Szuperszonikus repülés
Szuperszonikus repülés azt jelenti, hogy a légsebesség nagyobb, mint a repülőgép közelében lévő hangsebesség . A repülésfizikában a sebességet a hangsebességgel dimenziómentessé teszik, és Mach számnak ( M vagy Ma rövidítés ) hívják, amelyet Ernst Mach fizikusról neveztek el . A szuperszonikus repülés Ma > 1 értékkel való repülést jelent .
Hangsebesség a levegőben
A hang sebessége határozza meg , ahol a κ (kappa) az aránya az adott melegíti , a specifikus gázállandó az a levegő, és T jelentése a termodinamikai hőmérséklet (mért Kelvin ) (egység K ). Ezért függ a hőmérséklettől, de független a légnyomástól. A levegő páratartalma kissé megnöveli a terméket , de a hang sebességére gyakorolt hatás trópusi körülmények között is kevesebb, mint 1%. Száraz levegőben van és . Az akkor megadott hangsebességre . A repülési magasság növekedésével az alacsonyabb hőmérséklet miatt csökken a hangsebesség. A tartományban a szokásos repülési magasság felett 11 km, a szabványos atmoszféra hőmérséklete . Ez hangsebességet eredményez .
Hangvédelem
Megközelíti a hangsebesség síkját ( Ma = 1), ez a levegő összenyomhatóságának köszönhető, hogy a repülőgép különböző részein megrázza a hullámokat (lásd még: kompressziós sokk ). Ennek eredményeként az aerodinamikai ellenállás (szélnyomás) jelentősen megnő, amíg ezt a - átvitt értelemben hanggátként ismert - határt nem túllépik. Ezután az ellenállás ismét csökken (de magasabb marad, mint a szubszonikus tartományban). Normál üzemmódban a modern katonai motorok elegendő tolóerőt biztosítanak ahhoz , hogy képesek legyenek szuperszonikusan repülni egyenletes repülés közben, ami supercruise néven ismert . A régebbi repülőgép-modellek ehhez utólagos égőt igényelnek, vagy merülniük kell egy merülésbe, hogy szuperszonikus sebességre tudjanak gyorsulni. Az a sebesség, amelynél az első szuperszonikus területek, és ezáltal kompressziós sokkok is bekövetkeznek a repülőgép körüli légáramlásban - a repülőgép kivitelétől függően többé-kevésbé jelentősen - alacsonyabb a hangsebességnél. Elegendő páratartalom esetén ezeken a területeken kondenzációs felhők képződnek, amelyek hátsó végét ütközés jelzi ( felhőlemez-effektus ) (lásd a fenti képet). Azt a sebességtartományt, amelyben a nagyobb és alacsonyabb hangsebességű területek is előfordulnak, amikor a levegő a repülőgép körül áramlik, transzonikusnak nevezzük, és a Ma = 0,8–1,2 közötti sebességtartományt fedi le .
A fejlesztés a nyilazott szárny volt nagyon fontos legyőzésének hangsebességet . Ez lehetővé tette az ellenállás növekedésének nagymértékű csökkentését a hangsebesség megközelítésekor. Annak érdekében, hogy felszámolja a hangsebességet egy repülőgép, de ez általában is szükség megfigyelni a területen szabályt . Ezt követően a repülőgép keresztmetszete csak lassan változhat az axiális helyzet függvényében. Csak akkor, ha ezt a szabályt figyelembe vették, és a törzsben bekövetkezett jelentős változtatások után, az YF-102A lehet az első repülőgép , amelyet saját motorjaival szinkron repülés közben szuperszonikus sebességre gyorsítanak.
Az YF102A első prototípusa még a legelső repüléskor (1954. december 20-án, Lindbergh Field San Diego közelében) megszakította a hangzárást, miközben még mászott .
A hangsebesség túllépésekor ( Ma > 1) az úgynevezett Mach-kúp kúposan terjed hátul felé, a repülőgép orrától és szárnyaitól indulva .
melegítés
Mivel a levegő nem áramlik el elég gyorsan, a dinamikus nyomás , különösen a végfelületeken, a levegő és ezáltal a rakéta összenyomásával összefüggő felmelegedéséhez vezet. Nagyobb szuperszonikus sebességnél ez a fűtés olyan nagy lesz, hogy a repülőgépgyártásban általában használt alumínium szilárdsága addig romlik, amíg meg nem bukik.
hangrobbanás
A szonikus gém a lökéshullám ( kompressziós sokk ) hallható hatása, amely akkor következik be, amikor a test egy médiumon szuperszonikus sebességgel mozog.
