Ou le dépasser.

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Comment un AVION surmonte la BARRIÈRE SONORE

Vol dans "l'espace" à bord d'un avion U-2 / Vue depuis le cockpit

Barrière sonore. Voler à une vitesse supersonique.

Sous-titres

Onde de choc provoquée par un avion

Déjà pendant la Seconde Guerre mondiale, la vitesse des combattants commençait à se rapprocher de la vitesse du son. Dans le même temps, les pilotes ont parfois commencé à observer des phénomènes incompréhensibles à l'époque et menaçants se produisant avec leurs machines lorsqu'ils volaient à des vitesses maximales. Un rapport émouvant d'un pilote de l'US Air Force à son commandant, le général Arnold, a été conservé :

Monsieur, nos avions sont déjà très stricts. Si des voitures avec des vitesses encore plus élevées apparaissent, nous ne pourrons pas les faire voler. Sur la semaine dernière J'ai plongé sur le Me-109 dans ma Mustang. Mon avion a tremblé comme un marteau pneumatique et a cessé d'obéir aux gouvernails. Je n'ai pas pu le sortir de sa plongée. À seulement trois cents mètres du sol, j'ai eu du mal à mettre la voiture à niveau...

Après la guerre, lorsque de nombreux concepteurs d'avions et pilotes d'essai ont tenté avec persistance d'atteindre la marque psychologiquement significative - la vitesse du son, ces phénomènes étranges sont devenus la norme, et nombre de ces tentatives se sont terminées tragiquement. D’où l’expression, qui n’est pas dénuée de mysticisme : « mur du son"(mur du son français, allemand Schallmauer - mur sonore). Les pessimistes ont fait valoir que cette limite ne pouvait pas être dépassée, bien que les passionnés, au péril de leur vie, aient tenté à plusieurs reprises de le faire. Le développement des idées scientifiques sur le mouvement supersonique des gaz a permis non seulement d'expliquer la nature du « mur du son », mais aussi de trouver des moyens de le surmonter.

Lors d'un écoulement subsonique autour du fuselage, de l'aile et de la queue d'un avion, des zones d'accélération locale de l'écoulement apparaissent sur les sections convexes de leurs contours. Lorsque la vitesse de vol d'un avion s'approche de la vitesse du son, la vitesse locale du mouvement de l'air dans les zones d'accélération du flux peut légèrement dépasser la vitesse du son (Fig. 1a). Après avoir franchi la zone d'accélération, l'écoulement ralentit, avec formation inévitable d'une onde de choc (c'est une propriété des écoulements supersoniques : le passage de la vitesse supersonique à la vitesse subsonique se fait toujours de manière discontinue - avec formation d'une onde de choc). L'intensité de ces ondes de choc est faible - la chute de pression sur leurs fronts est faible, mais elles apparaissent en grand nombre à la fois, en différents points de la surface du véhicule, et ensemble, elles modifient fortement la nature de l'écoulement qui l'entoure, avec une détérioration de ses caractéristiques de vol : la portance de l'aile diminue, les gouvernes de direction et les ailerons perdent leur efficacité, le véhicule devient incontrôlable, et tout cela est extrêmement instable, et de fortes vibrations se produisent. Ce phénomène est appelé crise des vagues. Lorsque la vitesse du véhicule devient supersonique ( > 1), l'écoulement redevient stable, bien que son caractère change fondamentalement (Fig. 1b).

Riz. 1a. Aerowing proche du flux sonore.	Riz. 1b. Aéronef en flux supersonique.

