Franchissement du mur du son sur la Place Rouge. Mur du son. Transformation d'onde de choc

Le 14 octobre 1947, l'humanité franchit une nouvelle étape. La limite est assez objective, exprimée en une quantité physique spécifique - la vitesse du son dans l'air, qui, dans les conditions de l'atmosphère terrestre, dépend de sa température et de sa pression dans la plage de 1100 à 1200 km / h. La vitesse supersonique a été conquise par le pilote américain Chuck Yeager (Charles Elwood "Chuck" Yeager) - un jeune vétéran de la Seconde Guerre mondiale, qui avait un courage extraordinaire et une excellente photogénicité, grâce à laquelle il est immédiatement devenu populaire dans son pays natal tout comme 14 ans plus tard - Youri Gagarine.

Et il fallait vraiment du courage pour franchir le mur du son. Le pilote soviétique Ivan Fedorov, qui a répété l'exploit de Yeager un an plus tard, en 1948, a alors rappelé ses sentiments: «Avant de voler pour franchir le mur du son, il est devenu évident qu'il n'y avait aucune garantie de survivre après. Personne ne savait pratiquement ce que c'était et si la conception de l'avion résisterait à la pression des éléments. Mais nous avons essayé de ne pas y penser.

En effet, il n'y avait aucune clarté complète sur la façon dont la voiture se comporterait à une vitesse supersonique. Les concepteurs d'avions étaient encore frais dans leur mémoire du malheur soudain des années 30, lorsque, avec la croissance des vitesses des avions, il était nécessaire de résoudre de toute urgence le problème du flottement - des auto-oscillations qui se produisent à la fois dans les structures rigides de l'avion et dans sa peau, déchirant l'avion en quelques minutes. Le processus s'est développé comme une avalanche, rapidement, les pilotes n'ont pas eu le temps de changer de mode de vol, et les voitures se sont effondrées dans les airs. Pendant assez longtemps, les mathématiciens et les concepteurs de divers pays ont lutté pour résoudre ce problème. En fin de compte, la théorie du phénomène a été créée par le jeune mathématicien russe Mstislav Vsevolodovich Keldysh (1911-1978), plus tard président de l'Académie des sciences de l'URSS. Avec l'aide de cette théorie, il a été possible de trouver un moyen de se débarrasser définitivement d'un phénomène désagréable.

Il est tout à fait compréhensible que des surprises tout aussi désagréables soient attendues du mur du son. La solution numérique des équations différentielles complexes de l'aérodynamique en l'absence d'ordinateurs puissants était impossible, et il fallait s'appuyer sur la "purge" des modèles dans les souffleries. Mais à partir de considérations qualitatives, il était clair que lorsque la vitesse du son était atteinte, une onde de choc apparaissait près de l'avion. Le moment le plus crucial est de franchir le mur du son, lorsque la vitesse de l'avion est comparée à la vitesse du son. A ce stade, la différence de pression à travers différents côtés du front d'onde s'accumule rapidement, et si le moment dure plus d'un moment, l'avion ne peut pas s'effondrer plus mal que d'un flottement. Parfois, lors du franchissement du mur du son avec une accélération insuffisante, l'onde de choc créée par l'avion assomme même les fenêtres des fenêtres des maisons au sol en dessous.

Le rapport de la vitesse d'un avion à la vitesse du son s'appelle le nombre de Mach (d'après le célèbre mécanicien et philosophe allemand Ernst Mach). En passant le mur du son, il semble au pilote que le chiffre M saute par-dessus un à pas de géant : Chuck Yeager a vu l'aiguille du tachymètre sauter de 0,98 à 1,02, après quoi il y a eu un silence "divin" dans le cockpit - en fait , semblant: juste une pression acoustique de niveau dans le cockpit chute plusieurs fois. Ce moment de "nettoyage du son" est très insidieux, il a coûté la vie à de nombreux testeurs. Mais le danger de s'effondrer pour son avion X-1 était faible.

Le X-1, fabriqué par Bell Aircraft en janvier 1946, était un avion purement de recherche conçu pour briser le mur du son et rien de plus. Malgré le fait que la voiture ait été commandée par le ministère de la Défense, au lieu d'une arme, elle était bourrée d'équipements scientifiques qui surveillent les modes de fonctionnement des composants, des instruments et des mécanismes. Le X-1 était comme un missile de croisière moderne. Il avait un moteur-fusée Reaction Motors avec une poussée de 2722 kg. Masse maximale au décollage - 6078 kg. Longueur - 9,45 m, hauteur - 3,3 m, envergure - 8,53 m Vitesse maximale - à une altitude de 18290 m 2736 km / h. La voiture a été lancée à partir d'un bombardier stratégique B-29 et a atterri sur des "skis" en acier sur un lac salé asséché.

Non moins impressionnants sont les « paramètres tactiques et techniques » de son pilote. Chuck Yeager est né le 13 février 1923. Après l'école, il est allé dans une école de pilotage et, après avoir obtenu son diplôme, il est allé se battre en Europe. Abattu un Messerschmitt-109. Lui-même est abattu dans le ciel de France, mais il est secouru par des partisans. Comme si de rien n'était, il retourna à la base en Angleterre. Cependant, le service de contre-espionnage vigilant, ne croyant pas à la délivrance miraculeuse de la captivité, a retiré le pilote du vol et l'a envoyé à l'arrière. L'ambitieux Yeager obtint un rendez-vous avec le commandant en chef des forces alliées en Europe, le général Eisenhower, qui crut Yeager. Et il ne s'est pas trompé - dans les six mois restants avant la fin de la guerre, le jeune pilote a effectué 64 sorties, abattu 13 avions ennemis et 4 en une seule bataille. Et il est retourné dans son pays natal avec le grade de capitaine avec un excellent dossier, qui indiquait qu'il avait une intuition de vol phénoménale, un sang-froid incroyable et une endurance incroyable dans toute situation critique. Grâce à cette caractéristique, il est entré dans l'équipe de testeurs supersoniques, qui ont été sélectionnés et formés avec autant de soin que les astronautes ultérieurs.

