Bariera dzwięku i grom dzwiękowyGdy telefonowałem rozmowa w pewnym momencie została przerwana, nad Instytutem Lotnictwa bowiem (gdzie pracuję) przeleciał nisko samolot odrzutowy. Hałas był niemożliwy, aż szyby dźwięczały.Samolot jest idealnym środkiem transportu, pozwala z dużą prędkością przenosić wielkie nawet ładunki i to na bardzo długich dystansach. Ma jednak ogromna wadę - wywołuje hałas. A wiemy, jak przykry i dokuczliwy może być hałas. Głośne rozmowy, krzyki, głośna muzyka przeszkadzają w pracy, utrudniają odpoczynek. Nieustanny hałas może spowodować głuchotę lub inne choroby. Hałas samolotu jest dokuczliwy nie tylko w otaczającym go środowisku, lecz także w jego kabinie. Ścianki kabiny wykłada się więc materiałami dźwiękochłonnymi. Głównymi przyczynami hałasu wywoływanego przez samolot są: praca silnika i opływ powierzchni samolotu strugami powietrza. Trudno te przyczyny usunąć, choć konstruktorzy nie ustają w wysiłkach, aby ograniczyć je do minimum. Najgorszym objawem hałasu, bardzo niemiłym dla środowiska, jest grom dźwiękowy występujący w pewnym warunkach lotu: na ziemi słychać huk jakby wystrzału; w pobliskich zabudowaniach mogą popękać szyby, a nawet mury ulec uszkodzeniu. Zanim wyjaśnimy mechanizm i przyczyny tego zjawiska, musimy powiedzieć, co to jest bariera dźwięku, z którą grom dźwiękowy jest ściśle związany. Oba te zjawiska nie będą trudne do zrozumienia dla czytelników Kalejdoskopu Techniki, którzy interesują się lotnictwem i choć trochę lubią fizykę oraz znają jej praktyczne zastosowania. Oczywiście w naszych rozważaniach musimy zastosować pewne konieczne uproszczenia. Proste doświadczenie ułatwi nam rozumowanie. Gdy rzucimy kamień do wody, na powierzchni zaczną się rozchodzić koliste fale (rys. 1a). Tak samo jest wówczas, gdy kijem zaczniemy mieszać wodę.
Od dzioba płynącej łódki (rys. 1b i c) również rozchodzą się fale. Ulegają one jednak pewnym deformacjom (tworzy się jakby pawie oczko) w miarę wzrostu prędkości łódki. Fale rozchodzą się z określoną stałą prędkością, co można sprawdzić doświadczalnie. Gdy prędkość łodzi będzie taka jak prędkość rozchodzenia się fal, na przodzie łodzi powstanie "wal wodny" (jakby bariera), który utrudni jej płynięcie. Jeżeli prędkość łodzi, mającej napęd mechaniczny (motorówka) dużej mocy, będzie nadal wzrastać, "wał" zostanie niejako rozcięty i powstająca fala wraz z falami kolistymi utworzy trójkątny obszar rozprzestrzeniający się do tyłu (rys. 1d). Podobne zjawiska występują w powietrzu otaczającym lecący samolot, tylko w tym wypadku fale rozprzestrzeniają się przestrzennie (trójwymiarowo), a nie na płaskiej powierzchni. Badania wykazały, że zakłócenia powietrza wywołane przez lecący samolot oraz hałas silnika tworzą fale tak zwane ciśnieniowe o takim samym charakterze jak fale dźwiękowe. Rozchodzą się one z prędkością stałą (w przybliżeniu), malejącą w miarę wzrostu wysokości. Tak więc lecący samolot powoduje rozchodzenie się fal w formie rozszerzających się powierzchni kulistych (rys. 2a). Gdy samolot osiągnie prędkość dźwięku, rozchodzące się fale zagęszczają się przed samolotem (nie zdążą "uciec"), tworząc jakby wał ściśniętego powietrza (rys. 2b). Takie zjawiska nazywamy właśnie barierą dźwięku.
Powstanie bariery dźwięku jest połączone ze znacznym wzrostem oporu samolotu; do dalszego wzrostu prędkości lotu potrzebny jest duży wysiłek silnika napędowego. Po przekroczeniu prędkości dźwięku opór oczywiście nadal wzrasta (im szybciej samolot leci, tym opór jest większy), lecz już nie tak gwałtowny jak w momencie przekraczania bariery dźwięku. Przy małych prędkościach lotu zjawisko skupiania się fal nie występuje, powietrze niejako zdąży się rozejść, nie tworząc dodatkowego oporu. Trzeba tu wyraźnie zaznaczyć, że opór wynikły z tarcia o powierzchnię samolotu "opływaną przez powietrze" oraz opór wynikający z mniej lub bardziej smukłego kształtu istnieje zarówno przy prędkości małej, jak i dużej. Jednakże przy dużych prędkościach (bliskich lub wyższych od prędkości dźwięku) powstaje dodatkowy składnik oporu, zwany oporem falowym.