Pour les ailes au profil relativement épais, dans des conditions de crise de vagues, le centre de pression se déplace brusquement vers l'arrière, ce qui rend le nez de l'avion « plus lourd ». Pilotes de chasseurs à pistons dotés d'une telle aile, essayant d'atteindre la vitesse maximale lors d'une plongée d'une haute altitude vers puissance maximale, à l'approche du «mur du son», ils ont été victimes d'une crise de vagues - une fois dedans, il était impossible de sortir de la plongée sans réduire la vitesse, ce qui à son tour est très difficile à faire en plongée. La plupart cas célèbre Le désastre de Bakhchivandzhi lors du test de la fusée BI-1 à vitesse maximale dans l'histoire de l'aviation nationale est celui d'une plongée depuis un vol horizontal. U les meilleurs combattants Les avions à voilure droite de la Seconde Guerre mondiale, tels que le P-51 Mustang ou le Me-109, ont connu une crise de vagues à haute altitude, à des vitesses de 700 à 750 km/h. Dans le même temps, les avions Messerschmitt Me.262 et Me.163 de la même période avaient des ailes en flèche, grâce auxquelles ils pouvaient atteindre des vitesses supérieures à 800 km/h sans aucun problème. Il faut également noter qu'un avion doté d'une hélice traditionnelle en vol horizontal ne peut pas atteindre une vitesse proche de la vitesse du son, puisque les pales de l'hélice entrent dans la zone de crise des vagues et perdent de l'efficacité bien plus tôt que l'avion. Les hélices supersoniques à pales de sabre peuvent résoudre ce problème, mais à l'heure actuelle De telles vis sont trop complexes techniquement et très bruyantes, elles ne sont donc pas utilisées dans la pratique.

Les avions subsoniques modernes avec une vitesse de vol de croisière assez proche de la vitesse du son (plus de 800 km/h) sont généralement réalisés avec des ailes en flèche et des empennages aux profils fins, ce qui permet de décaler la vitesse à laquelle la crise des vagues commence à se produire. des valeurs plus élevées. Les avions supersoniques, qui doivent traverser une section de crise de vagues pour gagner une vitesse supersonique, présentent des différences de conception par rapport aux avions subsoniques, associées à la fois aux caractéristiques du flux d'air supersonique et à la nécessité de résister aux charges qui surviennent dans des conditions de vol supersonique et crise de vague, en particulier - plan d'aile triangulaire avec un profil en forme de losange ou triangulaire.

• à des vitesses de vol subsoniques, il convient d'éviter les vitesses auxquelles commence la crise des vagues (ces vitesses dépendent des caractéristiques aérodynamiques de l'avion et de l'altitude de vol) ;
• Le passage de la vitesse subsonique à la vitesse supersonique dans les avions à réaction doit être effectué le plus rapidement possible, en utilisant la postcombustion du moteur, afin d'éviter un long vol dans la zone de crise des vagues.

Terme crise des vagues s'applique également aux embarcations se déplaçant à des vitesses proches de la vitesse des vagues à la surface de l'eau. Le développement d’une crise de vagues rend difficile l’augmentation de la vitesse. Surmonter une crise de vagues par un navire signifie passer en mode planing (glissade de la coque à la surface de l'eau).

En vols avec descente sur un chasseur expérimenté

Je republie mon ancien texte sur le thème du « mur du son » :

Il s’avère que l’une des idées fausses les plus répandues concernant l’aviation est ce qu’on appelle le « mur du son » que les avions « surmontent ».

Plus encore : tout un tas d’idées fausses sont associées au vol supersonique. Quelle est la situation en réalité ? (Histoire avec photographies.)

Première idée fausse :« clap », censé accompagner « franchir le mur du son » (auparavant, la réponse à cette question était publiée sur le site Elements).

Il y a un malentendu avec « clap » causé par une mauvaise compréhension du terme « mur du son ». Ce « pop » est à juste titre appelé « boom sonique ». Un avion se déplaçant à une vitesse supersonique crée des ondes de choc et des surpressions dans l’air ambiant. De manière simplifiée, ces ondes peuvent être imaginées comme un cône accompagnant le vol d'un avion, dont le sommet est pour ainsi dire attaché au nez du fuselage, et les génératrices dirigées contre le mouvement de l'avion et s'étendant assez loin. , par exemple, à la surface de la terre.

