Lydvegg

Begrepet lydvegg , eller mer sjelden lydmur , indikerte vanskeligheten for de første flyene utstyrt med nødvendig kraft, men med uegnet aerodynamikk , å nå lydhastigheten på 331,2 meter per sekund (1 192 km/t).

Beskrivelse

De aerodynamiske effektene på overflatene til et fly varierer faktisk betydelig når de nærmer seg lydhastigheten. Bevegelsesregimet under disse forholdene kalles det transoniske regimet eller flyten .

Når et legeme beveger seg inne i en væske , kommuniserer det til partiklene en rekke mekaniske støt som forårsaker, i kombinasjon med den gjennomsnittlige molekylære bevegelsen til væsken, forstyrrelse av de omkringliggende områdene. Forplantningshastigheten til disse forstyrrelsene kalles lydhastigheten , som avhenger av tettheten , trykket , temperaturen og andre egenskaper til væsken.

En forstyrrelse overføres i alle retninger med lydens hastighet: en sammenligning som ofte indikeres er den av krusningene på overflaten av en vannmasse når en stein slippes.

Hvis kilden til forstyrrelsene beveger seg, vil forstyrrelsene ha en tendens til å komprimere i bevegelsesretningen. Kroppen kan følge, nå eller overvinne disse forstyrrelsene: i det første tilfellet vil Mach-tallet , det vil si forholdet mellom kroppens hastighet og lydhastigheten, være mindre enn én, som angitt i figuren og i dette tilfellet vi vil snakke om subsonisk regime. I det andre tilfellet vil det være nær ett, og vi vil snakke om et transonisk regime. I det siste tilfellet vil Mach-tallet være større enn én og kroppen vil bevege seg i et supersonisk regime.

Uttrykket "mur av lyd" ble tatt i bruk under andre verdenskrig da en rekke fly begynte å oppleve effektene av transonisk flyging, slik som økningen i motstand , vibrasjonene av de aerodynamiske overflatene og inversjonen av kontroller , under dykkebombing . manøvrer . Under disse forholdene viste flyet unormal oppførsel som en konsekvens av aerodynamiske fenomener, ennå ikke fullt ut forstått på det tidspunktet. Siden noen fly ødela seg selv i luften som om de hadde truffet en usynlig vegg, ble det vanlig bruk i uvitenskapelig språk å beskrive tilnærmingen til lydens hastighet med begrepet "lydmur".

Navnet kom ut av vanlig bruk på 1950-tallet da fly begynte å overskride supersoniske hastigheter under kontinuerlige flyforhold.

Historie

Pisken var sannsynligvis det første menneskeskapte objektet som var i stand til å bevege seg raskere enn lyd . Enden av en pisk bryter lydmuren og genererer en tørr pop som er en skikkelig lydbom . Mange typer prosjektiler som eksploderer av skytevåpen beveger seg også i supersonisk hastighet.

Opprinnelige problemer

Spissene på propellene til mange fly kan overstige lydhastigheten og skape en summing som blir karakteristisk for flytypen. Dette fenomenet var for eksempel verifiserbart på Boeing Stearman og på den nordamerikanske T-6 Texan da den gjorde svært trange svinger. Fenomenet var ikke positivt, fordi luften presset i hastigheter nær lydens, skaper turbulens og sjokkbølger som forstyrrer de vanlige aerodynamiske fenomenene som propellene studeres og optimaliseres med. Som en konsekvens av disse anomaliene mister propellene mye effektivitet når lydhastigheten nærmer seg. Under disse forholdene kan det vises at kraften som kreves for å forbedre ytelsen til flyet ytterligere resulterer i en økning i motorvekten slik at den generelle situasjonen bringes tilbake til utgangspunktet.

Dette problemet var et av de som førte til forskning og utvikling av jetmotoren , opprinnelig utført av Frank Whittle og Hans von Ohain , som ledet studiene spesifikt for å finne løsninger for høyhastighetsflyging.

