Cependant, commençons par le commencement. Pour la première fois, le pilote d'essai américain Chuck Yeager a franchi le mur du son à bord de l'avion expérimental Bell X-1 (avec une aile droite et un moteur-fusée XLR-11). Cela s'est produit il y a plus de soixante-dix ans, en 1947. Il a réussi à accélérer plus vite que la vitesse du son, envoyant l’avion dans une plongée peu profonde. Un an plus tard, les pilotes d'essai soviétiques Sokolovsky et Fedorov réussirent la même chose sur le chasseur expérimental La-176, qui existait en un seul exemplaire.

C'était une période difficile pour l'aviation. Les pilotes ont littéralement accumulé de l'expérience petit à petit, risquant à chaque fois leur vie pour savoir si des vols à des vitesses supérieures à Mach étaient possibles. Le battement des ailes et la traînée des vagues ont coûté la vie à plus d’une personne avant que les concepteurs n’apprennent à gérer ces phénomènes.

Le fait est que lorsque la vitesse du son est dépassée, la traînée aérodynamique augmente fortement et l'échauffement cinétique de la structure dû au frottement du flux d'air venant en sens inverse augmente. De plus, à ce moment, un changement d'orientation aérodynamique est enregistré, ce qui entraîne une perte de stabilité et de contrôlabilité de l'avion.

12 ans plus tard, les chasseurs supersoniques MiG-19 en série étaient déjà à la recherche d'avions espions américains, et aucun avion civil n'avait encore tenté de dépasser la vitesse du son. Cela ne s'est produit que le 21 août 1961 : un avion de ligne Douglas DC-8, tombant en piqué, a accéléré jusqu'à Mach 1,1. Le vol était expérimental, dans le but de collecter plus d'informations sur le comportement de l'engin à de telles vitesses.

Après un certain temps, le Tu-144 soviétique et le Concorde anglo-français décollèrent. Presque simultanément : notre voiture un peu plus tôt, le 31 décembre 1968, et la voiture européenne - en mars 1969. Mais en termes de volume de passagers transportés sur toute la période d'exploitation des modèles, les capitalistes nous ont largement surpassés. Alors que les Tu-144 n'ont transporté qu'un peu plus de 3 000 passagers, les Concordes, en service jusqu'en 2003, ont transporté plus de 2,5 millions de personnes. Cependant, cela n’a pas aidé le projet. Finalement, il a été fermé et l'accident très médiatisé près de Paris, dans lequel l'avion supersonique n'était pas du tout responsable, s'est également révélé très inopportun.

Trois réponses « non »

Trois raisons sont généralement avancées pour justifier la futilité des avions commerciaux supersoniques : trop chers, trop complexes, trop bruyants. En effet, quiconque a assisté au vol d'un avion militaire supersonique n'oubliera jamais la sensation d'un coup dans les oreilles et le rugissement sauvage avec lequel l'avion vous dépasse à une vitesse supersonique.

Soit dit en passant, un bang sonique n'est pas un phénomène ponctuel : il accompagne l'avion tout au long de son parcours, tout le temps lorsque la vitesse de l'avion est supérieure à la vitesse du son. Il est également difficile de contester le fait qu’un avion à réaction consomme tellement de carburant qu’il semble plus facile de le ravitailler simplement avec des billets de banque.

Parler de projets modernes avions de passagers supersoniques, il faut d'abord répondre à chacune de ces questions. C'est seulement dans ce cas que l'on peut espérer que tous les projets existants ne seront pas mort-nés.

Son

Les concepteurs ont décidé de commencer par le son. Pour dernières années beaucoup de choses sont apparues travaux scientifiques, prouvant que forme définie le fuselage et les ailes peuvent réduire le nombre d'ondes de choc générées par l'avion et réduire leur intensité. Une telle décision a nécessité une refonte complète des coques, de multiples simulations informatiques de modèles et plusieurs milliers d'heures de purge des futurs avions en soufflerie.

Les principaux projets travaillant sur l'aérodynamique des avions du futur sont QueSST de spécialistes de la NASA et le développement japonais D-SEND-2, créé sous les auspices de l'agence locale d'exploration aérospatiale JAXA. Ces deux projets sont en cours depuis plusieurs années et se rapprochent systématiquement de « l’idéal » vols supersoniques aérodynamique.