En rebaptisant le X-1 "Glamorous Glennis" en l'honneur de sa femme, Yeager a établi des records plus d'une fois. Fin octobre 1947, le record de hauteur précédent est tombé - 21 372 m.De plus, il y a eu des tests d'un certain nombre de chasseurs lancés dans une série et un rodage de notre MiG-15, capturé et transporté en Amérique pendant la Corée Guerre. Par la suite, Yeager a commandé diverses unités d'essai de l'armée de l'air aux États-Unis et dans des bases américaines en Europe et en Asie, a pris part aux combats au Vietnam et a formé des pilotes. Il a pris sa retraite en février 1975 avec le grade de général de brigade, après avoir volé 10 000 heures au cours de son vaillant service, piloté 180 modèles supersoniques différents et collectionné une collection unique d'ordres et de médailles. Au milieu des années 80, un film a été réalisé sur la base de la biographie d'un gars courageux qui a été le premier au monde à franchir le mur du son, et après cela, Chuck Yeager n'est même pas devenu un héros, mais une relique nationale. Il a piloté pour la dernière fois un F-16 le 14 octobre 1997 et a franchi le mur du son à l'occasion du cinquantième anniversaire de son vol historique. Yeager avait alors 74 ans. En général, comme l'a dit le poète, les clous doivent être fabriqués à partir de ces personnes.

Il y a beaucoup de ces gens de l'autre côté de l'océan ... Les concepteurs soviétiques ont commencé à essayer de conquérir le mur du son en même temps que les américains. Mais pour eux ce n'était pas une fin en soi, mais un acte tout à fait pragmatique. Si le X-1 était une machine purement de recherche, alors notre mur du son a été pris d'assaut sur des prototypes de chasseurs, censés être mis en série pour en équiper les unités de l'Air Force.

Le concours comprenait plusieurs bureaux d'études - Lavochkin Design Bureau, Mikoyan Design Bureau et Yakovlev Design Bureau - dans lesquels des avions à ailes en flèche ont été développés en parallèle, ce qui était alors une solution de conception révolutionnaire. Ils ont atteint l'arrivée supersonique dans cet ordre : La-176 (1948), MiG-15 (1949), Yak-50 (1950). Or, là le problème a été résolu dans un contexte assez complexe : la machine militaire doit avoir non seulement haute vitesse, mais aussi de nombreuses autres qualités - maniabilité, capacité de survie, temps de préparation avant vol minimum, armes puissantes, charge de munitions impressionnante, etc. etc. Il convient également de noter qu'à l'époque soviétique, la décision des commissions d'acceptation de l'État était souvent influencée non seulement par des facteurs objectifs, mais également par des moments subjectifs associés aux manœuvres politiques des développeurs. Toute cette combinaison de circonstances a conduit au lancement du chasseur MiG-15 dans la série, qui s'est parfaitement illustrée dans les arènes locales des opérations militaires des années 50. C'est cette voiture, capturée en Corée, comme mentionné ci-dessus, que Chuck Yeager "conduisait".

Dans La-176, un balayage d'aile égal à 45 degrés, un record pour l'époque, a été appliqué. Le turboréacteur VK-1 fournissait une poussée de 2700 kg. Longueur - 10,97 m, envergure - 8,59 m, surface alaire 18,26 m². Masse au décollage - 4636 kg. Plafond - 15 000 m Portée de vol - 1 000 km. Armement - un canon de 37 mm et deux de 23 mm. La voiture était prête à l'automne 1948, en décembre, elle a commencé les essais en vol en Crimée sur un aérodrome militaire près de la ville de Saki. Parmi ceux qui ont dirigé les tests se trouvait le futur académicien Vladimir Vasilievich Struminsky (1914-1998), les pilotes de l'avion expérimental étaient le capitaine Oleg Sokolovsky et le colonel Ivan Fedorov, qui a ensuite reçu le titre de héros Union soviétique. Sokolovsky, par un accident absurde, est mort au cours du quatrième vol, oubliant de fermer la verrière du cockpit.

Le colonel Ivan Fedorov franchit le mur du son le 26 décembre 1948. S'étant élevé à une hauteur de 10 000 mètres, il a rejeté le manche de contrôle loin de lui et a commencé à accélérer en plongée. "J'accélère mon 176e d'une grande hauteur", se souvient le pilote. — Un sifflement bas et ennuyeux se fait entendre. Accélérant la vitesse, l'avion se précipite vers le sol. Sur l'échelle du machomètre, la flèche passe de nombres à trois chiffres à des nombres à quatre chiffres. L'avion tremble comme s'il avait de la fièvre. Et soudain - silence! Pris le mur du son. L'interprétation ultérieure des oscillogrammes a montré que le nombre M a dépassé un. Cela s'est produit à une altitude de 7 000 mètres, où une vitesse de 1,02 M a été enregistrée.

À l'avenir, la vitesse des avions pilotés a continué d'augmenter régulièrement en raison de l'augmentation de la puissance des moteurs, de l'utilisation de nouveaux matériaux et de l'optimisation des paramètres aérodynamiques. Cependant, ce processus n'est pas illimité. D'une part, il est entravé par des considérations de rationalité, lorsque la consommation de carburant, les coûts de développement, la sécurité des vols et d'autres considérations non oisives sont prises en compte. Et même dans l'aviation militaire, où l'argent et la sécurité des pilotes ne sont pas si importants, les vitesses des voitures les plus "agiles" sont comprises entre 1,5 M et 3 M. Il ne semble pas qu'il en faille plus. (Le record de vitesse des véhicules habités équipés de moteurs à réaction appartient à l'avion de reconnaissance américain SR-71 et est de Mach 3,2.)

D'autre part, il existe une barrière thermique infranchissable : à une certaine vitesse, l'échauffement du corps de la machine par frottement avec l'air se produit si rapidement qu'il est impossible d'évacuer la chaleur de sa surface. Les calculs montrent qu'à pression normale cela devrait se produire à une vitesse de l'ordre de 10M.