Lorsque la limite de ce cône imaginaire, indiquant l'avant de l'onde sonore principale, atteint l'oreille humaine, alors saut brusque la pression se fait entendre comme un claquement. Le bang sonique, comme attaché, accompagne tout le vol de l'avion, à condition que l'avion se déplace suffisamment vite, mais à vitesse constante. Le clap semble être le passage de l'onde principale d'un bang sonique sur un point fixe de la surface de la terre, là où se trouve par exemple l'auditeur.

En d’autres termes, si un avion supersonique commençait à voler au-dessus de l’auditeur à une vitesse constante, mais supersonique, la détonation serait entendue à chaque fois, quelque temps après que l’avion ait survolé l’auditeur à une distance assez proche.

Et le « mur du son » en aérodynamique est un saut brusque de la résistance de l’air qui se produit lorsqu’un avion atteint une certaine vitesse limite proche de la vitesse du son. Lorsque cette vitesse est atteinte, la nature du flux d’air autour de l’avion change radicalement, ce qui rendait autrefois très difficile l’atteinte de vitesses supersoniques. Un avion subsonique ordinaire n'est pas capable de voler régulièrement plus vite que le son, quelle que soit son accélération - il perdra simplement le contrôle et s'effondrera.

Pour franchir le mur du son, les scientifiques ont dû développer une aile avec un profil aérodynamique spécial et trouver d'autres astuces. Il est intéressant de noter que le pilote d'un avion supersonique moderne a une bonne idée de « franchir » le mur du son avec son avion : lors du passage au flux supersonique, un « choc aérodynamique » et des « sauts » caractéristiques de contrôlabilité se font sentir. Mais ces processus ne sont pas directement liés aux « applaudissements » sur le terrain.

Deuxième idée fausse : « briser le brouillard ».

Alors que presque tout le monde connaît le « coton », la situation du « brouillard » est un peu plus « particulière ». Il existe de nombreuses images où un avion volant (généralement un chasseur) semble « sauter » d'un cône brumeux. Ça a l'air très impressionnant :

Le brouillard est appelé « mur du son ». Ils disent que la photographie capture le moment du « dépassement » et que le brouillard est « cette même barrière ».

En fait, l'apparition de brouillard n'est associée qu'à une forte chute de pression qui accompagne le vol d'un avion. En raison des effets aérodynamiques, non seulement des zones se forment derrière les éléments structurels de l'avion. hypertension artérielle, mais aussi des zones de raréfaction de l'air (des fluctuations de pression se produisent). C'est dans ces zones de raréfaction (qui se produit en effet sans échange thermique avec environnement, puisque le processus est « très rapide ») et que la vapeur d’eau se condense. La raison en est une forte baisse de la « température locale », entraînant un changement brusque du « point de rosée ».

Ainsi, si l'humidité et la température de l'air sont appropriées, alors un tel brouillard - provoqué par une condensation intense de l'humidité atmosphérique - accompagne tout le vol de l'avion. Et pas forcément à vitesse supersonique. Par exemple, sur la photo ci-dessous, un bombardier B-2, qui est un avion subsonique, est accompagné d'une brume caractéristique :

Bien sûr, puisque la photographie capture un moment de vol, dans le cas d'un avion supersonique, elle crée la sensation d'un chasseur « sautant » du brouillard. Un effet particulièrement prononcé peut être obtenu lors de vols à basse altitude au-dessus de la mer, car dans ce cas l'atmosphère est généralement très humide.

C'est pourquoi la plupart des photographies « artistiques » de vols supersoniques ont été prises à bord de l'un ou l'autre navire, et les avions sont capturés sur les photographies. aviation embarquée.

(Photos utilisées : U.S. Navy News Service et U.S. Air Force Press Service)

(Un merci spécial à Igor Ivanov pour ses précieux commentaires sur la physique de la formation du brouillard.)

Suivant - avis et discussions

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Le 14 octobre 1947, l’humanité franchit une nouvelle étape. La limite est assez objective, exprimée dans une grandeur physique spécifique - la vitesse du son dans l'air, qui dans des conditions l'atmosphère terrestre en fonction de sa température et de sa pression dans une plage de 11001200 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, doté d'un courage extraordinaire et d'une excellente photogénicité, grâce à quoi il est immédiatement devenu populaire dans son pays natal, à l'âge de 14 ans. plus tard Youri Gagarine.

