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Spektakuläre Fotos von Kampfflugzeugen in einem dichten Wasserdampfkegel werden oft als Darstellung des Flugzeugs dargestellt, das die Schallmauer durchbricht. Aber das ist ein Fehler. Der Kolumnist spricht darüber der wahre Grund Phänomen.

Dieses spektakuläre Phänomen wurde wiederholt von Fotografen und Videofilmern festgehalten. Ein Militärjet fliegt mit hoher Geschwindigkeit, mehreren hundert Kilometern pro Stunde, über den Boden.

Wenn der Jäger beschleunigt, beginnt sich um ihn herum ein dichter Kondenskegel zu bilden; es scheint, dass sich das Flugzeug in einer kompakten Wolke befindet.

Bildunterschriften unter solchen Fotos, die die Fantasie anregen, behaupten oft, dass es sich bei dem, was wir sehen, um einen visuellen Beweis eines Überschallknalls handelt, wenn ein Flugzeug eine bestimmte Höhe erreicht. Schallgeschwindigkeit.

Tatsächlich ist dies nicht ganz richtig. Wir beobachten den sogenannten Prandtl-Glauert-Effekt – ein physikalisches Phänomen, das auftritt, wenn sich ein Flugzeug der Schallgeschwindigkeit nähert. Es hat nichts mit dem Durchbrechen der Schallmauer zu tun.

• Weitere Artikel auf der BBC Future-Website auf Russisch

Mit der Weiterentwicklung des Flugzeugbaus wurden die aerodynamischen Formen immer stromlinienförmiger und die Geschwindigkeit der Flugzeuge nahm stetig zu – Flugzeuge begannen Dinge mit der sie umgebenden Luft zu tun, zu denen ihre langsameren und sperrigeren Vorgänger nicht in der Lage waren.

Die mysteriösen Schockwellen, die sich um tief fliegende Flugzeuge bilden, wenn sie sich nähern und dann die Schallmauer durchbrechen, legen nahe, dass sich die Luft bei solchen Geschwindigkeiten seltsam verhält.

Was sind also diese mysteriösen Kondensationswolken?

Laut Rod Irwin, Vorsitzender der Aerodynamikgruppe der Royal Aeronautical Society, gehen die Bedingungen, unter denen ein Dampfkegel entsteht, unmittelbar voraus, bevor ein Flugzeug die Schallmauer durchbricht. Dieses Phänomen wird jedoch normalerweise bei Geschwindigkeiten fotografiert, die etwas unter der Schallgeschwindigkeit liegen.

Die Oberflächenluftschichten sind in großen Höhen dichter als die Atmosphäre. Beim Fliegen in geringer Höhe kommt es zu erhöhter Reibung und erhöhtem Luftwiderstand.

Piloten ist es übrigens verboten, die Schallmauer über Land zu durchbrechen. „Über dem Ozean kann man mit Überschall fliegen, aber nicht über einer festen Oberfläche“, erklärt Irwin. „Dieser Umstand war übrigens ein Problem für das Überschall-Passagierschiff Concorde – das Verbot wurde nach seiner Inbetriebnahme eingeführt, und das.“ Die Besatzung durfte Überschallgeschwindigkeit nur über der Wasseroberfläche entwickeln.

Darüber hinaus ist es äußerst schwierig, einen Überschallknall visuell zu registrieren, wenn ein Flugzeug Überschallgeschwindigkeit erreicht. Mit bloßem Auge ist es nicht zu erkennen – nur mit Hilfe spezieller Geräte.

Um in Windkanälen mit Überschallgeschwindigkeit geblasene Modelle zu fotografieren, werden in der Regel spezielle Spiegel verwendet, um den durch die Entstehung der Stoßwelle verursachten Unterschied in der Lichtreflexion zu erkennen.

Mit der sogenannten Schlieren-Methode (oder Toepler-Methode) aufgenommene Fotos werden verwendet, um Stoßwellen (oder wie sie auch Stoßwellen genannt werden) zu visualisieren, die sich um das Modell herum bilden.

Beim Blasen entstehen keine Kondenskegel um die Modelle herum, da die Luft im Windkanal vorgetrocknet ist.

Wasserdampfkegel sind mit Stoßwellen (von denen es mehrere gibt) verbunden, die sich um das Flugzeug bilden, wenn es an Geschwindigkeit gewinnt.

Wenn sich die Geschwindigkeit eines Flugzeugs der Schallgeschwindigkeit nähert (ca. 1234 km/h auf Meereshöhe), entsteht in der umströmenden Luft ein lokaler Druck- und Temperaturunterschied.

Dadurch verliert die Luft ihre Fähigkeit, Feuchtigkeit zu speichern, und es bildet sich Kondenswasser in Form eines Kegels auf diesem Video.

„Der sichtbare Dampfkegel wird durch eine Stoßwelle verursacht, die einen Druck- und Temperaturunterschied in der das Flugzeug umgebenden Luft erzeugt“, sagt Irwin.

Viele der besten Fotos des Phänomens stammen von Flugzeugen der US-Marine – was nicht verwunderlich ist, wenn man bedenkt, dass warme, feuchte Luft in der Nähe der Meeresoberfläche den Prandtl-Glauert-Effekt tendenziell stärker hervorhebt.

Solche Stunts werden häufig von F/A-18 Hornet-Jagdbombern ausgeführt, dem wichtigsten Typ trägergestützter Flugzeuge in der amerikanischen Marinefliegerei.

Dieselben Kampffahrzeuge werden von Mitgliedern des Kunstflugteams Blue Angels der US Navy eingesetzt, die gekonnt Manöver ausführen, bei denen sich um das Flugzeug eine Kondenswolke bildet.

Aufgrund der spektakulären Natur des Phänomens wird es häufig zur Popularisierung der Marinefliegerei genutzt. Die Piloten manövrieren gezielt über dem Meer, wo die Bedingungen für das Auftreten des Prandtl-Glauert-Effekts am besten sind und in der Nähe professionelle Marinefotografen im Einsatz sind – schließlich ist es unmöglich, ein scharfes Bild eines anfliegenden Düsenflugzeugs zu machen eine Geschwindigkeit von 960 km/h mit einem normalen Smartphone.

Am eindrucksvollsten wirken Kondensationswolken im sogenannten transsonischen Flugmodus, wenn die Luft das Flugzeug teilweise mit Überschallgeschwindigkeit, teilweise mit Unterschallgeschwindigkeit umströmt.

