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Fotografias espetaculares de caças em um denso cone de vapor d'água costumam representar a aeronave quebrando a barreira do som. Mas isso é um erro. O colunista fala sobre o verdadeiro motivo fenômeno.

Este fenômeno espetacular foi repetidamente capturado por fotógrafos e cinegrafistas. Um jato militar passa sobre o solo em alta velocidade, várias centenas de quilômetros por hora.

À medida que o caça acelera, um denso cone de condensação começa a se formar ao seu redor; parece que o avião está dentro de uma nuvem compacta.

As legendas que estimulam a imaginação nessas fotografias costumam afirmar que se trata de uma evidência visual de um estrondo sônico quando uma aeronave atinge uma altitude. velocidade do som.

Na verdade isso não é verdade. Estamos observando o chamado efeito Prandtl-Glauert – um fenômeno físico que ocorre quando uma aeronave se aproxima da velocidade do som. Não tem nada a ver com quebrar a barreira do som.

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À medida que a fabricação de aeronaves se desenvolveu, as formas aerodinâmicas tornaram-se cada vez mais simplificadas e a velocidade das aeronaves aumentou constantemente - as aeronaves começaram a fazer coisas com o ar ao seu redor que seus antecessores mais lentos e volumosos não eram capazes de fazer.

As misteriosas ondas de choque que se formam em torno de aeronaves voando baixo à medida que se aproximam e depois rompem a barreira do som sugerem que o ar se comporta de maneira estranha em tais velocidades.

Então, o que são essas misteriosas nuvens de condensação?

De acordo com Rod Irwin, presidente do grupo de aerodinâmica da Royal Aeronautical Society, as condições sob as quais ocorre um cone de vapor precedem imediatamente a quebra da barreira do som por uma aeronave. No entanto, esse fenômeno geralmente é fotografado em velocidades ligeiramente inferiores à velocidade do som.

As camadas superficiais de ar são mais densas que a atmosfera em grandes altitudes. Ao voar em baixas altitudes, ocorre aumento de atrito e arrasto.

A propósito, os pilotos estão proibidos de romper a barreira do som em terra. “Você pode ir supersônico sobre o oceano, mas não sobre uma superfície sólida”, explica Irwin “A propósito, esta circunstância foi um problema para o navio supersônico de passageiros Concorde - a proibição foi introduzida depois que ele foi colocado em operação, e o. a tripulação foi autorizada a desenvolver velocidade supersônica apenas na superfície da água".

Além disso, é extremamente difícil registar visualmente um estrondo sónico quando uma aeronave atinge velocidade supersónica. Não pode ser visto a olho nu - apenas com a ajuda de equipamentos especiais.

Para fotografar modelos soprados em velocidades supersônicas em túneis de vento, normalmente são usados ​​espelhos especiais para detectar a diferença na reflexão da luz causada pela formação da onda de choque.

Fotografias obtidas pelo chamado método Schlieren (ou método Toepler) são utilizadas para visualizar ondas de choque (ou, como também são chamadas, ondas de choque) formadas ao redor do modelo.

Durante o sopro, não são criados cones de condensação ao redor dos modelos, pois o ar utilizado nos túneis de vento é pré-seco.

Cones de vapor d'água estão associados a ondas de choque (existem várias) que se formam ao redor da aeronave à medida que ela ganha velocidade.

Quando a velocidade de uma aeronave se aproxima da velocidade do som (cerca de 1.234 km/h ao nível do mar), ocorre uma diferença na pressão local e na temperatura no ar que flui ao seu redor.

Como resultado, o ar perde a capacidade de reter umidade e a condensação se forma em forma de cone, como neste vídeo.

“O cone de vapor visível é causado por uma onda de choque, que cria uma diferença de pressão e temperatura no ar ao redor da aeronave”, diz Irwin.

Muitas das melhores fotografias do fenómeno são tiradas por aviões da Marinha dos EUA – o que não é surpreendente, dado que o ar quente e húmido perto da superfície do mar tende a tornar o efeito Prandtl-Glauert mais pronunciado.

Essas acrobacias são frequentemente realizadas por caças-bombardeiros F/A-18 Hornet, o principal tipo de aeronave baseada em porta-aviões da aviação naval americana.

Os mesmos veículos de combate são utilizados por membros da equipe acrobática dos Blue Angels da Marinha dos EUA, que realizam manobras com habilidade nas quais uma nuvem de condensação se forma ao redor da aeronave.

Devido à natureza espetacular do fenômeno, é frequentemente utilizado para popularizar a aviação naval. Os pilotos manobram deliberadamente sobre o mar, onde as condições para a ocorrência do efeito Prandtl-Gloert são mais ideais, e fotógrafos navais profissionais estão de plantão nas proximidades - afinal, é impossível tirar uma foto nítida de um avião a jato voando em uma velocidade de 960 km/h com um smartphone normal.

As nuvens de condensação parecem mais impressionantes no chamado modo de vôo transônico, quando o ar flui parcialmente ao redor da aeronave em velocidades supersônicas e parcialmente em velocidades subsônicas.

