Některé běžné biče, jako například biče nebo akciové lodě, se dokáží pohybovat rychleji než zvuk: špička biče překračuje tuto rychlost a způsobuje ostrý praskot – doslova zvukový boom. Střelné zbraně vyrobené po 19. století mají obecně nadzvukovou úsťovou rychlost.

Zvuková bariéra mohla být poprvé porušena živými bytostmi asi před 150 miliony let. Někteří paleobiologové uvádějí, že na základě počítačových modelů jejich biomechanických schopností mohli být někteří dinosauři s dlouhým ocasem, jako je Brontosaurus, Apatosaurus a Diplodocus, schopni švihnout ocasy nadzvukovou rychlostí a vytvořit tak praskavý zvuk. Toto zjištění je teoretické a ostatní v této oblasti ho zpochybňují. Meteory vstupující do zemské atmosféry obvykle, pokud ne vždy, sestupují rychleji než zvuk.

Časné problémyUpravit

Špička vrtule na mnoha časných letadlech může dosáhnout nadzvukových rychlostí, což vytváří znatelný rozruch, který odlišuje tato letadla. To je nežádoucí, protože transonický pohyb vzduchu vytváří rušivé rázové vlny a turbulence. Je známo, že díky těmto účinkům vrtule dramaticky klesají výkon se blíží rychlosti zvuku. Je snadné prokázat, že výkon potřebný ke zlepšení výkonu je tak velký, že hmotnost požadovaného motoru roste rychleji, než může kompenzovat výkon vrtule. Tento problém vedl k raný výzkum proudových motorů, zejména Frank Whittle v Anglii a Hans von Ohain v Německu, kteří byli vedeni k jejich výzkumu zejména proto, aby se těmto problémům při vysokorychlostním letu vyhnuli.

N vrtulová letadla se přesto dokázala ve skoku přiblížit ke kritickému Machovu číslu. Naneštěstí to vedlo k mnoha haváriím z různých důvodů. Nejvíce nechvalně, v Mitsubishi Zero, piloti letěli s plnou silou do terénu, protože rychle rostoucí síly působící na ovládací plochy jejich letadel je přemohly. V tomto případě několik pokusů o opravu problém jen zhoršilo. Podobně flexe způsobená nízkou torzní tuhostí křídel Supermarine Spitfire způsobila, že zase působily proti ovládacím vstupům křidélek, což vedlo ke stavu známému jako obrácení ovládání. To bylo vyřešeno v pozdějších modelech se změnami křídla. Ještě horší je, že zvláště nebezpečná interakce proudění vzduchu mezi křídly a ocasními plochami potápěče Lockheed P-38 Lightnings ztěžovala „vytahování“ ponorů; problém však byl později vyřešen přidáním „potápěčské klapky“, která narušila Třepetání způsobené tvorbou rázových vln na zakřivených površích bylo dalším velkým problémem, který nejslavněji vedl k rozpadu vlaštovky de Havilland a smrti jejího pilota Geoffrey de Havilland, ml. dne 27. září 1946. Předpokládá se, že podobný problém byl příčinou havárie raketového letadla BI-1 v Sovětském svazu v roce 1943.

Všechny tyto efekty, i když většinou nesouvisejí, vedly ke konceptu „bariéra „což letadlu ztěžuje překročení rychlosti zvuku. Chybné zprávy způsobily, že si většina lidí představovala zvukovou bariéru jako fyzickou „zeď“, kterou nadzvukové letadlo potřebovalo „rozbít“ s ostrým nosem jehly na přední části trupu. Výrobky odborníků na raketovou techniku a dělostřelectvo běžně překračovaly Mach 1, ale konstruktéři letadel a aerodynamičtí inženýři během druhé světové války a po ní hovořili o Machu 0,7 jako o limitu, který je nebezpečné překračovat.