Ennek a lökéshullámnak két kúpja van, az egyik a repülőgép orrán és a másik a farkán. A kúpok a repülés irányával szemben nyílnak. Kis repülőgépek vagy lövedékek esetében ezek elég közel konvergálnak ahhoz, hogy egyetlen durranásként érzékeljék őket; Nagy repülőgépeknél a lökéshullámok egyértelműen megkülönböztethetőek, és néhány kétszáz másodpercenként "kettős durranást" okoznak (az emberi fül nagyon kicsi időbeli különbségeket képes észlelni ( tranzitidő különbség )). A megfigyelőtől nagy távolságra megnő a két lökéshullám közötti időintervallum, és nagy repülőgépek vagy űrsiklók esetén több tizedmásodperc lehet . Ennek a növekedésnek az oka a sokkhullámok terjedési sebességének kismértékű eltérése; A normál hanghullámokkal ellentétben a sokkhullámok terjedési sebessége amplitúdójuktól függ.
Még akkor is, ha a durranást csak egyszer észlelik egy ponton, korántsem történik egyetlen durranás, amikor a hangkorlát megszakad. A kúp alsó felületi vonala meghatározza azt az időpontot, amikor a durranás eléri a befogadót, és a befogadó meghallja, még a z észlelés előtt. B. a motor zaját. Időközben azonban a kúp tovább mozog, ezért is elérheti egy másik vevőt valamilyen távolságban, és újabb durranást hallhat. A szuperszonikus sebességgel repülõ robbanást a megfigyelõ csak akkor érzékeli, miután a megfigyelõ átrepült rajta (a repülési magasság késlelteti, vagyis egy másodperccel 340 méteren). A szuperszonikus sebességgel mozgó tárgyak hangja és ezáltal a hanggémje tehát „végighúzódik”.
A sebesség növekedésével a kúpok „szorosabbá” válnak a repülőgép körül, és ezzel egyidejűleg - az utazási egységenként a levegőbe továbbított nagyobb energia miatt - amplitúdójuk és ezáltal a hanggém térfogata nő. A durranás hangereje a kiszorított levegő mennyiségétől és így a repülőgép méretétől is függ . Az s távolságonként felszabaduló E energiát beleszámítjuk
ahol a ellenállási együttható a szuperszonikus tartományban van, és többnyire kétszerese a szubszonikus tartományban mért értéknek . Továbbá az elülső területe a repülőgép, a levegő sűrűsége és a sebességmérő Bizonyítsa be, hogy a környező levegő. A levegőbe leadott teljesítmény ennek megfelelően állandó sebességnél van
A távolságegységre eső energia meghatározó az amplitúdó és így a durranás térfogata szempontjából, míg a teljesítmény közvetlen hatással van az üzemanyag-fogyasztásra.
Nagyon nagy magasságban a kúpok már nem érintik a földet, hanem nagyon alacsony frekvenciájú hanghullámokká alakulnak át , és a bumm ott már nem érzékelhető ( lásd még: infrahang ). Nagyon nagy rakéták vagy rendkívül nagy szuperszonikus sebesség esetén a nyomáshullám ennek ellenére elég erős és / vagy koncentrált lehet időben ahhoz, hogy hallható hanghullámok vagy akár lökéshullámok is elérjék a földet. Ez z. B. az űrsiklók újbóli belépése vagy nagyobb meteoroidák belépése .
Mert ezek a zaj okok miatt a Concorde általában csak növelte a repülési sebesség szuperszonikus át lakatlan területeken (általában több mint a nyílt tenger). A járat a Concorde származó Paris a Leipzig a 1986 különlegesség . A forgó rádiós jeladó (VOR) Trent a Rügen a VOR Fürstenwalde a gép repült szuperszonikus területe fölött a NDK . Az NDK zajméréseket végzett és továbbította az eredményeket a francia félnek.
történelem
Az első ember alkotta tárgy, amely meghaladja a hangsebességet, az ostor és a parittya vége volt . Az ostor repedésének elméleti leírását Szabó István fizikus és korábban Richard Grammel írta le .