“O avião não está necessariamente voando em velocidade supersônica, mas o ar flui sobre a superfície superior da asa a uma velocidade maior do que a superfície inferior, o que leva a uma onda de choque local”, diz Irwin.

Segundo ele, para que o efeito Prandtl-Glauert ocorra são necessárias certas condições climáticas (nomeadamente, ar quente e húmido), que os caças de porta-aviões encontram com mais frequência do que outras aeronaves.

Basta solicitar o serviço a um fotógrafo profissional e pronto! - seu avião foi capturado cercado por uma espetacular nuvem de vapor d'água, que muitos de nós erroneamente tomamos como um sinal de que estamos atingindo a velocidade supersônica.

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No entanto, as primeiras coisas primeiro. Pela primeira vez, o piloto de testes americano Chuck Yeager quebrou a barreira do som na aeronave experimental Bell X-1 (com asa reta e motor de foguete XLR-11). Isso aconteceu há mais de setenta anos - em 1947. Ele conseguiu acelerar mais rápido que a velocidade do som, fazendo com que o avião mergulhasse superficialmente. Um ano depois, os pilotos de testes soviéticos Sokolovsky e Fedorov conseguiram o mesmo no caça experimental La-176, que existia em uma única cópia.

Foram tempos difíceis para a aviação. Os pilotos literalmente acumularam experiência aos poucos, arriscando suas vidas a cada vez para descobrir se eram possíveis voos em velocidades acima de um Mach. A vibração das asas e o arrasto das ondas ceifaram mais de uma vida antes que os designers aprendessem a lidar com esses fenômenos.

O fato é que ao superar a velocidade do som, o arrasto aerodinâmico aumenta acentuadamente e o aquecimento cinético da estrutura devido ao atrito do fluxo de ar que se aproxima aumenta. Além disso, neste momento é registrada uma mudança no foco aerodinâmico, o que leva à perda de estabilidade e controlabilidade da aeronave.

12 anos depois, caças supersônicos MiG-19 em série já estavam caçando aviões espiões americanos, e nem uma única aeronave civil havia tentado exceder a velocidade do som. Isso aconteceu apenas em 21 de agosto de 1961: um avião de passageiros Douglas DC-8, caindo em um mergulho, acelerou para Mach 1,1. O voo foi experimental, com o objetivo de coletar mais informações sobre o comportamento da máquina nessas velocidades.

Depois de algum tempo, o Tu-144 soviético e o Concorde franco-britânico decolaram. Quase simultaneamente: o nosso carro um pouco antes, em 31 de dezembro de 1968, e o europeu - em março de 1969. Mas em termos de volume de passageiros transportados durante todo o período de operação dos modelos, os capitalistas nos superaram muito. Enquanto o Tu-144 transportava pouco mais de 3 mil passageiros, o Concordes, operando até 2003, transportava mais de 2,5 milhões de pessoas. No entanto, isso não ajudou o projeto. No final das contas, foi fechado, e o acidente de grande repercussão perto de Paris, no qual a aeronave supersônica não teve culpa, também se revelou muito inoportuno.

Três respostas "não"

Geralmente são apresentadas três razões como a razão incontestável para a futilidade das aeronaves supersônicas comerciais – muito caras, muito complexas, muito barulhentas. Na verdade, quem assistiu ao vôo de um jato militar supersônico nunca esquecerá a sensação de uma pancada nos ouvidos e o rugido selvagem com que o avião passa por você em velocidade supersônica.

A propósito, um estrondo sônico não é um fenômeno único; ele acompanha a aeronave ao longo de todo o seu percurso, sempre que a velocidade da aeronave é superior à velocidade do som. Também é difícil contestar o facto de um avião a jacto consumir tanto combustível que parece mais fácil reabastecê-lo apenas com notas.

Falando sobre projetos modernos aeronaves supersônicas de passageiros, cada uma dessas questões deve primeiro ser respondida. Só neste caso podemos esperar que todos os projectos existentes não natimortam.

Som

Os designers decidiram começar pelo som. Nos últimos anos, muitos apareceram trabalhos científicos, provando que certos formatos de fuselagem e asas podem reduzir o número de ondas de choque geradas por uma aeronave e reduzir sua intensidade. Tal decisão exigiu um redesenho completo dos cascos, múltiplas simulações de modelos em computador e vários milhares de horas de purga de futuras aeronaves em um túnel de vento.

Os principais projetos que trabalham na aerodinâmica das aeronaves do futuro são o QueSST de especialistas da NASA e o desenvolvimento japonês D-SEND-2, criado sob os auspícios da Agência de Exploração Aeroespacial local JAXA. Ambos os projetos estão em andamento há vários anos, aproximando-se sistematicamente da aerodinâmica “ideal” para voos supersônicos.

