Co se nám vybaví, když slyšíme výraz „zvuková bariéra“? Určitá hranice a bariéra, jejíž překonání může vážně ovlivnit sluch a pohodu. Zvuková bariéra je obvykle spojena s dobýváním vzdušného prostoru a povoláním pilota.
Překonání této bariéry může vyvolat rozvoj chronických onemocnění, bolestivých syndromů a alergických reakcí. Jsou tyto představy správné nebo jde o stereotypy? Mají faktický základ? Co je to zvuková bariéra? Jak a proč k tomu dochází? To vše a některé další nuance, stejně jako historická fakta související s tímto konceptem, se pokusíme zjistit v tomto článku.
Tato záhadná věda je aerodynamika
Ve vědě o aerodynamice, určené k vysvětlení jevů, které doprovázejí pohyb
letadla, existuje pojem „zvuková bariéra“. Toto je řadajevy, ke kterým dochází při pohybu nadzvukových letadel nebo střel, které se pohybují rychlostí blízkou rychlosti zvuku nebo vyšší.
Co je to rázová vlna?
Během nadzvukového proudění kolem přístroje vzniká ve větrném tunelu rázová vlna. Jeho stopy lze vidět i pouhým okem. Na zemi jsou označeny žlutou čarou. Mimo kužel rázové vlny, před žlutou čárou, na zemi není letadlo ani slyšet. Při rychlosti převyšující zvuk jsou těla vystavena proudění kolem zvukového proudu, což má za následek rázovou vlnu. V závislosti na tvaru těla jich může být více.
Transformace rázovou vlnou
Čelní strana rázové vlny, které se někdy říká rázová vlna, má poměrně malou tloušťku, což nicméně umožňuje vysledovat náhlé změny vlastností proudění, snížení jeho rychlosti vzhledem k tělesa a odpovídající zvýšení tlaku a teploty plynu v proudu. V tomto případě se kinetická energie částečně přemění na vnitřní energii plynu. Počet těchto změn přímo závisí na rychlosti nadzvukového proudění. Jak se rázová vlna vzdaluje od zařízení, poklesy tlaku se snižují a rázová vlna se přeměňuje na zvuk. Dokáže se dostat k vnějšímu pozorovateli, který uslyší charakteristický zvuk připomínající výbuch. Existuje názor, že to znamená, že zařízení dosáhlo rychlosti zvuku, když je zvuková bariéra zanechána letadlem.
Co se skutečně děje?
Takzvaný okamžikpřekonání zvukové bariéry v praxi je průchod rázové vlny se sílícím duněním leteckých motorů. Nyní je agregát napřed před doprovodným zvukem, takže se po něm ozve hučení motoru. Přiblížení rychlosti letadla k rychlosti zvuku bylo možné během druhé světové války, ale zároveň piloti zaznamenali při provozu letadla poplašné signály.
Po konci války se mnoho leteckých konstruktérů a pilotů snažilo dosáhnout rychlosti zvuku a prolomit zvukovou bariéru, ale mnoho z těchto pokusů skončilo tragicky. Pesimističtí vědci tvrdili, že tuto hranici nelze překonat. V žádném případě experimentálně, ale vědecky bylo možné vysvětlit podstatu pojmu „zvuková bariéra“a najít způsoby, jak ji překonat.
Odvozená doporučení pro bezpečné létání
Bezpečné lety transsonickou a nadzvukovou rychlostí jsou možné, pokud se zabrání vlnové krizi, jejíž vznik závisí na aerodynamických parametrech letadla a výšce letu. Přechody z jedné rychlostní úrovně na druhou by měly být prováděny co nejrychleji pomocí přídavného spalování, které pomůže vyhnout se dlouhému letu v zóně vlnové krize. Vlnová krize jako pojem vzešla z vodní dopravy. Vznikl v době pohybu lodí rychlostí blízkou rychlosti vln na hladině vody. Dostat se do vlnové krize s sebou nese potíže se zvýšením rychlosti, a pokud je co nejjednodušší překonat vlnovou krizi, můžete dosáhnoutrežim hoblování nebo klouzání po vodní hladině.