1941. július 1-jén Heini Dittmar 1004 km / órás sebességet ért el a Me 163 BV18 Komet VA + SP-vel magasan a Luftwaffe Peenemünde-West teszthely felett, és ő volt az első pilóta, aki repülése alatt sebességet ért el a kritikus tartományban Mach szám elérte. A Der Spiegel magazinban Dittmart a következőképpen idézték: "Ezek az úgynevezett Mach-jelenségek, amelyeket első pilótaként tapasztaltam, elsőként kopogtak a hangkorláton."
Nagy-Britanniában 1943-ban a vadászpilóták szélsőséges helyzetekben érzett erőit propellerrepülőgépekkel kutatták; 0,9 Mach-számot értek el merülés közben 12 kilométeres (kb. 40 000 láb ) magasságban . De az is egyértelmű volt, hogy nagyobb sebesség nem érhető el, mert a propeller ennél a sebességnél nagyobb ellenállást, mint hajtóerőt generált. Ettől függetlenül olyan motor teljesítményére lenne szükség, amelyet a dugattyús motorral nem lehet elérni.
Hans Guido Mutke német vadászpilóta azt állítja , hogy 1945. április 9-én megtörte a hangzárat egy Messerschmitt Me 262-vel . Nincs azonban bizonyíték az állítás alátámasztására. Wolfgang Czaia, a Me-262 replikaprojekt német tesztpilótája is irreálisnak tartja ezt az állítást. Tesztpilótaként repült mind a Me 262-es gépekkel, amelyeket korábban már replikáltak az USA-ban , ezért nagyon jól ismeri az adataikat és a paramétereiket . Az első sugárhajtású repülőgép pilótái rájöttek, hogy az akkori technológiával nem valószínű, hogy a hangkorlátot megtörik. 0,95 Mach feletti sebességnél súlyos mechanikai terhelések léptek fel, és a vezérlő hatás elveszett. Egyes esetekben a gépek lezuhantak vagy szétestek.
1947. október 1-jén George Welch 40 fokos orrú gépben megtörte a hangkorlátot az észak-amerikai F-86 Saber prototípusával . Mivel azonban a sebességmérőt nem kalibrálták a megfelelő magasságba, és a földről nem volt sebességmérés, a repülést hivatalosan nem értékelték.
1947. október 14-én Chuck Yeager amerikai tesztpilóta bizonyíthatóan megtörte a hanggátat egy Bell X-1- ben, körülbelül 15 000 m magasságban. Az előző repülési kísérletek során meg kellett küzdenie a sokkhullámokkal és az ennek következtében a lift hatékonyságának csökkenésével . Csak az az elképzelés tette lehetővé, hogy az egész vízszintes stabilizátort villanymotorokkal mozgassa izomerő helyett, ez az úttörő cselekedet. Az X-1 rakétasínek törzse még mindig egy felnagyított puskalövedék alakja volt, ami aerodinamikailag kedvezőtlen a repülőgépek számára. Rendszeres szuperszonikus repülés csak akkor vált lehetővé, miután repülőgép söpört szárnyakkal építették, így a terület szabály volt megfigyelhető .
Az első sugárhajtású repülőgép, amely szuperszonikus sebességet ért el egy kis pálya dőlésszögű repüléssel, az észak-amerikai F-86 Saber (XP-86 Saber, 1948. április 26.) prototípusa volt, a Convair F-102 prototípusa a elsőként sikerült 1954. december 20-án, saját motorokkal, még enyhe emelkedőn is. A francia Jacqueline Auriol lett az első nő, aki 1953 nyarán repült a Dassault-Breguet Mystère szuperszonikus hangon . Az első hivatalos FAI sebességrekordot szuperszonikus sebességgel egy észak-amerikai F-100-as érte el 1955. augusztus 20-án.