„Das Flugzeug fliegt nicht unbedingt mit Überschallgeschwindigkeit, aber die Luft strömt über die Oberseite des Flügels mit einer höheren Geschwindigkeit als über die Unterseite, was zu einer lokalen Schockwelle führt“, sagt Irwin.

Ihm zufolge sind für das Auftreten des Prandtl-Glauert-Effekts bestimmte klimatische Bedingungen erforderlich (nämlich warme und feuchte Luft), denen trägergestützte Jäger häufiger ausgesetzt sind als andere Flugzeuge.

Alles, was Sie tun müssen, ist, einen professionellen Fotografen um den Service zu bitten, und voilà! - Ihr Flugzeug wurde umgeben von einer spektakulären Wasserdampfwolke eingefangen, was viele von uns fälschlicherweise als Zeichen dafür betrachten, dass wir Überschallgeschwindigkeit erreicht haben.

• Sie können es auf der Website lesen

Allerdings das Wichtigste zuerst. Zum ersten Mal durchbrach der amerikanische Testpilot Chuck Yeager mit dem experimentellen Bell X-1-Flugzeug (mit geradem Flügel und einem XLR-11-Raketentriebwerk) die Schallmauer. Dies geschah vor mehr als siebzig Jahren – im Jahr 1947. Es gelang ihm, schneller als mit Schallgeschwindigkeit zu beschleunigen und das Flugzeug in einen flachen Sturzflug zu schicken. Ein Jahr später gelang den sowjetischen Testpiloten Sokolovsky und Fedorov dasselbe mit dem experimentellen La-176-Jäger, der in einer einzigen Kopie existierte.

Es waren schwierige Zeiten für die Luftfahrt. Die Piloten sammelten buchstäblich Stück für Stück Erfahrungen und riskierten jedes Mal ihr Leben, um herauszufinden, ob Flüge mit Geschwindigkeiten über einer Mach möglich waren. Flügelflattern und Wellenwiderstand forderten mehr als ein Leben, bevor die Konstrukteure lernten, mit diesen Phänomenen umzugehen.

Die Sache ist, dass bei der Überwindung der Schallgeschwindigkeit der Luftwiderstand stark zunimmt und die kinetische Erwärmung der Struktur durch die Reibung des entgegenkommenden Luftstroms zunimmt. Darüber hinaus ist in diesem Moment eine Verschiebung des aerodynamischen Schwerpunkts zu verzeichnen, die zu einem Verlust an Stabilität und Steuerbarkeit des Flugzeugs führt.

Zwölf Jahre später waren bereits Serien-Überschalljäger vom Typ MiG-19 auf der Jagd nach amerikanischen Spionageflugzeugen, und noch kein einziges Zivilflugzeug hatte versucht, die Schallgeschwindigkeit zu überschreiten. Dies geschah erst am 21. August 1961: Ein Passagierflugzeug vom Typ Douglas DC-8 beschleunigte im Sturzflug auf Mach 1,1. Der Flug war experimentell mit dem Ziel, mehr Informationen über das Verhalten der Maschine bei solchen Geschwindigkeiten zu sammeln.

Nach einiger Zeit starteten die sowjetische Tu-144 und die britisch-französische Concorde. Fast gleichzeitig: unser Auto etwas früher, am 31. Dezember 1968, und das europäische – im März 1969. Aber was die Menge der beförderten Passagiere über die gesamte Betriebsdauer der Modelle angeht, haben uns die Kapitalisten deutlich übertroffen. Während die Tu-144 nur etwas mehr als 3.000 Passagiere beförderte, beförderte die Concordes, die bis 2003 im Einsatz war, mehr als 2,5 Millionen Menschen. Dies hat dem Projekt jedoch nicht geholfen. Letztendlich wurde es geschlossen, und auch der Aufsehen erregende Absturz in der Nähe von Paris, an dem das Überschallflugzeug keineswegs schuld war, erwies sich als sehr ungünstig.

Drei „Nein“-Antworten

Als stichhaltiger Grund für die Sinnlosigkeit kommerzieller Überschallflugzeuge werden üblicherweise drei Gründe genannt: zu teuer, zu komplex, zu laut. Wer einmal den Flug eines Überschall-Militärjets beobachtet hat, wird das Gefühl eines Schlags in die Ohren und das wilde Dröhnen, mit dem das Flugzeug mit Überschallgeschwindigkeit an einem vorbeifliegt, nie vergessen.

Ein Überschallknall ist übrigens kein einmaliges Phänomen, er begleitet das Flugzeug auf seiner gesamten Flugstrecke immer dann, wenn die Geschwindigkeit des Flugzeugs höher als die Schallgeschwindigkeit ist. Es ist auch schwer zu bestreiten, dass ein Düsenflugzeug so viel Treibstoff verbraucht, dass es einfacher erscheint, es einfach mit Geldscheinen aufzutanken.

Reden darüber moderne Projekte Bei Überschall-Passagierflugzeugen muss jede dieser Fragen zunächst beantwortet werden. Nur in diesem Fall können wir hoffen, dass nicht alle bestehenden Projekte tot geboren werden.

Klang

Die Designer beschlossen, mit dem Sound zu beginnen. In den letzten Jahren sind viele erschienen wissenschaftliche Arbeiten Dies beweist, dass bestimmte Formen des Rumpfes und der Flügel die Anzahl der von einem Flugzeug erzeugten Stoßwellen verringern und deren Intensität verringern können. Eine solche Entscheidung erforderte eine komplette Neukonstruktion der Rümpfe, mehrere Computersimulationen von Modellen und mehrere tausend Stunden Spülung zukünftiger Flugzeuge in einem Windkanal.

Die Hauptprojekte, die sich mit der Aerodynamik des Flugzeugs der Zukunft befassen, sind QueSST von Spezialisten der NASA und die japanische Entwicklung D-SEND-2, die unter der Schirmherrschaft der örtlichen Agentur für Luft- und Raumfahrtforschung JAXA erstellt wurde. Beide Projekte laufen seit mehreren Jahren und nähern sich systematisch der „idealen“ Aerodynamik für Überschallflüge.

