Heb je ooit piloot willen worden? Weet dat een doel zonder plan slechts een verlangen is (de woorden van de grote klassieker Antoine de Saint-Exupery). Het is vermeldenswaard dat hij niet alleen een schrijver was, maar ook een professionele piloot.
Absoluut alle mensen die met de lucht te maken hebben, volgen cursussen in aerodynamica. Dit is de wetenschap van de beweging van lucht (gas), die ook het effect van dit medium op gestroomlijnde objecten bestudeert. Een van de secties van aerodynamica zijn de kenmerken van de vlucht op supersonische vliegtuigen. En hier zal de student de letter M in al zijn glorie zien. Wat betekent het?
Zeer korte referentie
De Latijnse letter M in leerboeken over aerodynamica is niets anders dan het Mach-nummer. Het geeft de verhouding aan van de stroomsnelheid rond een object (bijvoorbeeld een vliegtuig) tot de lokale geluidssnelheid. Het dankt zijn naam in luchtvaartwerken aan de Oostenrijkse wetenschapper Ernst Mach. In wetenschappelijke bewoordingen ziet het er als volgt uit:
M=v / a
Hier is v de snelheid van de tegemoetkomende stroom, a is de lokale geluidssnelheid. Het is vermeldenswaard dat buitenlandse bronnen de snelheid van het object gebruiken, in tegenstelling tot binnenlandse literatuur. Een persoon die dit niet tegenkomt in professionele activiteiten, zal hoogstwaarschijnlijk twee vragen hebben. Wat is de lokale geluidssnelheid? Waarom hebben we een Mach-nummer nodig?
Klaar voor vertrek
Wat wordt bedoeld met het woord geluid? Allereerst is het een golf. De geluidsbron zorgt immers voor verstoringen in de omgeving, die in een keten worden doorgegeven aan luchtmoleculen, enzovoort. Daarom, met toenemende hoogte, waar de atmosfeer ijler is, zal de geluidsgolf zich met een lagere snelheid voortplanten. Dienovereenkomstig is het de lokale geluidssnelheid die aanwezig is in de Mach-getalformule. Alle waarden voor specifieke hoogtes zijn al berekend (speciale tabellen) - u hoeft alleen maar te vervangen. De aankomende stroomsnelheid wordt gemeten met behulp van luchtdrukontvangers (APS), die op alle vliegtuigen zijn geïnstalleerd. Nu hebben we alle gegevens, wat betekent dat we gemakkelijk het Mach-getal kunnen berekenen. Een terechte vraag rijst: "Waarom niet gewoon de vliegsnelheid gebruiken?". Vergeet niet dat je hoge M-nummers vliegt.
Drie, twee, één - laten we gaan
Mach-nummer in de luchtvaart (en niet alleen) speelt een grote rol. Bijna alle civiele, militaire en spaceshuttlepiloten kunnen niet zonder. Deze parameter is zo belangrijk!
Wanneer een vliegtuig in de ruimte beweegt, beginnen de luchtmoleculen eromheen te "storen". Als de vliegtuigsnelheid laag is (M<1, ~ 400 km/u, subsonische vliegtuigen), dan is de omgevingsdichtheidomgeving blijft constant. Maar naarmate de kinetische energie toeneemt, wordt een deel ervan besteed aan het comprimeren van het luchtruim rond het vliegtuig. Dit compressie-effect is afhankelijk van de kracht waarmee het vliegtuig op de luchtmoleculen inwerkt. Hoe hoger de luchtsnelheid, hoe meer de lucht wordt gecomprimeerd.
Bij transsone snelheid (~1190 km/u) worden kleine verstoringen doorgegeven aan andere moleculen rond het vliegtuig (gemakkelijker om het vleugeloppervlak te beschouwen), en op een goed moment, wanneer op een bepaald moment de snelheid van de naderende stroom vergelijkt met het lokale snelheidsgeluid (M=1, namelijk de stroom, het vliegtuig kan met een lagere snelheid vliegen), er ontstaat een schokgolf. Daarom is het verschil in het ontwerp van jagers zo duidelijk: hun vleugels, staart en romp, vergeleken met subsonische vliegtuigen.
In vliegtuigen die vliegen met M<1, maar bij hoge snelheden (moderne passagiersschepen), kan deze situatie zich ook voordoen, alleen de overgang naar transsone snelheid zal leiden tot een sterkere schokgolf, een aanzienlijke toename van de weerstand, een afname van optillen, controleverlies en verder vallen.
Voor dergelijke vliegtuigen geven de vluchtuitvoeringsdocumenten (AFM voor binnenlands, FCOM voor buitenlands) het kritieke Mach-nummer aan. Dit is de laagste waarde van M waarbij de tegemoetkomende stroming in een deel van het vliegtuig de geluidssnelheid (Mcr) zal bereiken. Dat is het hele geheim!
Trouwens, de meest succesvolle vliegende passagiers van de Sovjet-Unie reisden snellermodern. Geloof je me niet?
Nieuw is lang vergeten oud
Oude mensen zijn sneller dan jongeren! En het is geen grap. Een oud vliegtuig dat door iedereen vergeten was, was ooit het vlaggenschip van de USSR-luchtvaart. Zijn naam was TU-144. Het was (en is nog steeds) 's werelds eerste commerciële supersonische passagiersvliegtuig, met een topsnelheid van 2500 km/u. Hoewel de vliegcarrière van de Tu-144 kort was, was zijn lot onlosmakelijk verbonden met het nummer M.
Het tweede soortgelijke vliegtuig was de Brits-Franse Concorde. Het is opmerkelijk dat ze de eerste vlucht maakten met een verschil van slechts twee maanden. Een goede kennis van aerodynamica zal commerciële passagiers helpen om lange vluchten over de Atlantische Oceaan te vergeten. En de vluchten van vliegtuigen en ruimtevaartuigen zullen de mensheid blijven inspireren tot nieuwe ontdekkingen.
