Apie ką galvojame išgirdę posakį „garso barjeras“? Tam tikra riba ir barjeras, kurio įveikimas gali rimtai paveikti klausą ir savijautą. Paprastai garso barjeras siejamas su oro erdvės užkariavimu ir piloto profesija.
Šio barjero įveikimas gali išprovokuoti lėtinių ligų, skausmo sindromų ir alerginių reakcijų vystymąsi. Ar šie suvokimai teisingi, ar tai stereotipai? Ar jie turi faktinį pagrindą? Kas yra garso barjeras? Kaip ir kodėl tai atsiranda? Visa tai ir kai kuriuos papildomus niuansus, taip pat istorinius faktus, susijusius su šia koncepcija, pabandysime išsiaiškinti šiame straipsnyje.
Šis paslaptingas mokslas yra aerodinamika
Aerodinamikos moksle, skirtame paaiškinti reiškinius, lydinčius
orlaivio judėjimą, yra „garso barjero“sąvoka. Tai yra eilėreiškiniai, atsirandantys viršgarsiniams orlaiviams ar raketoms, judančioms artimu garso greičiui ar didesniu greičiu.
Kas yra smūginė banga?
Viršgarsinio srauto metu aplink aparatą vėjo tunelyje kyla smūginė banga. Jo pėdsakai matomi net plika akimi. Ant žemės jie pažymėti geltona linija. Už smūgio bangos kūgio, prieš geltoną liniją, ant žemės, lėktuvo net nesigirdi. Kai greitis viršija garsą, kūnai yra veikiami srauto aplink garso srautą, o tai sukelia smūgio bangą. Gali būti daugiau nei vienas, atsižvelgiant į kūno formą.
Smūgio bangos transformacija
Smūgio bangos priekinė dalis, kuri kartais vadinama smūgine banga, yra gana mažo storio, o tai vis dėlto leidžia atsekti staigius srauto savybių pokyčius, jo greičio sumažėjimą, palyginti su kūno ir atitinkamai padidėjus sraute esančių dujų slėgiui ir temperatūrai. Šiuo atveju kinetinė energija iš dalies paverčiama vidine dujų energija. Šių pokyčių skaičius tiesiogiai priklauso nuo viršgarsinio srauto greičio. Smūginei bangai tolstant nuo aparato, slėgis mažėja ir smūginė banga paverčiama garsu. Ji gali pasiekti pašalinį stebėtoją, kuris išgirs būdingą garsą, panašų į sprogimą. Yra nuomonė, kad tai rodo, kad įrenginys pasiekė garso greitį, kai garso barjerą palieka lėktuvas.
Kas iš tikrųjų vyksta?
Vadinamasis momentasgarso barjero įveikimas praktikoje yra smūginės bangos perėjimas su vis stiprėjančiu orlaivių variklių burzgimu. Dabar įrenginys lenkia lydintį garsą, todėl po jo pasigirs variklio ūžesys. Orlaivių greitį priartinti prie garso greičio tapo įmanoma Antrojo pasaulinio karo metais, tačiau tuo pačiu metu pilotai pastebėjo pavojaus signalus skrendant orlaivius.
Pasibaigus karui daugelis orlaivių konstruktorių ir pilotų siekė pasiekti garso greitį ir pralaužti garso barjerą, tačiau daugelis šių bandymų baigėsi tragiškai. Pesimistiškai nusiteikę mokslininkai tvirtino, kad šios ribos negalima peržengti. Jokiu būdu ne eksperimentiškai, o moksliškai pavyko paaiškinti „garso barjero“sąvokos prigimtį ir rasti būdų, kaip ją įveikti.
Išvestos saugaus skrydžio rekomendacijos
Saugūs skrydžiai transoniniu ir viršgarsiniu greičiu galimi, jei išvengiama bangų krizės, kurios atsiradimas priklauso nuo orlaivio aerodinaminių parametrų ir skrydžio aukščio. Perėjimas iš vieno greičio lygio į kitą turėtų būti atliekamas kuo greičiau naudojant papildomą degiklį, kuris padės išvengti ilgo skrydžio bangų krizės zonoje. Bangų krizė kaip koncepcija kilo iš vandens transporto. Jis atsirado tuo metu, kai laivai judėjo greičiu, artimu bangų greičiui vandens paviršiuje. Patekus į bangų krizę, sunku padidinti greitį, o jei bangų krizę įveikti yra kuo paprasčiau, tuomet galite pasiektiobliavimo arba slydimo režimas vandens paviršiuje.
