¿Cómo surgió el vuelo supersónico a través de la barrera del sonido?
Cuando la velocidad del avión de combate alcanzó entre 700 y 800 kilómetros por hora, el piloto descubrió que incluso si seguía aumentando el acelerador, la velocidad del avión no aumentaría y, a menudo, el avión no obedecería. los mandos al sumergirse, tiende a bajar la cabeza automáticamente, y en ocasiones vibra violentamente, balanceándose de un lado a otro, etc. ¿Por qué es esto? Resulta que la velocidad del avión está cerca de la velocidad de propagación del sonido en el aire: la velocidad del sonido. Este problema en el vuelo se llamó en su momento barrera del sonido. Como su nombre indica, exceder la velocidad del sonido era un obstáculo para el vuelo.
En ese momento, la gente solo tenía experiencia en vuelos a baja velocidad, pero ya habían acumulado muchos conocimientos sobre movimientos supersónicos en el vuelo de balas y balas de cañón. Lo que salió del cañón fue supersónico. Sin embargo, el proceso por el cual un objeto acelera desde una velocidad baja, se acerca a la velocidad del sonido y finalmente excede la velocidad del sonido no está claro. Se cree que habrá un límite insuperable cuando la velocidad del avión se acerque a la velocidad del sonido. .
A mediados de la década de 1950, la gente realizaba vuelos supersónicos, lo cual fue algo muy emocionante en la historia del vuelo. Han pasado décadas y la gente ya no siente ningún entusiasmo cuando se habla de vuelos supersónicos, como si los vuelos supersónicos fueran algo natural. ¿Pero sabes lo difícil que era para la gente alcanzar la velocidad del sonido en aquella época?
¿Qué tan rápido es el sonido? En la vida diaria, tenemos muchas experiencias prácticas de las que nunca nos hemos dado cuenta profundamente. Cuando abres la boca para hablar, puedo escucharlo de inmediato. Parece que la difusión del sonido no lleva tiempo, pero de hecho, la difusión del sonido. de un lugar a otro lleva tiempo, simplemente porque se propaga bastante rápido. Cuando la temperatura al nivel del mar es de 15°C, su velocidad es de 340 metros por segundo, o 1224 kilómetros por hora, y la distancia entre el hablante y el oyente es muy cercana, por lo que el tiempo que tarda en propagarse no se puede sentir. . En los días de tormenta, a menudo vemos este fenómeno: primero vemos un relámpago y luego escuchamos el retumbar de un trueno a lo lejos. De hecho, los relámpagos y los truenos se producen al mismo tiempo en las nubes, simplemente porque el relámpago viaja a la velocidad de 300.000 kilómetros por segundo, mientras que el trueno viaja a la velocidad del sonido.
¿Cuál es el sonido? El sonido que escuchamos es la vibración del objeto que produce el sonido, que se transmite a nuestros tímpanos a través del aire, y él mismo es la vibración del objeto. Después de que un objeto vibra, inevitablemente hará que el aire alrededor del objeto vibre al mismo tiempo. Es decir, cuando un objeto vibra, la capa de aire en contacto con él a veces se comprimirá y a veces se expandirá. Este movimiento de compresión a veces y a veces de expansión se transmitirá de una capa de aire a otra, y continuará propagándose. en todas direcciones. La velocidad del sonido en realidad se refiere a la velocidad de propagación de esta perturbación de cerca a lejos.
La velocidad de propagación del sonido está relacionada con la temperatura del aire. En la superficie del mar, cuando la temperatura del aire es de 15 ℃, la velocidad de propagación del sonido es de 340 metros por segundo. En la estratosfera, cuando la temperatura es de -56,5 ℃, la velocidad del sonido es de 296 metros por segundo.
Los aviones que vuelan en el aire perturban constantemente el aire circundante, y estas perturbaciones se propagan a la velocidad del sonido.
Por lo general, la gente se refiere al múltiplo de la velocidad del sonido como la velocidad de un avión como el número de Mach, que lleva el nombre de un científico llamado Mach. Si el avión vuela a velocidad supersónica, el número de Mach es obviamente mayor que 1; si vuela a menos de la velocidad del sonido, el número de Mach es menor que 1.
Tan pronto como el avión vuele cerca de la velocidad del sonido, se encontrará con muchos fenómenos complejos que no se encontrarán a bajas velocidades. En este momento, la resistencia del avión será muy grande. Para superar esta resistencia, la gente hizo las alas mucho más delgadas que antes para reducir la resistencia.
Más tarde, la gente descubrió que inclinar las alas hacia atrás puede reducir mucha resistencia al volar a velocidades supersónicas. Como antes, el borde de ataque del ala era redondo. De esta forma, se reducirá la resistencia del avión y aumentará su velocidad.
La parte delantera de las alas de los aviones de combate actuales está casi todas inclinadas hacia atrás. Los llamamos aviones de ala en flecha. Cuando este tipo de avión despega, la velocidad es muy baja. En este momento, sus alas se extienden y no retroceden como un avión de baja velocidad. Cuando la velocidad se vuelve cada vez más rápida y se acerca a la velocidad del sonido, sus alas. comenzar a retroceder. Cuanto mayor es la velocidad, mayor es el barrido.
Aviones supersónicos
Los aviones de combate supersónicos modernos generalmente vuelan con un número de Mach de alrededor de 2. Solo hay unos pocos aviones con un número de Mach superior a 3, y solo hay uno o dos. los experimentales. El número de Mach del avión excedió 6. Cuando la nave espacial regresa a la Tierra y el misil intercontinental vuelve a entrar en la atmósfera, vuela a velocidades hipersónicas y el número de Mach puede llegar a más de 10. En este momento, debido a la fuerte fricción con el aire, la temperatura de la superficie de la aeronave es muy alta. Si los materiales utilizados para fabricar estas aeronaves no pueden soportar altas temperaturas, pueden "quemarse". Para evitar las altas temperaturas, el transbordador espacial estadounidense colocó una capa de baldosas resistentes al calor hechas de materiales cerámicos a su alrededor, especialmente en su cabeza, y regresó a la Tierra sano y salvo.
Puntos de conocimiento
Barrera del sonido y boom sónico
La barrera del sonido es un fenómeno físico Cuando la velocidad de un avión se acerca a la velocidad del sonido, lo hará. alcanzar gradualmente las ondas sonoras que emite. El resultado de la superposición y acumulación de ondas sonoras provocará la generación de ondas de choque, que a su vez crearán obstáculos para la aceleración de la aeronave. Este obstáculo para aumentar la velocidad debido a la velocidad del sonido se llama barrera del sonido.
Después de romper la barrera del sonido y entrar en velocidad supersónica, se generará un cono de sonido en forma de cono desde la parte delantera del avión. Para los espectadores, esta onda de choque sonará como una explosión, así es. llamado boom sónico o boom sónico. Los fuertes estampidos sónicos no sólo causarán daños a los edificios terrestres, sino que también dañarán partes del propio avión que se extienden más allá de la superficie de impacto. Además, cuando la velocidad del objeto es cercana a la velocidad del sonido, el aire circundante se superpone con ondas sonoras y adquiere una presión muy alta. Por lo tanto, una vez que el objeto cruza la barrera del sonido, la presión circundante disminuirá drásticamente.