Rozpatrzmy teraz sytuacje przedstawione na rysunku 2. Ilustrują one słyszalność samolotu widzianego z ziemi. W sytuacji na rysunku 2a fale dźwiękowe dojdą do obserwatora stojącego pod drzewkiem, zanim samolot będzie widzialny. Gdy samolot osiąga prędkość dźwięku (rys. 2b), ma "przed nosem" barierę dźwięku. Rozprzestrzeniająca się ku dołowi silna fala uderzeniowa będzie na ziemi słyszana jako grom dźwiękowy w momencie ujrzenia samolotu. Badania wykazały, że taka sumująca się fala uderzeniowa formuje się na ogół na grzbiecie profilu skrzydła i tam jest główne źródło gromu. Niekiedy grom bywa podwójny, co wynika z tego, że fala przeskakuje z wierzchu na spód skrzydła. W tym wypadku (rys. 2c) obserwator najpierw zobaczy samolot, a dopiero potem go usłyszy. Warunki są tu jednak inne: samolot leci z prędkością większą od prędkości dźwięku. Gdy do obserwatora dojdzie skośna fala uderzeniowa, usłyszy on grom, ale tym razem "naddźwiękowy".
Niekiedy przy skręcie szybko lecącego samolotu powstaje szczególnie intensywna fala o zwiększonym efekcie dźwiękowym: nazywa się to supergromem. W chwili gdy samolot lecący z prędkością naddźwiękową zaczyna zwalniać przy podchodzeniu do lądowania, może wystąpić grom w sposób nie mniej gwałtowny. Oczywiście gdy grom powstaje na dużej wysokości lotu, zostaje on "rozmyty" i ani jego słyszalność, ani działanie nie są tak znaczne. Uczeni i konstruktorzy starają się nadać taki kształt samolotowi, aby jego opór był jak najmniejszy, a siła nośna możliwie duża. Porównajmy zdjęcia nowoczesnego samolotu osiągającego małą prędkość i naddźwiękowego samolotu "Concorde". Widzimy, że kształtem różnią się one znacznie; różnice te są spowodowane względami aerodynamiki. Samolot o małej prędkości (rys. 3) ma dość gruby kadłub, w którym mieści się spory ładunek, proste długie skrzydła i napęd za pomocą śmigła. Natomiast samolot naddźwiękowy (rys. 4) ma cienki "igłowy" kadłub, silniki odrzutowe wbudowane w skrzydła. Płat jest skośny, trójkątny. Taki skośny płat lepiej "rozcina" powietrze przy prędkości naddźwiękowej. Ostatnio ulepszono profile skrzydeł szybkich samolotów; pozwoli to na uzyskanie nieco większej prędkości bez odczuwania skutków "bariery". Grom dźwiękowy i hałas samolotów są trudne do zwalczenia. Zjawiska te, wraz z dużą prędkością lądowania dużych samolotów, narzucają konieczność budowania lotnisk w coraz większym oddaleniu od miast i skupisk domów, tak że traci się korzyści z szybkiego lotu. Co z tego, że samolot przebywa na przykład drogę z Ameryki do Europy w ciągu niewielu godzin, gdy sam dojazd do lotniska trwa ponad godzinę? Jak więc widać, rozwój nowoczesnego lotnictwa nie jest łatwy. Trzeba jeszcze pokonać wiele trudności, aby przyszły ulepszony samolot był nie tak dokuczliwy dla środowiska. dr inż. Zdzisław Brodzki
|
św. Agnieszka z Montepulciano
Modlitwa do św. Agnieszki z Montepulciano
Litania do św. Agnieszki z Montepulciano
Do La Salette przybywają pielgrzymi z całego świata
Drugi znak - wielki smok (Ap 12,3-6)
Czy apostolskie zalecenie powstrzymywania się od krwi dziś już nie obowiązuje?
Modlitwa o Cud
Tajemnica Szczęścia
Modlitwy do św. Rity
Litania do św. Józefa
Jezu, Ty się tym zajmij - Akt oddania się Jezusowi
Godzina Łaski 2023| [ Strona główna ] |
|
Modlitwy | Zagadki | Opowiadania | Miłość | Powołanie | Małżeństwo | Niepłodność | Narzeczeństwo | Prezentacje | Katecheza | Maryja | Tajemnica Szczęścia | Dekalog | Psalmy | Perełki | Cuda | Psychotesty | Polityka Prywatności | Kontakt - formularz | Kontakt
© 2001-2024 Pomoc Duchowa |