Як обігнати звук?

Приблизно через п'ятдесят років після свого народження авіація зазначила ще одна знаменна подія - літак зміг подолати звуковий бар'єр. Це означає, що з цього моменту швидкість деяких видів спеціальних літальних апаратів (надзвукових літаків) стала більше швидкості звуку, яка в залежності від висоти польоту дорівнює 300-340 м / с. Подолати цей бар'єр виявився не таким вже легкою справою. Просто розігнати літак до швидкості, трохи перевищує 1 000 км / год, виявилося недостатнім.

Коли яке-небудь тіло, наприклад крило літака, рухається в повітряному середовищі, то воно створює навколо себе обурення цього середовища. На ділі це виражається в створенні навколо крила хвиль розрідження і стиснення. Вони як би готують знаходяться попереду шари повітря до обтіканню крила - частинки повітря набувають деяку швидкість і розступаються в боки ще до того, як передня кромка крила їх досягне. Таким чином, літак як би прокладає перед собою тунель, по якому потім і летить.

Але все вищесказане буде справедливим лише за умови, що швидкість польоту літака не перевищує швидкості звуку, на яку поширюються обурення. При цьому вони встигають обігнати крило і передати команду повітрю розступитися. В результаті повітря плавно обтікає крило.

Перші надзвукові літаки, обігнавши звук, зіткнулися з великою проблемою. Повітряні маси виявлялися «не готові» до зустрічі з крилом і не розступалися перед ним. Більш того, обурення не поширювалися в різні боки, а накопичувалися, стискаючи повітря, уздовж двох ліній, званих ударними хвилями. Тому, коли над нами пролітає надзвуковий літак, ми чуємо гуркіт, що нагадує гуркіт грому, - це до нашого вуха долітає звукова хвиля. Обтікання повітрям крила при цьому вже не буде плавним, і для літального апарату буде створюватися додатковий опір, яке отримало назву «хвильовий».

З історії абсолютних світових рекордів висоти польоту. До самого початку першої світової війни французькі пілоти дивували світ все новими і новими рекордами. 17 вересня 1912 р Ж. Легане піднявся на 5 450 м. 11 грудня 1912 р пілот Ролан Гарро додав до попереднього рекорду кілька сотень метрів (5 610 м). Після польоту М. Перрейона, що відбувся 11 березня 1913 р рекорд висоти став дорівнює 5 880 м, а кінця 1913 року (28 грудня) Ж. Легане зробив його рівним 6 120 м.

У аеродинаміці придуманий спеціальний коефіцієнт, який дозволяє судити про те, наскільки швидкість польоту менше або перевищує швидкість звуку. Ця величина називається числом Маха (М):

М = швидкість польоту / швидкість звуку.

Експерименти показали, що при русі з дозвуковій швидкістю, коли М <0,7, стисливість повітря настільки низька, що нею можна знехтувати. Але в міру збільшення числа Маха стисливість повітря, а отже, і опір летить літаку, проявляється все сильніше.

З історії абсолютних світових рекордів висоти польоту. Роки, що послідували за закінченням першої світової війни, значно підняли планку рекордів висоти польотів. У значною мірою цьому сприяли польоти американських пілотів. 27 лютого 1920 р Р. У. Шредер на літаку «Leper» піднявся на 10 093 м. 18 вересня 1921 р пілот Дж.Е. Макро на літаку тієї ж моделі злетів до 10 518 м. Французький пілот Сади Лекуент в надії вивести свою країну в лідери встановлює два рекорди поспіль: 5 вересня 1923 року - 10 742 м та 30 жовтня 1923 року - 11 145 м. Результати французьких льотчиків протрималися майже три голи, а потім знову були перевершені американцями. 25 липня 1927 р пілот К. Ч. Чемпіон на літаку фірми «Wright» піднявся на 11 710 м, а пілот А. засіках 8 травня 1929 р досяг висоти 11 930 м.