Néanmoins, la limite de 10M était toujours atteinte sur le même terrain d'entraînement d'Edwards. C'est arrivé en 2005. Le détenteur du record était l'avion-fusée sans pilote X-43A, fabriqué dans le cadre du programme grandiose Hiper-X, vieux de 7 ans, visant à développer de nouveaux types de technologies conçues pour changer radicalement le visage de la technologie des fusées et de l'espace du futur. Son coût est de 230 millions de dollars et le record a été établi à 33 000 mètres d'altitude. Utilisé en drone nouveau système overclocking. Tout d'abord, une fusée à combustible solide traditionnelle est testée, à l'aide de laquelle le X-43A atteint une vitesse de 7M, puis un nouveau type de moteur est activé - un statoréacteur hypersonique (scramjet ou scramjet), dans lequel l'air atmosphérique ordinaire est utilisé comme oxydant et le combustible gazeux est l'hydrogène (schéma assez classique d'une explosion incontrôlée).

Conformément au programme, trois modèles sans pilote ont été fabriqués, qui, après avoir terminé la tâche, ont été noyés dans l'océan. La prochaine étape concerne la création de véhicules habités. Après leur test, les résultats obtenus seront pris en compte lors de la création d'une grande variété d'appareils "utiles". En plus des avions pour les besoins de la NASA, des véhicules militaires hypersoniques seront créés - bombardiers, avions de reconnaissance et transporteurs. Boeing, qui participe au programme Hiper-X, prévoit de construire un avion de ligne hypersonique de 250 passagers d'ici 2030-2040. Il est bien clair qu'il n'y aura pas de fenêtres qui cassent l'aérodynamisme à de telles vitesses et ne résistent pas à l'échauffement thermique. Au lieu de hublots, des écrans avec un enregistrement vidéo des nuages ​​qui passent sont supposés.

Il ne fait aucun doute que ce type de transport sera en demande, car plus le temps devient long, plus le temps devient cher, accommodant de plus en plus d'émotions, de dollars gagnés et d'autres composants de la vie moderne par unité de temps. À cet égard, il ne fait aucun doute qu'un jour les gens se transformeront en papillons d'un jour : un jour sera saturé comme toute la vie humaine présente (plutôt hier). Et on peut supposer que quelqu'un ou quelque chose met en œuvre le programme Hiper-X en relation avec l'humanité.

À quoi pensons-nous lorsque nous entendons l'expression « mur du son » ? Une certaine limite et qui peut sérieusement affecter l'ouïe et le bien-être. Habituellement, le mur du son est corrélé à la conquête de l'espace aérien et

Surmonter cette barrière peut provoquer le développement de maladies chroniques, de syndromes douloureux et de réactions allergiques. Ces perceptions sont-elles correctes ou sont-elles des stéréotypes ? Possèdent-ils une base factuelle ? Qu'est-ce qu'un mur du son ? Comment et pourquoi cela se produit-il ? Tout cela et quelques nuances supplémentaires, ainsi que des faits historiques liés à ce concept, nous essaierons de le découvrir dans cet article.

Cette science mystérieuse est l'aérodynamique

Dans la science de l'aérodynamique, conçu pour expliquer les phénomènes qui accompagnent le mouvement
avion, il y a la notion de « mur du son ». Il s'agit d'une série de phénomènes qui se produisent lors du mouvement d'avions supersoniques ou de fusées qui se déplacent à des vitesses proches de la vitesse du son ou supérieures.

Qu'est-ce qu'une onde de choc ?

Dans le processus d'écoulement supersonique autour de l'appareil, une onde de choc se produit dans la soufflerie. Ses traces sont visibles même à l'œil nu. Au sol, ils sont marqués d'une ligne jaune. En dehors du cône de l'onde de choc, devant la ligne jaune, au sol, l'avion n'est même pas audible. A une vitesse supérieure au son, les corps sont soumis à un écoulement autour du flux sonore, ce qui entraîne une onde de choc. Il peut ne pas être seul, selon la forme du corps.

Transformation d'onde de choc

Le front d'onde de choc, parfois appelé onde de choc, a une épaisseur plutôt faible, ce qui permet néanmoins de suivre des changements brusques des propriétés d'écoulement, une diminution de sa vitesse par rapport au corps et une augmentation correspondante de la pression et la température du gaz dans le flux. Dans ce cas, l'énergie cinétique est partiellement convertie en énergie interne du gaz. Le nombre de ces changements dépend directement de la vitesse du flux supersonique. Lorsque l'onde de choc s'éloigne de l'appareil, les chutes de pression diminuent et l'onde de choc est convertie en son. Elle peut atteindre un observateur extérieur qui entendra un son caractéristique ressemblant à une explosion. Il y a une opinion que cela indique que l'appareil a atteint la vitesse du son, lorsque le mur du son est laissé par l'avion.

Qu'est-ce qui se passe réellement?

Le soi-disant moment de franchissement du mur du son dans la pratique est le passage d'une onde de choc avec un grondement croissant des moteurs d'avion. Maintenant, l'appareil est en avance sur le son d'accompagnement, de sorte que le bourdonnement du moteur se fera entendre après lui. L'approche de la vitesse à la vitesse du son est devenue possible pendant la Seconde Guerre mondiale, mais en même temps, les pilotes ont noté des signaux d'alarme dans le fonctionnement des avions.

Après la fin de la guerre, de nombreux concepteurs d'avions et pilotes ont cherché à atteindre la vitesse du son et à franchir le mur du son, mais bon nombre de ces tentatives se sont terminées tragiquement. Des scientifiques pessimistes ont fait valoir que cette limite ne pouvait pas être dépassée. En aucun cas expérimental, mais scientifique, il a été possible d'expliquer la nature du concept de « mur du son » et de trouver des moyens de le dépasser.

Des vols sûrs à des vitesses transsoniques et supersoniques sont possibles si une crise de vagues est évitée, dont l'apparition dépend des paramètres aérodynamiques de l'avion et de l'altitude du vol. Les transitions d'un niveau de vitesse à un autre doivent être effectuées le plus rapidement possible en utilisant la postcombustion, ce qui permettra d'éviter un long vol dans la zone de crise des vagues. La crise des vagues en tant que concept est venue du transport par eau. Elle est née au moment du mouvement des navires à une vitesse proche de la vitesse des vagues à la surface de l'eau. Entrer dans une crise des vagues implique la difficulté d'augmenter la vitesse, et s'il est aussi simple que possible de surmonter la crise des vagues, vous pouvez alors entrer dans le mode de glisse ou de glissement à la surface de l'eau.