Es wird davon ausgegangen, dass neue Überschall-Passagierflugzeuge keinen scharfen und harten Überschallknall erzeugen, sondern viel angenehmere weiche Schallpulsationen für das Ohr. Das heißt natürlich, es wird immer noch laut sein, aber nicht „laut und schmerzhaft“. Eine andere Möglichkeit, das Schallschutzproblem zu lösen, bestand darin, die Größe des Flugzeugs zu verringern. Bei fast allen derzeit laufenden Entwicklungen handelt es sich um Kleinflugzeuge, die maximal 10–40 Passagiere befördern können.

Allerdings gibt es in dieser Angelegenheit auch aufstrebende Unternehmen. Im vergangenen September gab die in Boston ansässige Fluggesellschaft Spike Aerospace bekannt, dass sie ein Modell des Überschall-Passagierflugzeugs S-512 Quiet Supersonic Jet fast fertiggestellt habe. Es wird erwartet, dass die Flugtests im Jahr 2018 beginnen und das erste Flugzeug mit Passagieren an Bord spätestens Ende 2023 abheben wird.

Noch gewagter war die Aussage der Macher, dass das Problem mit dem Klang praktisch gelöst sei und die ersten Tests dies zeigen würden. Es scheint, dass Spezialisten von NASA und JAXA, die viele Jahre damit verbracht haben, dieses Problem zu lösen, die Tests mehr als genau überwachen werden.

Es gibt noch eine weitere interessante Lösung für das Schallproblem – ein Flugzeug, das bei einem fast senkrechten Start die Schallmauer durchbricht. In diesem Fall wird die Wirkung von Stoßwellen schwächer sein, und nach einer Höhe von 20 bis 30.000 Metern kann dieses Problem vergessen werden – zu weit von der Erde entfernt.

Motoren

Auch die Arbeit an Triebwerken für künftige Überschallflugzeuge hört nicht auf. Selbst Unterschallmotoren konnten in den letzten Jahren durch die Einführung spezieller Getriebe, keramischer Materialien und die Einführung eines zusätzlichen Luftkreislaufs Leistung und Effizienz deutlich steigern.

Bei Überschallflugzeugen ist die Sache etwas komplizierter. Der Punkt ist, wann modernes Niveau Aufgrund der technologischen Entwicklung sind Turbostrahltriebwerke in der Lage, eine Höchstgeschwindigkeit von Mach 2,2 (etwa 2.500 Kilometer pro Stunde) zu erreichen, um dasselbe zu erreichen höhere Geschwindigkeit Es ist erforderlich, Staustrahltriebwerke zu verwenden, die das Flugzeug auf Hyperschallgeschwindigkeit (mehr als Mach 5) beschleunigen können. Dies ist jedoch – vorerst – eher eine Fantasie.

Nach Angaben der Entwickler können sie bereits mit einer geringen Passagierzahl 30 Prozent niedrigere Flugkosten als die Concorde erzielen. Solche Daten wurden 2016 vom Startup Boom Technologies veröffentlicht. Ihrer Meinung nach kostet ein Ticket auf der Strecke London-New York etwa 5.000 US-Dollar, was mit dem Preis eines Tickets in der ersten Klasse eines regulären Unterschallflugzeugs vergleichbar ist.

Derzeit scheint das Problem des „Durchbrechens der Schallmauer“ im Wesentlichen ein Problem für Hochleistungsantriebsmotoren zu sein. Wenn genügend Schub vorhanden ist, um den Anstieg des Luftwiderstands bis zur Schallmauer und unmittelbar an der Schallmauer zu überwinden, so dass das Flugzeug den kritischen Geschwindigkeitsbereich schnell passieren kann, sind keine besonderen Schwierigkeiten zu erwarten. Für ein Flugzeug könnte es einfacher sein, im Üzu fliegen als im Übergangsbereich zwischen Unterschall- und Überschallgeschwindigkeit.

Damit ähnelt die Situation in gewisser Weise derjenigen zu Beginn dieses Jahrhunderts, als die Gebrüder Wright die Möglichkeit des Motorflugs nachweisen konnten, weil sie über ein leichtes Triebwerk mit ausreichend Schub verfügten. Wenn wir die richtigen Motoren hätten, wären Überschallflüge weit verbreitet. Bis vor Kurzem gelang das Durchbrechen der Schallmauer im Horizontalflug nur durch den Einsatz eher unwirtschaftlicher Antriebssysteme wie Raketen- und Staustrahltriebwerke mit sehr hohem Treibstoffverbrauch. Experimentelle Flugzeuge wie die X-1 und die Sky-Rocket sind mit Raketentriebwerken ausgestattet, die nur für wenige Flugminuten zuverlässig sind, oder Turbomotoren Strahltriebwerke mit Nachbrennern, aber zum Zeitpunkt des Verfassens dieses Artikels wurden mehrere Flugzeuge entwickelt, die eine halbe Stunde lang mit Überschallgeschwindigkeit fliegen können. Wenn Sie in einer Zeitung lesen, dass ein Flugzeug „die Schallmauer passiert“ hat, bedeutet das oft, dass es die Schallmauer passiert hat. In diesem Fall ergänzte die Schwerkraft die unzureichende Zugkraft.

Mit diesen Kunstflügen ist ein seltsames Phänomen verbunden, auf das ich hinweisen möchte. Nehmen wir an, dass das Flugzeug

nähert sich dem Beobachter mit Unterschallgeschwindigkeit, taucht ab, erreicht Überschallgeschwindigkeit, verlässt dann den Tauchgang und fliegt erneut mit Unterschallgeschwindigkeit weiter. In diesem Fall hört ein Beobachter am Boden oft zwei laute, ziemlich schnell aufeinander folgende, dröhnende Geräusche: „Boom, boom!“ Einige Wissenschaftler haben Erklärungen für den Ursprung des Doppelsummens vorgeschlagen. Ackeret in Zürich und Maurice Roy in Paris vermuteten beide, dass das Brummen auf die Anhäufung von Schallimpulsen zurückzuführen sei, beispielsweise auf Triebwerksgeräusche, die während der Schallgeschwindigkeit des Flugzeugs ausgesandt würden. Wenn sich ein Flugzeug auf einen Beobachter zubewegt, erreicht der vom Flugzeug erzeugte Lärm den Beobachter in kürzerer Zeit als in dem Zeitraum, in dem er emittiert wurde. Somit kommt es immer zu einer gewissen Anhäufung von Schallimpulsen, sofern sich die Schallquelle auf den Betrachter zubewegt. Bewegt sich die Schallquelle jedoch mit einer Geschwindigkeit nahe der Schallgeschwindigkeit, verstärkt sich die Akkumulation ins Unendliche. Dies wird deutlich, wenn man bedenkt, dass der gesamte Schall, der von einer Quelle ausgesandt wird, die sich genau mit Schallgeschwindigkeit direkt auf den Beobachter zubewegt, diesen in einem kurzen Moment erreicht, nämlich dann, wenn sich die Schallquelle dem Standort des Beobachters nähert. Der Grund dafür ist, dass sich Schall und Schallquelle mit der gleichen Geschwindigkeit fortbewegen. Würde sich der Schall in diesem Zeitraum mit Überschallgeschwindigkeit bewegen, wäre die Reihenfolge der wahrgenommenen und ausgesendeten Schallimpulse umgekehrt; Der Beobachter wird später ausgesendete Signale unterscheiden, bevor er früher ausgesendete Signale wahrnimmt.