On suppose que les nouveaux avions de ligne supersoniques ne créeront pas de bang sonique aigu et dur, mais des pulsations sonores douces beaucoup plus agréables à l'oreille. Autrement dit, ce sera toujours bruyant, mais pas « fort et douloureux ». Une autre façon de résoudre le problème du mur du son consistait à réduire la taille de l’avion. Presque tous les développements en cours concernent de petits avions capables de transporter au maximum 10 à 40 passagers.

Cependant, il existe également des entreprises nouvelles dans ce domaine. En septembre dernier, la compagnie aérienne Spike Aerospace, basée à Boston, a annoncé qu'elle avait presque terminé un modèle de l'avion de passagers supersonique S-512 Quiet Supersonic Jet. Il est prévu que les essais en vol débuteront en 2018 et que le premier avion avec des passagers à bord décollera au plus tard fin 2023.

Encore plus audacieuse était la déclaration des créateurs selon laquelle le problème du son était pratiquement résolu et les premiers tests le montreraient. Il semble que les spécialistes de la NASA et de la JAXA, qui ont passé de nombreuses années à résoudre ce problème, surveilleront les tests de plus près.

Il y en a aussi un autre solution intéressante les problèmes sonores sont le franchissement du mur du son par un avion lors d'un décollage presque vertical. Dans ce cas, l'effet des ondes de choc sera plus faible et après avoir atteint une hauteur de 20 000 à 30 000 mètres, ce problème pourra être oublié - trop loin de la Terre.

Moteurs

Les travaux sur les moteurs des futurs avions supersoniques ne s’arrêtent pas non plus. Même les moteurs subsoniques de ces dernières années ont pu augmenter considérablement la puissance et l'efficacité grâce à l'introduction de boîtes de vitesses spéciales, de matériaux céramiques et à l'introduction d'un circuit d'air supplémentaire.

Avec les avions supersoniques, les choses sont un peu plus compliquées. Le fait est qu'au niveau actuel de développement technologique, les turboréacteurs sont capables d'atteindre vitesse maximaleà Mach 2,2 (environ 2 500 kilomètres par heure), mais pour atteindre des vitesses plus élevées, il est nécessaire d'utiliser des statoréacteurs capables d'accélérer l'avion à des vitesses hypersoniques (plus de 5 nombres de Mach). Toutefois, il s’agit – pour l’instant – plutôt d’un fantasme.

Selon les développeurs, ils sont déjà en mesure d'atteindre un coût de vol 30 pour cent inférieur à celui du Concorde, même avec un petit nombre de passagers. Ces données ont été publiées par la startup Boom Technologies en 2016. Selon eux, un billet sur la liaison Londres-New York coûtera environ 5 000 dollars, ce qui est comparable au prix d'un billet en première classe dans un avion subsonique régulier.

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 son obtention. 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 inventer d'autres astuces. Il est intéressant de noter que le pilote d'un avion supersonique moderne a le sentiment de « surmonter » son aéronef mur du son : 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 embarqués sur un porte-avions ont été capturés dans les photographies.

(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

(Les messages ci-dessous sont ajoutés par les lecteurs du site via le formulaire situé en fin de page.) 15 octobre 2012, 10h32

