Na što pomislimo kada čujemo izraz "zvučna barijera"? Određena granica i prepreka čije prevladavanje može ozbiljno utjecati na sluh i dobrobit. Obično se zvučna barijera povezuje s osvajanjem zračnog prostora i zanimanjem pilota.
Prevladavanje ove barijere može izazvati razvoj kroničnih bolesti, sindroma boli i alergijskih reakcija. Jesu li te percepcije točne ili su stereotipi? Imaju li činjeničnu osnovu? Što je zvučna barijera? Kako i zašto nastaje? Sve to i neke dodatne nijanse, kao i povijesne činjenice vezane uz ovaj koncept, pokušat ćemo saznati u ovom članku.
Ova tajanstvena znanost je aerodinamika
U znanosti o aerodinamici, osmišljenoj da objasni fenomene koji prate kretanje
zrakoplova, postoji koncept "zvučne barijere". Ovo je redfenomeni koji se javljaju tijekom kretanja nadzvučnog zrakoplova ili projektila koji se kreću brzinama blizu brzine zvuka ili većom.
Što je udarni val?
Tijekom nadzvučnog strujanja oko aparata, u aerotunelu nastaje udarni val. Njegovi se tragovi mogu vidjeti i golim okom. Na tlu su označene žutom linijom. Izvan stošca udarnog vala, ispred žute linije, na tlu, avion se ni ne čuje. Pri brzini većoj od zvuka, tijela su podvrgnuta strujanju oko zvučne struje, što za sobom povlači udarni val. Može ih biti više od jednog, ovisno o obliku tijela.
Transformacija udarnog vala
Prednja strana udarnog vala, koja se ponekad naziva udarni val, ima prilično malu debljinu, što ipak omogućuje praćenje naglih promjena svojstava strujanja, smanjenja njegove brzine u odnosu na tijela i odgovarajući porast tlaka i temperature plina u struji. U tom slučaju kinetička energija se djelomično pretvara u unutarnju energiju plina. Broj tih promjena izravno ovisi o brzini nadzvučnog strujanja. Kako se udarni val udaljava od aparata, padovi tlaka se smanjuju i udarni val se pretvara u zvuk. Može doći do vanjskog promatrača koji će čuti karakterističan zvuk nalik eksploziji. Postoji mišljenje da to znači da je uređaj dostigao brzinu zvuka, kada je zvučna barijera ostala iza aviona.
Što se zapravo događa?
Trenutak tzvprevladavanje zvučne barijere u praksi je prolazak udarnog vala uz sve jaču tutnjavu zrakoplovnih motora. Sada je jedinica ispred pratećeg zvuka, pa će se nakon njega čuti brujanje motora. Približavanje brzine zrakoplova brzini zvuka postalo je moguće tijekom Drugog svjetskog rata, ali su istovremeno piloti primijetili alarmne signale u radu zrakoplova.
Nakon završetka rata, mnogi dizajneri zrakoplova i piloti nastojali su postići brzinu zvuka i probiti zvučnu barijeru, ali mnogi od tih pokušaja završili su tragično. Pesimistični znanstvenici tvrdili su da se ta granica ne može prijeći. Nikako eksperimentalno, već znanstveno, bilo je moguće objasniti prirodu pojma "zvučne barijere" i pronaći načine za njegovo prevladavanje.
Izvedene preporuke za sigurno letenje
Sigurni letovi transzvučnim i nadzvučnim brzinama mogući su ako se izbjegne kriza valova, čija pojava ovisi o aerodinamičkim parametrima zrakoplova i visini leta. Prijelaze s jedne razine brzine na drugu treba izvesti što je brže moguće pomoću naknadnog sagorijevanja, što će pomoći da se izbjegne dug let u zoni valne krize. Kriza valova kao koncept proizašla je iz vodnog prometa. Nastala je u vrijeme kretanja brodova brzinom bliskom brzini valova na površini vode. Ulazak u valnu krizu povlači poteškoće u povećanju brzine, a ako je što jednostavnije prevladati valnu krizu, tada možete doćinačin rada blanjanja ili klizanja na površini vode.