Der Vorgang des Doppelbrummens gemäß dieser Theorie kann durch das Diagramm in Abb. veranschaulicht werden. 58. Angenommen, ein Flugzeug bewegt sich direkt auf den Beobachter zu, jedoch mit variabler Geschwindigkeit. Die AB-Kurve zeigt die Bewegung des Flugzeugs als Funktion der Zeit. Der Winkel der Tangente an die Kurve gibt die momentane Geschwindigkeit des Flugzeugs an. Die im Diagramm dargestellten parallelen Linien zeigen die Schallausbreitung an; Der Neigungswinkel dieser Geraden entspricht der Schallgeschwindigkeit. Zuerst ist die Geschwindigkeit des Flugzeugs auf dem Segment Unterschallgeschwindigkeit, dann auf dem Segment Überschallgeschwindigkeit und schließlich auf dem Segment wieder Unterschallgeschwindigkeit. Befindet sich der Beobachter im Anfangsabstand D, dann sind die in gezeigten Punkte horizontale Linie entsprechen der Reihenfolge des Wahrgenommenen

Reis. 58. Weg-Zeit-Diagramm eines Flugzeugs, das mit variabler Geschwindigkeit fliegt. Parallele Linien mit einem Neigungswinkel zeigen die Schallausbreitung.

Schallimpulse. Wir sehen, dass der Schall, den das Flugzeug beim zweiten Durchgang durch die Schallmauer erzeugt (Punkt ), früher beim Betrachter ankommt als der Schall, der beim ersten Durchgang entsteht (Punkt). Während dieser beiden Momente nimmt der Beobachter über einen verschwindend kleinen Zeitraum hinweg Impulse wahr, die während eines begrenzten Zeitraums ausgesendet werden. Infolgedessen hört er einen Knall wie eine Explosion. Zwischen zwei Brummtönen nimmt er gleichzeitig drei eingestrahlte Impulse wahr verschiedene Zeiten mit dem Flugzeug.

In Abb. Abbildung 59 zeigt schematisch die in diesem vereinfachten Fall zu erwartende Lärmintensität. Es ist zu beachten, dass es sich bei der Akkumulation von Schallimpulsen im Falle einer sich nähernden Schallquelle um den gleichen Vorgang handelt, der als Doppler-Effekt bekannt ist; Die Charakteristik des letztgenannten Effekts beschränkt sich jedoch normalerweise auf die mit dem Akkumulationsprozess verbundene Tonhöhenänderung. Die Intensität des wahrgenommenen Lärms ist schwer zu berechnen, da sie vom Mechanismus der Schallerzeugung abhängt, der nicht sehr gut bekannt ist. Darüber hinaus wird der Prozess durch die Form der Flugbahn, mögliche Echos sowie Stoßwellen erschwert, die während des Fluges in verschiedenen Teilen des Flugzeugs beobachtet werden und deren Energie nach der Geschwindigkeitsreduzierung des Flugzeugs in Schallwellen umgewandelt wird. In einigen

Reis. 59. Schematische Darstellung der von einem Beobachter wahrgenommenen Lärmintensität.

In jüngsten Artikeln zu diesem Thema wurde das bei Hochgeschwindigkeitstauchgängen beobachtete Phänomen des Doppelbrummens, manchmal auch des Dreifachbrummens, auf diese Stoßwellen zurückgeführt.

Das Problem des „Durchbrechens der Schallmauer“ oder „Schallwand“ scheint die Fantasie der Öffentlichkeit anzuregen (ein englischer Film mit dem Titel „Breaking the Sound Barrier“ vermittelt einen Eindruck von den Herausforderungen, die mit dem Mach-1-Flug verbunden sind); Piloten und Ingenieure diskutieren ernsthaft und scherzhaft über das Problem. Nächste " wissenschaftlicher Bericht„Transsonischer Flug zeigt eine wunderbare Kombination aus technischem Wissen und poetischer Freiheit:

Wir glitten sanft mit 540 Meilen pro Stunde durch die Luft. Ich mochte den kleinen XP-AZ5601-NG schon immer wegen seiner einfachen Steuerung und der Tatsache, dass die Prandtl-Reynolds-Anzeige in der rechten Ecke oben auf dem Bedienfeld versteckt ist. Ich habe die Instrumente überprüft. Wasser, Treibstoff, Umdrehungen pro Minute, Carnot-Wirkungsgrad, Geschwindigkeit über Grund, Enthalpie. Alles ist in Ordnung. Kurs 270°. Der Verbrennungswirkungsgrad ist normal – 23 Prozent. Das alte Turbojet-Triebwerk schnurrte ruhig wie immer und Tonys Zähne klapperten kaum von seinen 17 Türen, die über Schenectady geworfen waren. Aus dem Motor lief nur ein dünner Tropfen Öl aus. Das ist das Leben!