På 1940-tallet , forut for sin tid i utviklingen av jetmotorer, var noen propellfly i stand til å nærme seg lydhastigheten under senking. Dette førte til mange ulykker av ulike årsaker. Disse inkluderer økninger i aerodynamiske krefter på kontrollflatene som førte til økte vanskeligheter med å kontrollere flyet, til det punktet at det var noen sammenstøt med bakken i tilfeller der piloten ikke var i stand til å bruke tilstrekkelig kraft på kommandoene for å stoppe flyet. dykke . Mitsubishi Zero hadde skapt et spesielt negativt rykte blant sjåførene sine angående denne oppførselen , og mange forsøk på å løse problemet endte bare opp med å forverre det. I tilfellet med Spitfire var vingene preget av dårlig vridningsstivhet, og når rulleroene ble operert i høy hastighet, hadde vingen en tendens til å bøye seg for å motvirke effektene, noe som førte til en tilstand kjent som "roll reversal" . reversering ). Problemet ble løst i senere modeller ved å modifisere vingene. P-38 Lightning led av et særegent og farlig samspill mellom den aerodynamiske flyten av vingene og haleflatene under høyhastighetsdykk, noe som gjorde det vanskelig å "flare" for å unngå støt med bakken. Problemet ble senere løst ved å legge til en kontrollflate for dykkerklaff som endret luftstrømmen under disse spesielle forholdene. Vibrasjonene skapt av de aerodynamiske sjokkbølgene som ble skapt på de buede overflatene representerte et annet stort problem, som i det mest kjente tilfellet førte til ulykken i 1946 med de Havilland DH 108 Swallow og døden til piloten Geoffrey de Havilland Jr.

Alle disse fenomenene, selv om de ikke er relatert til hverandre, førte til opprettelsen av det populære konseptet "lydmur", det vil si en imaginær barriere som er vanskelig eller kanskje umulig å overvinne, i stand til å ødelegge fly og gjøre det umulig å reise raskere enn lyd.

Imidlertid er det noen piloter som hevder å ha overvunnet lydmuren under andre verdenskrig . Hans Guido Mutke hevdet å ha overskredet lydhastigheten 9. april 1945 med en Messerschmitt Me 262 utstyrt med jetmotorer. Eksperter har en tendens til ikke å betrakte denne uttalelsen som sannferdig, ettersom strukturen til Me 262 ikke anses i stand til å tåle transoniske hastigheter , og derfor anses episoden uten vitenskapelig grunnlag. [1] Lignende beretninger beskrevet med Spitfires og andre propellfly er enda mer usannsynlig. Bare i mer moderne tid har det blitt bedre forstått fenomenet som påvirker Pitot-rørene som brukes til å måle lufthastighet og som gir unøyaktige målinger i det transoniske hastighetsområdet på grunn av sjokkbølger som forstyrrer røret eller med det statiske grepet. Dette fenomenet blir nå referert til som " Mach jump ". [2]

Forsøk på å overvinne lydmuren

I 1942 startet det britiske luftfartsdepartementet et topphemmelig prosjekt med Miles Aircraft for å utvikle verdens første fly som er i stand til å overskride lydhastigheten. Prosjektet besto av studiet og konstruksjonen av et jetfly: Miles M.52 , i stand til å nå 1600 kilometer i timen (440 m/s) i en høyde av 36 000 fot (11 000 m) på 1 minutt og 30 sekunder .

Flydesignet introduserte mange innovasjoner, som fortsatt brukes i moderne supersoniske fly, hvorav den viktigste var bruken av horisontale stabilisatorer med en fullt mobil overflate, som er i stand til å gi større kontrollkapasitet for å motvirke tendensen til å innta en holdning. ) som ellers ville oppstå i supersonisk flyvning.