A szuperszonikus sebességgel repülni képes katonai repülőgépek az 1950-es évek eleje óta léteznek . A vadászgépek eljutnak a Mach 2-re, az MiG-25 elfogóeszköz rövid ideig elérheti a Mach 3-at , az SR-71 felderítő repülőgépeket pedig véglegesen. Az olyan rakétarepülők, mint az X-15, a hangsebesség hétszeresét, az X-43A tesztrakétához hasonló rakétarepülőgépek csak 10 Mach alatt értek el (9,6). A szuperszonikus sebességgel működő katonai repülőgépeket vagy tudományos kísérleti rakétákat ma is használják. Az egyik legjelentősebb szuperszonikus repülőgép az XB-70 . Ez egy szuperszonikus bombázó, amelyet a Mach 3 tartós sebességére terveztek.
A földre visszatérve az űrsikló a szuperszonikus tartományban repült minden hajtás nélkül (kezdetben a hangsebesség körülbelül 27-szerese, azaz körülbelül 33 300 km / h volt).
Civil szuperszonikus repülés
Az első polgári szuperszonikus repülőgép a szovjet TU-144 volt . Ez volt az első kereskedelmi repülőgép, amely 1970. május 26-án elérte a kétszeres hangsebességet (2150 km / h), de ez inkább politikai és technikai, mint gazdasági sikert ért el. 1973. június 3-án a valaha gyártott negyedik Tu-144S (az első gép) lezuhant a Párizs melletti Le Bourget légibemutatón, Goussainville külvárosában . A repülési műveletek magas költségei miatt a TU-144-et 1978-ban bontották.
A kontraszt , a brit-francia Concorde , melyet kidolgozott, szinte egy időben a magas költségek miatt, sikeresen futott a menetrend szerinti forgalom 1976-2003 több mint Mach 2 2000 júliusában azonban a Concorde Air France járat 4590 lezuhant a egy (a kifutópályán kiváltott idegen tárgyon keresztül) pusztító láncreakció eredményeként röviddel a felszállás után Gonesse-ben , Párizs közelében. A balesetben 113 ember meghalt. Az Air France és a British Airways ezt követően ideiglenesen felfüggesztette a Concorde működését és javította a szárnyakban található kerozintartályokat. 2001-ben Franciaország és Anglia a járatok rövid folytatása után úgy döntött, hogy a Concorde-ot teljesen leszereli. Az USA-ba tartó fontos repülési útvonalaknak régóta hiányuk volt az ottani ellenállás miatt. Az utolsó Concorde járatra 2003. november 26-án került sor.
Más repülőgépgyártók, mint például a Boeing a 733/2707 modellel, szintén szuperszonikus utasszállító repülőgépeket fejlesztettek ki ez idő alatt, de a Concorde sikere után és a későbbi olajválság nyomán leállították fejlődésüket. A mai napig ismételt erőfeszítéseket tettek a Concorde továbbfejlesztett utódjának megépítésére. Ezek azonban a magas fejlesztési és üzemeltetési költségek miatt a végéig kudarcot vallottak. Egy másik korai utasszállító repülőgép, amely eléri a szuperszonikus sebességet, a Douglas DC-8 volt . Ez azonban az ereszkedésben történt, és a repülőgépet valójában nem erre tervezték.
1993-ban Sukhoi a Párizsi Légi Kiállításon 50 üléses modellt javasolt, amely némileg hasonló volt a Sukhoi T-4-hez , és finanszírozási lehetőségeket keresett nyugati és arab országokból.
2005 júniusában Franciaország és Japán megállapodást írt alá a le Bourget-i légibemutató alkalmával , amelynek értelmében a két ország évente 1,5 millió eurót biztosít kutatási alapként egy közös, szuperszonikus polgári repülőgép kifejlesztésére .
Az ESA koordinálja a lapcat projektet , amely egy európai szuperszonikus, vagy amely alatt hiperszonikus utasszállító repülőgépeket terveznek.
Ezen felül a SpaceShipTwo a Virgin Galactic fejlesztésében, egy polgári repülőgép .
Különböző terveket terveztek az új szuperszonikus koncepciókra , de a 12 személyes Aerion AS2 üzleti repülőgépek megrendelései 2015 óta vannak érvényben, még akkor is, ha a szakértők abban az időben nagyon szkeptikusak voltak. Egy másik, 18 utas számára tervezett projektet Spike S-512- nek hívtak .