Et il a vraiment fallu du courage pour franchir le mur du son. Le pilote soviétique Ivan Fedorov, qui répéta l'exploit de Yeager un an plus tard, en 1948, rappela ses sentiments à cette époque : « Avant le vol visant à franchir le mur du son, il devenait évident qu'il n'y avait aucune garantie de survie après celui-ci. Personne ne savait pratiquement de quoi il s’agissait ni si la conception de l’avion pouvait résister aux éléments. Mais nous avons essayé de ne pas y penser.

En effet, il n’y avait pas de clarté totale quant au comportement de la voiture à une vitesse supersonique. Les concepteurs d'avions avaient encore des souvenirs frais du malheur soudain des années 30, lorsque, avec l'augmentation de la vitesse des avions, ils ont dû 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 machines se sont effondrées dans les airs. Depuis très longtemps, les mathématiciens et les designers travaillent divers pays eu du mal à 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 de ce phénomène désagréable.

Il est clair que l'on s'attendait à des surprises tout aussi désagréables de la part du mur du son. Solution numérique du complexe équations différentielles L'aérodynamique était impossible en l'absence d'ordinateurs puissants et il fallait compter sur des modèles « soufflant » dans des souffleries. Mais d'après des considérations qualitatives, il était clair que lorsque la vitesse du son était atteinte, une onde de choc apparaissait à proximité de l'avion. Le moment le plus crucial est le franchissement du mur du son, lorsque l’on compare la vitesse de l’avion à la vitesse du son. À ce moment, la différence de pression à travers différents côtés Le front d'onde grandit rapidement, et si le moment dure plus d'un instant, l'avion ne peut pas s'effondrer plus qu'à cause du flottement. Parfois, en franchissant le mur du son avec une accélération insuffisante, l'onde de choc créée par l'avion fait même tomber les vitres des fenêtres des maisons situées au sol.

Le rapport entre la vitesse d’un avion et la vitesse du son est appelé nombre de Mach (du nom du célèbre mécanicien et philosophe allemand Ernst Mach). En franchissant le mur du son, il semble au pilote que le chiffre M saute brusquement par-dessus un : Chuck Yeager a vu comment l'aiguille du compteur de vitesse est passée de 0,98 à 1,02, après quoi il y a eu un silence « divin » dans le cockpit en fait, apparent : juste un niveau La pression acoustique dans la cabine de l'avion chute plusieurs fois. Ce moment de « purification du son » est très insidieux ; il a coûté la vie à de nombreux testeurs. Mais il y avait peu de risque que son avion X-1 s’effondre.

Le X-1, fabriqué par Bell Aircraft en janvier 1946, était un avion purement de recherche conçu pour franchir le mur du son et rien de plus. Bien que le véhicule ait été commandé par le ministère de la Défense, au lieu d'armes, il était équipé d'équipements scientifiques qui surveillent les modes de fonctionnement des composants, des instruments et des mécanismes. X-1 ressemblait à un modèle moderne missile de croisière. Il était équipé d'un moteur-fusée Reaction Motors d'une poussée de 2 722 kg. Masse maximale au décollage 6078 kg. Longueur 9,45 m, hauteur 3,3 m, envergure 8,53 m. Vitesse maximaleà une altitude de 18290 m 2736 km/h. Le véhicule a été lancé depuis un bombardier stratégique B-29 et a atterri sur des « skis » en acier sur un lac salé asséché.

