על מה אנחנו חושבים כשאנחנו שומעים את הביטוי "מחסום קול"? גבול ומחסום מסוים, התגברות שיכולים להשפיע באופן רציני על השמיעה והרווחה. בדרך כלל, מחסום הקול קשור לכיבוש המרחב האווירי ולמקצוע של טייס.
התגברות על מחסום זה עלולה לעורר התפתחות של מחלות כרוניות, תסמונות כאב ותגובות אלרגיות. האם התפיסות הללו נכונות או שהן סטריאוטיפים? האם יש להם בסיס עובדתי? מהו מחסום קול? איך ולמה זה מתרחש? את כל זה וכמה ניואנסים נוספים, כמו גם עובדות היסטוריות הקשורות למושג זה, ננסה לברר במאמר זה.
המדע המסתורי הזה הוא אווירודינמיקה
במדע האווירודינמיקה, שנועד להסביר את התופעות הנלוות לתנועה של
מטוס, קיים המושג "מחסום קול". זו שורהתופעות המתרחשות במהלך תנועת מטוסים על-קוליים או טילים הנעים במהירויות הקרובות למהירות הקול או יותר.
מהו גל הלם?
במהלך הזרימה העל-קולית מסביב למכשיר, גל הלם מתעורר במנהרת הרוח. ניתן לראות את עקבותיו אפילו בעין בלתי מזוינת. על הקרקע הם מסומנים בקו צהוב. מחוץ לקונוס של גל ההלם, מול הקו הצהוב, על הקרקע, המטוס אפילו לא נשמע. במהירות העולה על הקול, הגופים נתונים לזרימה סביב זרם הקול, הגוררת גל הלם. ייתכן שיש יותר מאחד, תלוי בצורת הגוף.
טרנספורמציה של גל הלם
לחזית גל ההלם, המכונה לפעמים גל ההלם, יש עובי קטן למדי, מה שמאפשר בכל זאת להתחקות אחר השינויים הפתאומיים בתכונות הזרימה, ירידה במהירותו ביחס ל. הגוף ועלייה מקבילה בלחץ ובטמפרטורה של הגז בזרימה. במקרה זה, האנרגיה הקינטית מומרת חלקית לאנרגיה הפנימית של הגז. מספר השינויים הללו תלוי ישירות במהירות הזרימה העל-קולית. ככל שגל ההלם מתרחק מהמכשיר, ירידות הלחץ יורדות וגל ההלם הופך לקול. היא יכולה להגיע למתבונן מבחוץ שישמע צליל אופייני הדומה לפיצוץ. ישנה דעה שהדבר מעיד על כך שהמכשיר הגיע למהירות הקול, כאשר מחסום הקול נותר מאחור על ידי המטוס.
מה באמת קורה?
מה שנקרא הרגעההתגברות על מחסום הקול בפועל היא מעבר של גל הלם עם רעש הולך וגובר של מנועי מטוסים. כעת היחידה מקדימה את הצליל הנלווה, כך שהזמזום של המנוע יישמע אחריו. התקרבות למהירות המטוסים למהירות הקול התאפשרה במהלך מלחמת העולם השנייה, אך במקביל, טייסים ציינו אותות אזעקה בהפעלת כלי טיס.
לאחר תום המלחמה, מתכנני מטוסים וטייסים רבים ביקשו להגיע למהירות הקול ולשבור את מחסום הקול, אך רבים מהניסיונות הללו הסתיימו בצורה טראגית. מדענים פסימיים טענו שאי אפשר לעבור את הגבול הזה. בשום אופן לא ניסיוני, אלא מדעי, אפשר היה להסביר את מהות המושג "מחסום קול" ולמצוא דרכים להתגבר עליו.
המלצות לטיסה בטוחה
טיסות בטוחות במהירויות טרנסוניות ועל-קוליות אפשריות אם נמנע משבר גל, שהתרחשותו תלויה בפרמטרים האווירודינמיים של המטוס ובגובה הטיסה. מעברים מרמת מהירות אחת לאחרת צריכים להתבצע במהירות האפשרית באמצעות מבער לאחר, שיעזור להימנע מטיסה ארוכה באזור משבר הגלים. משבר הגלים כמושג הגיע מתחבורה מים. היא קמה בזמן תנועת ספינות במהירות הקרובה למהירות הגלים על פני המים. כניסה למשבר גל טומנת בחובה קושי להגביר את המהירות, ואם זה הכי פשוט שאפשר להתגבר על משבר הגל, אז אתה יכול להגיעמצב הקצעה או החלקה על פני המים.
