Na kaj pomislimo, ko slišimo izraz "zvočna ovira"? Določena meja in ovira, premagovanje katere lahko resno vpliva na sluh in počutje. Običajno je zvočna ovira povezana z osvajanjem zračnega prostora in poklicem pilota.
Premagovanje te ovire lahko izzove razvoj kroničnih bolezni, bolečinskih sindromov in alergijskih reakcij. Ali so te predstave pravilne ali so stereotipi? Ali imajo dejansko podlago? Kaj je zvočna ovira? Kako in zakaj nastane? Vse to in nekatere dodatne nianse ter zgodovinska dejstva, povezana s tem konceptom, bomo poskušali izvedeti v tem članku.
Ta skrivnostna znanost je aerodinamika
V znanosti o aerodinamiki, ki je zasnovana za razlago pojavov, ki spremljajo gibanje
letala, obstaja koncept "zvočne pregrade". To je vrstapojavi, ki se pojavijo med gibanjem nadzvočnih letal ali raket, ki se premikajo s hitrostmi, ki so blizu hitrosti zvoka ali več.
Kaj je udarni val?
Med nadzvočnim tokom okoli aparata se v vetrovniku pojavi udarni val. Njegove sledi je mogoče videti tudi s prostim očesom. Na tleh so označeni z rumeno črto. Zunaj stožca udarnega vala, pred rumeno črto, na tleh se letalo niti ne sliši. Pri hitrosti, ki presega zvok, so telesa izpostavljena toku okoli zvočnega toka, kar povzroči udarni val. Lahko jih je več, odvisno od oblike telesa.
transformacija udarnega vala
Prednji del udarnega vala, ki ga včasih imenujemo udarni val, ima precej majhno debelino, zaradi česar je kljub temu mogoče slediti nenadnim spremembam lastnosti toka, zmanjšanju njegove hitrosti glede na telesa in ustrezno povečanje tlaka in temperature plina v toku. V tem primeru se kinetična energija delno pretvori v notranjo energijo plina. Število teh sprememb je neposredno odvisno od hitrosti nadzvočnega toka. Ko se udarni val odmakne od aparata, se padci tlaka zmanjšajo in udarni val se pretvori v zvok. Lahko doseže zunanjega opazovalca, ki bo slišal značilen zvok, ki spominja na eksplozijo. Obstaja mnenje, da to pomeni, da je naprava dosegla hitrost zvoka, ko je zvočno pregrado zapustilo letalo.
Kaj se v resnici dogaja?
Tako imenovani trenutekpremagovanje zvočne ovire v praksi je prehod udarnega vala z naraščajočim ropotom letalskih motorjev. Zdaj je enota pred spremljajočim zvokom, zato se bo za njim slišalo brnenje motorja. Približevanje hitrosti letal hitrosti zvoka je postalo možno med drugo svetovno vojno, hkrati pa so piloti opazili alarmne signale pri delovanju letal.
Po koncu vojne so številni oblikovalci letal in piloti poskušali doseči hitrost zvoka in prebiti zvočno pregrado, vendar so se mnogi od teh poskusov končali tragično. Pesimistični znanstveniki so trdili, da te meje ni mogoče preseči. Nikakor eksperimentalno, ampak znanstveno, je bilo mogoče razložiti naravo koncepta "zvočne ovire" in najti načine za njeno premagovanje.
Izvedena priporočila za varno letenje
Varni leti pri transsonični in nadzvočni hitrosti so možni, če se izognemo valovni krizi, katere pojav je odvisen od aerodinamičnih parametrov letala in višine leta. Prehode z ene stopnje hitrosti na drugo je treba izvesti čim hitreje z uporabo naknadnega zgorevanja, kar bo pomagalo preprečiti dolg let v območju valovne krize. Kriza valov je kot koncept izvirala iz vodnega prometa. Nastala je v času premikanja ladij s hitrostjo, ki je blizu hitrosti valov na površini vode. Vstop v valovno krizo pomeni težave pri povečanju hitrosti, in če je čim bolj preprosto premagati valovno krizo, potem lahko dosežeteskobeljni ali drsni način na vodni gladini.