L'athlète autrichien Felix Baumgartner a réalisé un saut en parachute depuis la stratosphère d'une hauteur record. Sa vitesse est chute libre dépassait la vitesse du son et s'élevait à 1342,8 km par heure, altitude fixe - 39,45 mille mètres. Cela a été officiellement annoncé lors de la conférence finale sur le territoire de l'ancienne base militaire de Roswell (Nouveau-Mexique).
Stratostat Baumgartner avec un volume d'hélium de 850 mille mètres cubes, en le meilleur matériau, lancée à 8h30, heure de la côte ouest (19h30, heure de Moscou), l'ascension a duré environ deux heures. Pendant environ 30 minutes, il y a eu des préparatifs assez passionnants pour la sortie de la capsule, les mesures de pression et la vérification des instruments.
La chute libre, selon les experts, a duré 4 minutes et 20 secondes sans parachute de freinage ouvert. Entre-temps, les organisateurs du record affirment que toutes les données seront transférées du côté autrichien, après quoi l'enregistrement final et la certification auront lieu. Il s'agit de sur trois réalisations mondiales : le saut depuis le tout début point culminant, durée de chute libre et rupture de la vitesse du son. Quoi qu'il en soit, Felix Baumgartner est la première personne au monde à vaincre la vitesse du son sans technologie, note ITAR-TASS. La chute libre de Baumgartner a duré 4 minutes 20 secondes, mais sans parachute stabilisateur. En conséquence, l’athlète a failli partir en vrille et n’a pas maintenu de contact radio avec le sol pendant les 90 premières secondes du vol.
"Pendant un instant, il m'a semblé que je perdais connaissance", a décrit l'athlète. "Cependant, je n'ai pas ouvert le parachute de freinage, mais j'ai essayé de stabiliser le vol par moi-même, à chaque seconde. j’ai bien compris ce qui m’arrivait. En conséquence, il a été possible de « éteindre » la rotation. Sinon, si la vrille s'éternisait, le parachute stabilisateur s'ouvrirait automatiquement.
À quel moment la chute a dépassé la vitesse du son, l’Autrichien ne peut pas le dire. "Je n'en ai aucune idée parce que j'étais trop occupé à essayer de stabiliser ma position dans les airs", a-t-il admis, ajoutant qu'il n'avait pas non plus entendu aucun des bruits caractéristiques qui accompagnent habituellement les avions franchissant le mur du son. Selon Baumgartner, "pendant le vol, il n'a pratiquement rien ressenti, il n'a pensé à aucun enregistrement". "Tout ce à quoi je pensais, c'était de revenir vivant sur Terre et de revoir ma famille, mes parents, ma petite amie", a-t-il déclaré. "Parfois, une personne a besoin de s'élever à de telles hauteurs pour se rendre compte à quel point elle est petite." «Je ne pensais qu'à ma famille», Félix a partagé ses sentiments. Quelques secondes avant le saut, sa pensée était : « Seigneur, ne me quitte pas !
Le parachutiste a qualifié la sortie de la capsule de moment le plus dangereux. "C'était le moment le plus excitant, on ne sent pas l'air, on ne comprend pas physiquement ce qui se passe, et il est important de réguler la pression pour ne pas mourir", a-t-il noté. "C'est le moment le plus désagréable. Je déteste cet état. Et "le plus beau moment est de réaliser que vous êtes au sommet du monde", a partagé l'athlète.

Le mur du son en aérodynamique est le nom d'un certain nombre de phénomènes qui accompagnent le mouvement d'un avion (par exemple, un avion supersonique, une fusée) à des vitesses proches ou supérieures à la vitesse du son.

Lorsqu'il circule autour d'un flux de gaz supersonique solide une onde de choc se forme sur son bord d'attaque (parfois plusieurs, selon la forme du corps). La photo montre des ondes de choc formées à l'extrémité du fuselage du modèle, sur les bords d'attaque et de fuite de l'aile et à l'extrémité arrière du modèle.

A l'avant d'une onde de choc (parfois aussi appelée onde de choc), qui a une très faible épaisseur (fractions de mm), des changements cardinaux dans les propriétés de l'écoulement se produisent presque brusquement - sa vitesse par rapport au corps diminue et devient subsonique , la pression dans le flux et la température du gaz augmentent brusquement. Une partie de l’énergie cinétique du flux est convertie en énergie interne du gaz. Tous ces changements sont d’autant plus importants que la vitesse du flux supersonique est élevée. À des vitesses hypersoniques (Mach 5 et plus), la température du gaz atteint plusieurs milliers de degrés, ce qui crée de sérieux problèmes pour les véhicules se déplaçant à de telles vitesses (par exemple, la navette Columbia s'est effondrée le 1er février 2003 en raison de dommages à la coque de protection thermique survenus pendant le vol).

