Физика Суперсоничног слободног пада и утрка за изградњу мирнијег конкорда

$config[ads_kvadrat] not found
Anonim

Ако желите да направите ракету са смелим новим дизајном, морате имати начин да тестирате његов структурни интегритет без инсталирања мотора. Немате ваздушни тунел, али нисте спремни да пристанете. Размишљате о себи: "Шта је лет без погона?" Онда одговорите на своје питање: "Падање". Једноставно речено, најлакши начин летења без лансирања је да падне. Узмите прототип веома високо, испустите га, и добићете осећај његове перформансе на брзини.

Најистакнутији светски стручњак за прецизно испуштање је Јапанска агенција за истраживање свемирских истраживања, или ЈАКСА, која је у основи јапанска верзија НАСА-е. Агенција покушава да изгради практичан суперсонични авион, што није лака ствар. Слични напори у прошлости су стварали осредње производе, најпознатији је Цонцорде.

Конкорд је био погођен проблемима који су спречавали друге авиокомпаније да усвоје исту врсту дизајна за сопствени занат. Једно од највећих проблема била је превелика бука. Термин „звучни бум“ није погрешан назив - разбијање звучне баријере је сулудо гласан феномен. Произвођачи су морали дизајнирати авион како би спријечили експлозију путника, а зракоплови нису могли летјети авионом преко копна, јер ниједно људско биће на земљи не жели бити изложено таквим деструктивно гласним звуковима. ЈАКСА има за циљ да створи тиши суперсонични путнички авион. И његово тестирање кроз тестове пада са експерименталним моделом у Шведској.

Како то доврага ради? У основи, балон подиже модел беспилотне летелице - ЈАКСА-ин Силент СуперСониц концептни модел око 18.6 миља у ваздуху, и једноставно га испушта. Сензори причвршћени на равнину мјере ударне валове док се авион приближава брзинама до 1.39 маха у слободном паду.

Физика суперсоничног слободног пада није толико различита од тога како функционише објекат који се креће брже од звука на хоризонталној равни. Ваздух постаје снажно компримован испред авиона, који поплављује талас високог притиска у свим правцима. Овај ударни вал почиње да се шири ваздухом, али постаје све слабији када се помера даље и постаје звучни талас у процесу. Ово је гласна експлозија коју чујемо и зовемо звучни бум.

Да бисмо разумели шта је посебно у вези са надзвучним слободним падом, требало би да боље погледамо на шта се тачно односи Мацх број: однос између брзине објекта и брзине звука на одређеном месту. А брзина звука је подложна променама температуре и притиска - на већим надморским висинама, брзина звука се смањује, тако да објекат не мора да путује нужно истом брзином да достигне Мацх 1 десетак миља у ваздуху, ради на нивоу мора. (Брзина звука на нивоу мора је око 760 миља на сат).

Штавише, Мацх 1 је веома нестабилна околина услед ударног таласа који је настао разбијањем звучне баријере. Чак и мали покрети могу имати веома снажне физичке ефекте на објекат. Најгоре мјесто је у основи између 0.9 и 1.2.

Дакле, када се објекат креће у надзвучним брзинама у слободном паду, то је у необичној позицији да убрзава брже, док се његов Мацх број повећава споријом брзином. Више времена се троши у нестабилној машинској зони него ако се креће на хоризонталној равни. Већина авиона је дизајнирана да се креће изнад Мацх 1 и улази у сигурну зону што је брже могуће. Не можете тестирати тако нешто у експерименту слободног пада.

Брзина се такође окреће због повлачења. То је оно што се десило у вероватно најпознатијем примјеру објекта који се гравитацијом креће брже од звука: Фелик Баумгартнер је скочио 2012. године с око 23 миље у зрак, да би постао први ронилац неба који би разбио звучну баријеру без употребе авиона. Када је Баумгартнер пао на Земљу, на крају је престао да убрзава због судара са молекулима ваздуха, стварајући "силу отпора" која се изградила као отпор ваздуха док није постала једнака и супротна сили гравитације. У овом тренутку, Баумгартнер је достигао максималну брзину.

У ствари, док би већина објеката који достигну терминалну брзину једноставно остала на константној брзини, Баумгартнер је заправо почео да успорава, јер околна атмосфера почиње да постаје све дебља и дебља док се предмет у слободном паду спушта. Тако се брзина терминала почиње смањивати - што значи да је Баумгартнер такође почео да успорава. Иста ствар би се вероватно догодила са једном од тихих СуперСониц концепт модела модела ЈАКСА је тестирање.

Наука је, као и већина других ствари у животу, хладнија када је бржа.

$config[ads_kvadrat] not found