Les « paramètres tactiques et techniques » de son pilote n’en sont pas moins impressionnants. Chuck Yeager est né le 13 février 1923. Après l'école, je suis allé à l'école de pilotage et après avoir obtenu mon diplôme, je suis allé combattre en Europe. Abattu un Messerschmitt-109. Lui-même fut abattu dans le ciel de France, mais fut sauvé par des partisans. Comme si de rien n’était, il retourne à sa base en Angleterre. Cependant, le service de contre-espionnage vigilant, ne croyant pas à la libération miraculeuse de captivité, a retiré le pilote du vol et l'a envoyé à l'arrière. L'ambitieux Yeager a obtenu une réception auprès du commandant en chef des forces alliées en Europe, le général Eisenhower, qui croyait Yeager. Et il ne s'est pas trompé : au cours des six mois restants avant la fin de la guerre, il a effectué 64 missions de combat, abattu 13 avions ennemis, dont 4 en une seule bataille. Et il est rentré dans son pays natal avec le grade de capitaine avec un excellent dossier, qui déclarait qu'il possédait une intuition de vol phénoménale, un sang-froid incroyable et une endurance incroyable dans toute situation critique. Grâce à cette caractéristique, il a été inclus dans l'équipe de testeurs supersoniques, sélectionnés et formés avec autant de soin que les astronautes ultérieurs.

En renommant le X-1 « Glamorous Glennis » en l'honneur de sa femme, Yeager a établi des records avec lui à plusieurs reprises. Fin octobre 1947, le précédent record d'altitude de 21 372 m était tombé en décembre 1953. nouvelle modification la machine X-1A a développé une vitesse de 2,35 M à près de 2800 km/h, et six mois plus tard a atteint une hauteur de 27 430 m. Et avant cela, il y a eu des tests d'un certain nombre de chasseurs lancés en série et un rodage de notre MiG. -15, capturé et transporté en Amérique pendant la guerre de Corée. Yeager a ensuite 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 participé à des opérations de combat 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, testé 180 modèles supersoniques différents et rassemblé une collection unique d'ordres et de médailles. Au milieu des années 80, un film a été réalisé sur la base de la biographie du brave homme qui fut 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. DANS dernière fois il a pris les commandes d'un F-16 le 14 octobre 1997, franchissant le mur du son à l'occasion du cinquantième anniversaire de son vol historique. Yeager avait alors 74 ans. En général, comme le disait le poète, ces personnes devraient être transformées en clous.

Il existe de nombreuses personnes de ce type de l’autre côté de l’océan.… Créateurs soviétiques ont commencé à tenter de franchir 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 dans notre pays, le mur du son était franchi sur des prototypes de chasseurs, qui étaient censés être lancés en série pour équiper les unités de l'Air Force.

Plusieurs bureaux d'études ont participé au concours : Lavochkin OKB, Mikoyan OKB et Yakovlev OKB, qui ont développé simultanément des avions à ailes en flèche, qui constituaient alors une solution de conception révolutionnaire. Ils ont atteint la ligne d'arrivée supersonique dans cet ordre : La-176 (1948), MiG-15 (1949), Yak-50 (1950). Mais là, le problème a été résolu dans un contexte assez complexe : une machine militaire doit non seulement avoir grande vitesse, mais aussi bien d'autres qualités : maniabilité, capacité de survie, temps de préparation avant vol minimal, armes puissantes, munitions impressionnantes, etc. etc. Il convient également de noter que dans Temps soviétique Les décisions des commissions d'acceptation de l'État étaient souvent influencées non seulement par des facteurs objectifs, mais aussi par des questions subjectives liées aux manœuvres politiques des promoteurs. Tout cet ensemble de circonstances a conduit au lancement du chasseur MiG-15, qui s'est bien comporté dans les arènes locales d'opérations militaires dans les années 50. C’est cette voiture, capturée en Corée, comme mentionné ci-dessus, que Chuck Yeager « conduisait ».

Le La-176 utilisait à cette époque un balayage d'aile record, égal à 45 degrés. Le turboréacteur VK-1 délivrait une poussée de 2 700 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 1000 km. Armement un canon de 37 mm et deux de 23 mm. La voiture était prête à l'automne 1948 et, en décembre, ses essais en vol commencèrent 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 Vasilyevich Struminsky (1914-1998) ; les pilotes de l'avion expérimental étaient le capitaine Oleg Sokolovsky et le colonel Ivan Fedorov, qui reçurent plus tard le titre de héros. Union soviétique. Sokolovsky, par un accident absurde, est décédé au cours du quatrième vol, ayant oublié de fermer la verrière du cockpit.