Supõe-se que as novas aeronaves supersônicas de passageiros não criarão um estrondo sônico agudo e forte, mas pulsações sonoras suaves muito mais agradáveis ​​ao ouvido. Isto é, claro, ainda será alto, mas não “alto e doloroso”. Outra forma de resolver o problema da barreira do som era reduzir o tamanho da aeronave. Quase todos os desenvolvimentos atualmente em andamento são aeronaves pequenas, capazes de transportar no máximo 10 a 40 passageiros.

No entanto, também existem empresas iniciantes neste assunto. Em setembro passado, a companhia aérea Spike Aerospace, com sede em Boston, anunciou que havia quase concluído um modelo da aeronave supersônica de passageiros S-512 Quiet Supersonic Jet. A previsão é que os testes de voo comecem em 2018 e que a primeira aeronave com passageiros a bordo decole o mais tardar no final de 2023.

Mais ousada ainda foi a afirmação dos criadores de que o problema com o som estava praticamente resolvido e os primeiros testes mostrariam isso. Parece que especialistas da NASA e da JAXA, que passaram muitos anos resolvendo esse problema, irão monitorar os testes mais do que de perto.

Há também outra solução interessante para o problema do som - um avião quebrando a barreira do som durante uma decolagem quase vertical. Nesse caso, o efeito das ondas de choque será mais fraco e, após atingir uma altura de 20 a 30 mil metros, esse problema pode ser esquecido - muito longe da Terra.

Motores

O trabalho em motores para futuras aeronaves supersônicas também não para. Mesmo os motores subsônicos nos últimos anos conseguiram aumentar significativamente a potência e a eficiência devido à introdução de caixas de engrenagens especiais, materiais cerâmicos e à introdução de um circuito de ar adicional.

Com aeronaves supersônicas, as coisas são um pouco mais complicadas. A questão é que quando nível moderno desenvolvimento tecnológico, os motores turbojato são capazes de atingir uma velocidade máxima de Mach 2,2 (cerca de 2.500 quilômetros por hora), para atingir o mesmo velocidade mais altaé necessário o uso de motores ramjet capazes de acelerar a aeronave a velocidades hipersônicas (mais de Mach 5). No entanto, isto é – por enquanto – bastante uma fantasia.

Segundo os desenvolvedores, eles já conseguem um custo de voo 30% menor que o do Concorde, mesmo com um número pequeno de passageiros. Tais dados foram publicados pela startup Boom Technologies em 2016. Na sua opinião, um bilhete na rota Londres-Nova Iorque custará cerca de 5.000 dólares, o que é comparável ao preço de um bilhete voando em primeira classe num avião subsónico normal.

Actualmente, o problema de “quebrar a barreira do som” parece ser essencialmente um problema para motores de propulsão de alta potência. Se houver impulso suficiente para superar o aumento no arrasto encontrado até e imediatamente na barreira do som, de modo que a aeronave possa passar rapidamente pela faixa de velocidade crítica, então nenhuma dificuldade particular deverá ser esperada. Pode ser mais fácil para uma aeronave voar na faixa de velocidade supersônica do que na faixa de transição entre velocidades subsônicas e supersônicas.

A situação é, portanto, algo semelhante à que prevalecia no início deste século, quando os irmãos Wright conseguiram provar a possibilidade de voo motorizado porque possuíam um motor leve com impulso suficiente. Se tivéssemos os motores adequados, o voo supersônico se tornaria bastante comum. Até recentemente, a quebra da barreira do som em vôo horizontal era realizada apenas com o uso de sistemas de propulsão pouco econômicos, como motores de foguete e ramjet com consumo de combustível muito alto. Aeronaves experimentais como o X-1 e o Sky-rocket são equipadas com motores de foguete que são confiáveis ​​apenas por alguns minutos de vôo, ou turbo motores a jato com pós-combustores, mas no momento em que este livro foi escrito, foram criadas várias aeronaves que podem voar em velocidades supersônicas por meia hora. Se você ler em um jornal que um avião “ultrapassou a barreira do som”, isso geralmente significa que ele o fez mergulhando. Neste caso, a gravidade complementou a força de tração insuficiente.

Há um fenómeno estranho associado a estas acrobacias que gostaria de salientar. Suponhamos que o avião

aproxima-se do observador em velocidade subsônica, mergulha, atingindo velocidade supersônica, depois sai do mergulho e novamente continua a voar em velocidade subsônica. Neste caso, um observador no solo frequentemente ouve dois sons altos e estrondosos, um após o outro rapidamente: “Boom, boom!” Alguns cientistas propuseram explicações para a origem do duplo zumbido. Ackeret em Zurique e Maurice Roy em Paris propuseram que o zumbido se devia ao acúmulo de pulsos sonoros, como o ruído do motor, emitidos enquanto a aeronave passava pela velocidade do som. Se um avião estiver se movendo em direção a um observador, então o ruído produzido pelo avião chegará ao observador em um período de tempo mais curto comparado ao intervalo em que foi emitido. Assim, há sempre algum acúmulo de pulsos sonoros, desde que a fonte sonora esteja se movendo em direção ao observador. No entanto, se a fonte sonora se mover a uma velocidade próxima à velocidade do som, a acumulação se intensifica indefinidamente. Isto torna-se óbvio se considerarmos que todo o som emitido por uma fonte que se move exactamente à velocidade do som directamente em direcção ao observador alcançará este último num curto momento de tempo, nomeadamente, quando a fonte sonora se aproxima da localização do observador. A razão é que o som e a fonte do som viajarão na mesma velocidade. Se o som estivesse se movendo em velocidade supersônica durante esse período de tempo, então a sequência de pulsos sonoros percebidos e emitidos seria invertida; o observador distinguirá os sinais emitidos mais tarde, antes de perceber os sinais emitidos anteriormente.