2017- ben a le Bourget-i párizsi légi kiállításon az amerikai Boom Technology vállalat bejelentette, hogy 2023-ig kereskedelmi szuperszonikus utasszállító repülőgépeket gyárt. A repülőgépnek el kell érnie a 2.2 Mach-ot, és helyet kell kínálnia 55 utas számára. A Baby Boom elnevezésű, kisebb méretű Boom XB-1 tesztverzió első repülésének 2018 végén kell megtörténnie. Jelenleg (2021 elejétől) ezt az év végére tervezik. A többi projekttel ellentétben a vállalat öt nagy légitársaság vissza nem térítendő előlegével dolgozik.
2018. április 3-án a NASA közölte a mintegy 200 millió eurós megrendelést az amerikai Lockheed Martin fegyverkezési társasággal , hogy 2021 végéig fejlesszenek ki egy szuperszonikus sugárhajtású repülőgépet, az X-repülőgépet , a lehető legkevesebb, azaz egy csendes szonikus fellendüléssel . . 1500 km / h sebességet céloz meg 16 km magasságban.
Repülőgép nélkül
Felix Baumgartner az első olyan személy, aki további hajtás nélkül érte el a szuperszonikus sebességet szabad esésben. 2012. október 14-én, pontosan 65 évvel Chuck Yeager első szuperszonikus repülése után a 43 éves osztrák a Red Bull Stratos projekt részeként 39 kilométer magasról (128 100 láb; sztratoszféra ) ugrott fel, és elérte a sebességet. 1 342,8 km / h (1,24 Mach).
Ezzel az ugrással az extrém sportoló más világrekordokat is megdöntött (lásd a fő cikket ).
Lásd még
irodalom
- Johannes Burkhardt és Ulrich M. Schoettle (Stuttgart, Univ., Németország), AIAA - 1996–3439, Atmospheric Flight Mechanics Conference, A semi-ballistic reentry capsule flight performance and control aspektusai , San Diego, Kalifornia, július 29–31., 1996
web Linkek
- Háttérinformációk a szonikus gémről (a felhőlemez-effektus a képeken látható)
Egyéni bizonyíték
- ↑ Hans-Ulrich Meier (szerkesztő): A söpört szárnyak fejlődése Németországban 1945-ig, A felfedezés története első alkalmazásáig , 2006. januárig, Bernard & Graefe Verlag, ISBN 3763761306
- ↑ a b c Convair YF102A, csak a területi szabály betartása teszi lehetővé a gyorsulást Ma> 1-ig . Letöltve: 2010. április 19.
- ↑ Aviation - Flame ride on the moor over 2001. február 19. Spiegel Online , megtekintve 2016. október 18
- ^ Peter E. Davies: Bell X-1 , Bloomsbury Publishing, 2016, ISBN 978-1472814661 , 7. oldal
- ↑ A légsebesség határán? .... In: Oberdonau újság. Az NSDAP hivatalos napilapja. Gau Oberdonau / Oberdonau újság. Daily Mail. Az NSDAP hivatalos napilapja. Gau Oberdonau , 1944. február 12., 3. o. (Online az ANNO-nál ).
- ↑ Legend Flyers - A Me 262 projekt építése légialkalmas rekonstrukciók a Me 262
- ↑ Wolfgang Czaia: Egy tesztpilóta 262. projektnaplója, 2006. Huszonkilenc kiadó, ISBN 978-3-9807935-7-5
- ↑ Sukhoi Su-50 Evolves a T-100 Bomber Project-től , Aviationweek, 1993. június 7.
- ^ A polgári szuperszonikus repülés visszatérése , NZZ, 2015. november 20
- ↑ a b SPIEGEL ONLINE, Hamburg, Németország: Szuperszonikus repülőgép-fellendülés: Több tucat megrendelés a Concorde utódainak - SPIEGEL ONLINE - Gazdaság. Letöltve: 2017. június 20 .
- ↑ Boom - Szuperszonikus utasszállító repülőgépek. Letöltve: 2017. szeptember 17 .
- ↑ A Supersonic 2023-ban fog feltámadni a halálból , NZZ, 2017. július 28
- ↑ A NASA új szuperszonikus sugárhajtót rendel, bang orf.at nélkül , 2018. április 4-én, 2018. április 4-én.
- ↑ taz.de, 2012. október 15., Megerősítés Brian Utley, Féderation Aéronautique Internationale (FAI) adatrögzítésén alapul, hozzáférés: 2012. november 5.