Časné tvrzení Upravit

Během Druhá světová válka a bezprostředně poté bylo učiněno několik tvrzení, že zvuková bariéra byla při ponoru prolomena. Většinu těchto domnělých událostí lze odmítnout jako chyby přístrojů. Typický ukazatel rychlosti (ASI) používá rozdíly tlaku vzduchu mezi dvěma nebo více body na letadle, obvykle v blízkosti nosu a na boku trupu, které vytvářejí údaj o rychlosti. Při vysoké rychlosti způsobují různé kompresní efekty, které vedou ke zvukové bariéře, nelineární ASI a nepřesně vysoké nebo nízké hodnoty, v závislosti na specifikách instalace. Tento efekt se stal známým jako „Machův skok“. Před zavedením Machových měřičů bylo možné provádět přesná měření nadzvukových rychlostí pouze dálkově, normálně pomocí pozemních nástrojů. Bylo zjištěno, že mnoho tvrzení o nadzvukových rychlostech je při měření tímto způsobem hluboko pod touto rychlostí.

V roce 1942 vydala společnost Republic Aviation tiskovou zprávu uvádějící, že Lts. Harold E. Comstock a Roger Dyar překročili rychlost zvuku během zkušebních ponorů v Republic P-47 Thunderbolt. Panuje všeobecná shoda, že to bylo způsobeno nepřesnými odečty ASI. V podobných testech prokázal severoamerický Mustang P-51 limity na 0,85 Mach, přičemž každý let nad M0,84 způsobil poškození letadla vibracemi.

Jedním z nejvyšších zaznamenaných Machových počtů Machových dosažených pro vrtulové letadlo je Mach 0,891 pro Spitfire PR XI, pilotovaný během ponorových testů v Royal Aircraft Establishment, Farnborough v dubnu 1944. Na Spitfire, variantu foto-průzkumu, Mark XI, vybavenou rozšířeným systémem „hrábě“ s více pitoty, letěl vůdce letky JR Tobin na tuto rychlost, což odpovídá opravená skutečná rychlost letu (TAS) na 606 mph. V následném letu dosáhl vůdce letky Anthony Martindale 0,92 Machu, ale skončil nuceným přistáním poté, co nadměrné otáčení poškodilo motor.

Hans Guido Mutke tvrdil, že 9. dubna 1945 prolomil zvukovou bariéru proudové letadlo Messerschmitt Me 262. Uvádí, že jeho ASI se zastavil na 1100 kilometrech za hodinu (680 mph). Mutke hlásil nejen transonické buzení, ale obnovení normální kontroly, jakmile byla překročena určitá rychlost, pak obnovení silného buzení, jakmile Me 262 opět zpomalil. Hlásil také plamen motoru.

Toto tvrzení je široce sporné, dokonce i piloty v jeho jednotce. Je známo, že všechny účinky, které hlásil, se na Me 262 vyskytují při mnohem nižších rychlostech a čtení ASI v transonicích prostě není spolehlivé. Řada testů provedených Karlem Doetschem na příkaz Willyho Messerschmitta dále zjistila, že letadlo se stalo nekontrolovatelným nad Mach 0,86 a při Mach 0,9 by se ponořilo do ponoru, ze kterého se nedalo vzpamatovat. Poválečné testy RAF tyto výsledky potvrdily, s mírnou úpravou, že maximální rychlost pomocí nových přístrojů byla shledána Mach 0,84, spíše než Mach 0,86.

V roce 1999 si Mutke vyžádal pomoc profesora Otto Wagner z mnichovské technické univerzity provede výpočtové testy, aby zjistil, zda by letadlo mohlo prolomit zvukovou bariéru. Tyto testy nevylučují tuto možnost, ale chybí jim přesná data o koeficientu odporu, která by byla zapotřebí k provedení přesných simulací. Wagner uvedl: „Nechci vyloučit tuto možnost, ale dovedu si představit, že mohl být také těsně pod rychlostí zvuku a cítil bušení, ale nepřekročil Mach-1.“

