Vissa vanliga piskor som bullwhip eller stockwhip kan röra sig snabbare än ljud: spetsens spets överstiger denna hastighet och orsakar en skarp spricka – bokstavligen en ljudbom. Skjutvapen tillverkade efter 1800-talet har i allmänhet en supersonisk munhastighet.

Ljudbarriären kan ha brutits först av levande varelser för cirka 150 miljoner år sedan. Vissa paleobiologer rapporterar att vissa long-tailed dinosaurier som Brontosaurus, Apatosaurus och Diplodocus, baserat på datormodeller av deras biomekaniska förmåga, har kunnat svänga i svansarna i supersonisk hastighet, vilket skapar ett knakande ljud. Detta resultat är teoretiskt och ifrågasatt av andra inom fältet. Meteorer som kommer in i jordens atmosfär faller vanligtvis, om inte alltid, snabbare än ljud.

Tidiga problem Redigera

Spetsen på propeller på många tidiga flygplan kan nå överljudshastigheter, vilket ger ett märkbart surr som skiljer sådana flygplan. Detta är oönskat, eftersom den transoniska luftrörelsen skapar störande chockvågor och turbulens. Det är på grund av dessa effekter som propellrar är kända för att drabbas av dramatiskt minskad när de närmar sig ljudets hastighet. Det är lätt att visa att kraften som behövs för att förbättra prestandan är så stor att vikten på den erforderliga motorn växer snabbare än propellerns kraftuttag kan kompensera. Det här problemet ledde till tidig forskning om jetmotorer, särskilt av Frank Whittle i England och Hans von Ohain i Tyskland, som leddes till sin forskning specifikt för att undvika dessa problem vid höghastighetsflygning.

N ändå kunde propellerflygplan närma sig det kritiska Mach-numret i ett dyk. Tyvärr ledde detta till många kraschar av olika skäl. Mest beryktat, i Mitsubishi Zero, flög piloter med full kraft in i terrängen eftersom de snabbt ökande krafterna som verkade på kontrollytorna på deras flygplan övermäktade dem. I det här fallet förvärrade problemet bara flera försök att åtgärda det. På samma sätt orsakade flexningen av den låga vridstyvheten hos Supermarine Spitfire-vingarna dem i sin tur motverkade krängningsregleringångar, vilket ledde till ett tillstånd som kallas kontrollomslag. Detta löstes i senare modeller med ändringar i vingen. Ännu värre, en särskilt farlig interaktion mellan luftflödet mellan vingarna och svansytorna på dykning Lockheed P-38 Lightnings gjorde det svårt att ”dra ut” dyk, men problemet löstes senare genom tillägget av en ”dykflik” som störde luftflödet under dessa omständigheter. Fladdring på grund av bildandet av chockvågor på böjda ytor var ett annat stort problem, som mest känt ledde till att en de Havilland-svalan bröt och att dess pilot Geoffrey de Havilland, Jr., död den 27 september 1946. Ett liknande problem antas ha varit orsaken till kraschen av BI-1-raketflygplanet 1943 i Sovjetunionen.

Alla dessa effekter, även om de inte var relaterade på de flesta sätt, ledde till begreppet ”barriär ”vilket gör det svårt för ett flygplan att överstiga ljudhastigheten. Felaktiga nyhetsrapporter fick de flesta att föreställa sig ljudbarriären som en fysisk ”vägg”, vilken överljudsflygplan behövde ”bryta” med en skarp nålnos på framkroppen. Raket- och artilleriexperter ”överskred rutinmässigt Mach 1, men flygplandesigners och aerodynamiska ingenjörer under och efter andra världskriget diskuterade Mach 0.7 som en gräns som är farlig att överstiga.

Tidiga påståenden Redigera

Under WWII och omedelbart därefter gjordes ett antal påståenden om att ljudbarriären hade brutits i ett dyk. Majoriteten av dessa påstådda händelser kan avfärdas som instrumentfel. Den typiska lufthastighetsindikatorn (ASI) använder lufttrycksskillnader mellan två eller flera punkter på flygplanet, typiskt nära näsan och vid sidan av flygkroppen, för att producera en hastighetssiffra. Vid hög hastighet orsakar de olika kompressionseffekterna som leder till ljudbarriären också att ASI går olinjärt och producerar felaktigt högt beroende på installationens detaljer. Denna effekt blev känd som ”Mach jump”. Innan Mach-mätare infördes kunde exakta mätningar av överljudshastigheter endast göras på distans, normalt med hjälp av markbaserade instrument. Många påståenden om överljudshastigheter befanns ligga långt under denna hastighet när de mättes på detta sätt.