Lėktuvų valdymo istorija
Pirmasis žmogus, pasiekęs viršgarsinį skrydžio greitį eksperimentiniu orlaiviu, yra amerikiečių pilotas Chuckas Yeageris. Jo pasiekimas istorijoje įrašytas 1947 m. spalio 14 d. SSRS teritorijoje garso barjerą 1948 m. gruodžio 26 d. įveikė Sokolovskis ir Fiodorovas, kurie skrido patyrusiu naikintuvu.
Iš civilinio lėktuvo pirmasis garso barjerą įveikė keleivinis laineris Douglas DC-8, kuris 1961 m. rugpjūčio 21 d. pasiekė 1,012 macho arba 1262 km/h greitį. Misija buvo rinkti duomenis sparnų projektavimui. Tarp orlaivių pasaulio rekordą pasiekė hipergarsinė oro-žemė aerobalistinė raketa, kuri tarnauja Rusijos armijoje. 31,2 kilometro aukštyje raketa pasiekė 6389 km/h greitį.
50 metų po to, kai įveikė garso barjerą ore, anglas Andy Greenas padarė panašų pasiekimą automobilyje. Laisvajame kritime rekordą bandė sumušti amerikietis Joe Kittingeris, kuris įveikė 31,5 kilometro aukštį. Šiandien, 2012 m. spalio 14 d., Felixas Baumgartneris, be transporto priemonės pagalbos, laisvu kritimu iš 39 kilometrų aukščio įlaužęs garso barjerą pasiekė pasaulio rekordą. Tuo pačiu metu jo greitis siekė 1342,8 kilometro per valandą.
Neįprastiausias garso barjero pralaužimas
Keista pagalvoti, bet pirmasis pasaulyje išradimas,šią ribą įveikęs buvo įprastas botagas, kurį beveik prieš 7 tūkstančius metų išrado senovės kinai. Beveik iki momentinės fotografijos išradimo 1927 m. niekas neįtarė, kad rykštės plyšimas yra miniatiūrinis garsinis bumas. Staigus siūbavimas sudaro kilpą, o greitis smarkiai padidėja, o tai patvirtina spragtelėjimą. Garso barjeras įveikiamas maždaug 1200 km/h greičiu.
Triukšmiausio miesto paslaptis
Nenuostabu, kad mažų miestelių gyventojai nustemba pirmą kartą pamatę sostinę. Transporto gausa, šimtai restoranų ir pramogų centrų glumina ir kelia nerimą. Pavasario pradžia sostinėje dažniausiai datuojama balandį, o ne maištingą pūgų kovas. Balandžio mėnesį giedras dangus, teka upeliai, atsiveria pumpurai. Žmonės, pavargę nuo ilgos žiemos, plačiai atveria langus į saulę, o į namus veržiasi gatvės triukšmas. Gatvėje kurtinamai čiulba paukščiai, dainuoja artistai, linksmi studentai deklamuoja eilėraščius, jau nekalbant apie triukšmą kamščiuose ir metro. Higienos skyrių darbuotojai pastebi, kad triukšmingame mieste ilgai būti nesveika. Sostinės garso foną sudaro transporto, oro, pramonės ir buities triukšmai. Žalingiausias yra tik automobilių triukšmas, nes lėktuvai skrenda pakankamai aukštai, o įmonių keliamas triukšmas ištirpsta jų pastatuose. Nuolatinis automobilių ūžesys ypač judriuose greitkeliuose visas leistinas normas viršija du kartus. Kaip sostinėje įveikiamas garso barjeras? Maskva pavojinga dėl garsų gausos, todėl sostinės gyventojai, norėdami nuslopinti triukšmą, montuoja dvigubo stiklo langus.
Kaip pažeidžiamas garso barjeras?
