Детская энциклопедия

Меню сайта











"Звуковой барьер" и "Тепловой барьер"

В 50-х годах самолеты преодолели «звуко­вой барьер» — их скорость стала больше ско­рости звука, т. е. больше 1200 км/час, или 340 м/сек (на большой высоте, где температура ниже, скорость звука уменьшается). Преодо­леть этот барьер было нелегко.

Когда какое-нибудь тело, например крыло самолета, движется, в воздушной среде возни­кают возмущения в виде волн сжатия и разрежения (рис. 4). Они «подготовляют» воздух к обтеканию крыла: частицы воздуха приобретают скорость и «расступаются» еще до того, как их достигнет передняя кромка крыла. Но так будет лишь в том случае, если скорость движения крыла меньше скорости звука, с которой распространяются возмуще­ния. Только при этом условии возмущения смо­гут обогнать крыло и «подготовить» воздух к «встрече» с ним. В результате воздух плавно обтекает крыло.

Если же крыло двигается быстрее, чем звук, то возмущения уже не обгоняют крыло и не подготавливают воздух к «встрече». Мало того, распространяясь во все стороны в неподвижном воздухе, эти возмущения будут накоплять­ся, сжимая воздух, как это показано на рисунке, вдоль двух линий, которые называются ударными волнами. Обтекание кры­ла уже не будет плавным. Это создает дополни­тельное, так называемое волновое сопротивле­ние. (Когда самолет пролетает со сверхзвуковой скоростью, то на земле мы часто слышим как бы удары грома — это доходит до нас ударная волна). Поэтому при сверхзвуковой скорости сопротивление движению значитель­но больше.

В аэродинамике удобно измерять скорость не в метрах в секунду или километрах в час, а в отношении скорости полета к скорости звука. Эта величина называется числом Маха:

 

Число М=1 соответствует скорости полета около 1200 км/час, или 340 м/сек. Чем больше число М, тем сильнее проявляется сжимаемость воздуха. При небольшой дозвуковой скорости, когда число М меньше 0,7 , сжимаемостью воздуха можно пренебречь: воздух ведет себя так же, как любая жидкость. Раздел аэродина­мики, изучающий обтекание различных тел воздухом без учета его сжимаемости, называет­ся гидродинамикой, в отличие от газовой динамики, в которой учитывается сжимаемость воздуха.

Преодоление «звукового барьера», т. е. за­воевание самолетами скоростей, соответствую­щих числу М>1, потребовало от ученых и инженеров широких исследований в газовой динамике. Они стремились уменьшить аэроди­намическое сопротивление и создать как мож­но более плавное обтекание самолета. Сейчас летчик даже не замечает, когда самолет превы­шает скорость звука, а многие первые попытки получить при пикировании даже околозвуковую скорость на старых самолетах кончались катастрофой: самолет начинало бросать, он пе­реставал быть управляемым.

Ученые продолжают искать, как еще боль­ше увеличить скорость самолета. И тут обнару­живаются новые интересные явления.

Вот самолет подготовлен к рекордному по­лету. Он выглядит совсем новым, как будто и не совершили на нем множество тренировочных полетов. «Взлет разрешаю!» — передает по радио руководитель полетов, и самолет стре­мительно уходит ввысь. Через полчаса, когда он идет еще на посадку, уже известно: в течение нескольких минут самолет превысил скорость звука больше чем вдвое.

Знакомая во всех деталях машина подрули­вает к ангару. Но что это? Краска, которой на­писаны большие опознавательные номера, по­темнела и обуглилась; сверкающая металличе­ская поверхность самолета во многих местах покрылась пятнами; помутнели стекла кабины летчика. Такое впечатление, будто самолет побывал в раскаленной печи. Но ученые и ин­женеры ждали этого!

Сжатие нагревает газ, и он передает тепло­ту окружающим предметам. Поэтому, напри­мер, нагревается насос, когда накачивают вело­сипедную шину. То же происходит и с самоле­том: при полете с большим числом М он сильно нагревается. Иными словами, преодолев звуко­вой барьер, самолеты встречаются с тепловым барьером. Если полет происходит в стратосфе­ре (т. е. выше 11 км), где температура воздуха равна — 56,5° Ц, то на поверхности самолета температура может достигать:

 

 

Все материалы при нагревании становятся ме­нее прочными. Так, у алюминия, который ча­ще всего применяется в конструкциях самоле­тов, прочность снижается очень заметно при температуре около + 200° Ц. Чтобы преодолеть тепловой барьер, будут применены новые жаро­стойкие материалы из металлов и полимеров (уже сейчас для самолетов начинают применять сталь и титан), но, конечно, изменится и форма самолета. Это сделают ученые и конструкторы. Если еще больше увеличить скорость полета (до числа М=10—15), температура воздуха станет такой большой, что уже необходимо учитывать изменения физических и химических свойств газов, образующиеся у самого крыла. Исследование течения воздуха при таких ско­ростях началось сравнительно недавно, и по­лучены лишь первые результаты.





 
Календарь
«  Декабрь 2016  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031

Новые статьи
Каталог статей
Как подготовить ребенка к школе
Освоение навыков чтения
Природные материалы на уроках труда

Статистика




 
Адрес почты Вопросы по рекомендациям, размещению рекламы и обратных ссылок обращайтесь pochta@enciklopediya1.ru
2013 © 2016