Čo si predstavíme, keď počujeme výraz „zvuková bariéra“? Určitá hranica a bariéra, ktorej prekonanie môže vážne ovplyvniť sluch a pohodu. Zvuková bariéra je zvyčajne spojená s dobytím vzdušného priestoru a povolaním pilota.
Prekonanie tejto bariéry môže vyvolať rozvoj chronických ochorení, bolestivých syndrómov a alergických reakcií. Sú tieto predstavy správne alebo ide o stereotypy? Majú vecný základ? Čo je to zvuková bariéra? Ako a prečo k tomu dochádza? To všetko a niektoré ďalšie nuansy, ako aj historické fakty súvisiace s týmto konceptom, sa pokúsime zistiť v tomto článku.
Táto tajomná veda je aerodynamika
Vo vede o aerodynamike, ktorá má vysvetliť javy, ktoré sprevádzajú pohyb
lietadla, existuje pojem „zvuková bariéra“. Toto je riadokjavy, ktoré sa vyskytujú pri pohybe nadzvukových lietadiel alebo rakiet, ktoré sa pohybujú rýchlosťou blízkou rýchlosti zvuku alebo vyššou.
Čo je to rázová vlna?
Počas nadzvukového prúdenia okolo prístroja vzniká vo veternom tuneli rázová vlna. Jeho stopy je možné vidieť aj voľným okom. Na zemi sú označené žltou čiarou. Mimo kužeľa rázovej vlny, pred žltou čiarou, na zemi lietadlo ani nie je počuť. Pri rýchlosti presahujúcej zvuk sú telesá vystavené prúdeniu okolo prúdu zvuku, čo spôsobuje rázovú vlnu. V závislosti od tvaru tela ich môže byť viac.
Transformácia rázovou vlnou
Predná časť rázovej vlny, ktorá sa niekedy nazýva rázová vlna, má pomerne malú hrúbku, čo však umožňuje sledovať prudké zmeny vlastností prúdenia, zníženie jeho rýchlosti vzhľadom na telesa a zodpovedajúce zvýšenie tlaku a teploty plynu v prúde. V tomto prípade sa kinetická energia čiastočne premení na vnútornú energiu plynu. Počet týchto zmien priamo závisí od rýchlosti nadzvukového prúdenia. Keď sa rázová vlna vzďaľuje od zariadenia, poklesy tlaku sa znižujú a rázová vlna sa mení na zvuk. Môže sa dostať k vonkajšiemu pozorovateľovi, ktorý bude počuť charakteristický zvuk pripomínajúci výbuch. Existuje názor, že to naznačuje, že zariadenie dosiahlo rýchlosť zvuku, keď je zvuková bariéra zanechaná lietadlom.
Čo sa skutočne deje?
Takzvaný momentprekonaním zvukovej bariéry je v praxi prechod rázovej vlny so silnejúcim dunením leteckých motorov. Teraz je agregát pred sprievodným zvukom, takže po ňom bude počuť hukot motora. Priblížiť sa rýchlosti lietadla k rýchlosti zvuku bolo možné počas druhej svetovej vojny, ale zároveň piloti zaznamenali pri prevádzke lietadiel poplašné signály.
Po skončení vojny sa mnoho leteckých konštruktérov a pilotov snažilo dosiahnuť rýchlosť zvuku a prelomiť zvukovú bariéru, no mnohé z týchto pokusov skončili tragicky. Pesimistickí vedci tvrdili, že túto hranicu nemožno prekročiť. V žiadnom prípade nie experimentálne, ale vedecky, bolo možné vysvetliť podstatu pojmu „zvuková bariéra“a nájsť spôsoby, ako ju prekonať.
Odvodené odporúčania pre bezpečné lietanie
Bezpečné lety transsonickými a nadzvukovými rýchlosťami sú možné, ak sa vyhne vlnovej kríze, ktorej vznik závisí od aerodynamických parametrov lietadla a nadmorskej výšky letu. Prechody z jednej rýchlostnej úrovne na druhú by sa mali vykonávať čo najrýchlejšie pomocou prídavného spaľovania, čo pomôže vyhnúť sa dlhému letu v zóne krízy vĺn. Vlnová kríza ako pojem vzišla z vodnej dopravy. Vznikol v čase pohybu lodí rýchlosťou blízkou rýchlosti vĺn na hladine vody. Dostať sa do vlnovej krízy so sebou prináša ťažkosti so zvyšovaním rýchlosti, a ak je čo najjednoduchšie prekonať vlnovú krízu, môžete dosiahnuťrežim hobľovania alebo kĺzania po vodnej hladine.
