Bang sonique

Le bang sonique de limite est utilisé généralement pour se rapporter aux chocs provoqués par le vol supersonique du des transports d'un avion militaire ou de passagers tels que le Concorde (mach 2.02, plus en service) et la navette spatiale (jusqu'à mach 27). Les bangs soniques produisent d'énormes quantités d'énergie saine, retentissant tout comme une explosion ; typiquement l'avant de choc peut approcher 167 mégawatts par mètre carré, et peut dépasser 200 décibels . Le tonnerre est un type de bang sonique normal, créé par le chauffage et l'expansion rapides d'air dans un orage.

Causes

Quand un objet traverse l'air, il crée une série de vagues de pression devant lui et derrière lui, semblable aux vagues d'arc et de poupe créées en un bateau. Ces vagues voyagent à la vitesse du bruit, et à mesure que la vitesse des avions augmente les vagues sont forcées ensemble, ou comprimées, parce qu'elles ne peuvent pas " ; sortir du way" ; de l'un l'autre, par la suite fusionnant dans une onde choc simple à la vitesse du bruit. Cette vitesse critique est connue comme mach 1 et est approximativement 1.225 kilomètres par heure (761 M/H) au niveau de la mer.

Dans le vol doux, l'onde choc commence au nez des avions et des extrémités à la queue. Il y a une élévation soudaine de pression au nez, diminuant solidement à une pression négative à la queue, tandis qu'après que l'objet passe, la pression revient par la suite à la normale. Ce " ; profile" de surpression ; est connu comme N-ondulent en raison de sa forme. Le " ; boom" ; est expérimenté quand il y a une élévation soudaine de pression, ainsi N-onduler les causes deux perches, une quand l'élévation initiale de pression du nez frappe, et une autre quand la queue passe et la pression revient soudainement à la normale. Ceci mène à un " distinctif ; double boom" ; des avions supersoniques. En manoeuvrant, la distribution de pression change en différentes formes, avec un caractéristique U-ondulent la forme. Puisque la perche est produite continuellement tant que l'avion est supersonique, il trace dehors un chemin au sol suivant la trajectoire de vol de l'avion, connue sous le nom de forêt de perche de .

Caractéristiques

La puissance, ou le volume, de l'onde choc dépend de la quantité d'air qui est accéléré, et ainsi de taille et de poids des avions. À mesure que l'avion augmente la vitesse les chocs élèvent le " ; tighter" ; autour du métier et ne deviennent pas beaucoup de " ; louder" ;. À grande vitesse et des altitudes le cône n'intersecte pas la terre et aucune perche n'est entendue. Le " ; length" ; de la perche de l'avant au dos dépend de la longueur des avions à un facteur de 3 : 2. Un plus long d'avions " donc ; écarter l'out" ; leurs perches plus que les plus petites, qui mène à une perche moins puissante.

Plusieurs plus petites ondes chocs peuvent, et font habituellement, forme à d'autres points sur les avions, principalement toutes les points ou courbes de corps convexe, le principal bord d'aile et particulièrement l'admission aux moteurs. Ces ondes de choc secondaires sont provoquées par l'air étant forcé de tourner autour ces points convexes, qui produit d'une onde choc dans l'écoulement supersonique.

Les ondes chocs postérieures sont de façon ou d'autre plus rapides que le premier, voyagent plus rapidement et s'ajoutent à l'onde de choc principale à une certaine distance à partir des avions pour créer beaucoup plus définie N-ondulent la forme. Ceci maximise la grandeur et le " ; time" d'élévation ; du choc qui fait la perche sembler plus fort. Sur la plupart des conceptions la distance caractéristique est environ 40.000 m), signifiant qu'au-dessous de cette altitude le bang sonique sera " ; softer" ;. Cependant, la drague à cette altitude ou rend ci-dessous le voyage supersonique particulièrement inefficace, qui pose un problème grave.

Réduction

Vers la fin des années 50 quand des conceptions du transport supersonique (SST) de étaient activement poursuivies, on l'a pensé que bien que la perche soit très grande, les problèmes pourraient être évités en volant plus haut. Ces lieux étaient faux prouvé quand le nord-américain Valkyrie du B-70 a commencé à voler, et on l'a constaté que la perche était un problème même à 70.000 pieds ( 21,000m ). C'était pendant ces essais que N-onduler a été caractérisé la première fois.

