شکست ديوار صوتي

[MOHAMMAD REZA]

شکست ديوار صوتي

تاريخچه
در اعصار آغازين دوران هوانوردي ابتدايي ، هواپيماها بيشتر با سرعتهاي بسيار پايين نسبت به هواپيماهاي امروزي پرواز مي‌کردند که حتي به بيشتر از 300 کيلومتر در ساعت نمي‌رسيد؛ در حالي که چنين سرعتي ، سرعت مطلوب براي تيک آف يا برخاست يک هواپيماي جنگنده امروزي است و رسيدن به چنين سرعتي ، ابداً مستلزم تلاش بسيار و فشار آوردن بيش از حد به موتور نمي‌باشد. اما رفته رفته ، سرعت هواپيماها حتي با موتورهاي پيستوني گاها بالاي 650 کيلومتر بر ساعت رسيده و از آن زمان بود که دانشمندان علوم آيروديناميک دريافتند که با افزايش سرعت ، به تدريج ميزان پسا افزايش پيدا کرده و در سرعت معيني ، ديگر هواپيما قادر به سرعت گرفتن نبوده گاه نيز استال مي‌شوند.
در آن زمان ، علت اين موضوع بدين گونه بيان شد که با افزايش سرعت ، به تدريج سرعت گردش انتها يا نوک پره‌هاي پروانه موتور ، به سرعت صوت نزديک شده و سرانجام در حداکثر سرعت يک هواپيماي پيستوني که حدود 950 کيلومتر مي‌باشد، سرعت انتهاي پره‌ها از سرعت صوت گذشته و پسا يا درگ بسياري ايجاد مي‌شود که خود مانع سرعت گرفتن بيشتر هواپيماست. در چنين سرعتهايي ، پروانه موتور هواپيماهاي پيستوني ، نه تنها تراست يا نيروي کشش توليد نمي‌کند، بلکه در اثر سرعت بسيار زياد ، تبديل به يک ديسک يا دايره توپر چرخنده مي‌شود که جز ايجاد درگ و پسا ، کار ديگري انجام نمي‌دهد.
آيروديناميستهاي آن زمان اين حد را يک محدوده سرعت يا همان ديوار صوتي در نظر گرفته و بسياري از آنان نيز بر اين عقيده بودند که گذشتن از ديوار صوتي و پشت سر گذاشتن آن ، کاري غير ممکن است؛ اما با ورود به عصر جت و پيشرفت علم آيروديناميک ، اين کار براي جنگنده‌هاي امروزي کاري بس سهل و آسان است.
اولين بار خلباني آمريکايي به نام چاک ييگر ، با انجام اصلاحاتي بر روي يک بمب افکن قديمي آن را به چهار موتور موشکي مجهز کرده و بر فراز بياياني در آمريکا ، پس از جدا شدن از هواپيماي مادر، به پرواز در آورد. پس چند ثانيه پرواز هواپيماي پرتقالي رنگ ملقب به x-1 به صورت گلايد، خلبان چهار موتور موشکي خود را روشن کرده و پس از چند لحظه صدايي رعد آسا در آسمان شنيده شد که همان نتيجه شکستن ديوار صوتي براي اولين بار در جهان بود. در اين آزمايش ، اين هواپيما به سرعت 16/1 ماخ دست يافت، و با ورود به عصر جت ، روياي شکستن ديوار صوتي و پا گذاشتن به سرعت صوت نيز به واقعيتي بسيار قابل لمس مبدل گشت.


ادامه دارد...

[MOHAMMAD REZA]

عدد ماخ بحراني
به سرعتي که در آن حداقل يکي از سطوح هواپيما به سرعت صوت رسيده باشد، گر چه اين پديده در مورد خود هواپيما صادق نباشد، عدد ماخ بحراني يا Critical Mach Number مي‌گويند. عدد ماخ بحراني را مي‌توان به سرعتي که نمودار پسا در مقابل سرعت سير صعودي مي‌گيرد، نيز تعريف نمود. در اين سرعت ، فرامين هواپيما کم کم شروع به درست جواب ندادن کرده و حالتي شبيه به کوبيدن بر روي بال توسط امواج ضربه‌اي بوجود مي‌آيد که با گذر از ديوار صوتي ، فرامين هواپيما به حالت طبيعي خود باز مي‌گردند.
بنابراين ، در سرعتي که هواپيما به عدد ماخ بحراني خويش مي‌رسد، پسا به دليل ايجاد امواج ضربه‌اي بطور قابل توجهي افزايش مي‌يابد، پس ، بايد تلاش بر آن باشد تا عدد ماخ بحراني هر چه بيشتر با بهبود ويژگيهاي آيروديناميکي افزايش يابد، چون اگر اين اتفاق در سرعتهاي پايين‌تر رخ دهد، هواپيما نيز بايد از سرعت پايين‌تري جدال با افزايش پسا را شروع کند.

خصوصيات صوت و ديوار صوتي
خصوصيات صوت و ديوار صوتي چيست و چرا گذر از آن نيازمند قدرت و کشش و توانايي زيادي است. صوت ، در شرايط عادي (دما ، فشار و ... معمولي) در سطح دريا داراي سرعتي معادل 332 متر بر ثانيه يا 1,195 کيلومتر بر ساعت مي‌باشد که اين سرعت ، با افزايش ارتفاع و کاهش فشار و تراکم هوا ، کاهش يافته و در ارتفاعات بالاتر ، صوت فواصل را با سرعت کمتري مي‌پيمايد. اين مسئله بدين صورت است که صوت از طريق ضربات مولکولهاي هوا به يکديگر و انتقال انرژي آنها فضا را طي مي‌کند و هر چه تعداد مولکولها در يک حجم معين بيشتر باشند، انتقال انرژي زودتر صورت پذيرفته و صوت با سرعت بيشتري انتقال مي‌يابد؛ چنانکه سرعت صوت در مايعات بيشتر از هوا و در جامدات بسيار بيشتر از مايعات و هوا و معادل 6000 کيلومتر بر ساعت است.
پس در نتيجه افزايش ارتفاع ، تعداد ملکولها در يک حجم معين کاهش يافته و صوت با سرعت کمتري فضا را مي‌پيمايد. ديوار صوتي ، شيئي فيزيکي و قابل روئيت نيست؛ بلکه به دليل اينکه گذشتن از سرعت صوت نيازمند توان بسيار بالاي موتور و آيروديناميک بسيار خوب مي‌باشد، اين حد را يک مانع براي رسيدن به سرعتهاي بالاتر دانسته و از آن به نام ديوار صوتي ياد مي‌کنند. عدد ماخ ، در حقيقت همان نسبت سرعت شيء پرنده يا همان هواپيما به سرعت صوت محيط است که به احترام دانشمندي آلماني که براي اولين بار چنين مقياسي را در نظر گرفت، آن را «ماخ» نام نهادند. پس عدد ماخ ، کميتي متغير است و بسته به خصوصيات هوا مانند دما و فشار ، تغيير کرده و کاهش يا افزايش مي‌يابد.

ادامه دارد...