O processo de zumbido duplo, de acordo com esta teoria, pode ser ilustrado pelo diagrama da Fig. 58. Suponha que um avião se mova em linha reta em direção ao observador, mas a uma velocidade variável. A curva AB mostra o movimento da aeronave em função do tempo. O ângulo da tangente à curva indica a velocidade instantânea da aeronave. As linhas paralelas mostradas no diagrama indicam a propagação do som; o ângulo de inclinação dessas linhas retas corresponde à velocidade do som. Primeiro, no segmento a velocidade da aeronave é subsônica, depois no segmento é supersônica e, finalmente, no segmento é subsônica novamente. Se o observador estiver na distância inicial D, então os pontos mostrados em linha horizontal correspondem à sequência de percepção

Arroz. 58. Diagrama distância-tempo de um avião voando em velocidade variável. Linhas paralelas com ângulo de inclinação mostram a propagação do som.

impulsos sonoros. Vemos que o som produzido pela aeronave durante a segunda passagem da barreira sonora (ponto ) chega ao observador mais cedo do que o som produzido durante a primeira passagem (ponto). Durante esses dois momentos, o observador percebe, através de um intervalo de tempo infinitesimal, impulsos emitidos durante um período limitado de tempo. Conseqüentemente, ele ouve um estrondo semelhante a uma explosão. Entre dois zumbidos, ele percebe simultaneamente três impulsos emitidos em tempo diferente de avião.

Na Fig. A Figura 59 mostra esquematicamente a intensidade de ruído que pode ser esperada neste caso simplificado. Deve-se observar que o acúmulo de pulsos sonoros no caso de aproximação de uma fonte sonora é o mesmo processo conhecido como efeito Doppler; entretanto, a característica deste último efeito é geralmente limitada à mudança no tom associada ao processo de acumulação. A intensidade do ruído percebido é difícil de calcular porque depende do mecanismo de produção do som, que não é muito conhecido. Além disso, o processo é complicado pelo formato da trajetória, possíveis ecos, bem como ondas de choque que são observadas em várias partes da aeronave durante o vôo e cuja energia é convertida em ondas sonoras após a aeronave reduzir a velocidade. Em alguns

Arroz. 59. Representação esquemática da intensidade do ruído percebida por um observador.

Artigos recentes sobre este tema atribuíram a essas ondas de choque o fenômeno do zumbido duplo, às vezes triplo, observado em mergulhos de alta velocidade.

O problema de “quebrar a barreira do som” ou “parede de som” parece capturar a imaginação do público (um filme inglês chamado “Breaking the Sound Barrier” dá uma ideia dos desafios associados ao voo Mach 1); pilotos e engenheiros discutem o problema de maneira séria e jocosa. Próximo " relatório científico"O voo transônico demonstra uma combinação maravilhosa de conhecimento técnico e licença poética:

Deslizamos suavemente pelo ar a 540 milhas por hora. Sempre gostei do pequeno XP-AZ5601-NG por seus controles simples e pelo fato de o indicador Prandtl-Reynolds estar escondido no canto direito, na parte superior do painel. Eu verifiquei os instrumentos. Água, combustível, rotações por minuto, eficiência de Carnot, velocidade de avanço, entalpia. Tudo bem. Curso 270°. A eficiência de combustão é normal - 23 por cento. O velho motor turbojato ronronava calmamente como sempre, e os dentes de Tony mal batiam em suas 17 portas, jogadas sobre Schenectady. Apenas um fio fino de óleo vazou do motor. Esta é a vida!

Eu sabia que o motor do avião era bom para velocidades mais altas do que jamais havíamos tentado. O tempo estava tão claro, o céu tão azul, o ar tão calmo que não resisti e aumentei a velocidade. Movi lentamente a alavanca para frente uma posição. O regulador moveu-se apenas ligeiramente e, depois de cerca de cinco minutos, tudo estava calmo. 590 mph. Pressionei a alavanca novamente. Apenas dois bicos estão entupidos. Pressionei o limpador de buraco estreito. Abra novamente. 640 mph. Quieto. O tubo de escape estava quase completamente dobrado, com alguns centímetros quadrados ainda expostos de um lado. Minhas mãos estavam ansiosas pela alavanca, então apertei-a novamente. O avião acelerou a 690 milhas por hora, passando pelo segmento crítico sem quebrar uma única janela. A cabine estava esquentando, então adicionei mais ar ao refrigerador vórtice. Mach 0,9! Nunca voei mais rápido. Pude ver uma leve vibração fora da vigia, então ajustei o formato da asa e ela desapareceu.