Jeden důkaz předložený společností Mutke je na straně 13 příručky „Pilota„ Me 262 A-1 “vydané velitelstvím Air Materiel Command, Wright Field, Dayton, Ohio jako zpráva č. F-SU-1111-ND dne 10. ledna 1946:

Uvádí se, že rychlosti 950 km / h (590 mph) byly dosaženy při mělkém ponoru 20 ° až 30 ° od horizontální. Nebyly provedeny žádné vertikální ponory. Při rychlostech 950 až 1 000 km / h (590 až 620 mph) dosahuje proudění vzduchu kolem letadla rychlosti zvuku a uvádí se, že ovládací plochy již neovlivňují směr letu. Výsledky se u různých letadel liší: některá přeletují a potápějí se, zatímco jiná se potápí postupně. Rovněž se uvádí, že jakmile dojde k překročení rychlosti zvuku, tato podmínka zmizí a obnoví se normální ovládání.

Komentáře k obnovení řízení letu a zastavení bufetování nad Mach 1 jsou v dokumentu z roku 1946 velmi významné. Není však jasné, odkud tyto termíny pocházejí, protože se nezdá, že by takové testy američtí piloti provedli.

Ve své knize Me-163 z roku 1990 bývalý pilot Messerschmitt Me 163 „Komet“ Mano Ziegler tvrdí, že jeho přítel, zkušební pilot Heini Dittmar, prolomil zvukovou bariéru při potápění s raketovým letadlem a že několik lidí na zemi slyšelo zvuková ramena. Tvrdí, že dne 6. července 1944 byl Dittmar, letící se společností Me 163B V18, nesoucí abecední kód Stammkennzeichen VA + SP, měřen rychlostí 1130 km / h (702 mph). Žádný důkaz o takovém letu však neexistuje v žádném z materiálů z tohoto období, které byly zachyceny spojeneckými silami a důkladně studovány. Dittmar byl oficiálně zaznamenán při 1004,5 km / h (623,8 mph) ve vodorovném letu dne 2. října 1941 v prototypu Me 163A V4. Dosáhl této rychlosti na méně než plný plyn, protože byl znepokojen transonickým bušením. Sám Dittmar netvrdí, že při tomto letu prolomil zvukovou bariéru, a konstatuje, že rychlost byla zaznamenána pouze na AIS. Má však zásluhy za to, že byl prvním pilotem, který „zaklepal na zvukovou bariéru“.

Testovací pilot Luftwaffe Lothar Sieber (7. dubna 1922 – 1. března 1945) se mohl nechtěně stát prvním mužem k překonání zvukové bariéry 1. března 1945. K tomu došlo, když pilotoval Bachem Ba 349 „Natter“ pro první vertikální vzlet rakety s posádkou v historii. Za 55 sekund najel celkem 14 km. Letadlo havarovalo a on v tomto úsilí násilně zahynul.

Existuje řada bezpilotních vozidel, která během tohoto období letěla nadzvukovou rychlostí, ale obecně nesplňují definici. V roce 1933 sovětští konstruktéři pracující na koncepcích ramjet vypálili z dělostřeleckých motorů motory poháněné fosforem, aby je dostali na provozní rychlosti. Je možné, že to produkovalo nadzvukový výkon tak vysoký jako Mach 2, ale to nebylo způsobeno pouze samotným motorem. Naproti tomu německá balistická raketa V-2 běžně prolomila zvukovou bariéru za letu, poprvé 3. října 1942. V září 1944 dosáhly V-2 během terminálu běžně Mach 4 (1 200 m / s neboli 3044 mph). sestup.

Prolomení zvukové bariéryEdit

V roce 1942 zahájilo britské ministerstvo letectví přísně tajný projekt společnosti Miles Aircraft s cílem vyvinout první světový letoun letadlo schopné prolomit zvukovou bariéru. Výsledkem projektu byl vývoj prototypu proudového letadla Miles M.52, který byl navržen tak, aby dosáhl rychlosti 417 m / s; 1 600 km / h) (více než dvojnásobek dosavadního rychlostního rekordu) ve vodorovném letu a vylézt do nadmořské výšky 36 000 stop (11 km) za 1 minutu 30 sekund.

