Chúng ta nghĩ gì khi nghe cụm từ "rào cản âm thanh"? Một giới hạn và rào cản nhất định, việc vượt qua có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến thính giác và sức khỏe. Thông thường, rào cản âm thanh gắn liền với việc chinh phục không phận và nghề nghiệp của một phi công.
Vượt qua rào cản này có thể kích thích sự phát triển của các bệnh mãn tính, hội chứng đau và phản ứng dị ứng. Những nhận thức này là đúng hay chúng là khuôn mẫu? Chúng có cơ sở thực tế không? Rào cản âm thanh là gì? Làm thế nào và tại sao nó xảy ra? Tất cả những điều này và một số sắc thái bổ sung, cũng như các dữ kiện lịch sử liên quan đến khái niệm này, chúng tôi sẽ cố gắng tìm hiểu trong bài viết này.
Khoa học bí ẩn này là khí động học
Trong khoa học khí động học, được thiết kế để giải thích các hiện tượng đi kèm với chuyển động của máy bay, có khái niệm "rào cản âm thanh". Đây là một hànghiện tượng xảy ra trong quá trình chuyển động của máy bay siêu thanh hoặc tên lửa di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ âm thanh hoặc lớn hơn.
Sóng xung kích là gì?
Trong khi dòng siêu âm xung quanh thiết bị, một sóng xung kích phát sinh trong đường hầm gió. Dấu vết của nó có thể được nhìn thấy ngay cả bằng mắt thường. Trên mặt đất, chúng được đánh dấu bằng một đường màu vàng. Bên ngoài hình nón sóng xung kích, phía trước vạch vàng, trên mặt đất, máy bay thậm chí không nghe thấy. Ở một tốc độ vượt quá âm thanh, các vật thể phải chịu một dòng chảy xung quanh dòng âm thanh, kéo theo một sóng xung kích. Có thể có nhiều hơn một, tùy thuộc vào hình dạng của cơ thể.
Biến đổi sóng xung kích
Mặt trước của sóng xung kích, đôi khi được gọi là sóng xung kích, có độ dày khá nhỏ, tuy nhiên, điều này có thể theo dõi những thay đổi đột ngột trong đặc tính của dòng chảy, sự giảm vận tốc của nó so với cơ thể và sự gia tăng tương ứng của áp suất và nhiệt độ của chất khí trong dòng chảy. Trong trường hợp này, động năng được chuyển hóa một phần thành nội năng của chất khí. Số lượng những thay đổi này trực tiếp phụ thuộc vào tốc độ của dòng siêu âm. Khi sóng xung kích di chuyển ra khỏi thiết bị, áp suất giảm và sóng xung kích được chuyển thành âm thanh. Cô ấy có thể tiếp cận một người quan sát bên ngoài, người sẽ nghe thấy âm thanh đặc trưng giống như tiếng nổ. Có ý kiến cho rằng điều này cho thấy thiết bị đã đạt tốc độ âm thanh, khi vật cản âm thanh bị máy bay bỏ lại.
Điều gì đang thực sự xảy ra?
Cái gọi là khoảnh khắcVượt qua rào cản âm thanh trong thực tế là sự đi qua của một làn sóng xung kích với tiếng ầm ầm ngày càng tăng của động cơ máy bay. Bây giờ bộ phận đi trước âm thanh đi kèm, vì vậy tiếng ồn của động cơ sẽ được nghe thấy sau nó. Việc tiếp cận tốc độ của máy bay với tốc độ âm thanh đã trở nên khả thi trong Chiến tranh thế giới thứ hai, nhưng đồng thời, các phi công đã ghi nhận các tín hiệu báo động trong hoạt động của máy bay.
