Републикую свой старый текст на тему “звукового барьера”:

Оказывается, одним из широко распространённых околоавиационных заблуждений является так называемый “звуковой барьер”, который “преодолевают” самолёты.

Даже больше: со сверхзвуковым полётом связан целый букет заблуждений. Как же обстоит дело в реальности? (Рассказ с фотографиями.)

Заблуждение первое: “хлопок”, якобы сопровождающий “преодоление звукового барьера” (ранее, ответ на этот вопрос опубликован на сайте “Элементы”).

С “хлопком” происходит недоразумение, вызванное неверным пониманием термина “звуковой барьер”. Этот “хлопок” правильно называть “звуковым ударом”. Самолет, движущийся со сверхзвуковой скоростью, создает в окружающем воздухе ударные волны, скачки воздушного давления. Упрощенно эти волны можно представить себе в виде сопровождающего полет самолета конуса, с вершиной, как бы привязанной к носовой части фюзеляжа, а образующими, направленными против движения самолета и распространяющимися довольно далеко, например до поверхности земли.

Когда граница этого воображаемого конуса, обозначающая фронт основной звуковой волны, достигает уха человека, то резкий скачок давления воспринимается на слух как хлопок. Звуковой удар, как привязанный, сопровождает весь полет самолета, при условии что самолет движется достаточно быстро, пусть и с постоянной скоростью. Хлопком же кажется проход основной волны звукового удара над фиксированной точкой поверхности земли, где, например, находится слушатель.

supsonicflyby.jpg

Другими словами, если бы сверхзвуковой самолет с постоянной, но сверхзвуковой, скоростью принялся летать над слушателем туда-сюда, то хлопок слышался бы каждый раз, спустя некоторое время после пролета самолета над слушателем на достаточно близком расстоянии.

А “звуковым барьером” в аэродинамике называют резкий скачок воздушного сопротивления, возникающий при достижении самолетом некоторой пограничной скорости, близкой к скорости звука. При достижении этой скорости характер обтекания самолета воздушным потоком меняется кардинальным образом, что в свое время сильно затрудняло достижение сверхзвуковых скоростей. Обычный, дозвуковой, самолет не способен устойчиво лететь быстрее звука, как бы его ни разгоняли, – он просто потеряет управление и развалится.

Для преодоления звукового барьера ученым пришлось разработать крыло со специальным аэродинамическим профилем и придумать другие ухищрения. Интересно, что пилот современного сверхзвукового самолета хорошо чувствует “преодоление” своим летательным аппаратом звукового барьера: при переходе на сверхзвуковое обтекание ощущается “аэродинамический удар” и характерные “скачки” в управляемости. Вот только с “хлопками” на земле эти процессы напрямую не связаны.

Заблуждение второе: “срыв тумана”.

Если о “хлопке” почти все знают, то с “туманом” ситуация несколько более “специальная”. Есть множество снимков, где летящий самолёт (обычно это истребитель) как бы “выскакивает” из туманного конуса. Смотрится очень эффектно:

sonicf141.jpg

Туман и относят к “звуковому барьеру”. Мол, это на фотографии как раз запечатлён момент “преодоления”, а туман и есть “тот самый барьер”.

sonicf18shornet.jpg

На самом же деле, возникновение тумана связано лишь с резким перепадом давления, сопровождающим полёт самолёта. В результате аэродинамических эффектов за элементами конструкции самолёта образуются не только области повышенного давления, но и области разрежения воздуха (возникают колебания давления). Именно в этих областях разрежения (протекающего, фактически, без теплообмена с окружающей средой, так как процесс “очень быстрый”) и конденсируется водяной пар. Причиной этому служит резкое падение “локальной температуры”, приводящее к резкому смещению так называемой “точки росы”.