Do výsledného designu M.52 bylo začleněno obrovské množství pokročilých funkcí, z nichž mnohé naznačují podrobnou znalost nadzvukových aerodynamika. Konstrukce se vyznačovala zejména kuželovým nosem a ostrými náběžnými hranami křídel, protože bylo známo, že střely s kulatým nosem nelze stabilizovat nadzvukovou rychlostí. Konstrukce používala velmi tenká křídla bikonvexní sekce navržené Jakobem Ackeretem pro nízký odpor. Konce křídel byly „zacvaknuty“, aby nedocházelo ke kónické rázové vlně generované nosem letadla. Trup měl minimální příčný průřez kolem odstředivého motoru s palivovými nádržemi v sedle nahoře.

Dalším důležitým přírůstkem bylo použití elektricky poháněného stabilizátoru , známý také jako plně se pohybující ocas nebo létající ocas, klíč k nadzvukovému řízení letu, který kontrastoval s tradičními sklopnými ocasními plochami (horizontálními stabilizátory), které jsou mechanicky spojeny s řídicím sloupem pilota. Konvenční ovládací plochy se staly neúčinnými při vysokých podzvukových rychlostech, kterých se poté dosáhlo u stíhaček při ponorech, kvůli aerodynamickým silám způsobeným tvorbou rázových vln v závěsu a zpětným pohybem středu tlaku, které by společně mohly potlačit řídicí síly, které mohl být pilotem aplikován mechanicky, což bránilo zotavení z ponoru. Hlavní překážkou pro časný transonický let byl reverzace řízení, jev, který způsobil, že letové vstupy (páka, kormidlo) přepínaly směr vysokou rychlostí; to bylo příčinou mnoha nehod a téměř nehod. Plně létající ocas je považován za minimální podmínku umožňující letadlu bezpečně prolomit transonickou bariéru, aniž by ztratil kontrolu nad pilotem. Miles M.52 byl první instancí tohoto řešení, které se od té doby všeobecně používá.

Zpočátku mělo letadlo používat nejnovější motor Frank Whittle, Power Jets W.2 / 700, která by dosáhla nadzvukové rychlosti pouze při mělkém ponoru. K vývoji plně nadzvukové verze letadla byla začleněna inovace tryskové trysky – známé také jako přídavné spalování. V koncovce výfuku se mělo spalovat další palivo, aby nedošlo k přehřátí lopatek turbíny , s využitím nevyužitého kyslíku ve výfukových plynech. A konečně, konstrukce zahrnovala další kritický prvek – použití rázového kužele v nose pro zpomalení přiváděného vzduchu na podzvukovou rychlost potřebnou motorem.

Ačkoli projekt byl nakonec zrušen, výzkum byl použit ke konstrukci bezpilotní střely, která v úspěšném kontrolovaném transonickém a nadzvukovém zkušebním letu dosáhla rychlosti 1,38 Mach; v té době to byl jedinečný úspěch, který ověřil aerodynamiku M.52.

Zkušební piloti mezitím dosáhli vysokých rychlostí v bezocasém zametacím křídle de Havilland DH 108. Jedním z nich byl Geoffrey de Havilland, Jr., který byl zabit 27. září 1946, když se jeho DH 108 rozpadl přibližně za 0,9 Mach . John Derry byl nazýván „prvním britským nadzvukovým pilotem“ kvůli ponoru, který provedl v DH 108 dne 6. září 1948.

První „oficiální“ letadlo, které prolomilo zvukovou bariéruEdit

Britské ministerstvo letectví podepsalo dohodu s USA o výměně veškerého svého vysokorychlostního výzkumu, dat a návrhů a společnost Bell Aircraft získala přístup k výkresům a výzkumu na M.52, ale USA se vzdaly dohoda a na oplátku nebyly k dispozici žádné údaje.Bellův nadzvukový design stále používal konvenční ocas a bojovali s problémem ovládání.