Histoire de la gestion des aéronefs

La première personne à avoir atteint une vitesse de vol supersonique dans un avion expérimental est le pilote américain Chuck Yeager. Son exploit est noté dans l'histoire le 14 octobre 1947. Sur le territoire de l'URSS, le mur du son a été franchi le 26 décembre 1948 par Sokolovsky et Fedorov, qui pilotaient un chasseur expérimenté.

Parmi les civils, le paquebot Douglas DC-8 franchit le mur du son, qui atteint le 21 août 1961 une vitesse de 1,012 Mach, soit 1262 km/h. La mission était de collecter des données pour la conception des ailes. Parmi les avions, le record du monde a été établi par un missile aérobalistique air-sol hypersonique, en service dans l'armée russe. A une altitude de 31,2 kilomètres, la fusée a atteint une vitesse de 6389 km/h.

50 ans après avoir franchi le mur du son dans l'air, l'Anglais Andy Green a réalisé un exploit similaire dans une voiture. En chute libre, l'Américain Joe Kittinger a tenté de battre le record, qui a conquis une hauteur de 31,5 kilomètres. Aujourd'hui, le 14 octobre 2012, Felix Baumgartner a établi un record du monde, sans l'aide d'un véhicule, en chute libre d'une hauteur de 39 kilomètres, franchissant le mur du son. Dans le même temps, sa vitesse a atteint 1342,8 kilomètres par heure.

Le franchissement le plus insolite du mur du son

C'est étrange à penser, mais la première invention au monde à surmonter cette limite a été le fouet ordinaire, qui a été inventé par les anciens Chinois il y a près de 7 000 ans. Presque jusqu'à l'invention de la photographie instantanée en 1927, personne ne soupçonnait que le claquement de fouet était un bang sonique miniature. Un swing brusque forme une boucle et la vitesse augmente fortement, ce qui confirme le clic. Le mur du son est franchi à une vitesse d'environ 1200 km/h.

Le mystère de la ville la plus bruyante

Pas étonnant que les habitants des petites villes soient choqués lorsqu'ils voient la capitale pour la première fois. Abondance de transport, centaines de restaurants et centres de divertissement confondre et sortir de l'ornière habituelle. Le début du printemps dans la capitale est généralement daté d'avril, pas du blizzard rebelle de mars. En avril, le ciel est dégagé, les ruisseaux coulent et les bourgeons s'ouvrent. Les gens, fatigués du long hiver, ouvrent grand leurs fenêtres vers le soleil, et le bruit de la rue fait irruption dans les maisons. Les oiseaux gazouillent assourdissant dans la rue, les artistes chantent, les étudiants joyeux récitent des poèmes, sans parler du bruit des embouteillages et du métro. Les employés des services d'hygiène notent qu'être longtemps dans une ville bruyante est malsain. Le fond sonore de la capitale est constitué de transports,
bruit aérien, industriel et domestique. Le plus nocif est simplement le bruit des voitures, car les avions volent assez haut et le bruit des entreprises se dissout dans leurs bâtiments. Le bourdonnement constant des voitures sur les autoroutes particulièrement fréquentées dépasse tout normes admissibles deux fois. Comment franchir le mur du son dans la capitale ? Moscou est dangereuse en raison de l'abondance de sons, alors les habitants de la capitale installent des fenêtres à double vitrage pour étouffer le bruit.

Comment le mur du son est-il franchi ?

Jusqu'en 1947, il n'y avait pas de données réelles sur le bien-être d'une personne dans le cockpit d'un avion qui vole plus vite que le son. Il s'est avéré que franchir le mur du son nécessite une certaine force et un certain courage. Pendant le vol, il devient clair qu'il n'y a aucune garantie de survie. Même un pilote professionnel ne peut pas dire avec certitude si la conception de l'avion résistera à l'attaque des éléments. En quelques minutes, l'avion peut tout simplement s'effondrer. Qu'est-ce qui explique cela ? Il convient de noter que le mouvement à une vitesse subsonique crée des ondes acoustiques qui se dispersent comme des cercles à partir d'une pierre tombée. La vitesse supersonique excite les ondes de choc et une personne debout au sol entend un son semblable à une explosion. Sans ordinateurs puissants, il était difficile de résoudre des problèmes complexes et devait s'appuyer sur des modèles de soufflage dans des souffleries. Parfois, avec une accélération insuffisante de l'avion, l'onde de choc atteint une force telle que des fenêtres sortent des maisons survolées par l'avion. Tout le monde ne pourra pas franchir le mur du son, car en ce moment toute la structure tremble, les fixations de l'appareil peuvent subir des dommages importants. Par conséquent, une bonne santé et une stabilité émotionnelle sont si importantes pour les pilotes. Si le vol est fluide et que le mur du son est franchi le plus rapidement possible, ni le pilote ni les passagers éventuels ne se sentiront beaucoup inconfort. Spécialement pour la conquête du mur du son, un avion de recherche est construit en janvier 1946. La création de la machine a été initiée par un ordre du ministère de la Défense, mais au lieu d'armes, elle était bourrée d'équipements scientifiques qui surveillaient le fonctionnement des mécanismes et des instruments. Cet avion ressemblait à un missile de croisière moderne avec un moteur-fusée intégré. Le franchissement du mur du son par un avion s'est produit lorsque vitesse de pointe 2736km/h.

Monuments verbaux et matériels à la conquête de la vitesse du son

Les réalisations pour franchir le mur du son sont aujourd'hui très appréciées. Ainsi, l'avion sur lequel Chuck Yeager l'a surmonté pour la première fois est maintenant exposé au National Air and Space Museum, situé à Washington. Mais les paramètres techniques de cette invention humaine ne vaudraient pas grand-chose sans les mérites du pilote lui-même. Chuck Yeager est allé à l'école de pilotage et a combattu en Europe, après quoi il est retourné en Angleterre. La suspension injuste du vol n'a pas brisé l'esprit de Yeager et il a obtenu un rendez-vous avec le commandant en chef des troupes d'Europe. Dans les années restantes avant la fin de la guerre, Yeager a participé à 64 sorties, au cours desquelles il a abattu 13 avions. Chuck Yeager est retourné dans son pays natal avec le grade de capitaine. Ses caractéristiques indiquent une intuition phénoménale, un sang-froid incroyable et une endurance dans des situations critiques. Plus d'une fois, Yeager a établi des records dans son avion. Sa carrière ultérieure était dans l'armée de l'air, où il a formé des pilotes. La dernière fois que Chuck Yeager a franchi le mur du son, c'était à 74 ans, à l'occasion du cinquantième anniversaire de son histoire de vol et en 1997.