I den umiddelbare etterkrigstiden førte informasjonen innhentet fra tyske studier til at det ble tatt i bruk ytterligere teknikker som er nyttige for å redusere aerodynamisk luftmotstand , for eksempel den feide vingen . Sir Ben Lockspeiser , direktør for det britiske forskningsinstituttet Scientific Research , bestemte seg for å kansellere prosjektet etter den nye informasjonen som ble innhentet. Senere eksperimenter med en 3/10 skalamodell av Miles.52- prosjektet viste at flyet var i stand til å bryte gjennom lydmuren. Faktisk, i oktober 1948 ble en hastighet på Mach 1,5 nådd.

Ved å bruke et Bell XS-1 rakettfly ble pilot Charles "Chuck" Yeager den første mannen til å fly raskere enn lyd i planflyging 14. oktober 1947, og fløy i en høyde av 13,7 kilometer (45 000 fot). Med stor overraskelse ble to dundrende brøl hørt prompt døpt sonisk bom og assosiert på uvitenskapelig språk med "nedbrytningen av lydmuren".

George Welch kom med en plausibel rapport (men aldri offisielt bekreftet) der han rapporterte bruddet av lydmuren 1. oktober 1947 mens han fløy med en XP-86 Sabre . Han hevdet også å ha gjentatt sin supersoniske flytur 14. oktober 1947, 30 minutter før Yeager brøt lydmuren med Bell X-1.

Lydmuren ble først brutt under kontrollerte forhold av et landkjøretøy i 1948 uten passasjer. Det var et rakettdrevet testkjøretøy ved Muroc Air Force Base (nå Edwards AFB ) i California . Raketten genererte 26,7 kN (6000 lbs ) skyvekraft og tillot i løpet av forskjellige forsøk å nå hastigheter på opptil 1531 km/t (957 mph ). [3]

Jackie Cochran var den første kvinnen som brøt lydmuren 18. mai 1953 i en Canadair Sabre med Charles Elwood Yeager som treningspartner .

Den 15. oktober 1997 ble pilot Andy Green den første personen som brøt gjennom lydmuren i et bakkekjøretøy. Kjøretøyet designet og bygget av et team ledet av Richard Noble ble kalt ThrustSSC ( Super Sonic Car ).

Den 14. oktober 2012 var fallskjermjegeren Felix Baumgartner den første personen som brøt ned lydmuren med sin egen kropp, og skjøt seg opp fra en høyde av39 045  m og nådde en rekordhastighet på 1 342,8 km/t (834,4 mph) tilsvarende Mach 1,24. Teamet hans i satsingen var Red Bull Stratos .

Passasjerfly

I tillegg til Concorde og Tu-144 designet for dette formålet, var andre passasjerfly tidligere også i stand til å nå supersoniske hastigheter. Den 21. august 1961 brøt en Douglas DC-8 lydmuren ved Mach 1 012 - 1 060 kilometer i timen (660 mph) mens den kjørte på 12 524 meter (41 089 fot). Flyet var i stand til å oppnå resultatet takket være utviklingen av en fullstendig redesignet forkant når det gjelder vingene. [4] Boeing - selskapet rapporterte at deres 747 brøt lydmuren under en sertifiseringstest. Et China Airlines- fly, Flight 006, brøt gjennom lydmuren under et dykk fra 12.500 meter (41.000 fot) til 2.900 meter (9.500 fot) 19. februar 1985. Flyet nådde spenninger over 5 g . [5]

Merknader

  1. ^ Joe Yoon, Me 262 & the Sound Barrier , på aerospaceweb.org , publisert 17.10.2004. Hentet 2007-05-21 .
  2. ^ Først gjennom den soniske veggen , på planesandpilotsofww2.webs.com , Jordan Publishing. Hentet 2007-05-21 .
  3. ^ NASA tidslinje . _ _
  4. ^ Douglas Passenger Jet Breaks Sound Barrier , på dc8.org , 21. august 1961.
  5. ^ China Airlines Flight 006 , på aviation-safety.net .

Relaterte elementer

Andre prosjekter

Eksterne lenker

  1. ^ ( FR ) For avklaring på TESGO-punktet Arkivert 4. september 2008 på Internet Archive ..