Ich wusste, dass der Flugzeugmotor für höhere Geschwindigkeiten geeignet war, als wir es je versucht hatten. Das Wetter war so klar, der Himmel so blau, die Luft so ruhig, dass ich nicht widerstehen konnte und meine Geschwindigkeit erhöhte. Ich bewegte den Hebel langsam eine Position nach vorne. Der Regler bewegte sich nur leicht und nach etwa fünf Minuten war alles ruhig. 590 Meilen pro Stunde. Ich drückte den Hebel erneut. Nur zwei Düsen sind verstopft. Ich habe den Schmallochreiniger gedrückt. Wieder geöffnet. 640 Meilen pro Stunde. Ruhig. Das Auspuffrohr war fast vollständig verbogen, auf einer Seite standen noch einige Quadratzentimeter frei. Meine Hände juckten nach dem Hebel, also drückte ich ihn noch einmal. Das Flugzeug beschleunigte auf 690 Meilen pro Stunde und durchquerte den kritischen Abschnitt, ohne ein einziges Fenster zu zerbrechen. Die Kabine wurde warm, also habe ich etwas mehr Luft in den Vortex-Kühler gegeben. Mach 0,9! Ich bin noch nie schneller geflogen. Ich konnte außerhalb des Bullauges ein leichtes Zittern sehen, also passte ich die Flügelform an und es verschwand.

Tony döste jetzt und ich blies Rauch aus seiner Pfeife. Ich konnte nicht widerstehen und erhöhte die Geschwindigkeit noch eine Stufe. In genau zehn Minuten erreichten wir Mach 0,95. Hinten, in den Brennräumen, sank der Gesamtdruck höllisch. Das war das Leben! Die Pocket-Anzeige leuchtete rot, aber das war mir egal. Tonys Kerze brannte immer noch. Ich wusste, dass der Gammawert bei Null lag, aber das war mir egal.

Mir war schwindelig vor Aufregung. Nur noch ein bisschen! Ich legte meine Hand auf den Hebel, aber genau in diesem Moment streckte Tony seine Hand aus und sein Knie berührte meine Hand. Der Hebel sprang um zehn Stufen nach oben! Scheiße! Das kleine Flugzeug bebte über seine gesamte Länge und ein kolossaler Geschwindigkeitsverlust warf Tony und mich auf die Konsole. Es fühlte sich an, als wären wir gegen eine massive Mauer gestoßen! Ich konnte sehen, dass die Nase des Flugzeugs zerquetscht war. Ich schaute auf den Tacho und erstarrte! 1,00! Gott, in einem Moment dachte ich, wir sind am Maximum! Wenn ich ihn nicht dazu bringe, langsamer zu fahren, bevor er ausrutscht, werden wir am Ende einen geringeren Luftwiderstand haben! Es ist zu spät! Mach 1.01! 1,02! 1,03! 1,04! 1,06! 1,09! 1,13! 1,18! Ich war verzweifelt, aber Tony wusste, was zu tun war. Im Handumdrehen machte er einen Rückzieher

bewegen! Heiße Luft strömte in das Abgasrohr, wurde in der Turbine komprimiert, drang erneut in die Kammern ein und dehnte sich im Kompressor aus. Kraftstoff begann in die Tanks zu fließen. Der Entropiemesser ging auf Null. Mach 1,20! 1,19! 1,18! 1,17! Wir sind gerettet. Es glitt zurück, es glitt zurück, während Tony und ich beteten, dass der Strömungsteiler nicht hängen bleiben würde. 1,10! 1,08! 1,05!

Scheiße! Wir sind auf der anderen Seite der Mauer angekommen! Wir sitzen in der Falle! Es gibt nicht genug negativen Schub, um zurückzubrechen!

Als wir aus Angst vor der Mauer zusammenkauerten, brach das Heck des Kleinflugzeugs auseinander und Tony rief: „Zündet die Raketenbooster an!“ Aber sie haben die falsche Richtung eingeschlagen!

Tony streckte die Hand aus und schob sie vorwärts, wobei Mach-Linien aus seinen Fingern flossen. Ich habe sie angezündet! Der Schlag war atemberaubend. Wir haben das Bewusstsein verloren.

Als ich zur Besinnung kam, befand sich unser kleines Flugzeug, völlig verstümmelt, gerade in der Null-Mach-Grenze! Ich zog Tony heraus und wir fielen hart zu Boden. Das Flugzeug wurde nach Osten langsamer. Ein paar Sekunden später hörten wir ein Krachen, als wäre er gegen eine andere Wand gestoßen.

Es wurde keine einzige Schraube gefunden. Tony fing an, Netze zu weben, und ich ging zum MIT.

Der österreichische Athlet Felix Baumgartner schaffte aus Rekordhöhe einen Fallschirmsprung aus der Stratosphäre. Seine Geschwindigkeit im freien Fall übertraf die Schallgeschwindigkeit und betrug 1342,8 km pro Stunde, die festgelegte Höhe betrug 39,45 Tausend Meter. Dies wurde auf der Abschlusskonferenz auf dem Territorium der ehemaligen Militärbasis Roswell (New Mexico) offiziell bekannt gegeben.
Der Baumgartner Stratostat mit Helium mit einem Volumen von 850.000 Kubikmetern aus feinstem Material startete um 08:30 Uhr Westküstenzeit (19:30 Uhr Moskauer Zeit), der Aufstieg dauerte etwa zwei Stunden. Etwa 30 Minuten lang gab es recht spannende Vorbereitungen zum Verlassen der Kapsel, Druckmessungen und Überprüfung der Instrumente.
Der freie Fall dauerte laut Experten 4 Minuten und 20 Sekunden ohne geöffneten Bremsfallschirm. Mittlerweile heißt es von den Plattenorganisatoren, dass alle Daten an die österreichische Seite übermittelt werden, danach erfolgt die endgültige Aufnahme und Zertifizierung. Es geht umüber drei Welterfolge: den Sprung von Anfang an Höhepunkt, Dauer des freien Falls und Brechen der Schallgeschwindigkeit. Auf jeden Fall ist Felix Baumgartner der erste Mensch auf der Welt, der außerhalb der Technik die Schallgeschwindigkeit überwunden hat, stellt ITAR-TASS fest. Baumgartners freier Fall dauerte 4 Minuten und 20 Sekunden, allerdings ohne stabilisierenden Fallschirm. Dadurch geriet der Athlet beinahe ins Trudeln und hielt während der ersten 90 Sekunden des Fluges keinen Funkkontakt zum Boden.
„Für einen Moment schien es mir, als würde ich das Bewusstsein verlieren“, beschrieb der Athlet seinen Zustand. „Ich habe jedoch nicht den Bremsfallschirm geöffnet, sondern gleichzeitig versucht, den Flug zu stabilisieren.“ Ich habe klar verstanden, was mit mir passiert ist.“ Dadurch konnte die Rotation „ausgelöscht“ werden. Andernfalls würde sich der Stabilisierungsfallschirm bei anhaltendem Trudeln automatisch öffnen.
An welchem ​​Punkt der Sturz die Schallgeschwindigkeit überschritt, kann der Österreicher nicht sagen. „Ich habe keine Ahnung davon, weil ich zu sehr damit beschäftigt war, meine Position in der Luft zu stabilisieren“, gab er zu und fügte hinzu, dass er auch keines der charakteristischen Knallgeräusche gehört habe, die normalerweise mit dem Durchbrechen der Schallmauer durch Flugzeuge einhergehen. Laut Baumgartner habe er „während des Fluges praktisch nichts gespürt, an keine Aufzeichnungen gedacht.“ „Ich konnte nur daran denken, lebend zur Erde zurückzukehren und meine Familie, meine Eltern, meine Freundin wiederzusehen“, sagte er. „Manchmal muss ein Mensch zu solchen Höhen aufsteigen, nur um zu erkennen, wie klein er ist.“ „Ich habe nur an meine Familie gedacht“, teilte Felix seine Gefühle mit. Wenige Sekunden vor dem Sprung war sein Gedanke: „Herr, verlass mich nicht!“
Der Fallschirmspringer bezeichnete den Austritt aus der Kapsel als den gefährlichsten Moment. „Es war der aufregendste Moment, man spürt die Luft nicht, man versteht körperlich nicht, was passiert, und es ist wichtig, den Druck zu regulieren, um nicht zu sterben“, bemerkte er unangenehmer Moment. Ich hasse diesen Zustand.“ Und „der schönste Moment ist die Erkenntnis, dass man oben auf der Welt steht“, teilte der Athlet mit.