Tâches complexes des créateurs d'avions

L'avion MiG-15 de renommée mondiale a commencé à être créé à un moment où les développeurs ont réalisé qu'il était impossible de compter uniquement sur le franchissement du mur du son, mais complexe tâches techniques. En conséquence, une machine a été créée avec un tel succès que ses modifications ont été mises en service. différents pays. Plusieurs bureaux d'études différents se sont associés dans une sorte de concurrence, dans lequel le prix était un brevet pour l'avion le plus réussi et le plus fonctionnel. A développé des avions avec des ailes en flèche, ce qui a été une révolution dans leur conception. L'appareil idéal devrait être puissant, rapide et incroyablement résistant à tout dommage extérieur. Les ailes balayées de l'avion sont devenues un élément qui les a aidés à tripler la vitesse du son. De plus, il a continué de croître, ce qui s'explique par une augmentation de la puissance du moteur, l'utilisation de matériaux innovants et l'optimisation des paramètres aérodynamiques. Surmonter le mur du son est devenu possible et réel même pour un non-professionnel, mais cela n'en devient pas moins dangereux, donc tout chercheur extrême devrait évaluer judicieusement ses points forts avant de décider d'une telle expérience.

Parfois, lorsqu'un avion à réaction vole dans le ciel, vous pouvez entendre une forte détonation qui ressemble à une explosion. Cette "rafale" est le résultat du franchissement du mur du son par l'avion.

Qu'est-ce qu'un mur du son et pourquoi entend-on une explosion ? Et qui a été le premier à franchir le mur du son ? Nous examinerons ces questions ci-dessous.

Qu'est-ce qu'un mur anti-bruit et comment se forme-t-il ?

Barrière acoustique aérodynamique - une série de phénomènes qui accompagnent le mouvement de tout aéronef (avion, fusée, etc.), dont la vitesse est égale ou supérieure à la vitesse du son. En d'autres termes, le "mur du son" aérodynamique est le saut soudain de la résistance de l'air qui se produit lorsqu'un avion atteint la vitesse du son.

Les ondes sonores se déplacent dans l'espace à une certaine vitesse, qui varie avec l'altitude, la température et la pression. Par exemple, au niveau de la mer, la vitesse du son est d'environ 1220 km/h, à une altitude de 15 000 mètres - jusqu'à 1000 km/h, etc. Lorsque la vitesse d'un avion s'approche de la vitesse du son, certaines charges agissent sur lui. Aux vitesses normales (subsoniques), le nez de l'avion « entraîne » devant lui une onde d'air comprimé dont la vitesse correspond à la vitesse du son. La vitesse de l'onde est supérieure à la vitesse normale de l'avion. En conséquence, l'air circule librement sur toute la surface de l'avion.

Mais, si la vitesse de l'avion correspond à la vitesse du son, l'onde de compression ne se forme pas sur le nez, mais devant l'aile. En conséquence, une onde de choc se forme, ce qui augmente la charge sur les ailes.

Pour qu'un avion franchisse le mur du son, en plus d'une certaine vitesse, il doit avoir une conception spéciale. C'est pourquoi les concepteurs d'avions ont développé et appliqué dans la construction aéronautique un profil d'aile aérodynamique spécial et d'autres astuces. Au moment de franchir le mur du son, le pilote d'un avion supersonique moderne ressent des vibrations, des "sauts" et des "chocs aérodynamiques", que nous percevons au sol comme un bang ou une explosion.

Qui a été le premier à franchir le mur du son ?

La question des « pionniers » du mur du son est la même que celle des premiers conquérants de l'espace. À la question " Qui a été le premier à franchir la barrière supersonique ? différentes réponses peuvent être données. C'est la première personne à franchir le mur du son, et la première femme, et, curieusement, le premier appareil...

Le premier à franchir le mur du son fut le pilote d'essai Charles Edwood Yeager (Chuck Yeager). Le 14 octobre 1947, son avion expérimental propulsé par fusée Bell X-1 atteint la vitesse du son lors d'un léger piqué d'une hauteur de 21379 m au-dessus de Victorville (Californie, États-Unis). La vitesse de l'avion à ce moment était de 1207 km/h.

Tout au long de sa carrière, le pilote militaire a grandement contribué au développement non seulement de l'aviation militaire américaine, mais également de l'astronautique. Charles Elwood Yeager a terminé sa carrière en tant que général dans l'US Air Force, après avoir voyagé dans de nombreuses régions du monde. L'expérience d'un pilote militaire s'est avérée utile même à Hollywood lors de la mise en scène de cascades aériennes spectaculaires dans le long métrage Pilot.

L'histoire de Chuck Yeager de franchir le mur du son est racontée par le film The Right Guys, qui a remporté quatre Oscars en 1984.

Autres "conquérants" du mur du son

En plus de Charles Yeager, qui a été le premier à franchir le mur du son, il y avait d'autres détenteurs de records.

1. Le premier pilote d'essai soviétique - Sokolovsky (26 décembre 1948).
2. La première femme était l'Américaine Jacqueline Cochran (18 mai 1953). Survolant la base aérienne d'Edwards (Californie, États-Unis), son avion F-86 a franchi le mur du son à une vitesse de 1223 km/h.
3. Le premier avion civil fut l'avion de ligne américain Douglas DC-8 (21 août 1961). Son vol, qui s'est déroulé à une altitude d'environ 12,5 mille mètres, était expérimental et organisé afin de collecter les données nécessaires à la conception future des bords d'attaque des ailes.
4. Première voiture à franchir le mur du son - Thrust SSC (15 octobre 1997).
5. Le premier à franchir le mur du son en chute libre est l'Américain Joe Kittinger (1960), qui saute en parachute d'une hauteur de 31,5 km. Cependant, après celui-ci, en survolant le 14 octobre 2012 la ville américaine de Roswell (Nouveau-Mexique, USA), l'Autrichien Felix Baumgartner a établi un record du monde en quittant Ballon en parachute à 39 km d'altitude. Dans le même temps, sa vitesse était d'environ 1342,8 km/h, et la descente au sol, dont la majeure partie était en chute libre, n'a duré que 10 minutes.
6. Le record du monde de franchissement du mur du son par un avion appartient au missile aérobalistique hypersonique air-sol Kh-15 (1967), qui est désormais en service dans l'armée russe. La vitesse de la fusée à une altitude de 31,2 km était de 6389 km / h. Je voudrais noter que la vitesse maximale possible du mouvement humain dans l'histoire des avions pilotés est de 39897 km / h, atteinte en 1969 par l'américain vaisseau spatial"Apollon 10".