Historie v řízení letadel
Prvním člověkem, který dosáhl nadzvukové rychlosti letu na experimentálním letadle, je americký pilot Chuck Yeager. Jeho úspěch je zaznamenán v historii 14. října 1947. Na území SSSR byla zvuková bariéra překonána 26. prosince 1948 Sokolovským a Fedorovem, kteří létali na zkušené stíhačce.
Z civilních letadel jako první prolomil zvukovou bariéru osobní parník Douglas DC-8, který 21. srpna 1961 dosáhl rychlosti 1,012 Mach neboli 1262 km/h. Úkolem bylo shromáždit data pro návrh křídla. Mezi letadly světový rekord vytvořila hypersonická aerobalistická střela vzduch-země, která je ve výzbroji ruské armády. Ve výšce 31,2 kilometru dosáhla raketa rychlosti 6389 km/h.
50 let po prolomení zvukové bariéry ve vzduchu dosáhl Angličan Andy Green podobného úspěchu v autě. Ve volném pádu se o rekord pokusil Američan Joe Kittinger, který zdolal výšku 31,5 kilometru. Felix Baumgartner dnes, 14. října 2012, vytvořil světový rekord bez pomoci vozidla ve volném pádu z výšky 39 kilometrů, čímž prolomil zvukovou bariéru. Jeho rychlost přitom dosáhla 1342,8 kilometrů za hodinu.
Nejneobvyklejší prolomení zvukové bariéry
Zvláštní myšlenka, ale první vynález na světě,překonání této hranice, byl obvyklý bič, který vynalezli staří Číňané téměř před 7 tisíci lety. Téměř až do vynálezu okamžité fotografie v roce 1927 nikdo netušil, že prásknutí bičem je miniaturní sonický třesk. Prudký švih tvoří smyčku a rychlost se prudce zvyšuje, což potvrzuje cvaknutí. Zvuková bariéra je překonána rychlostí asi 1200 km/h.
Záhada nejhlučnějšího města
Není divu, že obyvatelé malých měst jsou šokováni, když poprvé uvidí hlavní město. Hojnost dopravy, stovky restaurací a zábavních center matou a zneklidňují. Začátek jara se v hlavním městě obvykle datuje dubnem, nikoli březnem rebelské vánice. V dubnu je obloha jasná, potoky tečou a poupata se otevírají. Lidé unavení dlouhou zimou otevírají okna dokořán směrem ke slunci a do domů se řítí pouliční hluk. Na ulici ohlušující cvrlikání ptáků, umělci zpívají, veselí studenti recitují básničky, o hluku v zácpách a metru nemluvě. Zaměstnanci hygienických oddělení podotýkají, že je nezdravé zdržovat se dlouhodobě v hlučném městě. Zvukové pozadí hlavního města tvoří doprava, vzduch, průmysl a hluk domácností. Nejškodlivější je právě hluk aut, protože letadla létají dost vysoko a hluk z podniků se rozpouští v jejich budovách. Neustálé hučení aut na obzvlášť frekventovaných dálnicích dvakrát překračuje všechny přípustné normy. Jak se v hlavním městě překonává zvuková bariéra? Moskva je nebezpečná kvůli množství zvuků, takže obyvatelé hlavního města instalují okna s dvojitým zasklením, aby hluk ztlumili.
Jak je narušena zvuková bariéra?