З історії абсолютних світових рекордів висоти польоту. 26 травня 1929 в небо піднявся літак німецької фірми «Junkers». Під час польоту пілот В. Нойенхофен досяг позначки 12 739 м. 4 червня 1930 р американець А. засіках на літаку «Wright» піднявся на 13 157 м. Наступним рекордсменом став англієць Ч.Ф. Юінс. 16 вересня 1932 року він досяг висоти 13404 м. Через гол, 28 вересня 1933 р француз Ж. Лемуан підняв рекорд до 13 661 м. А італійський пілот Р. Лонаті 11 квітня 1934 р збільшив його ще майже на кілометр - 14 433 м.

Процес подолання звукового бар'єру, коли М починає перевищувати одиницю, зажадав проведення тривалих досліджень. Вчені різними способами намагалися знизити аеродинамічний опір і «змусити» повітряні маси якомога більш плавно обтікати крило літака. У наш час пілот, який перебуває в кабіні сучасного літака, навіть не помічає, коли його апарат розганяється настільки, що починає перевищувати швидкість звуку. А ось льотчикам 50-х рр. довелося «сьорбнути лиха» - спроби отримати при пікіруванні навіть звуковою швидкістю на старих літаках зазвичай закінчувалися катастрофою - апарат починало кидати з боку в бік, він ставав абсолютно некерованим.

Однак ентузіастів швидкісних польотів це не зупинило. Вчені, конструктори і льотчики-випробувачі продовжували роботу з пошуку нових способів збільшення швидкості літака. При цьому вони стикалися з новими цікавими явищами, пов'язаними з польотами з надзвуковою швидкістю.

Новий експериментальний надзвуковий літак залишає ангар. Пілот-випробувач отримує дозвіл на зліт і блискучий на сонці сріблом алюмінію і свіжої фарби літак, порушивши тишу ревом потужних двигунів, піднімається в небо. Через кілька десятків хвилин прилади показують рекордний результат - швидкість звуку перевищена більш ніж в два рази. Апарат-рекордсмен благополучно повертається на аеродром, але зустрічають його інженерам і вченим відкривається сумне видовище. Блискуча раніше металева поверхня літака покрилася якимись плямами, скла пілотської кабіни помутніли, а фарба, якою на фюзеляжі і крилах були нанесені розпізнавальні знаки, потемніла і в деяких місцях навіть обвуглилася. Таке відчуття, що замість польоту в низькотемпературних висотах земної атмосфери літак побував в розжареної печі.

Виявилося, що при польоті зі швидкістю, при якій М> 1, стискає перед літаком повітряні маси нагріваються і передають теплоту навколишніх предметів. З цим явищем можна зустрітися при накачуванні насосом м'яча або коліс велосипеда. Через деякий час можна відчути, що корпус насоса став помітно тепліше. Те ж саме відбувається і з тими частинами літака, які під час надзвукового польоту стискають перед собою повітря. Експерименти і вимірювання, проведені вченими, показали, що літак, подолавши звуковий бар'єр, «наштовхується» ще на один - теплової. Величина температури, яку повітря здатний передати літальному апарату, виявилася досить значною. Так, наприклад, розрахунки показали, що деякі деталі літака, який досяг швидкості, при якій М = 5, можуть нагрітися до 1 000 ° С, навіть якщо політ буде проходити в стратосфері на висоті понад 12 км, де температура навколишнього повітря опускається нижче мінус 55 ° С.

Практично всі матеріали при нагріванні стають менш міцними. Наприклад, у «авіаційного металу» - алюмінію - міцність починає знижуватися вже при нагріванні до 200 ° С. Але ж вчені вважають, що досягнення швидкостей, при яких М буде перевищувати десять і навіть двадцять, причому без наслідків для літального апарату і його пілота, цілком реально. При цьому температура повітря сягатиме таких величезних значень, що вже необхідно буде враховувати не тільки фізичні властивості матеріалів, з яких виготовлений літак, але і зміни фізичних і хімічних властивостей повітря, що оточує літальний апарат. Тому проблемами, пов'язаними з подоланням звукового і теплового бар'єрів, вчені всього світу займаються постійно.

