Par ko mēs domājam, dzirdot izteicienu "skaņas barjera"? Zināma robeža un barjera, kuras pārvarēšana var nopietni ietekmēt dzirdi un pašsajūtu. Parasti skaņas barjera ir saistīta ar gaisa telpas iekarošanu un pilota profesiju.
Šīs barjeras pārvarēšana var izraisīt hronisku slimību, sāpju sindromu un alerģisku reakciju attīstību. Vai šie priekšstati ir pareizi vai tie ir stereotipi? Vai tiem ir faktisks pamatojums? Kas ir skaņas barjera? Kā un kāpēc tas rodas? To visu un dažas papildu nianses, kā arī vēsturiskus faktus, kas saistīti ar šo koncepciju, mēs centīsimies noskaidrot šajā rakstā.
Šī noslēpumainā zinātne ir aerodinamika
Aerodinamikas zinātnē, kas izstrādāta, lai izskaidrotu parādības, kas pavada
lidmašīnas kustību, ir jēdziens "skaņas barjera". Šī ir rindaparādības, kas rodas virsskaņas gaisa kuģu vai raķešu kustības laikā, kas pārvietojas ar ātrumu, kas ir tuvu skaņas ātrumam vai lielāku.
Kas ir triecienvilnis?
Virsskaņas plūsmas laikā ap aparātu vēja tunelī rodas triecienvilnis. Tās pēdas var redzēt pat ar neapbruņotu aci. Uz zemes tie ir atzīmēti ar dzeltenu līniju. Ārpus triecienviļņa konusa, dzeltenās līnijas priekšā, uz zemes, lidmašīna pat nav dzirdama. Ar ātrumu, kas pārsniedz skaņu, ķermeņi tiek pakļauti plūsmai ap skaņas plūsmu, kas rada triecienvilni. Atkarībā no ķermeņa formas var būt vairāk nekā viens.
Triecviļņu transformācija
Trieka viļņa priekšpusei, ko dažreiz sauc par triecienvilni, ir diezgan mazs biezums, kas tomēr ļauj izsekot straujām plūsmas īpašību izmaiņām, tās ātruma samazinājumam attiecībā pret ķermeni un attiecīgi palielinot plūsmā esošās gāzes spiedienu un temperatūru. Šajā gadījumā kinētiskā enerģija tiek daļēji pārvērsta gāzes iekšējā enerģijā. Šo izmaiņu skaits ir tieši atkarīgs no virsskaņas plūsmas ātruma. Trieciena vilnim attālinoties no aparāta, spiediens samazinās un triecienvilnis pārvēršas skaņā. Viņa var sasniegt ārēju novērotāju, kurš dzirdēs raksturīgu skaņu, kas atgādina sprādzienu. Pastāv uzskats, ka tas norāda, ka ierīce ir sasniegusi skaņas ātrumu, kad lidmašīna atstāj skaņas barjeru.
Kas īsti notiek?
Tā sauktais brīdisskaņas barjeras pārvarēšana praksē ir triecienviļņa pāreja ar pieaugošu gaisa kuģu dzinēju dārdoņu. Tagad iekārta ir priekšā pavadošajai skaņai, tāpēc pēc tās būs dzirdama dzinēja dūkoņa. Gaisa kuģu ātruma pietuvināšana skaņas ātrumam kļuva iespējama Otrā pasaules kara laikā, taču tajā pašā laikā piloti pamanīja trauksmes signālus lidmašīnu darbībā.
Pēc kara beigām daudzi lidmašīnu dizaineri un piloti centās sasniegt skaņas ātrumu un pārraut skaņas barjeru, taču daudzi no šiem mēģinājumiem beidzās traģiski. Pesimistiski noskaņotie zinātnieki apgalvoja, ka šo robežu nevar pārsniegt. Nekādā gadījumā eksperimentāli, bet zinātniski bija iespējams izskaidrot jēdziena "skaņas barjera" būtību un atrast veidus, kā to pārvarēt.
Secināti ieteikumi drošai lidošanai
Droši lidojumi transoniskā un virsskaņas ātrumā ir iespējami, ja tiek novērsta viļņu krīze, kuras rašanās ir atkarīga no lidmašīnas aerodinamiskajiem parametriem un lidojuma augstuma. Pāreja no viena ātruma līmeņa uz citu jāveic pēc iespējas ātrāk, izmantojot pēcdedzinātāju, kas palīdzēs izvairīties no ilga lidojuma viļņu krīzes zonā. Viļņu krīze kā jēdziens radās no ūdens transporta. Tas radās kuģu kustības laikā ar ātrumu, kas ir tuvu viļņu ātrumam uz ūdens virsmas. Iekļūšana viļņu krīzē ir saistīta ar grūtībām palielināt ātrumu, un, ja viļņu krīzi pārvarēt ir pēc iespējas vienkāršāk, tad jūs varat sasniegtēvelēšanas vai slīdēšanas režīms uz ūdens virsmas.
