Надзвукова швидкість

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Політ F/A-18 при наближенні до звукового бар'єру. Біле гало - краплі водяного конденсату що утворюється в ударній хвилі позаду літака (see Ефект конденсатного диску).[1][2]

Надзвукова швидкість — швидкість часток речовини вище швидкості звуку для даної речовини або швидкість тіла, що рухається у речовині з більш високою швидкістю, ніж швидкість звуку для даного середовища.

Надзвукова швидкість — швидкість руху, що перевищує швидкість звуку в даному середовищі, швидкість більша за 1 Мах (позначають М1). Швидкість що п'ятикратно перевищує швидкість звуку, М5, часто називають гіперзвуковою. Швидкість у діапазоні 0,8-1,2 М називають трансзвуковою.

У сухому повітрі при t=20 °C швидкість звуку дорівнює 343 м/с, або 1236 км/год. У воді при кімнатній температурі швидкість звуку 1440 м/с. У твердих тілах це значення значно більше.

Політ F-18 у трансзвуковому режимі.

Теорія[ред.ред. код]

В аеродинаміці часто швидкість характеризують числом Маха, яке визначається наступним чином: M=\frac{u}{c_s}, де u — швидкість руху потоку або тіла, c_s — швидкість звуку у середовищі. Звукова швидкість визначається як c_s=\sqrt{\gamma \frac{p}{\rho}}, де \gamma — показник адіабати середовища (для ідеального n-атомного газу, молекула якого має i ступенів свободи він рівний \frac{i+2}{i}). Тут i = n_p + n_r + 2n_c — повне число ступенів свободи молекули. При цьому, кількість поступальних ступенів свободи n_p = 3. Для лінійної молекули кількість обертальних ступенів свободи n_r = 2, кількість коливальних ступенів свободи (якщо є) n_c = 3n - 5. Для всіх інших молекул n_r = 3, n_c = 3n - 6.

Під час руху у середовищі з надзвуковою швидкістю тіло обов'язково створює за собою звукову хвилю. Під час рівномірного прямолінійного руху фронт звукової хвилі має конусоподібну форму (конус Маха), з вершиною у тілі, що рухається. Випромінювання звукової хвилі обумовлює додаткову втрату енергії рухомим тілом (окрім втрати енергії внаслідок тертя та інших сил).

Аналогічні ефекти випромінювання хвиль рухомими тілами характерні для всіх фізичних явищ хвильової природи, наприклад: черенковське випромінювання, хвиля, утворена рухомим судном на поверхні води.

Класифікація швидкостей у атмосфері[ред.ред. код]

За звичайних умов у атмосфері швидкість звуку становить приблизно 331 м/сек. При вищій швидкості іноді виражається у числах Маха та відповідає надзвуковим швидкостям, при цьому гіперзвукова швидкість є частиною цього діапазону. НАСА визначає «швидкий» гіперзвук у діапазоні швидкостей 10-25 М, де верхня межа відповідає першій космічній швидкості. Швидкості вищі вважаються не гіперзвуковою швидкістю, а «швидкістю повернення» космічних апаратів на Землю.

Порівняння режимів:
Режим Числа Маха км/г м/сек Загальні характеристики апарату
Дозвук <1.0 <1230 <340 Найчастіше літак з пропелером або з ТВД, має прямі або зкошені крила.
Трансзвук 0.8—1.2 980—1470 270—400 Повітрозабірники та злегка стріловидні крила, стискуваність повітря стає помітною.
Надзвук 1.0—5.0 1230—6150 340—1710 Гостріші краї площин, хвостове оперення цільноповоротне.
Гіперзвук 5.0—10.0 6150—12300 1710—3415 Охолоджуваний нікелево-титановий корпус, невеликі крила. (X-43)
Швидкий гіперзвук 10.0—25.0 12300—30740 3415—8465 Кремнієві плитки для теплозахисту, несуче тіло апарату замість крил.
"швидкість повернення" >25.0 >30740 >8465 Аблятивний тепловий екран, нема крил, форма капсули.


Надзвукові об'єкти[ред.ред. код]

Космічні кораблі та їх носії а також більшість сучасних винищувачів розганяються до надзвукових швидкостей. Також було розроблено декілька пасажирських надзвукових літаків - Ту-144, Конкорд, Аеріон.

Швидкість вильоту кулі більшості зразків сучасної вогнепальної зброї більша за М1.

Швидкість хвилі, що поширюється батогом при хлисткому ударі, може перевищувати М1.[3]

Дивись також[ред.ред. код]

References[ред.ред. код]

Джерела[ред.ред. код]

  • Голдстейн М. Е. Аэроакустика. М.: Машиностроение, 1981. — 294 с.