Povijest u kontroli zrakoplova
Prva osoba koja je postigla nadzvučnu brzinu leta na eksperimentalnom zrakoplovu je američki pilot Chuck Yeager. Njegovo postignuće zabilježeno je u povijesti 14. listopada 1947. godine. Na teritoriju SSSR-a zvučnu barijeru prevladali su 26. prosinca 1948. Sokolovsky i Fedorov, koji su upravljali iskusnim lovcem.
Od civilnih zrakoplova, putnički brod Douglas DC-8 prvi je probio zvučnu barijeru, koji je 21. kolovoza 1961. dosegao brzinu od 1,012 Macha, odnosno 1262 km/h. Misija je bila prikupiti podatke za dizajn krila. Među zrakoplovima, svjetski rekord postavila je hipersonična aerobalistička raketa zrak-zemlja, koja je u službi ruske vojske. Na visini od 31,2 kilometra, raketa je dostigla brzinu od 6389 km/h.
50 godina nakon što je probio zvučnu barijeru u zraku, Englez Andy Green napravio je slično postignuće u automobilu. U slobodnom padu rekord je pokušao oboriti Amerikanac Joe Kittinger koji je osvojio visinu od 31,5 kilometara. Felix Baumgartner je danas, 14. listopada 2012., postavio svjetski rekord, bez pomoći vozila, u slobodnom padu s visine od 39 kilometara, probivši zvučnu barijeru. U isto vrijeme, njegova je brzina dosegla 1342,8 kilometara na sat.
Najneobičnije probijanje zvučne barijere
Čudno pomisliti, ali prvi izum na svijetu,prevladavanje ove granice, bio je uobičajeni bič, koji su izmislili stari Kinezi prije gotovo 7 tisuća godina. Gotovo do izuma instant fotografije 1927. nitko nije sumnjao da je prasak biča minijaturni zvučni bum. Oštar zamah stvara petlju, a brzina se naglo povećava, što potvrđuje klik. Zvučna barijera se savladava pri brzini od oko 1200 km/h.
Misterij najbučnijeg grada
Nije ni čudo što su stanovnici malih gradova šokirani kada prvi put vide glavni grad. Obilje prijevoza, stotine restorana i zabavnih centara zbunjuje i uznemiruje. Početak proljeća u glavnom gradu obično se datira na travanj, a ne na buntovni mećavni ožujak. U travnju je nebo vedro, potoci teku i pupoljci se otvaraju. Ljudi, umorni od duge zime, širom otvaraju prozore prema suncu, a ulična buka upada u kuće. Ptice zaglušno cvrkuću na ulici, umjetnici pjevaju, veseli učenici recitiraju pjesme, a da ne spominjemo buku u prometnim gužvama i podzemnoj željeznici. Zaposlenici odjela za higijenu napominju da je nezdravo dugo boraviti u bučnom gradu. Zvučnu pozadinu glavnog grada čine prometna, zračna, industrijska i kućna buka. Najštetnija je upravo buka automobila, jer avioni lete dovoljno visoko, a buka poduzeća rastopljena je u njihovim zgradama. Stalno brujanje automobila na posebno prometnim autocestama dvostruko premašuje sve dopuštene norme. Kako se prevlada zvučna barijera u glavnom gradu? Moskva je opasna zbog obilja zvukova, pa stanovnici glavnog grada postavljaju prozore s dvostrukim staklom kako bi prigušili buku.
Kako je probijena zvučna barijera?