Tony estava cochilando agora e eu soprei a fumaça de seu cachimbo. Não resisti e aumentei a velocidade mais um nível. Em exatos dez minutos estávamos iguais a Mach 0,95. Na traseira, nas câmaras de combustão, a pressão geral caiu vertiginosamente. Esta era a vida! O indicador do Pocket ficou vermelho, mas não me importei. A vela de Tony ainda estava acesa. Eu sabia que a gama estava em zero, mas não me importei.

Eu estava tonto de excitação. Um pouco mais! Coloquei minha mão na alavanca, mas naquele momento Tony estendeu a mão e seu joelho bateu em minha mão. A alavanca subiu dez níveis! Porra! O pequeno avião estremeceu em toda a sua extensão e uma perda colossal de velocidade jogou Tony e eu contra o painel. Parecia que tínhamos atingido uma parede de tijolos sólidos! Pude ver que o nariz do avião estava esmagado. Olhei para o velocímetro e congelei! 1,00! Deus, num instante pensei, estamos no máximo! Se eu não fizer com que ele diminua a velocidade antes que escorregue, acabaremos diminuindo o arrasto! Tarde demais! Mach 1.01! 1.02! 1.03! 1.04! 1.06! 1.09! 1.13! 1,18! Eu estava desesperado, mas Tony sabia o que fazer. Em um piscar de olhos ele recuou

mover! O ar quente entrou no tubo de escape, foi comprimido na turbina, invadiu novamente as câmaras e expandiu o compressor. O combustível começou a fluir para os tanques. O medidor de entropia chegou a zero. Mach 1,20! 1,19! 1,18! 1.17! Estamos salvos. Ele deslizou para trás, deslizou para trás enquanto Tony e eu rezamos para que o divisor de fluxo não grudasse. 1,10! 1.08! 1,05!

Porra! Atingimos o outro lado do muro! Estamos presos! Não há impulso negativo suficiente para quebrar!

Enquanto nos encolhíamos de medo da parede, a cauda do pequeno avião se desfez e Tony gritou: “Acendam os foguetes!” Mas eles viraram na direção errada!

Tony estendeu a mão e empurrou-os para frente, linhas Mach fluindo de seus dedos. Eu coloquei fogo neles! O golpe foi impressionante. Perdemos a consciência.

Quando recobrei o juízo, nosso pequeno avião, todo mutilado, estava passando por Mach zero! Puxei Tony para fora e caímos com força no chão. O avião estava desacelerando para leste. Alguns segundos depois ouvimos um estrondo, como se ele tivesse batido em outra parede.

Nem um único parafuso foi encontrado. Tony começou a tecer redes e eu fui para o MIT.

O atleta austríaco Felix Baumgartner saltou de paraquedas da estratosfera de uma altura recorde. Sua velocidade em queda livre superou a velocidade do som e foi de 1.342,8 km por hora, a altitude fixa foi de 39,45 mil metros. O anúncio oficial foi feito na conferência final no território da antiga base militar de Roswell (Novo México).
O Baumgartner Stratostat com hélio com volume de 850 mil metros cúbicos, feito do melhor material, lançado às 8h30, horário da Costa Oeste (19h30, horário de Moscou), a subida durou cerca de duas horas. Durante cerca de 30 minutos houve preparativos bastante emocionantes para a saída da cápsula, medições de pressão e verificação de instrumentos.
A queda livre, segundo especialistas, durou 4 minutos e 20 segundos sem o paraquedas de frenagem aberto. Entretanto, os organizadores do registo afirmam que todos os dados serão transferidos para o lado austríaco, após o que terá lugar o registo final e a certificação. É sobre sobre três conquistas mundiais: o salto desde o início ponto alto, duração da queda livre e quebra da velocidade do som. De qualquer forma, Felix Baumgartner é a primeira pessoa no mundo a superar a velocidade do som fora da tecnologia, observa ITAR-TASS. A queda livre de Baumgartner durou 4 minutos e 20 segundos, mas sem pára-quedas estabilizador. Com isso, o atleta quase entrou em parafuso e não manteve contato de rádio com o solo durante os primeiros 90 segundos do voo.
“Por um momento pareceu-me que estava a perder a consciência”, descreveu o atleta “No entanto, não abri o pára-quedas de travagem, mas tentei estabilizar o voo sozinho. entendi claramente o que estava acontecendo comigo.” Com isso, foi possível “extinguir” a rotação. Caso contrário, se o giro se arrastasse, o pára-quedas estabilizador abriria automaticamente.
Em que ponto a queda excedeu a velocidade do som, o austríaco não sabe dizer. “Não faço ideia porque estava demasiado ocupado a tentar estabilizar a minha posição no ar”, admitiu, acrescentando que também não ouviu nenhum dos estalos característicos que normalmente acompanham os aviões que quebram a barreira do som. Segundo Baumgartner, “durante o voo ele não sentiu praticamente nada, não pensou em nenhum recorde”. “Tudo o que eu conseguia pensar era voltar vivo para a Terra e ver minha família, meus pais, minha namorada”, disse ele. “Às vezes uma pessoa precisa subir a tais alturas apenas para perceber o quão pequena ela é”. “Eu só pensava na minha família”, Felix compartilhou seus sentimentos. Alguns segundos antes do salto, seu pensamento foi: “Senhor, não me deixe!”
O paraquedista considerou a saída da cápsula o momento mais perigoso. “Foi o momento mais emocionante, você não sente o ar, não entende fisicamente o que está acontecendo e é importante regular a pressão para não morrer”, observou. momento desagradável. Odeio esse estado”. E “o momento mais lindo é perceber que você está no “topo do mundo”, compartilhou o atleta.