היסטוריה בשליטה במטוס
האדם הראשון שהשיג מהירות טיסה על-קולית במטוס ניסיוני הוא הטייס האמריקני צ'אק ייגר. הישגו מצוין בהיסטוריה ב-14 באוקטובר 1947. בשטח ברית המועצות התגבר על מחסום הקול ב-26 בדצמבר 1948 סוקולובסקי ופדורוב, שהטיסו לוחם מנוסה.
מבין המטוסים האזרחיים, אוניית הנוסעים Douglas DC-8 הייתה הראשונה לשבור את מחסום הקול, שהגיע ב-21 באוגוסט 1961 למהירות של 1.012 מאך, או 1262 קמ"ש. המשימה הייתה לאסוף נתונים לתכנון כנפיים. בין המטוסים, שיא העולם נקבע על ידי טיל אוויר-קרקע אוויר-קרקעי היפרסוני, שנמצא בשירות הצבא הרוסי. בגובה של 31.2 קילומטרים הגיעה הרקטה למהירות של 6389 קמ"ש.
50 שנה אחרי ששבר את מחסום הקול באוויר, אנדי גרין האנגלי השיג הישג דומה במכונית. בנפילה חופשית ניסה לשבור את השיא האמריקאי ג'ו קיטינגר, שכבש גובה של 31.5 קילומטרים. היום, ב-14 באוקטובר 2012, קבע פליקס באומגרטנר שיא עולמי, ללא עזרת רכב, בנפילה חופשית מגובה 39 קילומטרים תוך שבירת מחסום הקול. במקביל, מהירותו הגיעה ל-1342.8 קילומטרים לשעה.
השבירה הכי יוצאת דופן של מחסום הקול
מוזר לחשוב, אבל ההמצאה הראשונה בעולם,התגבר על הגבול הזה, היה השוט הרגיל, שהומצא על ידי הסינים הקדמונים לפני כמעט 7,000 שנה. כמעט עד המצאת הצילום המיידי ב-1927, איש לא חשד שפיצוץ השוט הוא בום קולי מיניאטורי. תנופה חדה יוצרת לולאה, והמהירות עולה בחדות, מה שמאשר את הלחיצה. מתגברים על מחסום הקול במהירות של כ-1200 קמ ש.
תעלומת העיר הרועשת ביותר
לא פלא שתושבי הערים הקטנות מזועזעים כשהם רואים את הבירה בפעם הראשונה. שפע התחבורה, מאות מסעדות ומרכזי בילוי מבלבלים ומטרידים. תחילת האביב בבירה מתוארכת בדרך כלל לאפריל, לא מרץ סופת השלגים המרדנית. באפריל השמיים בהירים, נחלים זורמים וניצנים נפתחים. אנשים, עייפים מהחורף הארוך, פותחים את חלונותיהם לרווחה לעבר השמש, ורעש הרחוב פורץ אל הבתים. ציפורים מצייצות מחריש אוזניים ברחוב, אמנים שרים, תלמידים עליזים מדקלמים שירים, שלא לדבר על הרעש בפקקים ובהרכבת התחתית. עובדי מחלקות ההיגיינה מציינים כי לא בריא לשהות בעיר רועשת זמן רב. הרקע הצליל של הבירה מורכב מרעשי תחבורה, אוויר, תעשייה ובית. המזיק ביותר הוא רק רעש המכוניות, שכן המטוסים טסים גבוה מספיק, והרעש מהמפעלים מתמוסס בבניינים שלהם. המהום הקבוע של מכוניות בכבישים מהירים עמוסים במיוחד עולה על כל הנורמות המותרות פעמיים. איך מתגברים על מחסום הקול בבירה? מוסקבה מסוכנת בגלל שפע הצלילים, ולכן תושבי הבירה מתקינים חלונות עם זיגוג כפול כדי לעמעם את הרעש.
איך נפרץ מחסום הקול?