Zgodovina nadzora letal
Prva oseba, ki je dosegla nadzvočno hitrost leta na eksperimentalnem letalu, je ameriški pilot Chuck Yeager. Njegov dosežek je v zgodovini zabeležen 14. oktobra 1947. Na ozemlju ZSSR sta 26. decembra 1948 zvočno oviro premagala Sokolovsky in Fedorov, ki sta letela z izkušenim lovcem.
Od civilnega letala je prvo zvočno pregrado prebilo potniško linijo Douglas DC-8, ki je 21. avgusta 1961 dosegla hitrost 1,012 Macha ali 1262 km/h. Naloga je bila zbrati podatke za načrtovanje kril. Med letali je svetovni rekord postavila hiperzvočna aerobalistična raketa zrak-zemlja, ki je v službi ruske vojske. Na višini 31,2 kilometra je raketa dosegla hitrost 6389 km/h.
50 let po tem, ko je prebil zvočno pregrado v zraku, je Anglež Andy Green dosegel podoben dosežek v avtomobilu. V prostem padu je rekord poskušal podreti Američan Joe Kittinger, ki je osvojil višino 31,5 kilometra. Felix Baumgartner je danes, 14. oktobra 2012, brez pomoči vozila postavil svetovni rekord v prostem padcu z višine 39 kilometrov in prebil zvočno pregrado. Hkrati je njegova hitrost dosegla 1342,8 kilometrov na uro.
Najnenavadnejši preboj zvočne pregrade
Čudno razmišljati, toda prvi izum na svetu,premagovanje te meje je bil običajen bič, ki so ga izumili stari Kitajci pred skoraj 7 tisoč leti. Skoraj do izuma instant fotografije leta 1927 nihče ni sumil, da je pok biča miniaturni zvočni udarec. Oster zamah tvori zanko, hitrost pa se močno poveča, kar potrdi klik. Zvočna ovira se premaga pri hitrosti približno 1200 km/h.
Skrivnost najbolj hrupnega mesta
Nič čudnega, da so prebivalci majhnih mest šokirani, ko prvič vidijo prestolnico. Obilje prevoza, na stotine restavracij in zabavnih centrov zmede in vznemirja. Začetek pomladi v prestolnici je običajno označen z aprilom, ne z uporniškim snežnim marcem. Aprila je nebo jasno, potoki tečejo in brsti se odpirajo. Ljudje, utrujeni od dolge zime, na stežaj odprejo okna proti soncu in v hiše vdre ulični hrup. Ptice na ulici oglušujoče žvrgolejo, umetniki pojejo, veseli učenci recitirajo pesmi, da o hrupu v prometnih zastojih in podzemni železnici niti ne govorimo. Zaposleni v higienskih oddelkih ugotavljajo, da je dolgotrajno bivanje v hrupnem mestu nezdravo. Zvočno ozadje prestolnice sestavljajo promet, zračni, industrijski in gospodinjski hrup. Najbolj škodljiv je ravno hrup avtomobilov, saj letala letijo dovolj visoko, hrup podjetij pa je raztopljen v njihovih zgradbah. Nenehno brnenje avtomobilov na posebej prometnih avtocestah dvakrat presega vse dovoljene norme. Kako se premaguje zvočna ovira v prestolnici? Moskva je nevarna zaradi obilice zvokov, zato prebivalci prestolnice nameščajo okna z dvojno zasteklitvijo, da zadušijo hrup.
Kako je prelomljena zvočna ovira?