Do 1947. nije bilo stvarnih podataka o dobrobiti osobe u kokpitu zrakoplova koji leti brže od zvuka. Kako se pokazalo, probijanje zvučne barijere zahtijeva određenu snagu i hrabrost. Tijekom leta postaje jasno da nema garancija za preživljavanje. Čak ni profesionalni pilot ne može sa sigurnošću reći hoće li dizajn zrakoplova izdržati napad elemenata. Za nekoliko minuta, avion se jednostavno može raspasti. Što to objašnjava? Treba napomenuti da kretanje podzvučnom brzinom stvara akustične valove koji se raspršuju poput krugova od palog kamena. Nadzvučna brzina pobuđuje udarne valove, a osoba koja stoji na tlu čuje zvuk sličan eksploziji. Bez moćnih računala bilo je teško rješavati složene diferencijalne jednadžbe, a trebalo se osloniti na modele puhanja u aerotunelima. Ponekad, uz nedovoljno ubrzanje zrakoplova, udarni val dosegne takvu snagu da iz kuća iznad kojih letjelica lete prozori. Neće svi moći prevladati zvučnu barijeru, jer se u ovom trenutku cijela struktura trese, pričvršćivanja uređaja mogu dobiti značajna oštećenja. Stoga su dobro zdravlje i emocionalna stabilnost toliko važni za pilote. Ako je let gladak, a zvučna barijera prevladana što je brže moguće, tada ni pilot ni mogući putnici neće osjetiti osobito neugodne senzacije. Posebno za osvajanje zvučne barijere izgrađen je istraživački zrakoplov u siječnju 1946. godine. Stvaranje stroja bilo jepokrenut po nalogu MORH-a, ali je umjesto oružja napunjen znanstvenom opremom koja je pratila rad mehanizama i uređaja. Ovaj zrakoplov bio je poput moderne krstareće rakete s ugrađenim raketnim motorom. Zrakoplov je probio zvučnu barijeru pri maksimalnoj brzini od 2736 km/h.
Verbalni i materijalni spomenici osvajanju brzine zvuka
Postignuća u probijanju zvučne barijere danas su vrlo cijenjena. Dakle, avion na kojem ga je Chuck Yeager prvi savladao sada je izložen u Nacionalnom muzeju zrakoplovstva i svemira koji se nalazi u Washingtonu. Ali tehnički parametri ovog ljudskog izuma malo bi vrijedili bez zasluga samog pilota. Chuck Yeager prošao je školu letenja i borio se u Europi, nakon čega se vratio u Englesku. Nepravedna suspenzija s letenja nije slomila Yeagerov duh, te je dobio sastanak s glavnim zapovjednikom europskih trupa. U godinama preostalim do kraja rata Yeager je sudjelovao u 64 leta, tijekom kojih je oborio 13 zrakoplova. Chuck Yeager vratio se u domovinu s činom kapetana. Njegove karakteristike ukazuju na fenomenalnu intuiciju, nevjerojatnu staloženost i izdržljivost u kritičnim situacijama. Yeager je više puta postavljao rekorde u svom avionu. Njegova kasnija karijera bila je u ratnom zrakoplovstvu, gdje je obučavao pilote. Zadnji put kad je Chuck Yeager probio zvučnu barijeru bile su 74 godine, što je bilo na pedesetu godišnjicu njegove povijesti letenja i to 1997.
Složeni zadaci kreatora zrakoplovauređaji
Svjetski poznati zrakoplov MiG-15 počeo je nastajati u trenutku kada su programeri shvatili da je nemoguće temeljiti se samo na probijanju zvučne barijere, već treba riješiti složene tehničke probleme. Kao rezultat toga, stroj je stvoren toliko uspješno da su njegove modifikacije usvojile različite zemlje. Nekoliko različitih dizajnerskih biroa ušlo je u svojevrsnu natjecateljsku borbu, čija je nagrada bio patent za najuspješniji i najfunkcionalniji zrakoplov. Razvijeni zrakoplovi s zamašenim krilima, što je bila revolucija u njihovom dizajnu. Idealan aparat morao bi biti snažan, brz i nevjerojatno otporan na bilo kakva vanjska oštećenja. Zakretna krila zrakoplova postala su element koji im je pomogao utrostručiti brzinu zvuka. Nadalje, brzina zrakoplova nastavila se povećavati, što se objašnjava povećanjem snage motora, korištenjem inovativnih materijala i optimizacijom aerodinamičkih parametara. Probijanje zvučne barijere postalo je moguće i stvarno čak i za neprofesionalca, ali od toga ne postaje manje opasno, pa bi svaki ekstremni tragač trebao razumno procijeniti svoje snage prije nego što se odluči na takav eksperiment.
