¿Por qué el rápido caza supersónico puede hacer explotar una "nube de explosión sónica"?
Todo el mundo puede saber que la velocidad de los aviones de combate supersónicos se mide en Mach. Para comprender la velocidad de los aviones supersónicos de forma más intuitiva, digitalizamos 1 Mach = unos 340 metros, y ahora el general. La velocidad de los aviones de combate supersónicos es Mach 2 ~ 3, que es más de 800 metros por segundo y una velocidad de 1.300 kilómetros por hora. Es común que los aviones de combate modernos vuelen a velocidades supersónicas. El avión más rápido del mundo, el SR-71 Blackbird, puede incluso alcanzar Mach 3,35 en su velocidad más rápida. ¿Alguna vez has pensado en lo que sucede cuando un avión de combate supera la velocidad del sonido? ¿Qué maravillas causará la resistencia del aire?
Si tienes algunos conocimientos militares, sabrás que cuando un avión de combate se acerca a la velocidad del sonido, poco a poco irá alcanzando las ondas sonoras que emite. En este momento, dado que la compresión del aire por el fuselaje no puede extenderse rápidamente, se acumulará gradualmente en el lado de barlovento del avión y sus áreas cercanas, formando eventualmente una superficie de onda de choque que cambia las propiedades físicas de presión, temperatura y velocidad. , densidad, etc. en el aire. La formación de ondas de choque es una característica típica del vuelo supersónico. Si el poder aéreo se convierte en energía cinética en este momento, se formará una "nube de estallido sónico", como si se pusiera una "falda de gasa blanca" en un avión de combate supersónico. .
La superficie de onda de choque formada por esta "nube de estallido sónico" aumentará la resistencia del aire al avión. Esta resistencia provocada por la velocidad del sonido se convertirá en un obstáculo para que el avión de combate siga aumentando. velocidad, por lo que comúnmente se la conoce como barrera del sonido. Esta barrera del sonido reducirá en gran medida el estado del caza, como un fuerte aumento en la resistencia del avión, reducción de la sustentación, reducción de la eficiencia de la hélice, fuerte vibración del cuerpo del avión, falla de control, etc. Este también es un problema técnico que debe resolverse. Cuando los países de todo el mundo desarrollen aviones de combate supersónicos, que son rápidos hasta cierto punto, los aviones de combate se desintegrarán.
Existe un precedente de este tipo de accidentes. Por ejemplo, en junio de 1945, cuando los británicos probaron el DH-106 "Swallow", la velocidad del avión era cercana a la velocidad del sonido, lo que provocó que el fuselaje se rompiera y el avión se estrellara. Después del accidente, un científico británico dijo: "La velocidad del sonido es como una barrera frente a nosotros". La primera máquina de prueba del mundo que alcanzó la barrera del sonido fue la Bell X-1 de fabricación estadounidense, originalmente con el número XS-1. , desarrollado por NACA y Estados Unidos Desarrollado conjuntamente por la Fuerza Aérea del Ejército. El 14 de octubre de 1947, el coronel de la Fuerza Aérea estadounidense Chuck Yeager completó el primer vuelo supersónico en el avión de prueba n.° 46-062. Apodó al avión "Charming Glennie" (por el nombre de su esposa), este fue también el primer experimento exitoso. en el que un avión rompió la barrera del sonido.
En una época en la que la tecnología militar estaba relativamente atrasada, este avión cohete colgaba del vientre de un B-29 mejorado y despegaba, encendía su motor cohete en el aire y luego se deslizaba hasta el suelo. El vuelo número 50 del XS-1 fue el primer vuelo supersónico del X-1, con una velocidad máxima de Mach 1,06. Además, un efecto a menudo asociado con el vuelo transónico se llama nube de condensación de Prandtl-Grauer, que se caracteriza por una nube en forma de cono con el avión como eje central y que se extiende uniformemente alrededor de la sección delantera del ala. Esto se debe a la aceleración del flujo de aire provocada por las alas, que convierte la energía interna del aire en energía cinética, lo que produce una disminución de la temperatura, lo que a su vez provoca la condensación del vapor de agua. Esta es la "falda de gasa blanca". formado por la nube de explosión sónica.
Cuando el vapor de agua alrededor del caza supersónico se condensa en pequeñas gotas de agua, a simple vista parece una nube. Esta zona de alta velocidad desaparecerá rápidamente a medida que aumente la distancia desde el fuselaje. Cabe mencionar que las nubes de condensación de Prandtl-Grauer (nubes de explosión sónica) no solo se ven durante el vuelo transónico, ni necesariamente están relacionadas con ondas de choque. Solo representan que el aire tiene un cierto grado de compresibilidad. En las condiciones adecuadas, los aviones que no se acercan a la velocidad del sonido también pueden producir nubes de condensación de Prandtl-Grauer a su alrededor. Por lo tanto, en comparación con las ondas de choque, las nubes de explosión sónica son relativamente seguras para los aviones de combate.