História riadenia lietadiel
Prvým človekom, ktorý dosiahol nadzvukovú rýchlosť letu na experimentálnom lietadle, je americký pilot Chuck Yeager. Jeho úspech je zaznamenaný v histórii 14. októbra 1947. Na území ZSSR zvukovú bariéru prekonali 26. decembra 1948 Sokolovský a Fedorov, ktorí lietali na skúsenej stíhačke.
Z civilných lietadiel prelomil zvukovú bariéru ako prvý osobný parník Douglas DC-8, ktorý 21. augusta 1961 dosiahol rýchlosť 1,012 Mach alebo 1262 km/h. Úlohou bolo zhromaždiť údaje pre návrh krídla. Svetový rekord medzi lietadlami vytvorila hypersonická aerobalistická strela vzduch-zem, ktorá slúži ruskej armáde. Vo výške 31,2 kilometra dosiahla raketa rýchlosť 6389 km/h.
50 rokov po prelomení zvukovej bariéry vo vzduchu dosiahol Angličan Andy Green podobný úspech v aute. Vo voľnom páde sa o rekord pokúsil Američan Joe Kittinger, ktorý zdolal výšku 31,5 kilometra. Felix Baumgartner dnes, 14. októbra 2012, vytvoril svetový rekord bez pomoci vozidla vo voľnom páde z výšky 39 kilometrov, čím prelomil zvukovú bariéru. Jeho rýchlosť zároveň dosiahla 1342,8 kilometrov za hodinu.
Najneobvyklejšie prelomenie zvukovej bariéry
Zvláštne myslenie, ale prvý vynález na svete,prekonaním tejto hranice, bol obvyklý bič, ktorý vynašli starí Číňania takmer pred 7 tisíc rokmi. Takmer až do vynálezu okamžitej fotografie v roku 1927 nikto netušil, že prasknutie biča je miniatúrny zvukový tresk. Prudký švih tvorí slučku a rýchlosť sa prudko zvyšuje, čo potvrdzuje kliknutie. Zvuková bariéra sa prekonáva rýchlosťou približne 1200 km/h.
Tajomstvo najhlučnejšieho mesta
Niet divu, že obyvatelia malých miest sú šokovaní, keď prvýkrát uvidia hlavné mesto. Množstvo dopravy, stovky reštaurácií a zábavných centier mätú a znepokojujú. Začiatok jari sa v hlavnom meste zvyčajne datuje na apríl, nie na marec rebelantskej fujavice. V apríli je obloha jasná, potoky tečú a púčiky sa otvárajú. Ľudia unavení dlhou zimou otvárajú okná dokorán smerom k slnku a do domov sa rúti pouličný hluk. Na ulici ohlušujúco štebotajú vtáky, umelci spievajú, veselí študenti recitujú básne, nehovoriac o hluku v zápchach a metre. Zamestnanci hygienických oddelení podotýkajú, že zdržiavať sa dlhodobo v hlučnom meste je nezdravé. Zvukové pozadie hlavného mesta tvorí doprava, vzduch, priemysel a hluk domácností. Najškodlivejší je práve hluk áut, keďže lietadlá lietajú dosť vysoko a hluk z podnikov sa rozpúšťa v ich budovách. Neustály hukot áut na obzvlášť frekventovaných diaľniciach dvojnásobne prekračuje všetky prípustné normy. Ako sa v hlavnom meste prekonáva zvuková bariéra? Moskva je nebezpečná pre množstvo zvukov, takže obyvatelia hlavného mesta inštalujú okná s dvojitým zasklením, aby tlmili hluk.
Ako sa porušuje zvuková bariéra?