Do roku 1947 neexistovaly žádné skutečné údaje o pohodě člověka v kokpitu letadla, které letí rychleji než zvuk. Jak se ukázalo, prolomení zvukové bariéry vyžaduje určitou sílu a odvahu. Během letu je jasné, že neexistují žádné záruky na přežití. Ani profesionální pilot nemůže s jistotou říci, zda konstrukce letadla odolá útoku živlů. Během několika minut se letadlo může jednoduše rozpadnout. co to vysvětluje? Je třeba poznamenat, že pohyb podzvukovou rychlostí vytváří akustické vlny, které se rozptylují jako kruhy z padlého kamene. Nadzvuková rychlost vybudí rázové vlny a člověk stojící na zemi slyší zvuk podobný výbuchu. Bez výkonných počítačů bylo obtížné řešit složité diferenciální rovnice a člověk se musel spoléhat na foukací modely v aerodynamických tunelech. Někdy při nedostatečném zrychlení letadla dosáhne rázová vlna takové síly, že z domů, nad kterými letadlo letí, vylétají okna. Ne každý bude schopen překonat zvukovou bariéru, protože v tuto chvíli se celá konstrukce chvěje, upevnění zařízení může utrpět značné poškození. Proto je pro piloty tak důležité dobré zdraví a emoční stabilita. Pokud je let plynulý a zvuková bariéra je překonána co nejrychleji, pak ani pilot, ani případní cestující nepocítí zvlášť nepříjemné pocity. Speciálně pro dobytí zvukové bariéry byl v lednu 1946 postaven výzkumný letoun. Vytvoření stroje byloiniciovaný rozkazem ministerstva obrany, ale místo zbraní byl napěchován vědeckým vybavením, které sledovalo činnost mechanismů a zařízení. Toto letadlo bylo jako moderní řízená střela s vestavěným raketovým motorem. Letadlo prolomilo zvukovou bariéru při maximální rychlosti 2736 km/h.
Slovní a hmotné památky dobytí rychlosti zvuku
Úspěchy při prolomení zvukové bariéry jsou dnes vysoce ceněny. Takže letadlo, na kterém to Chuck Yeager poprvé překonal, je nyní vystaveno v Národním muzeu letectví a kosmonautiky, které se nachází ve Washingtonu. Technické parametry tohoto lidského vynálezu by ale bez zásluh samotného pilota nestály za nic. Chuck Yeager prošel leteckou školou a bojoval v Evropě, poté se vrátil do Anglie. Nespravedlivé pozastavení létání nezlomilo Yeagerova ducha a získal schůzku s vrchním velitelem evropských jednotek. V letech zbývajících do konce války se Yeager zúčastnil 64 bojových letů, během kterých sestřelil 13 letadel. Chuck Yeager se vrátil do své vlasti v hodnosti kapitána. Jeho vlastnosti svědčí o fenomenální intuici, neuvěřitelné vyrovnanosti a vytrvalosti v kritických situacích. Yeager nejednou vytvořil rekordy ve svém letadle. Jeho pozdější kariéra byla v letectvu, kde trénoval piloty. Naposledy Chuck Yeager prolomil zvukovou bariéru ve věku 74 let, což bylo v den padesátého výročí jeho letové historie a v roce 1997.
Komplexní úkoly tvůrců letadelzařízení
Světoznámý letoun MiG-15 začal vznikat v okamžiku, kdy si vývojáři uvědomili, že nelze vycházet pouze z prolomení zvukové bariéry, ale je třeba řešit složité technické problémy. Výsledkem bylo, že stroj byl vytvořen tak úspěšný, že jeho modifikace byly přijaty různými zeměmi. Několik různých konstrukčních kanceláří vstoupilo do jakéhosi konkurenčního boje, jehož cenou byl patent na nejúspěšnější a nejfunkčnější letoun. Vyvinutý letoun se šikmými křídly, který byl revolucí v jejich konstrukci. Ideální aparát by musel být výkonný, rychlý a neuvěřitelně odolný vůči jakémukoli vnějšímu poškození. Šikmá křídla letadla se stala prvkem, který jim pomohl ztrojnásobit rychlost zvuku. Dále se rychlost letadla dále zvyšovala, což bylo vysvětleno zvýšením výkonu motoru, použitím inovativních materiálů a optimalizací aerodynamických parametrů. Prolomení zvukové bariéry se stalo možným a skutečným i pro neprofesionála, ale nestává se kvůli tomu méně nebezpečným, takže každý extrémní hledač by měl rozumně zhodnotit své síly, než se pro takový experiment rozhodne.