Tyto informace využili k zahájení prací na Bell X-1 .Finální verze Bell X-1 byla designem velmi podobná původní verzi Miles M.52. Model XS-1, který se také pohyboval ocasem, byl později známý jako X-1. Bylo to v X -1, že Chuck Yeager byl připočítán jako první člověk, který prolomil zvukovou bariéru ve vodorovném letu dne 14. října 1947 a letěl ve výšce 13,7 km nad mořem. George Welch učinil věrohodné, ale oficiálně neověřené tvrzení, že zvukovou bariéru dne 1. října 1947 při letu na šavli XP-86. Tvrdil také, že zopakoval svůj nadzvukový let dne 14. října 1947, 30 minut před tím, než Yeager prolomil zvukovou bariéru v Bell X-1. důkazy od svědků a nástrojů silně naznačují, že Welch dosáhl nadzvukové rychlosti, lety nebyly řádně sledovány a nejsou oficiálně uznány. XP-86 oficiálně dosáhl nadzvukové rychlosti 26. dubna 1948.

Dne 14. října 1947, necelý měsíc poté, co bylo jako samostatná služba vytvořeno letectvo Spojených států, vyvrcholily testy první posádkou nadzvukový let, pilotovaný kapitánem letectva Charlesem „Chuckem“ Yeagerem v letadle č. 46-062, které pokřtil Glamorous Glennis. Raketový letoun byl vypuštěn z pumovnice speciálně upravené B-29 a klouzal k přistání na dráze. Let XS-1 číslo 50 je první, kde X-1 zaznamenal nadzvukový let při maximální rychlosti Mach 1,06 (361 m / s, 1299 km / h, 807,2 mph); Yeager a mnoho dalších pracovníků se však domnívá, že let č. 49 (také s pilotováním Yeager), který dosáhl nejvyšší zaznamenané rychlosti 0,997 Mach (339 m / s, 1221 km / h), mohl ve skutečnosti překročit Mach 1. (Měření nebyla přesná na tři významné číslice a pro tento let nebyl zaznamenán žádný zvukový boom.)

V důsledku počátečního nadzvukového letu X-1 hlasovala Národní letecká asociace za svůj Collier z roku 1948 O trofej se podělí tři hlavní účastníci programu. Prezident Harry S. Truman, kterého v Bílém domě poctili prezident Larry Bell za Bell Aircraft, kapitán Yeager za pilotování letů a John Stack za příspěvky NACA.

Jackie Cochranová byla první ženou, která 18. května 1953 prolomila zvukovou bariéru v Canadair Sabre a jejím křídlem byla Yeager.

21. srpna 1961 Douglas DC-8-43 ( registrace N9604Z) neoficiálně překročila Mach 1 při kontrolovaném ponoru během zkušebního letu na letecké základně Edwards, jak bylo pozorováno a hlášeno letovou posádkou; posádkou byli William Magruder (pilot), Paul Patten (druhý pilot), Joseph Tomich (palubní inženýr) a Richard H. Edwards (inženýr letových zkoušek). Jednalo se o první nadzvukový let civilního dopravního letadla a jediný jiný než Concorde nebo Tu-144.

Zvuková bariéra pochopila Upravit

Vzhledem k tomu, že věda o vysokorychlostním letu se stala více široce chápanou, vedla řada změn k možnému pochopení, že „zvuková bariéra“ je snadno proniknutelná za správných podmínek. Mezi tyto změny patřilo zavedení tenkých šípovitých křídel, plošné pravidlo a motory stále se zvyšujícího výkonu. V padesátých letech minulého století dokázalo mnoho bojových letadel běžně prolomit zvukovou bariéru ve vodorovném letu, i když při tom často trpěly problémy s ovládáním, například Mach zastrčit. Moderní letadla mohou překonat „bariéru“ bez problémů s ovládáním.