Em 14 de outubro de 1947, a humanidade ultrapassou mais um marco. O limite é bastante objetivo, expresso em uma quantidade física específica - a velocidade do som no ar, que nas condições da atmosfera terrestre está, dependendo de sua temperatura e pressão, na faixa de 1100-1200 km/h. A velocidade supersônica foi conquistada pelo piloto americano Chuck Yeager (Charles Elwood "Chuck" Yeager), um jovem veterano da Segunda Guerra Mundial, que possuía uma coragem extraordinária e excelente fotogenicidade, graças às quais se tornou imediatamente popular em sua terra natal, assim como aos 14 anos. mais tarde, Yuri Gagarin.

E foi realmente preciso coragem para cruzar a barreira do som. O piloto soviético Ivan Fedorov, que repetiu o feito de Yeager um ano depois, em 1948, relembrou os seus sentimentos naquela altura: “Antes do voo para quebrar a barreira do som, tornou-se óbvio que não havia garantia de sobrevivência depois dele. Ninguém sabia praticamente o que era e se o design da aeronave poderia resistir aos elementos. Mas tentamos não pensar nisso.”

Na verdade, não havia clareza total sobre como o carro se comportaria em velocidade supersônica. Os projetistas de aeronaves ainda guardavam frescas lembranças do súbito infortúnio da década de 30, quando, com o aumento da velocidade das aeronaves, tiveram que resolver com urgência o problema do flutter - auto-oscilações que surgem tanto nas estruturas rígidas da aeronave quanto em seu pele, destruindo a aeronave em questão de minutos. O processo desenvolveu-se como uma avalanche, rapidamente, os pilotos não tiveram tempo de mudar o modo de voo e as máquinas desmoronaram no ar. Há muito tempo que matemáticos e designers têm trabalhado varios paises lutou para resolver esse problema. No final, a teoria do fenômeno foi criada pelo então jovem matemático russo Mstislav Vsevolodovich Keldysh (1911–1978), mais tarde presidente da Academia de Ciências da URSS. Com a ajuda dessa teoria, foi possível encontrar uma maneira de se livrar para sempre do fenômeno desagradável.

É bastante claro que se esperavam surpresas igualmente desagradáveis ​​da barreira do som. A solução numérica de equações diferenciais complexas de aerodinâmica na ausência de computadores potentes era impossível, e era preciso confiar em “soprar” os modelos em túneis de vento. Mas, por considerações qualitativas, ficou claro que quando a velocidade do som foi atingida, uma onda de choque apareceu perto da aeronave. O momento mais crucial é a quebra da barreira do som, quando a velocidade da aeronave é comparada com a velocidade do som. Neste momento, a diferença de pressão em diferentes lados da frente da onda aumenta rapidamente e, se o momento durar mais de um instante, o avião não pode desmoronar pior do que por vibração. Às vezes, ao romper a barreira do som com aceleração insuficiente, a onda de choque criada pela aeronave chega a quebrar os vidros das janelas das casas no solo abaixo dela.

A relação entre a velocidade de uma aeronave e a velocidade do som é chamada de número Mach (em homenagem ao famoso mecânico e filósofo alemão Ernst Mach). Ao passar a barreira do som, parece ao piloto que o número M salta aos trancos e barrancos: Chuck Yeager viu como o ponteiro do velocímetro saltou de 0,98 para 1,02, após o que houve um silêncio “divino” na cabine de fato, aparente: apenas um nível A pressão sonora na cabine da aeronave cai várias vezes. Este momento de “purificação do som” é muito insidioso; custou a vida de muitos testadores. Mas havia pouco perigo de sua aeronave X-1 desmoronar.

