_-_filtered.jpg/1280px-FA-18_Hornet_breaking_sound_barrier_(7_July_1999)_-_filtered.jpg)
Сверхзвуковая скорость — это скорость объекта, превышающая скорость звука ( 1 Мах ). Для объектов, движущихся в сухом воздухе с температурой 20 °C (68 °F) на уровне моря , эта скорость составляет приблизительно 343,2 м/с (1126 футов/с; 768 миль/ч; 667,1 узлов; 1236 км/ч). Скорости, превышающие скорость звука (5 Махов) более чем в пять раз, часто называют гиперзвуковыми . Полеты, во время которых только некоторые части воздуха, окружающего объект, такие как концы лопастей ротора, достигают сверхзвуковой скорости, называются трансзвуковыми . Обычно это происходит где-то между 0,8 и 1,2 Маха.
Звуки — это распространяющиеся колебания в форме волн давления в упругой среде. Объекты движутся со сверхзвуковой скоростью, когда они движутся быстрее скорости, с которой звук распространяется в среде. В газах звук распространяется в продольном направлении с разной скоростью, в основном в зависимости от молекулярной массы и температуры газа, а давление оказывает незначительное влияние. Поскольку температура и состав воздуха значительно изменяются с высотой, скорость звука и числа Маха для равномерно движущегося объекта могут меняться. В воде при комнатной температуре сверхзвуковая скорость означает любую скорость, превышающую 1440 м/с (4724 фута/с). В твердых телах звуковые волны могут быть поляризованы продольно или поперечно и иметь более высокие скорости.
Сверхзвуковое разрушение — это образование трещины со скоростью, превышающей скорость звука в хрупком материале.
Слово «сверхзвуковой» происходит от двух латинских слов : 1) super : выше и 2) sonus : звук, которые вместе означают «выше звука» или «быстрее звука».
В начале 20-го века термин «сверхзвуковой» использовался как прилагательное для описания звука, частота которого находится за пределами диапазона нормального человеческого слуха. Современный термин для этого значения — « ультразвуковой », но старое значение иногда все еще живо, как в слове супергетеродинный [ сломанный якорь ]
Кончик кнута обычно рассматривается как первый объект, предназначенный для преодоления звукового барьера. Это действие приводит к его характерному «треску», который на самом деле является просто звуковым ударом . Первый сверхзвуковой удар, созданный человеком, вероятно, был вызван куском обычной ткани, что привело к конечному развитию кнута. [3] Именно волновое движение, проходящее через кнут, позволяет ему достигать сверхзвуковой скорости. [4] [5]
Большинство современных пуль огнестрельного оружия являются сверхзвуковыми, а винтовочные снаряды часто летят со скоростью, приближающейся к числу Маха 3 , а в некоторых случаях [6] и значительно превышающей его .
Большинство космических аппаратов являются сверхзвуковыми, по крайней мере, на некоторых участках их возвращения, хотя воздействие на космический аппарат уменьшается из-за низкой плотности воздуха. Во время подъема ракеты-носители обычно избегают перехода на сверхзвуковую скорость ниже 30 км (~98 400 футов), чтобы уменьшить сопротивление воздуха.
Обратите внимание, что скорость звука несколько уменьшается с высотой из-за более низких температур (обычно до 25 км). На еще больших высотах температура начинает расти, с соответствующим увеличением скорости звука.
Когда надутый воздушный шар лопается, оторванные кусочки латекса сжимаются со сверхзвуковой скоростью, что и приводит к резкому и громкому хлопку.
На сегодняшний день только одно наземное транспортное средство официально достигло сверхзвуковой скорости — ThrustSSC . Транспортное средство, управляемое Энди Грином , удерживает мировой рекорд скорости на суше, достигнув средней скорости в 1228 км/ч (763 мили/ч) в своем двунаправленном заезде в пустыне Блэк-Рок 15 октября 1997 года.
Проект Bloodhound LSR планировал попытку рекорда в 2020 году в Хакскеенпане в Южной Африке с комбинированным реактивным и гибридным ракетным автомобилем. Цель состояла в том, чтобы побить существующий рекорд, а затем предпринять дальнейшие попытки, в ходе которых [участники] команды надеются достичь скорости до 1600 км/ч (1000 миль в час). Первоначально проектом руководил Ричард Ноубл , который был лидером проекта ThrustSSC, однако из-за проблем с финансированием в 2018 году команду купил Ян Уорхерст и переименовал в Bloodhound LSR. Позже проект был отложен на неопределенный срок из-за пандемии COVID-19 , и автомобиль был выставлен на продажу.
Большинство современных истребителей являются сверхзвуковыми самолетами. Ни один современный пассажирский самолет не способен развивать сверхзвуковую скорость, но были сверхзвуковые пассажирские самолеты , а именно Concorde и Tupolev Tu-144 . Оба этих пассажирских самолета и некоторые современные истребители также способны к сверхзвуковому полету , состоянию устойчивого сверхзвукового полета без использования форсажной камеры . Благодаря своей способности к сверхзвуковому полету в течение нескольких часов и относительно высокой частоте полетов в течение нескольких десятилетий, Concorde провел больше времени в сверхзвуковом полете, чем все другие самолеты вместе взятые, со значительным отрывом. После последнего полета Concorde на пенсию 26 ноября 2003 года в эксплуатации не осталось ни одного сверхзвукового пассажирского самолета. Некоторые большие бомбардировщики , такие как Tupolev Tu-160 и Rockwell B-1 Lancer, также способны к сверхзвуковому полету.
Аэродинамика сверхзвуковых самолетов проще дозвуковой аэродинамики, поскольку воздушные слои в разных точках вдоль самолета часто не могут влиять друг на друга. Сверхзвуковым самолетам и ракетным транспортным средствам требуется в несколько раз большая тяга, чтобы преодолеть дополнительное аэродинамическое сопротивление, испытываемое в трансзвуковой области (около 0,85–1,2 Маха). На этих скоростях инженеры-аэрокосмические специалисты могут аккуратно направлять воздух вокруг фюзеляжа самолета, не создавая новых ударных волн , но любое изменение поперечной площади дальше вниз по транспортному средству приводит к появлению ударных волн вдоль корпуса. Конструкторы используют правило сверхзвуковой площади и правило площади Уиткомба, чтобы минимизировать резкие изменения размера.
Однако на практике сверхзвуковой самолет должен устойчиво работать как на дозвуковых, так и на сверхзвуковых скоростях, поэтому его аэродинамическая конструкция является более сложной.
Главным ключом к низкому сверхзвуковому сопротивлению является правильная форма всего самолета, чтобы он был длинным и тонким, и близким к «идеальной» форме, оживальной форме фон Кармана или телу Сирса-Хаака . Это привело к тому, что почти каждый сверхзвуковой крейсерский самолет выглядит очень похожим друг на друга, с очень длинным и тонким фюзеляжем и большими треугольными крыльями, ср. SR-71 , Concorde и т. д. Хотя эта форма не идеальна для пассажирских самолетов, она вполне пригодна для использования в качестве бомбардировщика.