Le colonel Ivan Fedorov a franchi le mur du son le 26 décembre 1948. Après avoir atteint une hauteur de 10 000 mètres, il a détourné le manche de commande de lui-même et a commencé à accélérer en piqué. "J'accélère mon 176 depuis une grande hauteur", se souvient le pilote. Un sifflement sourd et fastidieux se fait entendre. En augmentant de vitesse, l'avion s'élance vers le sol. Sur l'échelle du compteur de vitesse, l'aiguille passe d'un nombre à trois chiffres à un nombre à quatre chiffres. L’avion tremble comme s’il avait de la fièvre. Et soudain le silence ! Le mur du son a été supprimé. Le décodage ultérieur des oscillogrammes a montré que le nombre M dépassait un. Cela s'est produit à une altitude de 7 000 mètres, où une vitesse de 1,02 M a été enregistrée.

Par la suite, 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. Toutefois, ce processus n’est pas illimité. D'une part, elle est freinée par des considérations de rationalité, lorsque sont prises en compte la consommation de carburant, les coûts de développement, la sécurité des vols et d'autres considérations qui ne sont pas inutiles. Et même dans aviation militaire, où l'argent et la sécurité des pilotes ne sont pas si importants, les vitesses des voitures les plus « rapides » sont comprises entre 1,5M et 3M. Il semble que rien de plus n’est nécessaire. (Le record de vitesse pour les avions pilotés équipés de moteurs à réaction appartient à l'avion de reconnaissance américain SR-71 et est de 3,2 M.)

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

Néanmoins, la limite des 10M était toujours atteinte sur le même terrain d'entraînement d'Edwards. Cela s'est produit en 2005. Le détenteur du record était l'avion-fusée sans pilote X-43A, fabriqué dans le cadre de l'ambitieux programme Hiper-X de 7 ans visant à développer un nouveau type de technologie conçue pour changer radicalement le visage de la future technologie des fusées et de l'espace. Son coût est de 230 millions de dollars. Le record a été établi à une altitude de 33 000 mètres. Utilisé dans un drone nouveau système accélération Tout d'abord, une fusée à combustible solide traditionnelle est tirée, à l'aide de laquelle le X-43A atteint une vitesse de 7 Mach, puis un nouveau type de moteur est mis en marche - un statoréacteur hypersonique (scramjet ou scramjet), dans dont un conventionnel est utilisé comme oxydant air atmosphérique, et le carburant est de l'hydrogène gazeux (un schéma assez classique pour une explosion incontrôlée).

Conformément au programme, trois modèles sans pilote ont été fabriqués qui, une fois la tâche terminée, se sont noyés dans l'océan. La prochaine étape consiste à créer des véhicules habités. Après les avoir testés, les résultats obtenus seront pris en compte lors de la création d'une grande variété d'appareils « utiles ». En plus aéronef Pour les besoins de la NASA, des véhicules militaires hypersoniques seront créés - bombardiers, avions de reconnaissance et avions de transport. Boeing, qui participe au programme Hiper-X, prévoit de créer un avion de ligne hypersonique pouvant accueillir 250 passagers d'ici 2030-2040. Il est clair qu'il n'y aura pas de fenêtres qui brisent l'aérodynamisme à de telles vitesses et ne résistent pas au chauffage thermique. Au lieu de hublots, il y a des écrans avec des enregistrements vidéo du passage des nuages.

Il ne fait aucun doute que ce type de transport sera très demandé, car plus on avance, plus le temps devient coûteux, intégrant de plus en plus d'émotions, d'argent gagnés et d'autres composants dans une unité de temps. la vie moderne. À cet égard, il ne fait aucun doute qu'un jour les gens se transformeront en papillons d'un jour : un jour sera aussi mouvementé que le jour actuel (plus probablement, déjà hier) vie humaine. Et on peut supposer que quelqu'un ou quelque chose met en œuvre le programme Hiper-X en relation avec l'humanité.