1942 publicerade Republic Aviation ett pressmeddelande om att Lts. Harold E. Comstock och Roger Dyar hade överskridit ljudhastigheten under testdyk i en Republic P-47 Thunderbolt. Det är allmänt överens om att detta berodde på felaktiga ASI-avläsningar. I liknande tester visade den nordamerikanska P-51 Mustang gränser vid Mach 0,85, med varje flygning över M0,84 som orsakade att flygplanet skadades av vibrationer.

Ett av de högsta registrerade Mach-numren som uppnåtts för ett propellerflygplan är Mach 0,891 för en Spitfire PR XI, som flugs under dykprov på Royal Aircraft Establishment, Farnborough i april 1944. Spitfire, en fotokollisionsvariant, Mark XI, utrustad med ett utökat ”rake-typ” -pitotsystem, flögs av skvadronledaren JR Tobin till denna hastighet, motsvarande en korrigerad sann flyghastighet (TAS) på 606 mph. I en efterföljande flygning uppnådde skvadronledaren Anthony Martindale Mach 0,92, men det slutade i en tvångslandning efter att övervarv skadat motorn.

Hans Guido Mutke påstod att ha brutit ljudbarriären den 9 april 1945 år Messerschmitt Me 262 jetplan. Han säger att hans ASI höll sig vid 1100 kilometer i timmen (680 mph). Mutke rapporterade inte bara transonic buffering, utan återupptagandet av normal kontroll när en viss hastighet överskridits, sedan återupptogs allvarlig buffering när Me 262 saktade igen. Han rapporterade också att motorn flammat ut.

Detta påstående är mycket omtvistat, även av piloter i hans enhet. Alla effekterna som han rapporterade är kända för att uppstå på Me 262 vid mycket lägre hastigheter, och ASI-avläsningen är helt enkelt inte tillförlitlig i transonic. Vidare fann en serie tester gjorda av Karl Doetsch på uppdrag av Willy Messerschmitt att planet blev okontrollerbart över Mach 0,86, och vid Mach 0,9 skulle näsa över till ett dyk som inte kunde återvinnas från. Efterkrigstester från RAF bekräftade dessa resultat, med den lilla modifieringen att den maximala hastigheten med nya instrument befanns vara Mach 0,84, snarare än Mach 0,86.

1999 anlände Mutke till professor. Otto Wagner från Münchens tekniska universitet för att köra beräkningstester för att avgöra om flygplanet skulle kunna bryta ljudbarriären. Dessa tester utesluter inte möjligheten, men saknar noggranna data om dragkoefficienten som skulle behövas för att göra exakta simuleringar. Wagner sade: ”Jag vill inte utesluta möjligheten, men jag kan föreställa mig att han också kan ha varit precis under ljudets hastighet och känt buffén, men inte gick över Mach-1.”

En bit bevis som presenteras av Mutke finns på sidan 13 i ”Me 262 A-1 Pilot” s Handbook ”utgiven av huvudkontoret Air Materiel Command, Wright Field, Dayton, Ohio som rapport nr F-SU-1111-ND den 10 januari 1946:

Hastigheter på 950 km / h (590 mph) rapporteras ha uppnåtts i ett grunt dyk 20 ° till 30 ° från den horisontella. Inga vertikala dyk gjordes. Vid hastigheter mellan 950 och 1000 km / h (590 till 620 mph) når luftflödet runt flygplanet ljudets hastighet, och det rapporteras att kontrollytorna inte längre påverkar flygriktningen. Resultaten varierar med olika flygplan: vissa vinklar och dyker medan andra dyker gradvis. Det rapporteras också att när ljudets hastighet har överskridits försvinner detta tillstånd och normal kontroll återställs.

Kommentarerna om återställning av flygkontroll och upphörande buffering ovanför Mach 1 är mycket betydelsefulla i ett 1946-dokument. Det är dock inte klart var dessa termer kom ifrån, eftersom det inte verkar som om de amerikanska piloterna utförde sådana tester.

