Звуковые удары


Множество слов произносилось за и против полетов пассажирских самолетов со сверхзвуковыми скоростями, особенно в связи с появлением англо-французского пассажирского сверхзвукового самолета «Конкорд»» и разработкой его соперника — американского самолета «Боинг SST».

Всех в основном волновала лишь одна проблема — те раскаты «грома», которые обычно сопровождают полет сверхзвукового самолета.

Рассмотрим кратко физику этого явления, а также обсудим некоторые вопросы воздействия ударных волн на людей и здания.

С первыми же полетами сверхзвуковых истребителей в нашу жизнь прочно вошло выражение «преодолевать звуковой барьер».

Многие считали, что грохот возникает лишь тогда, когда самолет преодолевает звуковой барьер.

В действительности же сверхзвуковой самолет «тащит» за собой многочисленные ударные волны, которые широкой (в несколько километров) «дорожкой» устилают весь его путь (рис. 106— 109).

Поскольку при полете сверхзвукового самолета образуются две ударных волны, то мы обычно слышим двойной звук, порождаемый ударными волнами.

Звуковые удары

Рис. 106. Излучение звуковых волн неподвижным источником. Неподвижный источник излучает волны в виде концентрических сфер.

Звуковые удары

Рис. 107. Излучение звуковых волн источником, движущимся со скоростью, меньшей скорости звука.

Такой источник также излучает волны в виде сфер, центр которых все время сдвигается в направлении движения источника. Сферический фронт волны соответствует излучению из точки 1. Поскольку реактивный самолет, показанный на рисунке, летит со скоростью 0, 8 скорости звука, то он никогда не «пробьет» ни одну из создаваемых им звуковых сфер.

Звуковые удары

Рис. 108. Излучение звуковых волн сверхзвуковым источником.

Как видно из верхнего рисунка, сверхзвуковой самолет оставляет позади себя создаваемые им звуковые сферы. Огибающие поверхности расходящихся сфер (нижний рисунок), тянущиеся за сверхзвуковым самолетом. Сверхзвуковой самолет создает коническую ударную волну, вершина которой находится на самолете. Пересечение этого конуса с поверхностью земли образует параболу, которая движется по земной поверхности со скоростью самолета.

Звуковые удары

Рис. 109. N-волны, образующие два конуса повышенного давления с вершинами на носу и крыльях самолета соответственно.

Такая картина объясняет, почему обычно мы слышим двойной удар пролетающего сверхзвукового самолета.

На этом рисунке мы видим JV-волны (сплошные линии), образующиеся прн полете «Конкорда» вблизи его фюзеляжа (а), на расстоянии 350 м ниже самолета (б) и на уровне земли (в). Горизонтальными линиями представлено атмосферное давление на двух различных высотах и на уровне земли.

Интенсивность этого звука пропорциональна скачку давления воздуха, вызванного ударной волной. Под влиянием различных факторов, в первую очередь атмосферных условий, эта интенсивность может значительно увеличиваться, иногда вдвое.

В результате создаются так называемые звуковые сверхудары.

Против полетов сверхзвуковых пассажирских самолетов — «Конкорд» и «Боинг SST» — часто выступает общественность.

Так, Карл Крайтер, американский ученый, о котором мы уже говорили в связи с единицей измерения шума — ноем, написал большую статью, в которой проанализировал воздействие ударных волн на людей и различные сооружения.

По его подсчетам, в районах вдоль трасс сверхзвуковых лайнеров (полоса поверхности земли шириной 40 км, над которой проходит путь самолета) в США должно находиться около 36 млн. человек, если самолет летит в стороне от крупных населенных пунктов, и около 65 млн. человек, если он летит по обычным воздушным трассам.

Ежедневно на этих"людей будет обрушиваться в среднем до 10 ударных волн, причем в 98% случаев обусловленное ими избыточное давление составит от 7 до 9 кг/м2, в 1 % случаев — 19, 53 кг/м2 и выше, и лишь в 1% случаев — ниже 5 кг/м2.

При исследованиях полетов сверхзвуковых истребителей ВВС США в районе мыса Канаверал установлено, что при определенных условиях ударные волны, распространяющиеся вдоль земной поверхности, могут вызывать слабые землетрясения.

В настоящее время большая часть данных свидетельствует о нежелательности полетов сверхзвуковых лайнеров над территориями стран. Вопрос же о том, насколько выгодно строительство сверхзвуковых самолетов, летающих только над океанами, остается открытым.

© 2008 - 2017 Звук и Слух  Копирование материалов сайта запрещено. Все права на публикуемые материалы принадлежат их правообладателям.