Droit d’auteur des illustrations SPL

On prétend souvent que des photographies spectaculaires d’avions de combat dans un cône dense de vapeur d’eau représentent l’avion franchissant le mur du son. Mais c'est une erreur. Le chroniqueur revient sur la véritable raison du phénomène.

Ce phénomène spectaculaire a été capturé à plusieurs reprises par les photographes et vidéastes. Un avion à réaction militaire passe au-dessus du sol grande vitesse, plusieurs centaines de kilomètres par heure.

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

Les légendes imaginatives sous ces photographies affirment souvent qu'il s'agit d'une preuve visuelle d'un bang supersonique lorsqu'un avion atteint une vitesse supersonique.

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

• Autres articles sur le site BBC Future en russe

À mesure que la construction aéronautique se développait, les formes aérodynamiques devenaient de plus en plus rationalisées et la vitesse des avions augmentait régulièrement - les avions commençaient à faire avec l'air qui les entourait des choses que leurs prédécesseurs plus lents et plus volumineux n'étaient pas capables de faire.

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

Alors, quels sont ces mystérieux nuages ​​de condensation ?

Droit d’auteur des illustrations Getty Légende de l'image L'effet Prandtl-Gloert est plus prononcé lors d'un vol dans une atmosphère chaude et humide.

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

Les couches d'air superficielles sont plus denses que l'atmosphère à haute altitude. Lorsque vous volez à basse altitude, une friction et une traînée accrues se produisent.

À propos, il est interdit aux pilotes de franchir le mur du son au-dessus de la terre ferme. "Vous pouvez naviguer en supersonique au-dessus de l'océan, mais pas sur une surface solide", explique Irwin. "En passant, 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'était autorisé à développer une vitesse supersonique qu'à 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 n'est pas visible 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 provoquée par la formation de l'onde de choc.

Droit d’auteur des illustrations Getty Légende de l'image Lorsque la pression de l’air change, la température de l’air baisse et l’humidité qu’elle contient se transforme en condensation.

Les photographies obtenues par la méthode dite de Schlieren (ou méthode Toepler) permettent de visualiser les ondes de choc (ou, comme on les appelle aussi, les ondes de choc) formées autour du modèle.

Lors du soufflage, aucun cône de condensation ne se crée autour des modèles, puisque l'air utilisé dans les souffleries est pré-séché.

Les cônes de vapeur d'eau sont associés à des ondes de choc (il en existe plusieurs) qui se forment autour de l'avion à mesure qu'il prend de la vitesse.

Lorsque la vitesse d’un avion s’approche de la vitesse du son (environ 1 234 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 provoqué par une onde de choc, qui crée une différence de pression et de température dans l'air entourant l'avion", explique Irwin.

La plupart des meilleures photographies du phénomène proviennent d'avions de la marine américaine - ce qui n'est pas surprenant, étant donné que l'air chaud et humide près de la surface de la mer a tendance à rendre l'effet Prandtl-Glauert plus prononcé.

De telles cascades sont souvent réalisées par des chasseurs-bombardiers F/A-18 Hornet - il s'agit du principal type d'avion embarqué sur un porte-avions américain. aéronavale.

Droit d’auteur des illustrations SPL Légende de l'image Le choc lorsqu’un avion atteint une vitesse supersonique est difficile à détecter à l’œil nu.

Les mêmes véhicules de combat sont utilisés par les membres de l'équipe de voltige aérienne des Blue Angels de l'US Navy, qui effectuent habilement des manœuvres au cours desquelles 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-Glauert 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 volant à une vitesse de 960 km/h avec un smartphone classique.

Les nuages ​​de condensation sont plus impressionnants dans le mode de vol dit transsonique, lorsque l'air circule partiellement autour de l'avion à des vitesses supersoniques et partiellement à des vitesses subsoniques.