Iki 1947 m. nebuvo jokių faktinių duomenų apie žmogaus savijautą lėktuvo, kuris skrenda greičiau nei garsas, kabinoje. Kaip paaiškėjo, garso barjero įveikimas reikalauja tam tikros jėgos ir drąsos. Skrydžio metu tampa aišku, kad garantijų išgyventi nėra. Net profesionalus pilotas negali tiksliai pasakyti, ar orlaivio konstrukcija atlaikys stichijų puolimą. Per kelias minutes lėktuvas gali tiesiog subyrėti. Kas tai paaiškina? Pažymėtina, kad judėjimas ikigarsiniu greičiu sukuria akustines bangas, kurios kaip apskritimai išsisklaido iš nukritusio akmens. Viršgarsinis greitis sužadina smūgines bangas, o ant žemės stovintis žmogus girdi garsą, panašų į sprogimą. Be galingų kompiuterių buvo sunku išspręsti sudėtingas diferencialines lygtis, o vėjo tuneliuose reikėjo pasikliauti pūtimo modeliais. Kartais, nepakankamai įsibėgėjant orlaiviui, smūgio banga pasiekia tokį stiprumą, kad iš namų, virš kurių skrenda orlaivis, išskrenda langai. Ne visi sugebės įveikti garso barjerą, nes šiuo metu visa konstrukcija dreba, aparato tvirtinimai gali būti smarkiai pažeisti. Todėl pilotams labai svarbu gera sveikata ir emocinis stabilumas. Jei skrydis bus sklandus, o garso barjeras įveikiamas kuo greičiau, nei pilotas, nei galimi keleiviai nepajus itin nemalonių pojūčių. Specialiai garso barjero užkariavimui 1946 m. sausį buvo pastatytas tyrimų lėktuvas. Mašinos sukūrimas buvoinicijuota Krašto apsaugos ministerijos įsakymu, tačiau vietoje ginklų buvo prikimšta mokslinės įrangos, kuri stebėjo mechanizmų ir prietaisų veikimą. Šis lėktuvas buvo tarsi moderni sparnuotoji raketa su įmontuotu raketiniu varikliu. Lėktuvas pramušė garso barjerą maksimaliu 2736 km/h greičiu.
Žodiniai ir materialūs paminklai garso greičio užkariavimui
Pasiekimai įveikiant garso barjerą šiandien labai vertinami. Taigi lėktuvas, kuriuo Chuckas Yeageris pirmą kartą jį įveikė, dabar eksponuojamas Nacionaliniame oro ir kosmoso muziejuje, kuris yra Vašingtone. Tačiau šio žmogaus išradimo techniniai parametrai būtų menkai verti be paties piloto nuopelnų. Chuckas Yeageris baigė skrydžio mokyklą ir kovojo Europoje, po to grįžo į Angliją. Nesąžiningas sustabdymas skraidyti nepažeidė Yeager dvasios ir jis gavo paskyrimą su vyriausiuoju Europos kariuomenės vadu. Per likusius metus iki karo pabaigos Yeageris dalyvavo 64 skrydžiuose, kurių metu numušė 13 lėktuvų. Chuckas Yeageris grįžo į tėvynę su kapitono laipsniu. Jo savybės rodo fenomenalią intuiciją, neįtikėtiną santūrumą ir ištvermę kritinėse situacijose. Ne kartą Yeageris savo lėktuve pasiekė rekordus. Vėliau jo karjera buvo oro pajėgose, kur ruošė pilotus. Paskutinį kartą Chuckas Yeageris sumušė garso barjerą sulaukęs 74 metų, tai buvo per penkiasdešimtąsias jo skrydžio istorijos metines ir 1997 m.
Sudėtingos orlaivių kūrėjų užduotysįrenginiai
Pasaulyje garsus MiG-15 lėktuvas buvo pradėtas kurti tuo metu, kai kūrėjai suprato, kad neįmanoma remtis tik garso barjero pramušimu, tačiau reikia išspręsti sudėtingas technines problemas. Dėl to mašina buvo sukurta taip sėkmingai, kad jos modifikacijas priėmė įvairios šalys. Keletas skirtingų projektavimo biurų įsivėlė į savotišką konkurencinę kovą, kurios prizas buvo sėkmingiausio ir funkcionaliausio lėktuvo patentas. Sukurti orlaiviai su sparnais, o tai buvo jų konstrukcijos revoliucija. Idealus aparatas turi būti galingas, greitas ir neįtikėtinai atsparus bet kokiai išorinei žalai. Nubraukiami orlaivio sparnai tapo elementu, padėjusiu trigubai padidinti garso greitį. Be to, orlaivio greitis ir toliau didėjo, o tai buvo paaiškinta variklio galios padidėjimu, naujoviškų medžiagų naudojimu ir aerodinaminių parametrų optimizavimu. Garso barjero peržengimas tapo įmanomas ir realus net neprofesionalui, tačiau dėl to jis netampa mažiau pavojingas, todėl bet kuris ekstremalaus ieškotojas, prieš nuspręsdamas dėl tokio eksperimento, turėtų protingai įvertinti savo stipriąsias puses.