Première invention pour franchir le mur du son

Curieusement, mais la première invention qui a franchi le mur du son était ... un simple fouet, inventé par les anciens Chinois il y a 7 000 ans.

Jusqu'à l'invention de la photographie instantanée en 1927, personne n'aurait pu imaginer que le claquement d'un fouet n'était pas simplement une sangle frappant une poignée, mais un claquement supersonique miniature. Lors d'un swing brusque, une boucle se forme, dont la vitesse augmente plusieurs dizaines de fois et s'accompagne d'un clic. La boucle franchit le mur du son à une vitesse d'environ 1200 km/h.

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À propos de photos impressionnantes chasseurs à réaction dans un cône dense de vapeur d'eau, on dit souvent qu'il s'agit, dit-on, d'un avion franchissant le mur du son. Mais c'est une erreur. Le navigateur parle de la véritable cause du phénomène.

Ce phénomène spectaculaire a été capturé à plusieurs reprises par des photographes et vidéastes. Un avion à réaction militaire passe au-dessus de la terre à grande vitesse, plusieurs centaines de kilomètres à l'heure.

Au fur et à mesure que le chasseur accélère, un cône dense de condensation commence à se former autour de lui; il semble que l'avion se trouve à l'intérieur d'un nuage compact.

Des légendes fantastiques passionnantes sous de telles photographies prétendent souvent que nous avons devant nous - des preuves visuelles d'un bang sonique lorsque l'avion atteint une vitesse supersonique.

En fait, ce n'est pas vrai. Nous observons ce que l'on appelle l'effet Prandtl-Gloert - un phénomène physique qui se produit lorsqu'un avion s'approche de la vitesse du son. Cela n'a rien à voir avec le franchissement du mur du son.

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Au fur et à mesure que l'industrie aéronautique se développait, les formes aérodynamiques devenaient de plus en plus rationalisées et la vitesse des avions augmentait régulièrement - les avions ont commencé à faire des choses avec l'air qui les entourait que leurs prédécesseurs plus lents et plus volumineux ne pouvaient pas faire.

Les mystérieuses ondes de choc qui se forment autour des avions volant à basse altitude lorsqu'ils s'approchent de la vitesse du son, puis franchissent le mur du son, indiquent que l'air à de telles vitesses se comporte d'une manière très étrange.

Quels sont donc ces mystérieux nuages ​​de condensats ?

Droits d'auteur des images Getty Légende L'effet Prandtl-Gloert est plus prononcé lorsque vous volez dans une atmosphère chaude et humide.

Selon Rod Irwin, président du groupe aérodynamique de la Royal Aeronautics Society, les conditions dans lesquelles le cône de vapeur se produit précèdent immédiatement un avion franchissant le mur du son. Cependant, ce phénomène est généralement photographié à des vitesses légèrement inférieures à la vitesse du son.

Les couches d'air de surface sont plus denses que l'atmosphère à hautes altitudes. Lorsque vous volez à basse altitude, la friction et la traînée augmentent.

Soit dit en passant, il est interdit aux pilotes de franchir le mur du son au-dessus de la terre. "Vous pouvez aller supersonique au-dessus de l'océan, mais pas sur une surface solide», explique Irwin. "Au fait, cette circonstance était un problème pour le paquebot supersonique Concorde - l'interdiction a été introduite après sa mise en service, et le l'équipage n'a été autorisé à développer une vitesse supersonique qu'au-dessus de la surface de l'eau".

De plus, il est extrêmement difficile d'enregistrer visuellement un bang sonique lorsqu'un avion atteint une vitesse supersonique. Il ne peut pas être vu à l'œil nu - uniquement à l'aide d'un équipement spécial.

Pour photographier des modèles soufflés à des vitesses supersoniques dans des souffleries, des miroirs spéciaux sont généralement utilisés pour détecter la différence de réflexion de la lumière causée par la formation d'une onde de choc.

Droits d'auteur des images Getty Légende Lorsque la pression atmosphérique chute, la température de l'air diminue et l'humidité qu'il contient se transforme en condensat.

Des photographies obtenues par la méthode dite de schlieren (ou méthode de Toepler) permettent de visualiser les ondes de choc (ou, comme on les appelle aussi, ondes de choc) qui se forment autour du modèle.

Lors des purges, il n'y a pas de création de cônes de condensat autour des modèles puisque l'air utilisé dans les souffleries est préalablement séché.

Les cônes de vapeur d'eau sont associés aux ondes de choc (et il y en a plusieurs) qui se forment autour de l'avion lorsqu'il prend de la vitesse.

Lorsque la vitesse d'un avion se rapproche de la vitesse du son (environ 1234 km/h au niveau de la mer), une différence de pression et de température locales se produit dans l'air qui l'entoure.

En conséquence, l'air perd sa capacité à retenir l'humidité et la condensation se forme sous la forme d'un cône, comme sur cette vidéo.

"Le cône de vapeur visible est causé par une onde de choc, qui crée un différentiel de pression et de température autour de l'avion", explique Irwin.

Bon nombre des meilleures photographies du phénomène sont des avions de la marine américaine - ce qui n'est pas surprenant étant donné que la chaleur, air humide près de la surface de la mer, en règle générale, contribue à une manifestation plus prononcée de l'effet Prandtl-Gloert.

De telles astuces sont souvent exécutées par des chasseurs-bombardiers F / A-18 Hornet - c'est le principal type d'avion embarqué de l'Américain aéronavale.