До кінця першого десятиліття XX в. англійці значно відставали в галузі авіабудування від своїх французьких колег. До моменту оголошення мобілізації в 1914 р велика частина авіаційного парку країни складалася з літаків іноземного виробництва, в основному французьких. Однак таке відставання було недовгим. Великий економічний, технічний і науковий потенціал країни дозволив вже до середини першої світової війни ...

перші реактивні

Ще на початку XX ст. російський вчений К.Е. Ціолковський передбачив, що слідом за ерою гвинтових аеропланів настане ера аеропланів реактивних. Він вважав, що тільки з реактивним двигуном можна досягти надзвукових швидкостей. У 1937 р молодий і талановитий конструктор AM Люлька запропонував проект першого радянського турбореактивного двигуна. За його розрахунками, такий двигун міг розігнати літак до ...

Небесні "спортсмени" і "вчителя"

Льотчиків усього світу крім любові до польотів об'єднує ще одна обставина - незалежно від того, служать вони зараз у військовій чи цивільній авіації, починався їх шлях в небо з управління невеликим тренувальним літаком-учителем. Літак «АІР-14» був створений під керівництвом А.С. Яковлєва в 1937 р Це був одномісний учбово-тренувальний і спортивний літак, який пішов в ...

Вертоліт "крокує" по планеті

Подальший розвиток вертольотобудування було перервано Першою світовою війною. Так як цей дивовижний апарат не встиг до її початку довести свою «корисність» для військових, про гвинтокрилі машини на час забули і всі сили кинули на розвиток літакобудування. Та тільки-но людство покінчило з кровопролитною війною, з різних країн світу все частіше і частіше стали надходити відомості про ...

Від Ікара до надзвукового лайнера

«Людина полетить, Спираючись на силу своїх м'язів, а на силу свого розуму». Н.Є. Жуковський Термін «повітроплавання» позначав таюке і літання на апаратах, важчих за повітря (літаках, планерах). Однак мріяти про польоти людина почала набагато раніше. Побудувавши машини, здатні пересуватися по суші, обганяючи найшвидших тварин, і кораблі, спрощує з жителями водної стихії, він тривалий час продовжував з ...

Вище, далі, швидше ...

Переживши жахи кривавої першої світової війни люди вважали, що тепер-то світ на землі встановиться надовго, адже дуже велика ціна була заплачена за нього. Але це була лише спроба видати бажане за дійсне. Історики, політики, військові розуміли, що це ще не мир, а, швидше за все, перепочинок між двома війнами. І на це були свої причини. На початку…

Літак - апарат ХХ століття

Настала друга половина XX ст. Конструкція літака, зазнавши безліч змін, придбала нарешті звичний для нас вигляд. Пішли в небуття квадроплани, триплан і практично не використовуються апарати, побудовані за схемою біплана. І тому, якщо в тексті зустрінеться термін «крило», ми не будемо малювати в своїй уяві фантастичні «етажерки», піднімалися в небо на початку XX ст., А ...

Ширяють над хвилями

Площа поверхні нашої планети дорівнює 510,2 млн. Км2, з них лише 29,2% припадає на сушу. Вся решта території Землі покрита Світовим океаном, що створює ідеально рівну поверхню площею в сотні мільйонів квадратних кілометрів. Злітно-посадкову смугу таких гігантських розмірів важко собі навіть уявити. І найголовніше - ніяких перешкод: злітай там, де тобі зручніше, сідай ні ...

Перші літаки Країни Рад

Перший радянський вертоліт був побудований в стінах ЦАГІ під керівництвом AM Черемухина в серпні 1930 р Там же в присутності пожежного А.М. Черьомухін - за сумісництвом пілот експериментального апарату «ЦАГІ 1-ЕА» - провів перші, наземні, випробування. Після цього апарат був перевезений на один з підмосковних військових аеродромів. Весни 1925 один з найстаріших вертолітників Росії ...

уподібнившись птахам

На жаль, нікому не відомо, коли людина вперше підняв голову до неба і звернув увагу на його страхітливих масштабів і в той же час фантастичну красу. Чи не відомо нам і той час, коли людина вперше помітив ширяють у повітрі птахів і в голові його виникла думка піти за ними. Як будь-який, навіть найдовший шлях починається з ...