Техника - молодёжи 1946-08-09, страница 12

lUmjP*"

Поднявшись на высоту в 12 тысяч метров, летчик-испытатель ввел самолет в отвесное пикирование.

Самолет ринулся вниз, стремительно набирая скорость. Летчик стал наблюдать за указателем скорости, стрелка которого быстро поползла по шкале. На скорости в 1 ООО километров в час самолет начал вибрировать, содрогаясь всем корпусом. И в это время летчик заметил необычайное явление: перед самолетом выросла полупрозрачная стенка. Она была похожа иа целлофановую полрску, протянувшуюся, как барьер, вдоль крыльев самолета. Летчик увидел внезапно ставшую зримой воздушную волну.

Выводя самолет из пике, летчик заметил, как при уменьшении скорости воздушная стена становилась все менее и менее заметной и, наконец,, совсем исчезла.

То, что летчик увидел во время пикирования, поразило его и озадачило. Да и для многих это явление могло показаться неожиданным и странным, но только не для аэродинамиков. Аэродинамики предвидели, что волна сильно сжатого воздуха обязательно должна появиться при скорости самолета, приближающейся к скор(?сти звука, и многократно наблюдали эту волну в своих опытах. Для них этот уплотненный воздух, этот звуковой барьер, встреча с которым заставила вибрировать самолет, был неизбежным следствием физических законов.

Авиация характерна в истории техники тем, что ее теория — аэродинамика — почти всегда намного опережала практику. Не одна работа творцов авиационной науки Жуковского н Чаплыгина была написана, задолго до взлета первого аэроплана. В то время как в воздух стали подниматься первые неуклюжие самолеты, в теоретических работах были уже разобраны вопросы расчета профиля крыла, подъемной силы и т. п. Вопрос о том, какую форму должно иметь тело, чтобы при своем движении сквозь воздух испытывать наименьшее сопротивление, составляет одну из главнейших проблем аэродинамики.

Разбирая утот вопрос теоретически, а также и практически исследуя тела различной формы в аэродинамической трубе, аэродинамики пришли к выводу, что основной причиной сопротивления, испытываемого телом при его движении, являются вихри, возникающие при обтекании тела ©оздухом, и трение. Вихри, которые образуются сзади движущегося предмета, создают там сильное разряжение и как бы тянут тело назад.

Чтобы при движении возникало как можно меньше вихрей, всем частям самолетов, автомобилей и т. п. стараются придать обтёкаемую, каплеобразную форму, округляя головную часть и заостряя хвост. Так обстоит дело при движении с малыми скоростями.

Однако еще} в 1897 году Чаплыгин, исследуя вопрос о движении тел,

ю

доказал, что обтекание тел при очень больших скоростях будет совсем иным, чем при обычных скоростях. А в 1901 году в своей замечательной, исторической диссертации ои дал идеально простой и изящный метод решения задачи расчета сопротивления тела, летящего с большой скоростью. Колоссальное значение этой работы ощутилось особенно отчетливо в наше время сверхскоростной авиации.

Действие тела на воздух не ограничивается одним только образованием вихрей. Двигаясь, тело сжимает воздух. Слой сжатого воздуха, расширяясь, передает сжатие соседним слоям; те, в свою очередь, сжимают еще более далекие слои. Возникают упругие колебания воздуха. Они распространяются во все стороны, образуя сферическую волну. Упругие колебания» воздуха—это то, что мы называем звуком. Перемещающееся тело—это движущийся источник звука, — в любой момент в каждой точке своего пути оно возбуждает колебания воздуха? Однако мы это замечаем не всегда. Чтобы быть услышанным, звук должен «меть достаточную мощность и, кроме того, частоту, лежащую в пределах] слышимости. Человеческое ухо, как известно, слышит только те звуки, которые имеют частоту не ниже 16 и не выше 20000 колебаний в секунду.

Сжимая воздух, тело испытывает с его стороны тормозящее действие, — величина этого дополнительного сопротивления в сильной степени зависит от скорости тела.

Рассмотрим три случая*

Пусть тело движется со скоростью меньшей, чем скорость, с которой рас-

Инж„ К. ОСМИНИН Рис. С. ЛОДЫГИНА и Ф. ЗАВАЛОВА

пространяются в воздухе упругие колебания, или, иными словами, звук. В этой случае волны, порожденные телом, обгоняют его. Сжатие, передающееся от одного слоя воздуха к другому, убегает от тела и подготовляет впереди лежащие слои воздуха для встречи с летящим телом. Сопротивление, вызываемое сжатием воздуха* при скоростях, меньших скорости звука (равной около Земли примерно 1 200 километрам ® час), ничтожно мало. При расчетах им пренебрегают и считают воздух, подобно жидкостям, средой несжимаемой.

Иначе обстоит дело в том случае, когда тело движется со скоростью звука. Волна, возбужденная телом, уже не может убежать от него. Тело неотступно следует за сжатием, бегущим по воздуху, непрерывно порождая все новые и новые упругие волны. Все эти волны, накладываясь друг на друга, образуют перед телом барьер из сильно уплотненного воздуха.

Воздушный барьер называют иначе еще скачком уплотнения. Скачок уплотнения может возникнуть и тогда, когда тело еще ие достигло скорости звука. Именно такой случай и произошел при пикировании летчика. Дело заключается в том, что при огибании кривых поверхностей самолета скорость воздушных струй возрастает и может достигнуть звуковой скорости, в то время как скорость самого самолета только еще приближается к критическому значению

Теперь проанализируем последний случай — движение тела со сверхзвуковой скоростью. Тело обгоняет волны, порождаемые им самим. Сзади тела тянется вереница сферических звуковых волн. В том месте, где в данный мо

Пипетка движется медленней, чем волна на воде. Гребни волн, порождаемых последовательно падающими каплями, не догоняют друг друга. Этому опыту соответствует движение тела в воздухе со скоростью, меньшей скорости звука. Волны звука обгоняют тело. Тело не может угнаться за сжатием воздуха, вызванным его. движением.

Главное сопротивление движению в этом случае создают трение и вихри, образующиеся сзади тела вследствие срыва воздушных струй в хво-стовой части.