A szuperszonikus szabad bukás fizikája és a csendesebb Concorde felépítése

Ha olyan rakétát szeretne építeni, amelynek merész újdonsága van, akkor meg kell vizsgálnia a szerkezeti integritását a motor telepítése nélkül. Nem rendelkezik szélcsatornával, de nem vagy hajlandó elismerni. Gondolod magadnak: „Mi az a hajtás nélküli járat?” Akkor válaszolsz a saját kérdésére: „Falling”. Vegyél egy nagyon magas prototípust, dobd el, és a teljesítményed érzésed lesz a sebességgel.

A pontosságcsökkentés művészetének legjelentősebb szakembere a Japan Aerospace Exploration Agency, vagy a JAXA, amely alapvetően Japán NASA-változata. Az ügynökség próbál egy praktikus szuperszonikus síkot építeni, ami nem könnyű. Hasonló erőfeszítések történtek a múltban középszerű termékekkel, leginkább a Concorde-val.

A Concorde-t olyan problémákkal küzdték, amelyek megakadályozták, hogy más utasszállító repülőgépek ugyanazt a designt alkalmazzák saját hajójukra. Az egyik legnagyobb probléma a túlzott zaj volt. A „hangsugárzó” kifejezés nem félrevezető - a hangtörés megszakítása rendkívül hangos jelenség. A gyártóknak meg kellett tervezniük a repülőgépet, hogy az utasok fejei felrobbanjanak, és a repülőgépek nem tudtak repülni a repülőgépen a föld felett, mivel egyetlen ember sem a földön akarja, hogy ilyen rombolóan hangos hangokat halljon. A JAXA célja egy csendesebb szuperszonikus utasszállító repülőgép létrehozása. És annak tesztelése cseppvizsgálatokkal, kísérleti modellel Svédországban.

Hogy működik a pokol? Alapvetően a léggömb felemeli a pilóta nélküli modell síkot - a JAXA Silent SuperSonic Concept modelljét, körülbelül 18,6 mérföldre a levegőben, és egyszerűen leesik. A síkhoz csatlakoztatott érzékelők mérik a lökéshullámokat, amikor a sík közel 1.39 Mach-ig terjedő sebességet ér el szabadon.

A szuperszonikus szabadság fizikája nem minden olyan, ami különbözik attól, hogy egy vízszintes síkon gyorsabban mozgó objektum működik-e. A levegő erőteljesen összenyomódik a sík előtt, amely elárasztja a magas nyomású hullámot minden irányban. Ez a lökéshullám elkezd terjedni a levegőn, de egyre gyengébbé válik, amikor tovább mozog, és ezáltal hanghullámsá válik a folyamatban. Ez a hangos robbanás, amit hallunk, és hangsugárzást hívunk.

Ahhoz, hogy megértsük, mi a különleges a szuperszonikus szabadság miatt, meg kell vizsgálnunk, hogy pontosan milyenek a Mach számok: az objektum sebességének aránya a hangsebességhez egy adott helyen. És a hangsebesség a hőmérséklet és a nyomás változásainak függvénye - a magasabb magasságokban a hangsebesség csökken, így egy objektumnak nem kell feltétlenül ugyanolyan sebességgel utaznia, hogy elérje Mach 1-t, egy tucat mérföldre a levegőben, ahogyan a tengeren. (A tengeren a hangsebesség körülbelül 760 mérföld / óra).

Továbbá, a Mach 1 rendkívül instabil környezet a hangtörés megszakításával létrehozott sokkhullám miatt. Még a kis mozgások is nagyon erőteljes fizikai hatást gyakorolhatnak az objektumra. A legrosszabb hely alapvetően 0,9 és 1,2 közötti.

Tehát amikor egy objektum szabadon esik szuperszonikus sebességgel, akkor szokatlan helyzetben van, hogy gyorsabban gyorsul, míg Mach száma lassabb ütemben növekszik. Több időt töltenek az instabil Mach-zónában, mintha vízszintes síkon haladna. A legtöbb síkot úgy tervezték, hogy az 1-es Mach-ot elmozdítsa, és a lehető leggyorsabban belépjen egy biztonságos zónába. Egy szabad esés kísérletben nem tesztelhet ilyet.

A sebesség a húzás miatt is felfelé csúszik. Ez az, ami valószínűleg a hangzásnál gyorsabban mozgó tárgy leghíresebb példájában történt: Felix Baumgartner 2012-es ugrása körülbelül 23 mérföldről felfelé a levegőben, hogy az első égbúvár legyen, hogy megtörje a hanghatárt a használat nélkül egy légi járművet. Amikor Baumgartner leesett a Földre, végül megállt a levegő molekulákkal való ütközés miatt, ami „húzóerőt” teremtett, amely a levegő ellenállása volt, amíg egyenlővé nem válik a gravitációs erővel. Ekkor Baumgartner elérte a maximális sebességet.

Valójában, bár a legtöbb végsebességet elérő objektum egyszerűen állandó sebességgel marad, Baumgartner valóban lassulni kezdett, mivel a környező légkör egyre vastagabb és vastagabb lesz, mint egy szabadon eső tárgy lefelé. Így a terminál sebessége csökkenni kezd, vagyis Baumgartner is lassulni kezdett. Ugyanez a dolog valószínűleg megtörténne a JAXA egy csendes SuperSonic Concept Model síkjának egyikével.

A tudomány, mint a legtöbb más dolog az életben, hűvösebb, ha gyorsabb.