Koncem padesátých let byl problém tak dobře pochopen, že mnoho společností začalo investovat do vývoje nadzvukových letadel, neboli SST, věřících, že to bude další „přirozený“ krok ve vývoji dopravních letadel. To se však dosud nestalo. Ačkoli Concorde a Tupolev Tu-144 vstoupily do služby v 70. letech, oba byli později v důchodu, aniž by byli nahrazeni podobnými designy. Poslední let Concorde v provozu byl v roce 2003.

Ačkoli Concorde a Tu-144 byly prvními letadly, která přepravovala komerční cestující nadzvukovou rychlostí, nebyla prvními nebo jedinými komerčními letadly, která prolomila zvuková bariéra. Dne 21. srpna 1961, Douglas DC-8 rozbil zvukovou bariéru na Mach 1,012, nebo 1240 km / h (776,2 mph), zatímco v kontrolovaném ponoru přes 41,088 noh (12,510 m). Účelem letu bylo shromáždit údaje o novém designu náběžné hrany křídla. Letecká společnost China Airlines 747 mohla po rozrušení za letu 19. února 1985 neplánovaným sestupem prolomit zvukovou bariéru z necelých 12 500 m na 2900 m.Rovněž dosáhla více než 5 g.

Prolomení zvukové bariéry v pozemním vozidleUpravit

12. ledna 1948 se bezpilotní raketové saně Northrop staly prvním pozemním vozidlem, které překonalo zvukovou bariéru. Ve vojenském zkušebním zařízení na letecké základně Muroc Air Force Base (nyní Edwards AFB) v Kalifornii dosáhl před vyskočením kolejnice maximální rychlosti 1640 km / h.

Dne 15. října 1997 v vozidlo navržené a vyrobené týmem vedeným Richardem Noblem, pilot Royal Air Force Andy Green se stal prvním člověkem, který prolomil zvukovou bariéru v pozemním vozidle v souladu s pravidly Fédération Internationale de l „Automobile. Vozidlo s názvem ThrustSSC ( „Super Sonic Car“), zachytil rekord 50 let a jeden den po Yeagerově prvním nadzvukovém letu.

Prolomení zvukové bariéry jako lidský projektilEdit

Felix BaumgartnerEdit

V říjnu 2012 se Felix Baumgartner s týmem vědců a sponzorem Red Bull pokusil o nejvyšší zaznamenaný skok do nebe. V rámci projektu by se Baumgartner pokusil vyskočit z heliového balónu 120 000 stop (36 580 m) a stát se prvním parašutistou, který prolomil zvukovou bariéru. Zahájení bylo naplánováno na 9. října 2012, ale bylo přerušeno kvůli nepříznivému počasí; následně byla kapsle místo toho vypuštěna 14. října. Baumgartnerův počin rovněž označil 65. výročí úspěšného pokusu amerického testovacího pilota Chucka Yeagera prolomit zvukovou bariéru v letadle.

Baumgartner přistál ve východním Novém Mexiku poté, co vyskočil ze světového rekordu 128 100 stop ( 39 045 m) nebo 24,26 míle a prolomil zvukovou bariéru, když cestoval rychlostí až 1342 km / h (1,42 Mach). Na tiskové konferenci po jeho skoku bylo oznámeno, že je ve volném pádu po dobu 4 minut a 18 sekund, což je druhý nejdelší volný pád po skoku v roce 1960 Josepha Kittingera na 4 minuty a 36 sekund.

Alan EustaceEdit

V říjnu 2014 prolomil Alan Eustace, senior viceprezident společnosti Google, rekord Baumgartnera v nejvyšším skoku do nebe a prolomil také zvukovou bariéru v tomto procesu. Protože však Eustaceův skok zahrnoval padák zatímco Baumgartner ne, jejich vertikální rychlost a vzdálenost volného pádu zůstávají v různých kategoriích.