Do leta 1947 ni bilo dejanskih podatkov o počutju osebe v pilotski kabini letala, ki leti hitreje od zvoka. Kot se je izkazalo, prebijanje zvočne pregrade zahteva določeno moč in pogum. Med letom postane jasno, da ni nobenega zagotovila za preživetje. Tudi profesionalni pilot ne more z gotovostjo reči, ali bo zasnova letala vzdržala napade elementov. V nekaj minutah lahko letalo preprosto razpade. Kaj to pojasnjuje? Treba je opozoriti, da gibanje s podzvočno hitrostjo ustvarja akustične valove, ki se razpršijo kot krogi iz padlega kamna. Nadzvočna hitrost vzbuja udarne valove in oseba, ki stoji na tleh, sliši zvok, podoben eksploziji. Brez zmogljivih računalnikov je bilo težko reševati zapletene diferencialne enačbe in se je bilo treba zanesti na modele pihanja v vetrovnikih. Včasih ob nezadostnem pospešku letala udarni val doseže tako moč, da iz hiš, nad katerimi leti letalo, letijo okna. Vsi ne bodo mogli premagati zvočne pregrade, saj se v tem trenutku celotna konstrukcija trese, pritrdilni elementi naprave se lahko znatno poškodujejo. Zato sta dobro zdravje in čustvena stabilnost za pilote tako pomembna. Če je let gladek in je zvočna ovira premagana čim hitreje, potem niti pilot niti morebitni potniki ne bodo občutili posebej neprijetnih občutkov. Posebej za osvajanje zvočne pregrade je bilo januarja 1946 izdelano raziskovalno letalo. Ustvarjanje stroja je bilosprožila odredba Ministrstva za obrambo, a je bila namesto orožja polnjena z znanstveno opremo, ki je spremljala delovanje mehanizmov in naprav. To letalo je bilo kot sodobna križarska raketa z vgrajenim raketnim motorjem. Letalo je prebilo zvočno pregrado pri najvišji hitrosti 2736 km/h.
Besedni in materialni spomeniki osvajanju hitrosti zvoka
Dosežki pri premagovanju zvočne ovire so danes zelo cenjeni. Tako je letalo, na katerem ga je Chuck Yeager prvič premagal, zdaj na ogled v Nacionalnem muzeju letalstva in vesolja, ki se nahaja v Washingtonu. Toda tehnični parametri tega človeškega izuma bi bili malo vredni brez zaslug samega pilota. Chuck Yeager je opravil šolo letenja in se boril v Evropi, nato pa se je vrnil v Anglijo. Nepravična prekinitev letenja ni zlomila Yeagerjevega duha in dobil je sestanek pri vrhovnem poveljniku evropskih čet. V letih, ki so ostala do konca vojne, se je Yeager udeležil 64 letov, med katerimi je sestrelil 13 letal. Chuck Yeager se je vrnil v domovino s činom stotnika. Njegove lastnosti kažejo na fenomenalno intuicijo, neverjetno umirjenost in vzdržljivost v kritičnih situacijah. Yeager je večkrat postavil rekorde na svojem letalu. Njegova kasnejša kariera je bila v zračnih silah, kjer je usposabljal pilote. Chuck Yeager je nazadnje prebil zvočno pregrado pri 74 letih, kar je bilo ob petdeseti obletnici njegove zgodovine letenja in leta 1997.
Zapletene naloge ustvarjalcev letalnaprave
Svetovno znano letalo MiG-15 je začelo nastajati v trenutku, ko so razvijalci spoznali, da je nemogoče temeljiti le na prebijanju zvočne pregrade, ampak je treba rešiti zapletene tehnične težave. Posledično je bil stroj ustvarjen tako uspešen, da so njegove modifikacije sprejele različne države. Več različnih konstruktorskih birojev je vstopilo v nekakšen konkurenčni boj, katerega nagrada je bil patent za najuspešnejše in najbolj funkcionalno letalo. Razvita letala z zamašenimi krili, kar je bila revolucija v njihovem oblikovanju. Idealna naprava bi morala biti močna, hitra in neverjetno odporna na kakršne koli zunanje poškodbe. Zametna krila letala so postala element, ki jim je pomagal potrojiti hitrost zvoka. Nadalje se je hitrost letala še naprej povečevala, kar je bilo razloženo s povečanjem moči motorja, uporabo inovativnih materialov in optimizacijo aerodinamičnih parametrov. Prebijanje zvočne ovire je postalo možno in resnično tudi za neprofesionalca, vendar zaradi tega ne postane manj nevarno, zato bi moral vsak iskalec ekstrema smiselno oceniti svoje moči, preden se odloči za tak eksperiment.