Am 14. Oktober 1947 erreichte die Menschheit einen weiteren Meilenstein. Die Grenze ist recht objektiv und wird in einer bestimmten physikalischen Größe ausgedrückt – der Schallgeschwindigkeit in der Luft, die unter den Bedingungen der Erdatmosphäre je nach Temperatur und Druck im Bereich von 1100–1200 km/h liegt. Die Überschallgeschwindigkeit wurde vom amerikanischen Piloten Chuck Yeager (Charles Elwood „Chuck“ Yeager) erobert, einem jungen Veteranen des Zweiten Weltkriegs, der über außergewöhnlichen Mut und hervorragende Fotogenität verfügte, dank derer er in seinem Heimatland sofort populär wurde, genau wie 14 Jahre alt später Juri Gagarin.

Und es erforderte wirklich Mut, die Schallmauer zu überwinden. Der sowjetische Pilot Ivan Fedorov, der Yeagers Erfolg ein Jahr später, 1948, wiederholte, erinnerte sich an seine damaligen Gefühle: „Bevor der Flug die Schallmauer durchbrechen sollte, wurde klar, dass es danach keine Überlebensgarantie mehr gab.“ Niemand wusste praktisch, was es war und ob das Design des Flugzeugs den Elementen standhalten konnte. Aber wir haben versucht, nicht darüber nachzudenken.“

Tatsächlich war nicht völlig klar, wie sich das Auto bei Überschallgeschwindigkeit verhalten würde. Flugzeugkonstrukteure hatten noch frische Erinnerungen an das plötzliche Unglück der 30er Jahre, als sie mit der Erhöhung der Flugzeuggeschwindigkeiten dringend das Problem des Flatterns lösen mussten – Eigenschwingungen, die sowohl in den starren Strukturen des Flugzeugs als auch in seiner Haut entstehen , wodurch das Flugzeug innerhalb weniger Minuten auseinandergerissen wurde. Der Prozess entwickelte sich wie eine Lawine, schnell, die Piloten hatten keine Zeit, den Flugmodus zu ändern, und die Maschinen zerfielen in der Luft. Mathematiker und Designer sind schon lange dabei Verschiedene Länder hatte Mühe, dieses Problem zu lösen. Die Theorie des Phänomens wurde schließlich vom damals jungen russischen Mathematiker Mstislaw Wsewolodowitsch Keldysch (1911–1978), dem späteren Präsidenten der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, entwickelt. Mit Hilfe dieser Theorie konnte ein Weg gefunden werden, das unangenehme Phänomen für immer zu beseitigen.

Es ist ganz klar, dass von der Schallmauer ebenso unangenehme Überraschungen erwartet wurden. Die numerische Lösung komplexer Differentialgleichungen der Aerodynamik war ohne leistungsstarke Computer unmöglich, und man musste sich darauf verlassen, die Modelle in Windkanälen zu „blasen“. Aus qualitativen Überlegungen war jedoch klar, dass bei Erreichen der Schallgeschwindigkeit eine Stoßwelle in der Nähe des Flugzeugs auftrat. Der entscheidende Moment ist das Durchbrechen der Schallmauer, wenn die Geschwindigkeit des Flugzeugs mit der Schallgeschwindigkeit verglichen wird. In diesem Moment nimmt der Druckunterschied auf verschiedenen Seiten der Wellenfront schnell zu, und wenn der Moment länger als einen Augenblick dauert, kann das Flugzeug nicht schlimmer auseinanderfallen als durch Flattern. Manchmal, wenn die Schallmauer mit unzureichender Beschleunigung durchbrochen wird, schlägt die vom Flugzeug erzeugte Stoßwelle sogar das Glas aus den Fenstern der darunter liegenden Häuser heraus.

Das Verhältnis der Geschwindigkeit eines Flugzeugs zur Schallgeschwindigkeit wird Mach-Zahl genannt (benannt nach dem berühmten deutschen Mechaniker und Philosophen Ernst Mach). Beim Passieren der Schallmauer kommt es dem Piloten so vor, als würde die M-Zahl sprunghaft über eins springen: Chuck Yeager sah, wie die Tachonadel von 0,98 auf 1,02 sprang, woraufhin tatsächlich „göttliche“ Stille im Cockpit herrschte, scheinbar: nur ein Pegel Der Schalldruck in der Flugzeugkabine sinkt um ein Vielfaches. Dieser Moment der „Reinigung vom Klang“ ist sehr heimtückisch; er hat vielen Testern das Leben gekostet. Die Gefahr, dass sein X-1-Flugzeug auseinanderfällt, ist jedoch gering.