Vēsture gaisa kuģu vadībā
Pirmais cilvēks, kurš sasniedzis virsskaņas lidojuma ātrumu ar eksperimentālo lidmašīnu, ir amerikāņu pilots Čaks Jēgers. Viņa sasniegums vēsturē tiek atzīmēts 1947. gada 14. oktobrī. PSRS teritorijā skaņas barjeru 1948. gada 26. decembrī pārvarēja Sokolovskis un Fjodorovs, kuri lidoja ar pieredzējušu cīnītāju.
No civilajām lidmašīnām pirmais skaņas barjeru pārrāva pasažieru laineris Douglas DC-8, kas 1961. gada 21. augustā sasniedza ātrumu 1,012 Mach jeb 1262 km/h. Misija bija vākt datus spārnu projektēšanai. Starp lidmašīnām pasaules rekordu uzstādīja hiperskaņas gaiss-zeme aeroballistiskā raķete, kas atrodas Krievijas armijā. 31,2 kilometru augstumā raķete sasniedza ātrumu 6389 km/h.
50 gadus pēc skaņas barjeras pārraušanas gaisā anglis Endijs Grīns paveica līdzīgu sasniegumu automašīnā. Brīvajā kritienā rekordu centās labot amerikānis Džo Kitingers, kurš uzvarēja 31,5 kilometru augstumu. Šodien, 2012. gada 14. oktobrī, Fēlikss Baumgartners bez transportlīdzekļa palīdzības uzstādīja pasaules rekordu brīvā kritienā no 39 kilometru augstuma, pārlaužot skaņas barjeru. Tajā pašā laikā tā ātrums sasniedza 1342,8 kilometrus stundā.
Neparastākais skaņas barjeras pārrāvums
Dīvaini domāt, bet pasaulē pirmais izgudrojums,pārvarot šo robežu, bija ierastā pātaga, kuru pirms gandrīz 7 tūkstošiem gadu izgudroja senie ķīnieši. Gandrīz līdz momentfotogrāfijas izgudrošanai 1927. gadā nevienam nebija aizdomas, ka pātagas plaisa ir miniatūra skaņas bums. Asas šūpoles veido cilpu, un ātrums strauji palielinās, kas apstiprina klikšķi. Skaņas barjera tiek pārvarēta ar ātrumu aptuveni 1200 km/h.
Trokšņaākās pilsētas noslēpums
Nav brīnums, ka mazpilsētu iedzīvotāji ir šokēti, pirmo reizi ieraugot galvaspilsētu. Transporta pārpilnība, simtiem restorānu un izklaides centru mulsina un satrauc. Pavasara sākums galvaspilsētā parasti tiek datēts ar aprīli, nevis dumpīgo puteņa martu. Aprīlī debesis ir skaidras, tek straumes un atveras pumpuri. Cilvēki, noguruši no garās ziemas, plaši atver logus pret sauli, un ielu trokšņi ielaužas mājās. Uz ielas apdullinoši čivina putni, dzied mākslinieki, dzīvespriecīgi studenti deklamē dzejoļus, nemaz nerunājot par troksni sastrēgumos un metro. Higiēnas nodaļu darbinieki atzīmē, ka trokšņainā pilsētā ilgstoši uzturēties ir neveselīgi. Galvaspilsētas skaņas fonu veido transporta, gaisa, rūpniecības un sadzīves trokšņi. Viskaitīgākais ir tikai automašīnu troksnis, jo lidmašīnas lido pietiekami augstu, un uzņēmumu radītais troksnis izšķīst viņu ēkās. Pastāvīgā automašīnu dūkoņa uz īpaši noslogotām šosejām divas reizes pārsniedz visas pieļaujamās normas. Kā galvaspilsētā tiek pārvarēta skaņas barjera? Maskava ir bīstama skaņu pārpilnības dēļ, tāpēc galvaspilsētas iedzīvotāji trokšņa slāpēšanai uzstāda stikla pakešu logus.
Kā tiek pārkāpta skaņas barjera?