"L'avion ne vole pas nécessairement à une vitesse supersonique, mais l'air circule autour de la surface supérieure de son aile avec vitesse plus élevée, que le fond, ce qui conduit à une onde de choc locale », explique Irwin.

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

Il ne vous reste plus qu'à faire appel à un photographe professionnel pour la prestation, et le tour est joué ! - votre avion a été capturé entouré d'un spectaculaire nuage de vapeur d'eau, que beaucoup d'entre nous prennent à tort comme le signe d'une vitesse supersonique atteinte.

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

Qu'est-ce que le 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 que le mur du son et comment est-il constitué ?

Le mur du son aérodynamique est 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 un saut brusque de la résistance de l’air qui se produit lorsqu’un avion atteint la vitesse du son.

Les ondes sonores voyagent dans l’espace à une certaine vitesse, qui varie en fonction de la hauteur, de la température et de la pression. Par exemple, au niveau de la mer, la vitesse du son est d'environ 1 220 km/h, à une altitude de 15 000 m – jusqu'à 1 000 km/h, etc. Lorsque la vitesse d’un avion s’approche de la vitesse du son, certaines charges lui sont appliquées. Aux vitesses normales (subsoniques), le nez de l'avion « entraîne » devant lui une vague d'air comprimé dont la vitesse correspond à la vitesse du son. La vitesse de la vague 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 au niveau du nez, mais devant l'aile. En conséquence, une onde de choc se forme, augmentant 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 particulière. C'est pourquoi les concepteurs d'avions ont développé et utilisé un profil d'aile aérodynamique spécial et d'autres astuces dans la construction aéronautique. 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 pop 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 explorateurs de l’espace. A la question « Qui a été le premier à vaincre barrière supersonique ? Vous pouvez donner différentes réponses. C'est la première personne à franchir le mur du son, et la première femme, et, curieusement, le premier appareil...

La première personne à franchir le mur du son fut le pilote d'essai Charles Edward Yeager (Chuck Yeager). Le 14 octobre 1947, son avion expérimental Bell X-1, équipé d'un moteur-fusée, entreprend une plongée peu profonde depuis une altitude de 21 379 m au-dessus de Victorville (Californie, États-Unis) et atteint la vitesse du son. La vitesse de l’avion à ce moment-là était de 1207 km/h.

Tout au long de sa carrière, le pilote militaire a apporté une contribution majeure au développement non seulement de l’aviation militaire américaine, mais aussi de l’astronautique. Charles Elwood Yeager a terminé sa carrière comme général dans l'US Air Force, après avoir visité 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 « The Pilot ».

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

Autres « conquérants » du mur du son

Outre Charles Yeager, qui fut 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 est l'Américaine Jacqueline Cochran (née le 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 m, était expérimental et organisé dans le but 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. La première personne à franchir le mur du son chute libre- L'Américain Joe Kittinger (1960), qui a sauté en parachute d'une hauteur de 31,5 km. Cependant, après cela, survolant la ville américaine de Roswell (Nouveau-Mexique, États-Unis) le 14 octobre 2012, l'Autrichien Felix Baumgartner a établi un record du monde en laissant un ballon avec un parachute à une altitude de 39 km. Sa vitesse était d'environ 1342,8 km/h, et sa descente jusqu'au sol, dont la majeure partie s'est déroulée en chute libre, n'a pris que 10 minutes.
6. Le record du monde de franchissement du mur du son par un avion appartient au missile aérobalistique hypersonique air-sol X-15 (1967), actuellement en service. armée russe. La vitesse de la fusée à une altitude de 31,2 km était de 6 389 km/h. Je voudrais noter que la vitesse maximale possible du mouvement humain dans l'histoire des avions pilotés est de 39 897 km/h, qui a été atteinte en 1969 par l'avion américain. vaisseau spatial"Apollon 10".

La première invention à franchir le mur du son

Curieusement, 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.

Avant l'invention de la photographie instantanée en 1927, personne n'aurait pensé que le claquement d'un fouet n'était pas simplement une sangle frappant la poignée, mais un clic 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 1 200 km/h.