Lorsque cette onde atteint un observateur situé par exemple sur Terre, celui-ci entend un son fort, semblable à une explosion. Une idée fausse très répandue est que cela est dû au fait que l’avion a atteint la vitesse du son, ou « franchi le mur du son ». En effet, à ce moment-là, une onde de choc traverse l'observateur, qui accompagne constamment l'avion se déplaçant à une vitesse supersonique. En règle générale, immédiatement après le « pop », l'observateur peut entendre le bourdonnement des moteurs de l'avion, qui n'est entendu que lorsque l'onde de choc passe, car l'avion se déplace plus vite que les sons qu'il émet. Une observation très similaire se produit lors d'un vol subsonique - un avion volant au-dessus d'un observateur à haute altitude (plus de 1 km) n'est pas entendu, ou plutôt on l'entend avec un retard : la direction vers la source sonore ne coïncide pas avec la direction à l'avion visible pour un observateur depuis le sol.

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 les voitures avec plus vitesses élevées, 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’avais 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. De là est née l'expression quelque peu mystique « mur du son » (mur du son en français, mur du son en allemand). 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.

Faits historiques

* Le premier pilote à atteindre une vitesse supersonique en vol contrôlé fut le pilote d'essai américain Chuck Yeager sur l'avion expérimental Bell X-1 (avec une aile droite et un moteur-fusée XLR-11), qui atteignit une vitesse de M = 1,06 dans une zone peu profonde. plonger. Cela s'est produit le 14 octobre 1947.
* En URSS, le mur du son a été franchi pour la première fois le 26 décembre 1948 par Sokolovsky, puis par Fedorov, lors de vols descendants sur le chasseur expérimental La-176.
* Le premier avion civil à franchir le mur du son fut l'avion de ligne Douglas DC-8. Le 21 août 1961, il a atteint une vitesse de 1,012 M ou 1 262 km/h lors d'une plongée contrôlée à partir d'une altitude de 12 496 m. Le vol avait pour but de collecter des données pour la conception de nouveaux bords d'attaque de l'aile.
* Le 15 octobre 1997, 50 ans après avoir franchi le mur du son à bord d'un avion, l'Anglais Andy Green a franchi le mur du son à bord d'un Thrust SSC.
* Le 14 octobre 2012, Félix Baumgartner est devenu la première personne à franchir le mur du son sans l'aide d'aucun engin motorisé. véhicule, en chute libre lors d'un saut d'une hauteur de 39 kilomètres. En chute libre, il a atteint une vitesse de 1342,8 kilomètres par heure.

Photo:
* http://commons.wikimedia.org/wiki/File:F-18-diamondback_blast.jpg
* http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sonic_boom_cloud.jpg
* http://commons.wikimedia.org/wiki/File:F-14D_Tomcat_breaking_sound_barrier.jpg
* http://commons.wikimedia.org/wiki/File:B-1B_Breaking_the_sound_barrier.jpg
* http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Transonic_Vapor_F-16_01.jpg
* http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FA-18F_Breaking_SoundBarrier.jpg
* http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Suponic_aircraft_breaking_sound_barrier.jpg
* http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FA18_faster_than_sound.jpg
* http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FA-18_Super_Hornet_VFA-102.jpg
* http://it.wikipedia.org/wiki/File:F-22_Supersonic_Flyby.jpg

Pourquoi un avion franchit-il le mur du son avec un bruit explosif ? Et qu’est-ce qu’un « mur du son » ?

Il y a un malentendu avec « pop » causé par une mauvaise compréhension du terme « mur du son ». Ce « pop » est proprement 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, qui marque l’avant de l’onde sonore principale, atteint l’oreille humaine, un brusque saut de pression se fait entendre sous la forme d’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 survoler l’auditeur à une vitesse constante mais supersonique, alors 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 inventer 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.

Avant que l’avion ne franchisse le mur du son, un nuage inhabituel peut se former, dont l’origine reste encore incertaine. Selon l'hypothèse la plus répandue, une chute de pression se produit à proximité de l'avion et ce qu'on appelle Singularité de Prandtl-Glauert suivie d'une condensation de gouttelettes d'eau provenant de l'air humide. En fait, vous voyez la condensation sur les photos ci-dessous...

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