O X-1, fabricado pela Bell Aircraft em janeiro de 1946, era uma aeronave puramente de pesquisa projetada para quebrar a barreira do som e nada mais. Apesar de o veículo ter sido encomendado pelo Ministério da Defesa, em vez de armas estava repleto de equipamentos científicos que monitoram os modos de funcionamento de componentes, instrumentos e mecanismos. O X-1 era como um míssil de cruzeiro moderno. Ele tinha um motor de foguete Reaction Motors com empuxo de 2.722 kg. Peso máximo de decolagem 6.078 kg. Comprimento 9,45 m, altura 3,3 m, envergadura 8,53 m. Velocidade máxima a uma altitude de 18.290 m (2.736 km/h). O veículo foi lançado de um bombardeiro estratégico B-29 e pousou sobre “esquis” de aço em um lago salgado seco.

Os “parâmetros táticos e técnicos” do seu piloto não são menos impressionantes. Chuck Yeager nasceu em 13 de fevereiro de 1923. Depois da escola fui para a escola de aviação e depois de me formar fui lutar na Europa. Abateu um Messerschmitt-109. Ele próprio foi abatido nos céus da França, mas foi salvo por guerrilheiros. Como se nada tivesse acontecido, ele voltou para sua base na Inglaterra. Porém, o vigilante serviço de contra-espionagem, não acreditando na libertação milagrosa do cativeiro, retirou o piloto do voo e mandou-o para a retaguarda. O ambicioso Yeager conseguiu uma recepção com o comandante-chefe das forças aliadas na Europa, general Eisenhower, que acreditou em Yeager. E ele não se enganou - nos seis meses restantes antes do fim da guerra, ele fez 64 missões de combate, abateu 13 aeronaves inimigas, 4 em uma batalha. E voltou à sua terra natal com a patente de capitão com um excelente dossiê, que afirmava que tinha uma intuição de voo fenomenal, uma compostura incrível e uma resistência incrível em qualquer situação crítica. Graças a essa característica, ele foi incluído na equipe de testadores supersônicos, que foram selecionados e treinados com tanto cuidado quanto os astronautas posteriores.

Renomeando o X-1 como “Glamorous Glennis” em homenagem à sua esposa, Yeager bateu recordes com ele mais de uma vez. No final de outubro de 1947, o recorde anterior de altitude de 21.372 m caiu. Em dezembro de 1953, uma nova modificação da máquina, o X-1A, atingiu uma velocidade de 2,35 M e quase 2.800 km/h, e seis meses depois subiu. a uma altura de 27.430 m E antes Além disso, houve testes de vários caças lançados em série e testes do nosso MiG-15, capturado e transportado para a América durante. guerra coreana. Posteriormente, Yeager comandou várias unidades de teste da Força Aérea nos Estados Unidos e em bases americanas na Europa e na Ásia, participou de operações de combate no Vietnã e treinou pilotos. Aposentou-se em fevereiro de 1975 com o posto de general de brigada, tendo voado 10 mil horas durante seu valente serviço, testado 180 modelos supersônicos diferentes e coletado uma coleção única de encomendas e medalhas. Em meados dos anos 80, foi feito um filme baseado na biografia do corajoso que foi o primeiro no mundo a conquistar a barreira do som, e depois disso Chuck Yeager se tornou nem um herói, mas uma relíquia nacional. EM última vez ele assumiu o controle de um F-16 em 14 de outubro de 1997, quebrando a barreira do som no quinquagésimo aniversário de seu voo histórico. Yeager tinha então 74 anos. Em geral, como disse o poeta, essas pessoas deveriam ser transformadas em pregos.

Existem muitas pessoas assim do outro lado do oceano. Os designers soviéticos começaram a tentar conquistar a barreira do som ao mesmo tempo que os americanos. Mas para eles isto não foi um fim em si mesmo, mas um ato completamente pragmático. Se o X-1 fosse uma máquina puramente de pesquisa, então em nosso país a barreira do som foi atacada em protótipos de caças, que deveriam ser lançados em série para equipar unidades da Força Aérea.

Vários escritórios de design participaram da competição: Lavochkin Design Bureau, Mikoyan Design Bureau e Yakovlev Design Bureau, que desenvolveram simultaneamente aeronaves com asas varridas, que era então uma solução de design revolucionária. Eles alcançaram a chegada supersônica nesta ordem: La-176 (1948), MiG-15 (1949), Yak-50 (1950). No entanto, aí o problema foi resolvido num contexto bastante complexo: um veículo militar deve ter não só alta velocidade, mas também muitas outras qualidades - manobrabilidade, capacidade de sobrevivência, tempo mínimo de preparação pré-voo, armas poderosas, munições impressionantes, etc. e assim por diante. Deve-se notar também que em Tempos soviéticos As decisões das comissões estaduais de aceitação foram frequentemente influenciadas não apenas por fatores objetivos, mas também por questões subjetivas associadas às manobras políticas dos incorporadores. Todo esse conjunto de circunstâncias levou ao lançamento do caça MiG-15, que teve bom desempenho nas arenas locais de operações militares na década de 50. Foi este carro, capturado na Coreia, como mencionado acima, que Chuck Yeager “dirigiu”.