Līdz 1947. gadam nebija reālu datu par cilvēka pašsajūtu lidmašīnas, kas lido ātrāk par skaņu, kabīnē. Kā izrādījās, skaņas barjeras pārkāpšana prasa zināmu spēku un drosmi. Lidojuma laikā kļūst skaidrs, ka garantiju izdzīvot nav. Pat profesionāls pilots nevar droši pateikt, vai lidmašīnas konstrukcija izturēs elementu uzbrukumu. Dažu minūšu laikā lidmašīna var vienkārši sabrukt. Kas to izskaidro? Jāpiebilst, ka kustība zemskaņas ātrumā rada akustiskus viļņus, kas izkliedējas kā apļi no nokrituša akmens. Virsskaņas ātrums uzbudina triecienviļņus, un cilvēks, kas stāv uz zemes, dzird sprādzienam līdzīgu skaņu. Bez jaudīgiem datoriem bija grūti atrisināt sarežģītus diferenciālvienādojumus, un vēja tuneļos bija jāpaļaujas uz pūšanas modeļiem. Dažkārt ar nepietiekamu lidmašīnas paātrinājumu triecienvilnis sasniedz tādu spēku, ka no mājām, virs kurām lido, izlido logi. Ne visi spēs pārvarēt skaņas barjeru, jo šobrīd visa konstrukcija trīc, aparāta stiprinājumi var tikt nopietni bojāti. Tāpēc laba veselība un emocionālā stabilitāte pilotiem ir tik svarīga. Ja lidojums noritēs gludi un skaņas barjera tiks pārvarēta pēc iespējas ātrāk, tad ne pilots, ne iespējamie pasažieri neizjutīs īpaši nepatīkamas sajūtas. Īpaši skaņas barjeras iekarošanai 1946. gada janvārī tika uzbūvēta izpētes lidmašīna. Mašīnas izveide bijainiciēja pēc Aizsardzības ministrijas pavēles, taču ieroču vietā tika piebāzta zinātniskā iekārta, kas uzraudzīja mehānismu un ierīču darbību. Šī lidmašīna bija kā moderna spārnotā raķete ar iebūvētu raķešu dzinēju. Lidmašīna pārrāva skaņas barjeru ar maksimālo ātrumu 2736 km/h.
Verbālie un materiālie pieminekļi skaņas ātruma iekarošanai
Panākumi skaņas barjeras pārvarēšanā mūsdienās tiek augstu novērtēti. Tātad lidmašīna, ar kuru Čaks Jēgers to pirmo reizi pārvarēja, tagad ir apskatāma Nacionālajā gaisa un kosmosa muzejā, kas atrodas Vašingtonā. Taču šī cilvēka izgudrojuma tehniskie parametri būtu maz vērti bez paša pilota nopelniem. Čaks Jēgers izgāja lidojumu skolu un cīnījās Eiropā, pēc tam atgriezās Anglijā. Netaisnīgā atstādināšana no lidošanas nesalauza Jēgera garu, un viņš ieguva tikšanos ar Eiropas karaspēka virspavēlnieku. Līdz kara beigām atlikušajos gados Jēgers piedalījās 64 izlidojumos, kuru laikā notrieca 13 lidmašīnas. Čaks Jēgers atgriezās dzimtenē ar kapteiņa pakāpi. Viņa īpašības liecina par fenomenālu intuīciju, neticamu nosvērtību un izturību kritiskās situācijās. Vairāk nekā vienu reizi Yeager uzstādīja rekordus savā lidmašīnā. Viņa vēlākā karjera bija gaisa spēkos, kur viņš apmācīja pilotus. Pēdējo reizi Čaks Jēgers pārrāva skaņas barjeru 74 gadu vecumā, kas notika viņa lidojumu vēstures piecdesmitajā gadadienā un 1997. gadā.
Lidaparātu radītāju sarežģīti uzdevumiierīces
Pasaulē populārās lidmašīnas MiG-15 sāka radīt brīdī, kad izstrādātāji saprata, ka nav iespējams balstīties tikai uz skaņas barjeras laušanu, taču būtu jāatrisina sarežģītas tehniskas problēmas. Rezultātā mašīna tika radīta tik veiksmīga, ka tās modifikācijas pieņēma dažādas valstis. Vairāki dažādi dizaina biroji iesaistījās savdabīgā konkurences cīņā, kuras balva bija patents par veiksmīgāko un funkcionālāko lidmašīnu. Izstrādātas lidmašīnas ar spārniem, kas bija revolūcija to dizainā. Ideālajam aparātam jābūt jaudīgam, ātram un neticami izturīgam pret jebkādiem ārējiem bojājumiem. Lidmašīnas izvilktie spārni kļuva par elementu, kas palīdzēja viņiem trīskāršot skaņas ātrumu. Tālāk turpināja palielināties lidmašīnas ātrums, kas tika skaidrots ar dzinēja jaudas pieaugumu, inovatīvu materiālu izmantošanu un aerodinamisko parametru optimizāciju. Skaņas barjeras pārkāpšana ir kļuvusi iespējama un reāla pat neprofesionālim, taču tāpēc tas nekļūst mazāk bīstams, tāpēc ikvienam ekstrēma meklētājam pirms lēmuma pieņemšanas par šādu eksperimentu ir saprātīgi jāizvērtē savas stiprās puses.
