всему, делают ставку на оснащение такими блоками ракет малой и средней дальности.

Из всего возможного гиперзвукового вооружения это семейство ближе всего к принятию на вооружение.

Но планирующий боевой блок стоит максимально далеко от гиперзвуковой авиации — у него куда более слабые требования по теплозащите, он не использует своего двигателя для создания тяги. Разве что опыт маневрирования на гиперзвуке мог бы пригодиться для проектов гиперзвуковых самолётов.

На ту же тему « Гиперзвук»: чудо оружие или маркетинговый развод

Итоги достаточно неутешительны. Разговоров о создании гиперзвуковых самолётов даже не ведётся — всем понятно, что это дело не самого близкого будущего. И неясно, возможно ли вообще создание материалов нужных характеристик для конструирования подобных аппаратов.

У гиперзвуковых крылатых и противокорабельных ракет по-прежнему существуют достаточно серьёзные проблемы, перспективы их совсем не очевидны. И лишь планирующие боевые блоки, судя по всему, готовы встать на вооружение.

Вместо ренессанса гиперзвука получается ровно то же, что и в 60-е, и в 80-е годы — много перспектив, много пиара, но мало работающих решений. И будет ли дальше лучше — неизвестно.

Теги

Adblock
detector