Так что, если влажность воздуха и температура подходят, то такой туман – вызванный интенсивной конденсацией атмосферной влаги – сопровождает весь полёт самолёта. И не обязательно на сверхзвуковой скорости. Например, на фотографии ниже, бомбардировщик B-2, а это дозвуковой самолёт, сопровождается характерной дымкой:

f15b2.jpg

Конечно, так как фотография фиксирует один миг полёта, то, в случае со сверхзвуковыми самолётами, создаётся ощущение “выскакивающего” из тумана истребителя. Особенно выраженного эффекта можно достичь при полёте на небольших высотах над морем, так как в этом случае атмосфера обычно очень влажная.

sonicf18shornet2.jpg

Именно поэтому большинство “художественных” снимков сверхзвукового полёта сделано с борта того или иного корабля, а запечатлены на снимках самолёты палубной авиации.

sonicf14d.jpg

(Использованы фотографии U.S. Navy News Service и U.S. Air Force Press Service)

(Отдельное спасибо Игорю Иванову за ценное замечание по физике образования тумана.)



Комментарии (17) »

На днях в CERN закончили установку детектора CMS (Compact Muon Solenoid) в строящийся ускоритель LHC. На стометровую глубину под землю опустили собранные на поверхности элементы детектора. CMS – весьма большой физический прибор: например, его последний элемент, установленный 22 января, весит около 1430 тонн. Пара фото:

mscern.jpg

mscern2.jpg

(Credit: CERN)

По планам, ускоритель должны запустить уже этим летом (хотя, вполне возможно, запуск отложат). С помощью LHC, помимо прочего, физики надеются выяснить, откуда у элементарных частиц берётся масса. Кроме того, именно с LHC связываются всякие ужасные перспективы, рассмотренные в сценариях компьютерных игр, самая интересная из которых – это пробивание дыры в другое измерение. Из дыры, понятно, начинают выползать злобные монстры. (Изучение дополнительных измерений нашего Мира – вполне научная цель, реально стоящая перед LHC.)



Комментарии (2) »

Между тем, Gravity Probe B все летает и летает на орбите, бесполезный: так как срок его научной эксплуатации закончился, вышел вместе с гелием, использовавшимся для охлаждения и маневрирования. Правда, в конце мая Gravity Probe B обещают отправить в спячку (или в гибернацию), отключив всякие штуки, имеющиеся на борту.

От имени руководства миссии новорят, что за время эксперимента сгрузили с борта на землю почти терабайт данных. Теперь его анализируют, с целью проверить гравимагнитный эффект и тем самым испытав общую теорию относительности. Анализировать решили в три этапа: на первых двух (с сентября 2005-го по февраль 2006-го и с февраля 2006-го по август 2006-го) выявляют закономерности и ошибки в прецессиях каждого отдельного гироскопа из четырех, работавших на борту. На третьем этапе все анализы двух предыдущих этапов смело смешают, ну, или сведут вместе, это должно случиться к декабрю 2006-го года.

Но и тут еще не конец: потом слитые данные сверят с движением опорной звезды (январь 2007) и подвергнут разносторонней критике в специальном комитете и у мировых профильных экспертов; опубликуют статьи. И тут, наконец-то, сообщат порядком заскучавшей общественности результаты и вердикт относительно общей теории относительности. Впрочем, особо неожиданных заявлений ждать не стоит, видимо.



Comments Off on Проба гравитации

ЧД

В самом деле, черные дыры вездесущи. Они таки должны быть и в атмосфере Земли, очевидно, заселяя ее, атмосферу, стаями: “Looking for black holes in the atmosphere is one of the prominent missions for the newly built Pierre Auger Observatory.” Неисчерпаемая тема. Посмотрим, что и насколько развесистое теперь напишут СМИ. Например, “Известия ‘науки'”. Заголовки тут должны оказаться креативными. Скажем, так: “Дождь из черных дыр смыл трех астрономов и обсерваторию” или “Самолеты затягивает в чернодырную тучу”.



Comments Off on ЧД
Навигация по запискам: « Позже