Sau khi chiến tranh kết thúc, nhiều nhà thiết kế máy bay và phi công đã tìm cách đạt tới tốc độ âm thanh và phá vỡ rào cản âm thanh, nhưng nhiều nỗ lực trong số đó đã kết thúc một cách bi thảm. Các nhà khoa học bi quan cho rằng không thể vượt qua giới hạn này. Không có nghĩa là thực nghiệm, mà là khoa học, có thể giải thích bản chất của khái niệm "rào cản âm thanh" và tìm cách khắc phục nó.
Khuyến nghị được đưa ra để bay an toàn
Có thể thực hiện các chuyến bay an toàn ở tốc độ siêu thanh và siêu âm nếu tránh được khủng hoảng sóng, việc xảy ra hiện tượng này phụ thuộc vào các thông số khí động học của máy bay và độ cao của chuyến bay. Việc chuyển đổi từ mức tốc độ này sang mức tốc độ khác phải được thực hiện càng nhanh càng tốt bằng cách sử dụng bộ đốt sau, điều này sẽ giúp tránh một chuyến bay dài trong vùng khủng hoảng sóng. Cuộc khủng hoảng sóng như một khái niệm đến từ vận tải thủy. Nó phát sinh vào thời điểm chuyển động của các con tàu với tốc độ gần bằng tốc độ của sóng trên mặt nước. Gặp phải khủng hoảng sóng kéo theo khó khăn trong việc tăng tốc độ và nếu vượt qua khủng hoảng sóng càng đơn giản càng tốt, thì bạn có thể đạt đượcchế độ bào hoặc trượt trên mặt nước.
Lịch sử điều khiển máy bay
Người đầu tiên đạt được tốc độ bay siêu thanh trên máy bay thử nghiệm là phi công người Mỹ Chuck Yeager. Thành tích của ông được lịch sử ghi nhận vào ngày 1947-10-14. Trên lãnh thổ của Liên Xô, rào cản âm thanh đã được vượt qua vào ngày 26 tháng 12 năm 1948 bởi Sokolovsky và Fedorov, những người đã lái máy bay chiến đấu giàu kinh nghiệm.
Trong số các máy bay dân dụng, tàu chở khách Douglas DC-8 là chiếc đầu tiên phá vỡ rào cản âm thanh, vào ngày 21 tháng 8 năm 1961, nó đạt tốc độ 1.012 Mach, hay 1262 km / h. Nhiệm vụ là thu thập dữ liệu để thiết kế cánh. Trong số các máy bay, kỷ lục thế giới được thiết lập bởi một tên lửa đạn đạo không đối đất siêu thanh, đang được phục vụ trong quân đội Nga. Ở độ cao 31,2 km, tên lửa đạt tốc độ 6389 km / h.
50 năm sau khi phá vỡ rào cản âm thanh trong không khí, người Anh Andy Green đã đạt được thành tích tương tự trên một chiếc ô tô. Khi rơi tự do, Joe Kittinger người Mỹ đã cố gắng phá kỷ lục, người đã chinh phục độ cao 31,5 km. Hôm nay, ngày 14 tháng 10 năm 2012, Felix Baumgartner đã lập kỷ lục thế giới mà không cần sự hỗ trợ của phương tiện, trong một cú rơi tự do từ độ cao 39 km, phá vỡ rào cản âm thanh. Đồng thời, tốc độ của nó đạt 1342,8 km / h.
Sự phá vỡ bất thường nhất của rào cản âm thanh
Nghĩ thì lạ, nhưng là phát minh đầu tiên trên thế giới,Vượt qua giới hạn này, là loại roi thông thường, được phát minh bởi người Trung Quốc cổ đại gần 7 nghìn năm trước. Hầu như cho đến khi phát minh ra chụp ảnh lấy liền vào năm 1927, không ai nghi ngờ rằng vết nứt của roi là một sự bùng nổ âm thanh thu nhỏ. Một cú xoay mạnh tạo thành một vòng lặp và tốc độ tăng mạnh, điều này xác nhận cú nhấp chuột. Rào cản âm thanh được vượt qua ở tốc độ khoảng 1200 km / h.