Droits d'auteur des images SPL Légende L'onde de choc à la sortie de l'avion supersonique est difficilement détectable à l'œil nu

Les membres de l'équipe de voltige des Blue Angels de l'US Navy volent dans les mêmes véhicules de combat, exécutant magistralement des manœuvres dans lesquelles un nuage de condensation se forme autour de l'avion.

En raison du caractère spectaculaire du phénomène, il est souvent utilisé pour populariser l'aéronavale. Les pilotes manœuvrent délibérément au-dessus de la mer, où les conditions d'apparition de l'effet Prandtl-Gloert sont les plus optimales, et des photographes navals professionnels sont en service à proximité - après tout, il est impossible de prendre une photo claire d'un avion à réaction en vol à une vitesse de 960 km / h sur un smartphone ordinaire.

Les nuages ​​​​de condensation semblent plus impressionnants dans le mode de vol dit transsonique, lorsque l'air circule partiellement autour de l'avion à une vitesse supersonique et partiellement à une vitesse subsonique.

"L'avion ne vole pas nécessairement à des vitesses supersoniques, mais l'air circule autour de la surface supérieure de son aile à une vitesse supérieure à celle de la partie inférieure, ce qui entraîne un choc local", explique Irwin.

Selon lui, pour que l'effet Prandtl-Gloert se produise, certaines conditions climatiques sont nécessaires (à savoir, de l'air chaud et humide), que les chasseurs embarqués rencontrent plus souvent que les autres avions.

Tout ce que vous avez à faire est de demander une faveur photographe professionnel, et - voila ! - votre avion a été capturé entouré d'un spectaculaire nuage de vapeur d'eau, que beaucoup d'entre nous prennent à tort comme un signe d'atteindre le supersonique.

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A l'heure actuelle, le problème du « franchissement du mur du son » semble relever essentiellement de puissants moteurs de puissance. Si la poussée est suffisante pour surmonter l'augmentation de la traînée rencontrée jusqu'au mur du son et directement au-dessus, de sorte que l'avion puisse passer rapidement dans la plage de vitesse critique, il ne faut pas s'attendre à de grandes difficultés. Il serait peut-être plus facile pour un avion de voler dans la plage de vitesse supersonique que dans la plage de transition entre les vitesses subsonique et supersonique.

Ainsi, la situation est quelque peu similaire à celle qui prévalait au début de ce siècle, lorsque les frères Wright ont pu prouver la possibilité d'un vol actif, car ils disposaient d'un moteur léger avec une poussée suffisante. Si nous avions les bons moteurs, alors le vol supersonique deviendrait assez courant. Jusqu'à récemment, franchir le mur du son en vol en palier n'était possible qu'avec des systèmes de propulsion plutôt peu économiques tels que des moteurs de fusée et de statoréacteur à très forte consommation de carburant. Les avions expérimentaux tels que le X-1 et le Sky-rocket sont équipés de moteurs-fusées qui ne sont fiables que pendant quelques minutes de vol, ou de turboréacteurs avec postcombustion, mais à l'heure où nous écrivons, peu d'avions peuvent voler de vitesse supersonique pendant une demi-heure. Si vous lisez dans le journal qu'un avion "a traversé le mur du son", cela signifie souvent qu'il l'a fait en plongeant. Dans ce cas, la gravité a complété la force de traction insuffisante.

Il y a un phénomène étrange associé à ces acrobaties que je voudrais souligner. Supposons l'avion

s'approche de l'observateur à une vitesse subsonique, plonge, atteignant une vitesse supersonique, puis quitte la plongée et continue à voler à nouveau à une vitesse subsonique. Dans ce cas, l'observateur au sol entend souvent deux gros sons de boum, qui se succèdent assez rapidement : « Boum, boum ! Certains chercheurs ont proposé des explications sur l'origine du double grondement. Akeret à Zurich et Maurice Roy à Paris ont tous deux suggéré que le bourdonnement était dû à l'accumulation d'impulsions sonores, telles que le bruit du moteur, émises pendant que l'avion passait à la vitesse sonique. Si l'aéronef se dirige vers l'observateur, alors le bruit émis par l'aéronef atteindra l'observateur dans un laps de temps plus court par rapport à l'intervalle dans lequel il a été émis. Ainsi, il y a toujours une certaine accumulation d'impulsions sonores, à condition que la source sonore se dirige vers l'observateur. Cependant, si la source sonore se déplace à une vitesse proche de la vitesse du son, alors l'accumulation augmente à l'infini. Cela devient évident si nous supposons que tout le son émis par une source se déplaçant exactement à la vitesse du son directement vers l'observateur atteindra ce dernier à un court instant, à savoir lorsque la source sonore s'est approchée de l'emplacement de l'observateur. La raison en est que le son et la source sonore voyageront à la même vitesse. Si le son se déplaçait pendant cette période de temps à une vitesse supersonique, alors la séquence des impulsions sonores perçues et émises serait inversée ; l'observateur distinguera les signaux émis plus tard avant de percevoir les signaux émis plus tôt.

Le processus de double bourdonnement, conformément à cette théorie, peut être illustré par le schéma de la Fig. 58. Supposons que l'avion se déplace droit vers l'observateur, mais à une vitesse variable. La courbe AB montre le mouvement de l'avion en fonction du temps. La pente de la tangente à la courbe indique la vitesse instantanée de l'avion. Les lignes parallèles montrées dans le diagramme indiquent la propagation du son; l'angle d'inclinaison de ces droites correspond à la vitesse du son. D'abord, dans la section, la vitesse de l'avion est subsonique, puis dans la section - supersonique, et enfin, dans la section - subsonique à nouveau. Si l'observateur est à la distance initiale D, alors les points indiqués sur la ligne horizontale correspondent à la séquence de perceptions par lui

Riz. 58. Diagramme distance-temps d'un aéronef volant à vitesse variable. Des lignes parallèles avec un angle d'inclinaison indiquent la propagation du son.

impulsions sonores. On voit que le son émis par l'avion lors du second passage du mur du son (point ) parvient à l'observateur plus tôt que le son émis lors du premier passage (point ). A ces deux instants, l'observateur perçoit, après un intervalle de temps infinitésimal, des impulsions émises pendant un laps de temps limité. Par conséquent, il entend un bourdonnement semblable à une explosion. Entre deux bourdonnements, il perçoit simultanément trois impulsions émises à des instants différents par l'avion.

