초음속 비행은 어떻게 음속 장벽을 극복하게 되었나요?

전투기의 속도가 시속 700~800km에 도달했을 때 조종사는 스로틀을 계속 높여도 항공기의 속도가 증가하지 않고, 항공기가 이를 따르지 않는 경우가 많다는 사실을 발견했습니다. 다이빙할 때 컨트롤이 자동으로 머리를 낮추는 경향이 있으며 때로는 격렬하게 진동하거나 좌우로 흔들리는 등의 현상이 발생합니다. 왜 이런가요? 항공기의 속도는 공기 중 소리 전파 속도, 즉 소리의 속도에 가깝다는 것이 밝혀졌습니다. 비행 중 이 문제를 당시에는 음속 장벽이라고 불렀습니다. 이름에서 알 수 있듯이 음속을 초과하는 것은 비행에 장애가 되었습니다.

당시 사람들은 저속 비행 경험만 있었지만 총알과 포탄의 비행에 대한 초음속 운동 지식은 이미 많이 축적되어 있었다. 배럴에서 나온 것은 초음속이었습니다. 하지만 물체가 저속에서 가속해 음속에 가까워지고 최종적으로 음속을 넘어서는 과정은 불분명하다. 항공기의 속도가 음속에 가까워지면 넘을 수 없는 한계가 있을 것으로 생각된다. .

1950년대 중반, 사람들은 초음속 비행을 했는데, 이는 당시 비행 역사상 매우 흥미로운 일이었습니다. 수십 년이 지났고 이제 사람들은 초음속 비행이 당연한 것처럼 초음속 비행에 대해 이야기할 때 흥미를 느끼지 않습니다. 그런데 그 당시 사람들이 음속을 맞추는 것이 얼마나 어려웠는지 아시나요?

소리는 얼마나 빠른가요? 일상생활에서 우리는 한번도 깊게 깨닫지 못한 실제적인 경험을 많이 합니다.말을 하려고 입을 열면 바로 들을 수 있습니다.소리의 확산은 시간이 걸리는 것이 아닌 것 같습니다. 한 곳에서 다른 곳으로 퍼지는 속도가 꽤 빠르기 때문에 시간이 걸립니다. 해수면 온도가 15°C일 때 속도는 초당 340미터, 즉 시속 1224킬로미터이며, 말하는 사람과 듣는 사람 사이의 거리가 매우 가까워 전파하는 데 걸리는 시간을 시간으로 느낄 수 없습니다. . 천둥번개가 치는 날에는 우리는 종종 이런 현상을 목격합니다. 먼저 번개가 보이고 그 다음에는 멀리서 천둥소리가 들립니다. 실제로 구름에서는 번개와 천둥이 동시에 발생하는데, 이는 번개가 초당 30만km의 속도로 이동하는 반면 천둥은 음속으로 이동하기 때문입니다.

무슨 소리야? 우리가 듣는 소리는 소리를 내는 물체의 진동으로 공기를 통해 고막에 전달되는 것이며, 그 자체가 물체의 진동입니다. 물체가 진동하면 필연적으로 물체 주변의 공기도 함께 진동하게 됩니다. 즉, 물체가 진동할 때 물체와 접촉하는 공기층은 압축되기도 하고 팽창하기도 합니다. 이러한 압축과 팽창의 움직임은 한 공기층에서 다른 공기층으로 전달되어 계속해서 확산됩니다. 소리의 속도는 실제로 이 방해가 가까운 곳에서 먼 곳으로 전파되는 속도를 나타냅니다.

소리의 전파 속도는 공기의 온도와 관련이 있습니다. 해수면에서 기온이 15℃일 때 소리의 전파 속도는 초당 340m이다. 성층권에서 기온이 -56.5℃일 때 소리의 전파 속도는 초당 296m이다.

공중을 나는 비행기는 끊임없이 주변 공기를 교란시키며, 이러한 교란은 음속으로 퍼집니다.

보통 사람들은 음속의 배수를 항공기의 속도라고 부르는데, 이는 마하(Mach)라는 과학자의 이름을 따서 명명된 것입니다. 항공기가 초음속으로 비행하는 경우 마하수는 분명히 1보다 크고, 음속보다 낮은 속도로 비행하는 경우 마하수는 1보다 작습니다.

비행기가 음속에 가까워지면 저속에서는 볼 수 없는 여러 가지 복잡한 현상이 발생하게 되며 이때 항공기의 저항은 매우 커지게 됩니다. 이러한 항력을 극복하기 위해 사람들은 항력을 줄이기 위해 날개를 이전보다 훨씬 얇게 만들었습니다.

나중에 사람들은 날개를 뒤로 기울이면 초음속으로 비행할 때 항력을 많이 줄일 수 있다는 사실을 발견했습니다. 이전과 마찬가지로 날개의 앞쪽 가장자리도 둥글게 만들어졌습니다. 이러한 방식으로 항공기의 항력이 감소하고 속도가 증가합니다.

요즘 전투기의 날개 앞부분은 거의 모두 뒤로 기울어져 있습니다. 이런 종류의 항공기는 이륙할 때 속도가 매우 낮으며, 속도가 점점 빨라져 음속에 가까워지면 날개가 펴지고 뒤로 물러나지 않습니다. 뒤로 물러나기 시작합니다. 속도가 높을수록 스윕이 커집니다.

초음속 항공기

현대 초음속 전투기는 일반적으로 마하 2 정도의 속도로 비행합니다. 마하 3을 초과하는 항공기는 소수에 불과하며, 한두 대밖에 없습니다. 실험용 항공기의 마하수는 6을 초과했습니다.

우주선이 지구로 귀환하고 대륙간탄도미사일이 다시 대기권에 진입하면 극초음속으로 날아가는데, 마하수는 10 이상이 될 수 있다. 이때 공기와의 심한 마찰로 인해 항공기의 표면 온도가 매우 높으며, 이러한 항공기를 만드는 데 사용된 재료가 고온을 견딜 수 없으면 "타버릴" 수 있습니다. 미국 우주왕복선은 고온을 방지하기 위해 주변, 특히 머리 부분에 세라믹 소재로 만든 내열 타일을 겹겹이 씌운 뒤 무사히 지구로 귀환했다.

지식

음속 장벽과 소닉 붐

음속 장벽은 항공기의 속도가 음속에 가까워지면 물리적인 현상입니다. 점차적으로 그것이 방출하는 음파를 따라잡으세요. 음파가 중첩되고 축적되면 충격파가 발생하게 되고, 이는 결국 항공기의 가속을 방해하게 됩니다. 음속으로 인해 속도를 높이는 데 방해가 되는 이러한 장애물을 음속 장벽이라고 합니다.

음속 장벽을 뚫고 초음속으로 진입하면 기체 앞쪽 끝에서 원뿔 모양의 음파가 발생해 구경꾼들에게는 이 충격파가 폭발하는 듯한 소리로 들리게 된다. 소닉붐 또는 소닉붐이라고 부른다. 강력한 음파붐은 지상 건물에 손상을 줄 뿐만 아니라 충격 표면을 넘어 확장된 항공기 자체의 부품에도 손상을 줍니다. 또한 물체의 속도가 음속에 가까우면 주변 공기에 음파가 중첩되어 매우 높은 압력이 되므로 물체가 음속 장벽을 통과하면 주변의 압력이 급격히 떨어집니다.