I sin bok från 1990 Me-163, tidigare Messerschmitt Me 163 ”Komet” pilot Mano Ziegler hävdar att hans vän, testpilot Heini Dittmar, bröt ljudbarriären när han dykade raketplanet, och att flera personer på marken hörde ljudbommarna. Han hävdar att den 6 juli 1944, Dittmar, som flyger Me 163B V18, med Stammkennzeichen alfabetisk kod VA + SP, mättes med en hastighet av 1130 km / h (702 mph). Det finns dock inga bevis för en sådan flykt i något av materialet från den perioden, som fångades av allierade styrkor och omfattande undersökningar. Dittmar hade registrerats officiellt vid 1 004,5 km / h (623,8 mph) i planflygning den 2 oktober 1941 i prototypen Me 163A V4. Han nådde denna hastighet med mindre än full gas, eftersom han var bekymrad över den transoniska buffringen. Dittmar själv gör inte något påstående att han bröt ljudbarriären på den flygningen och konstaterar att hastigheten bara registrerades på AIS. Han tar dock kredit för att vara den första piloten som ”knackar på ljudbarriären”.

Testpiloten Luftwaffe Lothar Sieber (7 april 1922 – 1 mars 1945) kan ha av misstag blivit den första mannen för att bryta ljudbarriären den 1 mars 1945. Detta inträffade medan han styrde en Bachem Ba 349 ”Natter” för den första bemannade vertikala start av en raket i historien. På 55 sekunder reste han totalt 14 km (8,7 miles). Flygplanet kraschade och han omkom våldsamt i denna strävan.

Det finns ett antal obemannade fordon som flög med supersoniska hastigheter under denna period, men de uppfyller i allmänhet inte definitionen. År 1933 avfyrade sovjetiska formgivare som arbetade med ramjet-koncept fosfordrivna motorer ur artilleripistoler för att få dem att fungera. Det är möjligt att detta gav supersonisk prestanda så högt som Mach 2, men detta berodde inte enbart på själva motorn. Däremot bröt den tyska V-2 ballistiska missilen rutinmässigt ljudbarriären under flygning, för första gången den 3 oktober 1942. I september 1944 uppnådde V-2 rutinmässigt Mach 4 (1 200 m / s eller 3044 mph) under terminalen härkomst.

Bryta ljudbarriärenRedigera

1942 inledde Storbritanniens luftfartsministerium ett topphemligt projekt med Miles Aircraft för att utveckla världens första flygplan som kan bryta ljudbarriären. Projektet resulterade i utvecklingen av prototypen Miles M.52 turbojet-driven flygplan, som var konstruerad för att nå 1000 mph (417 m / s; 1600 km / h) (mer än dubbelt så mycket som befintlig hastighetsrekord) i nivåflyg, och klättra till en höjd av 36.000 fot (11 km) på 1 minut och 30 sekunder.

Ett stort antal avancerade funktioner införlivades i den resulterande M.52-designen, varav många antyder en detaljerad kunskap om supersonisk aerodynamik. I synnerhet presenterade designen en konisk näsa och skarpa vingkanter, eftersom det var känt att rundnosade projektiler inte kunde stabiliseras vid supersoniska hastigheter. Designen använde mycket tunna vingar av bikonvex sektion som föreslagits av Jakob Ackeret för låg dragkraft. Vingspetsarna ”klipptes” för att hålla dem borta från den koniska chockvåg som genererades av flygplanets näsa. Skrovet hade det minsta tillåtna tvärsnittet runt centrifugalmotorn med bränsletankar i en sadel överst.

Ett annat kritiskt tillskott var användningen av en kraftdriven stabilisator , även känd som den rörliga svansen eller flygande svansen, en nyckel till supersonisk flygkontroll, som står i kontrast till traditionella ledade svansplan (horisontella stabilisatorer) som är mekaniskt anslutna till pilots kontrollpelare. Konventionella kontrollytor blev ineffektiva vid de höga subsoniska hastigheterna som sedan uppnåddes av kämpar i dyk, på grund av de aerodynamiska krafterna som orsakades av bildandet av chockvågor i gångjärnet och den bakre rörelsen av tryckcentret, vilket tillsammans kunde åsidosätta kontrollkrafterna som kan användas mekaniskt av piloten, vilket hindrar återhämtning från dyket. Ett stort hinder för tidig transonisk flygning var omkastning av kontrollen, fenomenet som orsakade att flygingångar (stick, roder) bytte riktning vid hög hastighet; det var orsaken till många olyckor och nästan olyckor. En allflygande svans anses vara ett minimikrav för att göra det möjligt för flygplan att bryta transonic-barriären säkert utan att förlora pilotkontrollen. Miles M.52 var den första instansen av denna lösning, som sedan dess har tillämpats allmänt.