O La-176 utilizou uma varredura de asa recorde na época, igual a 45 graus. O motor turbojato VK-1 forneceu um empuxo de 2.700 kg. Comprimento 10,97 m, envergadura 8,59 m, área da asa 18,26 m². Peso de decolagem 4.636 kg. Teto 15.000 m. Alcance de vôo 1.000 km. Armamento um canhão de 37 mm e dois de 23 mm. O carro ficou pronto no outono de 1948 e, em dezembro, seus testes de voo começaram na Crimeia, em um campo de aviação militar perto da cidade de Saki. Entre os que conduziram os testes estava o futuro acadêmico Vladimir Vasilyevich Struminsky (1914–1998). Os pilotos da aeronave experimental foram o capitão Oleg Sokolovsky e o coronel Ivan Fedorov, que mais tarde recebeu o título de Herói; União Soviética. Sokolovsky, por um acidente absurdo, morreu durante o quarto vôo, esquecendo-se de fechar a cobertura da cabine.

O coronel Ivan Fedorov quebrou a barreira do som em 26 de dezembro de 1948. Tendo subido a uma altura de 10 mil metros, ele afastou o manche de si mesmo e começou a acelerar em um mergulho. “Estou acelerando meu 176 de uma grande altura”, lembrou o piloto. Um assobio baixo e tedioso é ouvido. Aumentando a velocidade, o avião corre em direção ao solo. Na escala do velocímetro, o ponteiro passa de números de três dígitos para números de quatro dígitos. O avião está tremendo como se estivesse com febre. E de repente silêncio! A barreira do som foi tomada. A decodificação subsequente dos oscilogramas mostrou que o número M havia excedido um.” Isso aconteceu a uma altitude de 7.000 metros, onde foi registrada uma velocidade de 1,02 M.

Posteriormente, a velocidade das aeronaves tripuladas continuou a aumentar de forma constante devido ao aumento da potência do motor, ao uso de novos materiais e à otimização dos parâmetros aerodinâmicos. No entanto, este processo não é ilimitado. Por um lado, é inibido por considerações de racionalidade, quando são tidos em conta o consumo de combustível, os custos de desenvolvimento, a segurança de voo e outras considerações que não são ociosas. E mesmo na aviação militar, onde o dinheiro e a segurança do piloto não são tão significativos, as velocidades das máquinas mais “rápidas” estão na faixa de 1,5M a 3M. Parece que nada mais é necessário. (O recorde de velocidade para aeronaves tripuladas com motores a jato pertence ao avião de reconhecimento americano SR-71 e é de 3,2 M.)

Por outro lado, existe uma barreira térmica intransponível: a uma certa velocidade, o aquecimento da carroceria por fricção com o ar ocorre tão rapidamente que é impossível retirar o calor de sua superfície. Os cálculos mostram que à pressão normal isso deveria ocorrer a uma velocidade da ordem de 10 Mach.

No entanto, o limite de 10M ainda foi alcançado no mesmo campo de treinamento de Edwards. Isso aconteceu em 2005. O recordista foi o foguete não tripulado X-43A, fabricado como parte do ambicioso programa Hiper-X de 7 anos para desenvolver um novo tipo de tecnologia projetada para mudar radicalmente a face dos futuros foguetes e da tecnologia espacial. Seu custo é de US$ 230 milhões. O recorde foi estabelecido a uma altitude de 33 mil metros. O drone usa um novo sistema de aceleração. Primeiro, um foguete tradicional de combustível sólido é disparado, com a ajuda do qual o X-43A atinge uma velocidade de 7 Mach, e então um novo tipo de motor é ligado - um motor ramjet hipersônico (scramjet ou scramjet), em em que o ar atmosférico comum é usado como oxidante e o combustível gasoso é usado como oxidante (um esquema bastante clássico de explosão descontrolada).

De acordo com o programa, foram fabricados três modelos não tripulados que, após completar a tarefa, se afogaram no oceano. A próxima etapa envolve a criação de veículos tripulados. Depois de testá-los, os resultados obtidos serão levados em consideração na criação de uma ampla variedade de dispositivos “úteis”. Além de aeronaves, veículos militares hipersônicos - bombardeiros, aeronaves de reconhecimento e aeronaves de transporte - serão criados para atender às necessidades da NASA. A Boeing, que participa do programa Hiper-X, planeja criar um avião hipersônico para 250 passageiros até 2030-2040. É bastante claro que não haverá janelas que quebrem a aerodinâmica a tais velocidades e não suportem o aquecimento térmico. Em vez de vigias, há telas com gravações de vídeo de nuvens passando.

Não há dúvida de que este tipo de transporte será muito procurado, pois quanto mais se avança, mais caro se torna o tempo, acomodando cada vez mais emoções, dólares ganhos e outros componentes numa unidade de tempo. vida moderna. Nesse sentido, não há dúvida de que algum dia as pessoas se transformarão em borboletas de um dia: um dia será tão agitado quanto toda a vida humana atual (ou melhor, ontem). E pode-se presumir que alguém ou algo está implementando o programa Hiper-X em relação à humanidade.