Do roku 1947 neexistovali žiadne skutočné údaje o pohode človeka v kokpite lietadla, ktoré letí rýchlejšie ako zvuk. Ako sa ukázalo, prelomenie zvukovej bariéry si vyžaduje určitú silu a odvahu. Počas letu sa ukáže, že neexistujú žiadne záruky na prežitie. Ani profesionálny pilot nevie s istotou povedať, či konštrukcia lietadla odolá útokom živlov. V priebehu niekoľkých minút sa lietadlo môže jednoducho rozpadnúť. čo to vysvetľuje? Treba si uvedomiť, že pohyb podzvukovou rýchlosťou vytvára akustické vlny, ktoré sa rozptyľujú ako kruhy zo spadnutého kameňa. Nadzvuková rýchlosť vybudí rázové vlny a človek stojaci na zemi počuje zvuk podobný výbuchu. Bez výkonných počítačov bolo ťažké riešiť zložité diferenciálne rovnice a človek sa musel spoliehať na fúkacie modely v aerodynamických tuneloch. Niekedy pri nedostatočnom zrýchlení lietadla dosiahne rázová vlna takú silu, že z domov, nad ktorými lietadlo preletí, vyletia okná. Nie každý bude schopný prekonať zvukovú bariéru, pretože v tejto chvíli sa celá konštrukcia trasie, upevňovacie prvky zariadenia môžu byť značne poškodené. Preto je dobré zdravie a emocionálna stabilita pre pilotov také dôležité. Ak je let plynulý a zvuková bariéra je prekonaná čo najrýchlejšie, pilot ani prípadní cestujúci nebudú cítiť obzvlášť nepríjemné pocity. Najmä na dobytie zvukovej bariéry bolo v januári 1946 postavené výskumné lietadlo. Vytvorenie stroja boloiniciovaný rozkazom ministerstva obrany, no namiesto zbraní bol napchaný vedeckým vybavením, ktoré monitorovalo činnosť mechanizmov a zariadení. Toto lietadlo bolo ako moderná riadená strela so zabudovaným raketovým motorom. Lietadlo prelomilo zvukovú bariéru pri maximálnej rýchlosti 2736 km/h.
Slovné a materiálne pamiatky na dobytie rýchlosti zvuku
Úspechy v prelomení zvukovej bariéry sú dnes vysoko cenené. Takže lietadlo, na ktorom ho Chuck Yeager prvýkrát prekonal, je teraz vystavené v Národnom múzeu letectva a vesmíru, ktoré sa nachádza vo Washingtone. Technické parametre tohto ľudského vynálezu by však bez zásluh samotného pilota nestáli za nič. Chuck Yeager prešiel leteckou školou a bojoval v Európe, po ktorej sa vrátil do Anglicka. Nespravodlivé pozastavenie lietania nezlomilo ducha Yeagera a dostal stretnutie s hlavným veliteľom jednotiek Európy. V rokoch zostávajúcich do konca vojny sa Yeager zúčastnil 64 bojových letov, počas ktorých zostrelil 13 lietadiel. Chuck Yeager sa vrátil do svojej vlasti s hodnosťou kapitána. Jeho vlastnosti naznačujú fenomenálnu intuíciu, neuveriteľnú vyrovnanosť a vytrvalosť v kritických situáciách. Yeager viac ako raz dosiahol rekordy vo svojom lietadle. Jeho neskoršia kariéra bola v letectve, kde trénoval pilotov. Naposledy Chuck Yeager prelomil zvukovú bariéru vo veku 74 rokov, čo bolo na päťdesiate výročie jeho letovej histórie a v roku 1997.
Komplexné úlohy tvorcov lietadielzariadenia
Svetoznáme lietadlo MiG-15 začalo vznikať v momente, keď si vývojári uvedomili, že nemožno vychádzať len z prelomenia zvukovej bariéry, ale treba riešiť zložité technické problémy. Výsledkom bolo, že stroj bol vytvorený tak úspešný, že jeho modifikácie prijali rôzne krajiny. Niekoľko rôznych dizajnérskych kancelárií vstúpilo do akéhosi konkurenčného boja, ktorého cenou bol patent na najúspešnejšie a najfunkčnejšie lietadlo. Vyvinuté lietadlá so šikmými krídlami, ktoré boli revolúciou v ich konštrukcii. Ideálne zariadenie by malo byť výkonné, rýchle a neuveriteľne odolné voči akémukoľvek vonkajšiemu poškodeniu. Šikmé krídla lietadla sa stali prvkom, ktorý im pomohol strojnásobiť rýchlosť zvuku. Ďalej sa rýchlosť lietadla naďalej zvyšovala, čo bolo vysvetlené zvýšením výkonu motora, použitím inovatívnych materiálov a optimalizáciou aerodynamických parametrov. Prelomenie zvukovej bariéry sa stalo možným a skutočným aj pre neprofesionála, ale vďaka tomu sa nestane menej nebezpečným, takže každý extrémny hľadač by mal rozumne zhodnotiť svoje sily predtým, ako sa rozhodne pre takýto experiment.