Die X-1, die im Januar 1946 von Bell Aircraft hergestellt wurde, war ein reines Forschungsflugzeug, das nicht mehr als die Schallmauer durchbrechen sollte. Obwohl das Fahrzeug vom Verteidigungsministerium bestellt wurde, war es anstelle von Waffen mit wissenschaftlicher Ausrüstung ausgestattet, die die Funktionsweise von Komponenten, Instrumenten und Mechanismen überwacht. Die X-1 war wie eine moderne Marschflugkörper. Es verfügte über ein Reaction Motors-Raketentriebwerk mit einer Schubkraft von 2722 kg. Maximales Abfluggewicht 6078 kg. Länge 9,45 m, Höhe 3,3 m, Flügelspannweite 8,53 m. Höchstgeschwindigkeit in einer Höhe von 18290 m 2736 km/h. Das Fahrzeug wurde von einem strategischen B-29-Bomber gestartet und landete auf stählernen „Skiern“ auf einem ausgetrockneten Salzsee.

Die „taktischen und technischen Parameter“ seines Piloten sind nicht weniger beeindruckend. Chuck Yeager wurde am 13. Februar 1923 geboren. Nach der Schule besuchte ich die Flugschule und nach meinem Abschluss ging ich zum Kämpfen nach Europa. Eine Messerschmitt-109 abgeschossen. Er selbst wurde am Himmel über Frankreich abgeschossen, konnte aber von Partisanen gerettet werden. Als wäre nichts passiert, kehrte er zu seinem Stützpunkt in England zurück. Der wachsame Spionageabwehrdienst glaubte jedoch nicht an die wundersame Befreiung aus der Gefangenschaft, entzog den Piloten dem Flug und schickte ihn nach hinten. Der ehrgeizige Yeager erreichte einen Empfang beim Oberbefehlshaber der alliierten Streitkräfte in Europa, General Eisenhower, der Yeager glaubte. Und er täuschte sich nicht – in den sechs Monaten bis Kriegsende absolvierte der junge Pilot 64 Kampfeinsätze und schoss 13 feindliche Flugzeuge ab, davon 4 in einem Gefecht. Und er kehrte im Rang eines Kapitäns mit einem hervorragenden Dossier in seine Heimat zurück, aus dem hervorgeht, dass er in jeder kritischen Situation über ein phänomenales Fluginstinkt, unglaubliche Gelassenheit und erstaunliche Ausdauer verfügte. Dank dieser Eigenschaft wurde er in das Team der Überschalltester aufgenommen, die ebenso sorgfältig ausgewählt und geschult wurden wie spätere Astronauten.

Yeager benannte den X-1 zu Ehren seiner Frau in „Glamorous Glennis“ um und stellte damit mehr als einmal Rekorde auf. Ende Oktober 1947 fiel der bisherige Höhenrekord von 21.372 m. Im Dezember 1953 erreichte eine neue Modifikation der Maschine, die X-1A, eine Geschwindigkeit von 2,35 m und fast 2800 km/h und stieg sechs Monate später bis zu einer Höhe von 27.430 m. Darüber hinaus gab es Tests mehrerer in Serie gebrachter Jäger und Tests unserer MiG-15, die währenddessen erbeutet und nach Amerika transportiert wurden Koreakrieg. Anschließend befehligte Yeager verschiedene Testeinheiten der Luftwaffe sowohl in den Vereinigten Staaten als auch auf amerikanischen Stützpunkten in Europa und Asien, nahm an Kampfeinsätzen in Vietnam teil und bildete Piloten aus. Er ging im Februar 1975 im Rang eines Brigadegenerals in den Ruhestand, nachdem er während seines tapferen Dienstes 10.000 Stunden geflogen, 180 verschiedene Überschallmodelle getestet und eine einzigartige Sammlung von Orden und Medaillen gesammelt hatte. Mitte der 80er Jahre wurde ein Film gedreht, der auf der Biografie des mutigen Mannes basiert, der als erster der Welt die Schallmauer überwand, und danach wurde Chuck Yeager nicht einmal ein Held, sondern ein nationales Relikt. IN Letztes Mal Am 14. Oktober 1997 übernahm er das Steuer einer F-16 und durchbrach am fünfzigsten Jahrestag seines historischen Fluges die Schallmauer. Yeager war damals 74 Jahre alt. Im Allgemeinen sollten diese Menschen, wie der Dichter sagte, zu Nägeln verarbeitet werden.

Auf der anderen Seite des Ozeans gibt es viele solcher Menschen. Sowjetische Designer begannen gleichzeitig mit amerikanischen zu versuchen, die Schallmauer zu überwinden. Für sie war dies jedoch kein Selbstzweck, sondern ein völlig pragmatischer Akt. Wenn die X-1 eine reine Forschungsmaschine war, dann wurde in unserem Land die Schallmauer bei Prototypen von Jägern gestürmt, die zur Ausrüstung von Luftwaffeneinheiten in Serie gebracht werden sollten.

An dem Wettbewerb nahmen mehrere Designbüros teil: Lavochkin Design Bureau, Mikoyan Design Bureau und Yakovlev Design Bureau, die gleichzeitig Flugzeuge mit geschwungenen Flügeln entwickelten, was damals eine revolutionäre Designlösung darstellte. Sie erreichten das Überschallziel in dieser Reihenfolge: La-176 (1948), MiG-15 (1949), Yak-50 (1950). Dort wurde das Problem jedoch in einem recht komplexen Kontext gelöst: Ein Militärfahrzeug muss nicht nur eine hohe Geschwindigkeit, sondern auch viele andere Eigenschaften haben – Manövrierfähigkeit, Überlebensfähigkeit, minimale Vorbereitungszeit vor dem Flug, leistungsstarke Waffen, beeindruckende Munition usw. usw. Es sollte auch beachtet werden, dass in Sowjetzeit Die Entscheidungen staatlicher Abnahmekommissionen wurden häufig nicht nur von objektiven Faktoren, sondern auch von subjektiven Fragen im Zusammenhang mit den politischen Manövern der Bauträger beeinflusst. Diese Gesamtheit der Umstände führte zur Einführung des MiG-15-Jagdflugzeugs, das in den 50er Jahren in den örtlichen Militäreinsatzgebieten gute Leistungen erbrachte. Es war dieses Auto, das, wie oben erwähnt, in Korea erbeutet wurde und mit dem Chuck Yeager „herumfuhr“.