Sur la fig. 59 montre schématiquement l'intensité du bruit auquel on peut s'attendre dans ce cas simplifié. Il convient de noter que l'accumulation d'impulsions sonores dans le cas d'une source sonore qui s'approche est le même processus que celui connu sous le nom d'effet Doppler ; cependant, la caractérisation de ce dernier effet est généralement limitée par le changement de hauteur associé au processus d'accumulation. L'intensité sonore perçue est difficile à calculer car elle dépend du mécanisme de production sonore, qui est mal connu. De plus, le processus est compliqué par la forme de la trajectoire, les échos possibles, ainsi que les ondes de choc qui sont observées dans diverses parties de l'avion pendant le vol et dont l'énergie est convertie en ondes sonores après que l'avion a réduit la vitesse. Dans certaines

Riz. 59. Représentation schématique de l'intensité du bruit perçu par l'observateur.

Des articles récents sur ce sujet ont attribué le double grondement, parfois le triple grondement, observé lors de plongées à très grande vitesse à ces ondes de choc.

Le problème de "casser le mur du son" ou "mur du son" semble exciter l'imagination du public (un film anglais intitulé Breaking the Sound Barrier donne une idée des défis liés au vol à travers un seul Mach); les pilotes et les ingénieurs discutent du problème à la fois sérieusement et en plaisantant. Le "rapport scientifique" suivant sur le vol transsonique démontre une merveilleuse combinaison de connaissances techniques et de libertés poétiques :

Nous avons glissé doucement dans les airs à 540 milles à l'heure. J'ai toujours aimé le petit XP-AZ5601-NG pour ses commandes simples et le fait que l'indicateur Prandtl-Reynolds est caché dans le coin supérieur droit du panneau. J'ai vérifié les instruments. Eau, carburant, RPM, rendement Carnot, vitesse au sol, enthalpie. Tout va bien. Cap au 270°. L'intégralité de la combustion est normale - 23%. Le vieux turboréacteur ronronnait aussi calmement que jamais, et les dents de Tony claquaient à peine depuis ses 17 portes jetées au-dessus du Schenectady. Seul un mince filet d'huile s'échappait du moteur. C'est la vie!

Je savais qu'un moteur d'avion était bon pour des vitesses supérieures à tout ce que nous avions jamais essayé de développer. Le temps était si clair, le ciel si bleu, l'air si calme que je n'ai pas pu résister et j'ai ajouté de la vitesse. J'ai lentement avancé le levier d'une position. Le régulateur n'a que légèrement vacillé et après environ cinq minutes, tout était calme. 590 mph. J'ai de nouveau appuyé sur le levier. Seules deux buses sont bouchées. J'ai appuyé sur le nettoyeur de trou étroit. Ouvre encore. 640 mph. Calme. Le tuyau d'échappement était presque complètement plié, quelques centimètres carrés d'un côté encore ouverts. Mes mains me démangeaient sur le levier, et j'appuyai de nouveau dessus. L'avion a accéléré à 690 miles par heure, traversant une section critique sans casser une seule fenêtre. La cabine devenait chaude, alors j'ai mis un peu plus d'air dans la glacière du bain à remous. 0,9 maximum ! Je n'ai jamais volé plus vite. Je pouvais voir une petite secousse à l'extérieur du hublot, alors j'ai ajusté la forme de l'aile et elle a disparu.

Tony somnolait maintenant, et j'ai soufflé la fumée de sa pipe. Je n'ai pas pu résister et j'ai ajouté de la vitesse à un autre niveau. Exactement en dix minutes, nous avons rattrapé Mach 0,95. De retour dans les chambres de combustion, la pression totale chute en diable. C'était la vie ! L'indicateur de Karman était rouge, mais je m'en fichais. La bougie de Tony brûlait toujours. Je savais que le gamma était à zéro, mais je m'en fichais.

J'étais étourdi d'excitation. Un peu plus! J'ai posé ma main sur le levier, mais juste à ce moment, Tony a tendu la main et son genou a frôlé mon bras. Le levier a sauté jusqu'à dix niveaux ! Merde! Le petit avion frissonna de toute sa longueur, et une perte de vitesse colossale nous projeta Tony et moi dans le panneau. C'était comme si nous avions heurté un mur de briques solides! Je pouvais voir que le nez de l'avion était froissé. J'ai regardé le machomètre et je me suis figé ! 1.00 ! Dieu, en un instant j'ai pensé, nous sommes au maximum ! Si je ne le fais pas ralentir avant qu'il ne glisse, nous serons dans une résistance décroissante ! Trop tard! Mach 1,01 ! 1.02 ! 1.03 ! 1.04 ! 1.06 ! 1.09 ! 1.13 ! 1.18 ! J'étais désespéré, mais Tony savait quoi faire. En un clin d'œil, il a rendu

mouvement! L'air chaud s'est précipité dans le tuyau d'échappement, il a été comprimé dans la turbine, a de nouveau fait irruption dans les chambres, a dilaté le compresseur. Le carburant a commencé à couler dans les réservoirs. Le compteur d'entropie est passé à zéro complet. Mach 1,20 ! 1.19 ! 1.18 ! 1.17 ! Nous sommes sauvés. Il a glissé en arrière, il s'est reculé alors que Tony et moi priions pour que le diviseur de débit ne se coince pas. 1.10 ! 1.08 ! 1.05 !

Merde! On est passé de l'autre côté du mur ! Nous sommes piégés ! Pas assez de poussée négative pour reculer !

Alors que nous étions recroquevillés par peur du mur, la queue du petit avion s'est effondrée et Tony a crié : « Tirez les propulseurs de fusée ! Mais ils se sont trompés de chemin !

Tony tendit la main et les poussa vers l'avant, des lignes de Mach coulant de ses doigts. Je leur ai mis le feu ! Le coup était bluffant. Nous avons perdu connaissance.

Quand j'ai repris mes esprits, notre petit avion, tout mutilé, passait juste par Mach zéro ! J'ai sorti Tony et nous sommes tombés lourdement au sol. L'avion a ralenti à l'est. Après quelques secondes, nous avons entendu un grondement, comme s'il avait heurté un autre mur.

Pas une seule vis n'a été retrouvée. Tony s'est mis au tissage de filets, et je suis partie au MIT.