Bí ẩn của thành phố ồn ào nhất
Không có gì lạ khi cư dân của các thị trấn nhỏ bị sốc khi họ nhìn thấy thủ đô lần đầu tiên. Phương tiện giao thông tràn lan, hàng trăm nhà hàng, trung tâm vui chơi giải trí khiến người dân hoang mang, lo lắng. Đầu mùa xuân ở thủ đô thường là vào tháng Tư, không phải tháng Ba nổi loạn bão tuyết. Tháng 4, trời trong xanh, suối chảy róc rách. Mọi người, mệt mỏi vì mùa đông dài, mở to cửa sổ của họ về phía mặt trời, và tiếng ồn đường phố tràn vào các ngôi nhà. Tiếng chim kêu chói tai trên đường phố, nghệ sĩ hát, học sinh vui vẻ ngâm thơ, chưa kể đến tiếng ồn khi tắc đường và tàu điện ngầm. Nhân viên của bộ phận vệ sinh lưu ý rằng việc ở lâu trong thành phố ồn ào là không tốt cho sức khỏe. Nền âm thanh của thủ đô bao gồm tiếng ồn giao thông, không khí, công nghiệp và hộ gia đình. Tai hại nhất chỉ là tiếng ồn của xe hơi, khi máy bay bay đủ cao, và tiếng ồn từ các xí nghiệp bị hòa tan trong các tòa nhà của họ. Tiếng ồn ào liên tục của ô tô trên các đường cao tốc đặc biệt đông đúc vượt quá tất cả các tiêu chuẩn cho phép hai lần. Làm thế nào để vượt qua rào cản âm thanh ở thủ đô? Mátxcơva rất nguy hiểm vì có nhiều âm thanh nên cư dân thủ đô đang lắp cửa sổ lắp kính hai lớp để giảm bớt tiếng ồn.
Rào cản âm thanh bị phá vỡ như thế nào?
Cho đến năm 1947, không có dữ liệu thực tế nào về tình trạng hạnh phúc của một người trong buồng lái của một chiếc máy bay bay nhanh hơn âm thanh. Hóa ra, việc phá vỡ rào cản âm thanh đòi hỏi sức mạnh và lòng dũng cảm nhất định. Trong chuyến bay, rõ ràng là không có gì đảm bảo để sống sót. Ngay cả một phi công chuyên nghiệp cũng không thể nói chắc liệu thiết kế của máy bay có chịu được sự tấn công của các phần tử hay không. Trong vài phút, chiếc máy bay có thể rơi xuống một cách đơn giản. Điều gì giải thích điều này? Cần lưu ý rằng chuyển động ở tốc độ cận âm tạo ra các sóng âm thanh tán xạ giống như các vòng tròn từ một viên đá rơi. Tốc độ siêu âm kích thích sóng xung kích, và một người đứng trên mặt đất nghe thấy âm thanh tương tự như một vụ nổ. Nếu không có máy tính mạnh, rất khó để giải các phương trình vi phân phức tạp, và người ta phải dựa vào các mô hình thổi trong các đường hầm gió. Đôi khi, khi máy bay tăng tốc không đủ, sóng xung kích đạt đến mức độ mạnh đến mức cửa sổ bay ra khỏi những ngôi nhà mà máy bay bay qua. Không phải ai cũng có thể vượt qua được rào cản âm thanh, vì lúc này toàn bộ cấu trúc đang rung chuyển, các dây buộc của bộ máy có thể bị hư hại đáng kể. Vì vậy, sức khỏe tốt và sự ổn định về cảm xúc rất quan trọng đối với các phi công. Nếu chuyến bay suôn sẻ và rào cản âm thanh được vượt qua càng nhanh càng tốt, thì cả phi công và hành khách có thể sẽ cảm thấy khó chịu đặc biệt. Đặc biệt để phục vụ cho việc chinh phục hàng rào âm thanh, một chiếc máy bay nghiên cứu đã được chế tạo vào tháng 1 năm 1946. Việc tạo ra máy làkhởi xướng theo đơn đặt hàng của Bộ Quốc phòng, nhưng thay vì vũ khí, nó được nhồi các thiết bị khoa học giám sát hoạt động của các cơ chế và thiết bị. Máy bay này giống như một tên lửa hành trình hiện đại với một động cơ tên lửa được tích hợp sẵn. Máy bay đã phá vỡ rào cản âm thanh ở tốc độ tối đa 2736 km / h.
