NASA создает "тихие" сверхзвуковые самолеты

Американское космическое агентство НАСА завершает серию тестов, в рамках которых инженеры исследуют свойства ударных волн, образующихся при прохождении звукового порога.

В НАСА был создан специальный исследовательский самолет F-15, при помощи которого и строятся модели.

По словам специалистов, все проводимые сейчас эксперименты имеют своей целью создание нового летательного аппарата, способного тихо и без физических последствий преодолевать звуковой барьер. Подобный "тихий" самолет будет способен во время полета многократно выходить за пределы скорости звука и опускаться ниже нее без последствий для летчиков и электроники аппарата. Кроме этого, второй важной задачей данных экспериментов является заложение основ проектирования пассажирских лайнеров, летающих на скорости выше звуковой.

По словам специалистов, при обтекании сверхзвуковым газовым потоком твёрдого тела на его передней кромке образуется ударная волна, (иногда не одна, в зависимости от формы тела). На фронте ударной волны (называемой иногда также скачком уплотнения), имеющем очень малую толщину (доли миллиметра), почти скачкообразно происходят кардинальные изменения свойств потока - его скорость относительно тела снижается и становится дозвуковой, давление в потоке и температура газа скачком возрастают. Часть кинетической энергии потока превращается во внутреннюю энергию газа. Все эти изменения тем больше, чем выше скорость сверхзвукового потока. При гиперзвуковых скоростях температура газа достигает нескольких тысяч градусов, что создаёт серьезные проблемы для аппаратов, движущихся с такими скоростями, (например, шаттл "Колумбия" погиб 1 февраля 2003 года из-за повреждения термозащитной оболочки, возникшего в ходе полёта).

Когда эта волна достигает наблюдателя, находящегося, например, на Земле, он слышит громкий звук, похожий на взрыв. Распространенное заблуждение, будто бы это - следствие достижения самолётом в этот момент скорости звука, "преодоление звукового барьера". На самом деле это - прохождение мимо наблюдателя ударной волны, которая постоянно сопровождает самолёт, движущийся со сверхзвуковой скоростью. Обычно сразу после "хлопка" наблюдатель может слышать гул двигателей самолета, не слышный до прохождения ударной волны, поскольку самолёт приближался быстрее звуков, издаваемых им.

В экспериментах НАСА на базе ВВС США Эдвардс в Калифорнии фактически были созданы два истребителя, первый из которых был ведущим и следовал на сверхзвуковой скорости, второй летел на до звуковой скорости на 150-200 метров ниже первого самолета и снимал все данные оп эксперименту.

Сейчас исследователи пытаются выяснить, как геометрия самолета может влиять на форму и мощность ударной волны.