Ursprungligen skulle flygplanet använda Frank Whittles senaste motor, Power Jets W.2 / 700, som bara skulle nå överljudshastighet i ett grunt dyk. För att utveckla en helt supersonisk version av flygplanet var en innovation som ingår en uppvärmningsstråle – även känd som en efterbrännare. Extra bränsle skulle brännas i avgasröret för att undvika överhettning av turbinbladen , med användning av oanvänt syre i avgaserna. Slutligen inkluderade designen ett annat kritiskt element – användningen av en chockkon i näsan för att sänka den inkommande luften till de subsoniska hastigheter som motorn behöver.

Även projektet avbröts så småningom, forskningen användes för att konstruera en obemannad missil som fortsatte att uppnå en hastighet på Mach 1,38 i en framgångsrik, kontrollerad transonic och supersonisk testflygning; detta var en unik prestation vid den tiden, som validerade aerodynamiken av M.52.

Under tiden uppnådde testpiloter höga hastigheter i den svanslösa, svepade de Havilland DH 108. En av dem var Geoffrey de Havilland, Jr., som dödades den 27 september 1946 när hans DH 108 bröt upp vid cirka Mach 0,9 . John Derry har kallats ”Storbritanniens första supersoniska pilot” på grund av ett dyk som han gjorde i en DH 108 den 6 september 1948.

Det första ”officiella” flygplanet som bryter ljudbarriären Redigera

British Air Ministry undertecknade ett avtal med USA om att utbyta all sin höghastighetsforskning, data och design och Bell Aircraft-företaget fick tillgång till ritningarna och forskningen på M.52, men USA avstod från överenskommelse, och inga uppgifter kunde komma tillbaka.Bells supersoniska design använde fortfarande en konventionell svans och de kämpade med kontrollproblemet.

De använde informationen för att påbörja arbete med Bell X-1 Den slutliga versionen av Bell X-1 var mycket lik sin design som den ursprungliga Miles M.52-versionen. XS-1 var också känd som X-1 med den rörliga svansen. -1 att Chuck Yeager krediterades vara den första personen som bröt ljudbarriären vid planflygning den 14 oktober 1947 och flyger på en höjd av 45 000 fot (13,7 km). George Welch gjorde ett troligt men officiellt obekräftat påstående att ha brutit ljudbarriär den 1 oktober 1947 under flygning med en XP-86-sabel. Han påstod också att han hade upprepat sitt överljudsflyg den 14 oktober 1947, 30 minuter innan Yeager bröt ljudbarriären i Bell X-1. bevis från vittnen och instrument antyder starkt att Welch uppnådde supersonisk hastighet, flygningarna övervakades inte ordentligt och erkändes inte officiellt. XP-86 uppnådde officiellt supersonisk hastighet den 26 april 1948.

Den 14 oktober 1947, strax under en månad efter att USA: s flygvapen hade skapats som en separat tjänst, kulminerade testerna i den första bemannade supersonisk flygning, styrd av flygvapenkapten Charles ”Chuck” Yeager i flygplan # 46-062, som han hade döpt Glamorous Glennis. Det raketdrivna flygplanet lanserades från bomviken på en speciellt modifierad B-29 och gled till landning på en landningsbana. XS-1 flygnummer 50 är den första där X-1 registrerade supersonisk flygning, vid Mach 1.06 (361 m / s, 1.299 km / h, 807.2 mph) topphastighet; emellertid tror Yeager och många andra personal att Flight # 49 (även med Yeager pilot), som nådde en högsta registrerade hastighet på Mach 0,997 (339 m / s, 1221 km / h), faktiskt kan ha överskridit Mach 1. (Mätningarna var inte korrekta med tre signifikanta siffror och ingen ljudbom registrerades för den flygningen.)

Som ett resultat av X-1: s första supersoniska flygning, röstade National Aeronautics Association sin 1948 Collier Trofén som skulle delas av de tre huvuddeltagarna i programmet. Honor vid Vita huset av president Harry S. Truman var Larry Bell för Bell Aircraft, kapten Yeager för styrning av flygningarna och John Stack för NACA-bidrag.

Jackie Cochran var den första kvinnan som bröt ljudbarriären den 18 maj 1953, i en Canadair Saber, med Yeager som sin wingman.

Den 21 augusti 1961, en Douglas DC-8-43 ( registrering N9604Z) översteg inofficiellt Mach 1 i ett kontrollerat dyk under en testflygning vid Edwards Air Force Base, som observerats och rapporterats av flygbesättningen; besättningen var William Magruder (pilot), Paul Patten (co-pilot), Joseph Tomich (flight engineer) och Richard H. Edwards (flight test engineer). Detta var den första supersoniska flygningen av en civil trafikflygplan, och den enda andra än Concorde eller Tu-144.