Tượng đài bằng lời nói và vật chất cho sự chinh phục tốc độ âm thanh
Thành tựu trong việc phá vỡ rào cản âm thanh được đánh giá cao ngày nay. Vì vậy, chiếc máy bay mà Chuck Yeager đã vượt qua nó lần đầu tiên hiện đang được trưng bày tại Bảo tàng Hàng không và Không gian Quốc gia, đặt tại Washington. Nhưng các thông số kỹ thuật của phát minh con người này sẽ chẳng có giá trị gì nếu không có công của chính người phi công. Chuck Yeager đã học qua trường dạy bay và chiến đấu ở Châu Âu, sau đó anh trở về Anh. Việc bị đình chỉ bay không công bằng đã không làm mất tinh thần của Yeager, và ông đã có được một cuộc hẹn với tổng tư lệnh quân đội châu Âu. Trong những năm còn lại trước khi chiến tranh kết thúc, Yeager đã tham gia 64 lần xuất kích, trong đó ông đã bắn rơi 13 máy bay. Chuck Yeager trở về quê hương với quân hàm đại úy. Những đặc điểm của anh ấy cho thấy trực giác phi thường, sự điềm tĩnh và sức chịu đựng đáng kinh ngạc trong những tình huống nguy cấp. Đã hơn một lần, Yeager lập kỷ lục trên chiếc máy bay của mình. Sự nghiệp sau này của ông là trong Lực lượng Không quân, nơi ông đã đào tạo các phi công. Lần cuối cùng Chuck Yeager phá vỡ rào cản âm thanh là năm 74 tuổi, vào dịp kỷ niệm 50 năm lịch sử chuyến bay của ông và vào năm 1997.
Nhiệm vụ phức tạp của người tạo máy baythiết bị
Máy bay MiG-15 nổi tiếng thế giới bắt đầu được tạo ra vào thời điểm các nhà phát triển nhận ra rằng không thể chỉ dựa vào việc phá bỏ rào cản âm thanh mà phải giải quyết được các vấn đề kỹ thuật phức tạp. Kết quả là, một cỗ máy đã được tạo ra thành công đến mức những sửa đổi của nó đã được các quốc gia khác nhau áp dụng. Một số phòng thiết kế khác nhau đã tham gia vào một cuộc đấu tranh cạnh tranh, phần thưởng trong số đó là bằng sáng chế cho chiếc máy bay hoạt động và thành công nhất. Máy bay được phát triển với cánh xuôi, đó là một cuộc cách mạng trong thiết kế của họ. Bộ máy lý tưởng phải mạnh mẽ, nhanh chóng và có khả năng chống lại mọi tác hại bên ngoài một cách đáng kinh ngạc. Cánh quét của máy bay trở thành một yếu tố giúp chúng tăng gấp ba lần tốc độ âm thanh. Hơn nữa, tốc độ của máy bay tiếp tục tăng, điều này được giải thích là do công suất động cơ tăng lên, sử dụng các vật liệu cải tiến và tối ưu hóa các thông số khí động học. Việc phá vỡ rào cản âm thanh đã trở nên khả thi và thực tế ngay cả đối với những người không chuyên nghiệp, nhưng nó không trở nên ít nguy hiểm hơn vì điều này, vì vậy bất kỳ người tìm kiếm cực đoan nào cũng nên đánh giá hợp lý điểm mạnh của mình trước khi quyết định thử nghiệm như vậy.