Die La-176 nutzte damals eine Rekordschwenkung des Flügels von 45 Grad. Das Turbostrahltriebwerk VK-1 lieferte einen Schub von 2700 kg. Länge 10,97 m, Spannweite 8,59 m, Flügelfläche 18,26 qm. Abfluggewicht 4636 kg. Decke 15.000 m. Flugreichweite 1000 km. Bewaffnung: eine 37-mm-Kanone und zwei 23-mm-Kanonen. Das Auto war im Herbst 1948 fertig und im Dezember begannen seine Flugtests auf der Krim auf einem Militärflugplatz in der Nähe der Stadt Saki. Zu den Leitern der Tests gehörte der zukünftige Akademiker Wladimir Wassiljewitsch Struminsky (1914–1998); die Piloten des Versuchsflugzeugs waren Kapitän Oleg Sokolovsky und Oberst Ivan Fedorov, der später den Titel eines Helden erhielt die Sowjetunion. Sokolovsky starb durch einen absurden Unfall während des vierten Fluges, weil er vergessen hatte, die Cockpithaube zu schließen.

Oberst Ivan Fedorov durchbrach am 26. Dezember 1948 die Schallmauer. Nachdem er eine Höhe von 10.000 Metern erreicht hatte, drehte er den Steuerknüppel von sich weg und begann im Sturzflug zu beschleunigen. „Ich beschleunige meinen 176er aus großer Höhe“, erinnert sich der Pilot. Ein ermüdender, leiser Pfiff ist zu hören. Mit zunehmender Geschwindigkeit rast das Flugzeug dem Boden entgegen. Auf der Tachoskala bewegt sich die Nadel von dreistelligen Zahlen zu vierstelligen Zahlen. Das Flugzeug zittert wie im Fieber. Und plötzlich Stille! Die Schallmauer wurde eingenommen. Die anschließende Dekodierung der Oszillogramme ergab, dass die Zahl M eins überschritten hatte.“ Dies geschah in einer Höhe von 7.000 Metern, wo eine Geschwindigkeit von 1,02 m gemessen wurde.

Anschließend stieg die Geschwindigkeit bemannter Flugzeuge durch eine Steigerung der Triebwerksleistung, den Einsatz neuer Materialien und die Optimierung aerodynamischer Parameter stetig weiter an. Dieser Prozess ist jedoch nicht unbegrenzt. Einerseits wird es durch Rationalitätserwägungen gehemmt, wenn Treibstoffverbrauch, Entwicklungskosten, Flugsicherheit und andere nicht müßige Überlegungen berücksichtigt werden. Und selbst in der militärischen Luftfahrt, wo Geld und Pilotensicherheit keine so große Rolle spielen, liegen die Geschwindigkeiten der „schnellsten“ Maschinen im Bereich von 1,5 M bis 3 M. Es scheint, als wäre nichts mehr erforderlich. (Der Geschwindigkeitsrekord für bemannte Flugzeuge mit Strahltriebwerken gehört dem amerikanischen Aufklärungsflugzeug SR-71 und liegt bei 3,2 M.)

Andererseits gibt es eine unüberwindbare thermische Barriere: Bei einer bestimmten Geschwindigkeit erfolgt die Erwärmung der Karosserie durch Reibung mit Luft so schnell, dass eine Wärmeabfuhr von der Oberfläche unmöglich ist. Berechnungen zeigen, dass dies bei Normaldruck mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 10 Mach geschehen sollte.

Dennoch wurde die 10-Meter-Grenze auf demselben Edwards-Trainingsgelände erreicht. Dies geschah im Jahr 2005. Der Rekordhalter war das unbemannte Raketenflugzeug X-43A, das im Rahmen des siebenjährigen ehrgeizigen Hiper-X-Programms zur Entwicklung einer neuen Art von Technologie hergestellt wurde, die das Gesicht der zukünftigen Raketen- und Weltraumtechnologie radikal verändern soll. Die Kosten betragen 230 Millionen US-Dollar. Der Rekord wurde in einer Höhe von 33.000 Metern aufgestellt. Die Drohne nutzt ein neues Beschleunigungssystem. Zuerst wird eine traditionelle Feststoffrakete abgefeuert, mit deren Hilfe die X-43A eine Geschwindigkeit von 7 Mach erreicht, und dann wird ein neuer Triebwerkstyp eingeschaltet – ein Hyperschall-Staustrahltriebwerk (Scramjet oder Scramjet). Dabei wird gewöhnliche atmosphärische Luft als Oxidationsmittel und gasförmiger Brennstoff als Oxidationsmittel verwendet (ein ziemlich klassisches Schema einer unkontrollierten Explosion).

Gemäß dem Programm wurden drei unbemannte Modelle hergestellt, die nach Abschluss der Aufgabe im Meer versenkt wurden. Der nächste Schritt beinhaltet die Schaffung bemannter Fahrzeuge. Nach dem Testen werden die erzielten Ergebnisse bei der Entwicklung einer Vielzahl „nützlicher“ Geräte berücksichtigt. Neben Flugzeugen werden für den Bedarf der NASA auch Hyperschall-Militärfahrzeuge – Bomber, Aufklärungsflugzeuge und Transportflugzeuge – gebaut. Boeing, das am Hiper-X-Programm teilnimmt, plant, bis 2030–2040 ein Hyperschallflugzeug für 250 Passagiere zu bauen. Es ist ganz klar, dass es keine Fenster geben wird, die bei solchen Geschwindigkeiten die Aerodynamik beeinträchtigen und der thermischen Erwärmung nicht standhalten. Statt Bullaugen gibt es Bildschirme mit Videoaufnahmen vorbeiziehender Wolken.

Es besteht kein Zweifel, dass diese Transportart gefragt sein wird, denn je weiter man kommt, desto teurer wird die Zeit, da immer mehr Emotionen, verdientes Geld und andere Komponenten in einer Zeiteinheit untergebracht werden. modernes Leben. In dieser Hinsicht besteht kein Zweifel daran, dass sich die Menschen eines Tages in Schmetterlinge eines Tages verwandeln werden: Ein Tag wird so ereignisreich sein wie das gesamte gegenwärtige (oder vielmehr gestern) menschliche Leben. Und es kann davon ausgegangen werden, dass jemand oder etwas das Hiper-X-Programm in Bezug auf die Menschheit umsetzt.