Ljudbarriären förstod Redigera

När vetenskapen om höghastighetsflygning blev mer förstått ledde ett antal förändringar till den slutliga förståelsen att ”ljudbarriären” lätt trängs in, med rätt förhållanden. Bland dessa förändringar var införandet av tunna svepade vingar, områdesregeln och motorer med ständigt ökande prestanda. Vid 1950-talet kunde många stridsflygplan rutinmässigt bryta ljudbarriären vid planflygning, även om de ofta led av kontrollproblem när de gjorde det, till exempel Mach Tuck. Moderna flygplan kan passera ”barriären” utan kontrollproblem.

I slutet av 1950-talet var frågan så väl förstådd att många företag började investera i utvecklingen av supersoniska flygplan, eller SST, och trodde att de nästa ”naturliga” steg i trafikflygningens utveckling. Detta har dock ännu inte hänt. Även om Concorde och Tupolev Tu-144 togs i bruk på 1970-talet, var båda senare pensionerade utan att ersättas med liknande mönster. Den sista flygningen av en Concorde i trafik var 2003.

Även om Concorde och Tu-144 var de första flygplanen som transporterade kommersiella passagerare i supersonisk hastighet, var de inte de första eller enda kommersiella flygplanen som slog ljudbarriär. Den 21 augusti 1961 bröt en Douglas DC-8 ljudbarriären vid Mach 1.012, eller 1.240 km / h (776,2 mph), medan den var i ett kontrollerat dyk genom 12 510 m (41,088 fot). Syftet med flygningen var att samla in data om en ny design av framkant för vingen. En China Airlines 747 kan ha brutit ljudbarriären i en oplanerad nedstigning från 12 500 m till 9 500 fot efter en upprörd flygning den 19 februari 1985.Den nådde också över 5 g.

Att bryta ljudbarriären i ett landfordon Redigera

Den 12 januari 1948 blev en obemannad raketsläde från Northrop det första landfordonet att bryta ljudbarriären. Vid en militär testanläggning vid Muroc Air Force Base (nu Edwards AFB), Kalifornien, nådde den en topphastighet på 1 019 mph (1 640 km / h) innan den hoppade på rälsen.

Den 15 oktober 1997, i ett fordon konstruerat och byggt av ett team ledt av Richard Noble, blev Royal Air Force-pilot Andy Green den första personen som bryter ljudbarriären i ett landfordon i enlighet med Fédération Internationale de l ”Automobile regler. Fordonet, kallat ThrustSSC ( ”Super Sonic Car”), fångade rekordet 50 år och en dag efter Yeagers första supersoniska flygning.

Bryta ljudbarriären som en mänsklig projektilEdit

Felix BaumgartnerEdit

I oktober 2012 försökte Felix Baumgartner, med ett forskargrupp och sponsor Red Bull, det högsta sky-dyket på rekord. Projektet skulle se Baumgartner försöka hoppa 120 000 fot (36 580 m) från en heliumballong och bli den första fallskärmshopparen som bryter ljudbarriären. Lanseringen var planerad till 9 oktober 2012 men avbröts på grund av ogynnsamt väder. därefter lanserades kapseln istället den 14 oktober. Baumgartners bedrift markerade också 65-årsjubileet för den amerikanska testpiloten Chuck Yeagers framgångsrika försök att bryta ljudbarriären i ett flygplan.

Baumgartner landade i östra New Mexico efter att ha hoppat från ett världsrekord 128 100 fot ( 39.045 m), eller 24.26 miles, och bröt ljudbarriären när han reste i hastigheter upp till 833,9 mph (1342 km / h, eller Mach 1,26). I presskonferensen efter hans hopp meddelades att han var i fritt fall i 4 minuter och 18 sekunder, det näst längsta fritt fallet efter Joseph Kittingers hopp 1960 i 4 minuter och 36 sekunder.

Alan EustaceEdit

I oktober 2014 slog Alan Eustace, senior vice president på Google, Baumgartners rekord för högsta sky-dyk och bröt också ljudbarriären i processen. Men eftersom Eustace hopp involverade en drogue fallskärm , medan Baumgartner inte gjorde det, förblir deras vertikala hastighets- och fritt fallavståndsposter i olika kategorier.