עד 1947, לא היו נתונים ממשיים על שלומו של אדם בתא הטייס של מטוס שטס מהר יותר מהקול. כפי שהתברר, שבירת מחסום הקול דורשת כוח ואומץ מסוימים. במהלך הטיסה מתברר שאין ערובות לשרוד. אפילו טייס מקצועי לא יכול לומר בוודאות אם עיצוב המטוס יעמוד בהתקפת האלמנטים. תוך דקות ספורות, המטוס פשוט יכול להתפרק. מה מסביר את זה? יש לציין שתנועה במהירות תת-קולית יוצרת גלים אקוסטיים שמתפזרים כמו עיגולים מאבן שנפלה. מהירות על-קולית מעוררת גלי הלם, ואדם שעומד על הקרקע שומע צליל הדומה לפיצוץ. ללא מחשבים חזקים, היה קשה לפתור משוואות דיפרנציאליות מורכבות, והיה צריך להסתמך על מודלים נושבים במנהרות רוח. לפעמים, עם תאוצה לא מספקת של המטוס, גל ההלם מגיע לעוצמה כזו שחלונות עפים מהבתים עליהם טס המטוס. לא כולם יצליחו להתגבר על מחסום הקול, מכיוון שברגע זה המבנה כולו רועד, ההידוק של המנגנון עלול לקבל נזק משמעותי. לכן, בריאות טובה ויציבות רגשית חשובים כל כך לטייסים. אם הטיסה חלקה, ומתגבר על מחסום הקול במהירות האפשרית, אז הטייס או הנוסעים האפשריים לא ירגישו תחושות לא נעימות במיוחד. במיוחד עבור כיבוש מחסום הקול, נבנה מטוס מחקר בינואר 1946. יצירת המכונה הייתהיזם בהוראת משרד הביטחון, אך במקום נשק הוא היה ממולא בציוד מדעי שפיקח על פעולת מנגנונים ומכשירים. המטוס הזה היה כמו טיל שיוט מודרני עם מנוע רקטי מובנה. המטוס שבר את מחסום הקול במהירות מרבית של 2736 קמ ש.
אנדרטות מילוליות וחומריות לכיבוש מהירות הקול
הישגים בשבירת מחסום הקול מוערכים מאוד היום. אז, המטוס שבו צ'אק ייגר התגבר עליו לראשונה מוצג כעת במוזיאון האוויר והחלל הלאומי, שנמצא בוושינגטון. אבל הפרמטרים הטכניים של ההמצאה האנושית הזו יהיו שווים מעט ללא היתרונות של הטייס עצמו. צ'אק ייגר עבר בית ספר לטיסה ולחם באירופה, ולאחר מכן חזר לאנגליה. ההשעיה הבלתי הוגנת מטיסה לא שברה את רוחו של ייגר, והוא השיג פגישה עם המפקד העליון של חיילי אירופה. בשנים שנותרו לפני תום המלחמה השתתף ייגר ב-64 גיחות, במהלכן הפיל 13 מטוסים. צ'אק ייגר חזר למולדתו בדרגת קפטן. המאפיינים שלו מצביעים על אינטואיציה פנומנלית, קור רוח מדהים וסיבולת במצבים קריטיים. יותר מפעם אחת, ייגר קבע שיאים במטוסו. הקריירה המאוחרת שלו הייתה בחיל האוויר, שם הכשיר טייסים. הפעם האחרונה שצ'אק ייגר שבר את מחסום הקול הייתה בן 74, שהיה במלאת חמישים שנה להיסטוריית הטיסה שלו ובשנת 1997.
משימות מורכבות של יוצרי מטוסיםמכשירים
מטוס המיג-15 המפורסם בעולם החל להיווצר ברגע שבו המפתחים הבינו שאי אפשר להתבסס רק על שבירת מחסום הקול, אבל יש לפתור בעיות טכניות מורכבות. כתוצאה מכך, מכונה נוצרה כל כך מוצלחת עד שהשינויים שלה אומצו על ידי מדינות שונות. כמה לשכות עיצוב שונות נכנסו לסוג של מאבק תחרותי, שהפרס שלו היה פטנט על המטוס המצליח והפונקציונלי ביותר. פיתחו מטוסים עם כנפיים סוחפות, שהיווה מהפכה בעיצובם. המנגנון האידיאלי יצטרך להיות חזק, מהיר ועמיד להפליא בפני כל נזק חיצוני. הכנפיים הסוחפות של המטוס הפכו לאלמנט שעזר להם לשלש את מהירות הקול. יתרה מכך, מהירות המטוס המשיכה לעלות, מה שהוסבר על ידי עלייה בהספק המנוע, שימוש בחומרים חדשניים ואופטימיזציה של פרמטרים אווירודינמיים. שבירת מחסום הקול הפכה לאפשרית ואמיתית גם עבור מי שאינו מקצוען, אבל היא לא הופכת פחות מסוכנת בגלל זה, אז כל מחפש קיצוני צריך להעריך בצורה מושכלת את החוזקות שלו לפני שהוא מחליט על ניסוי כזה.