Richard Seebass et son collègue Albert George à l'Université de Cornell a étudié le problème intensivement et a par la suite défini un " ; figure de merit" ; (FM) pour caractériser les niveaux de bang sonique des avions différents. FM est une fonction de la masse avions et de la longueur d'avions. Les inférieurs cette valeur, moins la perche que l'avion se produit, avec des figures environ de 1 ou abaissent être considéré acceptable. Using ce calcul, ils ont trouvé FM environ de 1.4 pour le Concorde et de 1.9 pour le Boeing 2707 . Ceci a par la suite condamné à la plupart des projets de SST pendant que le ressentiment public se mélangeait à la politique avait par la suite comme conséquence les lois qui ont rendu des tels avions impraticables (vol seulement au-dessus de l'eau par exemple). Une autre manière d'exprimer ceci est envergure d'aile. Le fuselage même de grands avions supersoniques est très lisse et avec assez d'envergure d'angle d'attaque et d'aile l'avion peut voler tellement haut que la perche par le fuselage n'est pas importante. Plus l'envergure d'aile est grande, plus en bas l'impulsion qui peut être appliqué à l'air est grande, plus le feutre de perche est grand. Un petit avion de plus petites d'aile faveurs d'envergure conçoit comme les gicleurs d'affaires de . Seebass-George a également travaillé sur le problème d'un autre angle, essayant d'étendre N-ondulent latéralement et temporellement (longitudinalement), en produisant (merle SR-71, Boeing X-43 ) un choc fort et en bas-focalisé à un dièse, mais le nosecone grand-angulaire, qui voyagera à la vitesse légèrement supersonique (onde de choc à l'avant ), et à l'aide en arrière balayée d'une aile de vol ou d'une aile de vol oblique pour lisser dehors ce choc le long de la direction du vol (la queue du choc voyage à la vitesse sonique). Pour adapter ce principe aux avions existants, qui produisent d'un choc à leur nez-cône et encore plus fort à leur bord d'attaque d'aile, le fuselage au-dessous de l'aile est shaped selon la règle de secteur . Dans le meilleur des cas ceci soulèverait l'altitude caractéristique de 40.000 m), qui est où la plupart des avions de SST volent.

Ce resté non essayé pendant des décennies, jusqu'à ce que le DARPA ait lancé le projet supersonique tranquille de plate-forme et ait placé les avions de la démonstration formés par (SSBD) de bang sonique pour l'examiner. SSBD a employé un combattant de liberté du F-5 modifié avec une nouvelle forme de corps et a été examiné sur une période de deux ans dans ce qui est devenu l'étude la plus étendue sur le bang sonique jusqu'ici.300 enregistrements, certains pris à l'intérieur de l'onde choc par un chassent plat, le SSBD ont démontré une réduction de perche par environ un tiers. Bien qu'un tiers ne soit pas une réduction énorme, il pourrait avoir réduit Concorde au-dessous du FM = 1 limite par exemple.

Il y a des conceptions théoriques qui ne semblent pas créer les bangs soniques du tout, tel que le biplan du Busemann de .

Perception et bruit

Le bruit d'un bang sonique dépend en grande partie de la distance entre l'observateur et la forme d'avions produisant le bang sonique. Un bang sonique est habituellement entendu comme double " profond ; boom" ; car l'avion est habituellement une certaine distance loin. Cependant, en tant que ceux qui ont été témoin des atterrissages des navettes spatiales ont entendu, quand l'avion est voisin le bang sonique est un " plus pointu ; bang" ; ou " ; crack" ;. Le bruit est tout comme le " ; Quot des bombes aériennes ; utilisé au feu d'artifice de montre

En 1964, la NASA et l'Administration Fédérale d'Aviation ont commencé les essais de bang sonique de Ville d'Oklahoma de , qui ont causé huit bangs soniques par jour pendant six mois. Des données valables ont été recueillies de l'expérience, mais 15.000 plaintes ont été produites et ont finalement empêtré le gouvernement dans un procès du procès collectif , qu'elle a perdu sur l'appel en 1969.

Bullwhip

Le bruit de fissuration qu'un Bullwhip fait quand correctement utilisé est, en fait, un bang sonique. L'extrémité du fouet, connue sous le nom de " de ; cracker" ; , mouvements plus rapidement que la vitesse du bruit, ainsi ayant pour résultat le bang sonique. Le fouet était la première invention humaine pour casser la barrière saine.

Un bullwhip effile vers le bas de la section de poignée au biscuit. Le biscuit a beaucoup moins de masse que la section de poignée. Quand le fouet est brusquement balancé, l'énergie est transférée en bas de la longueur du fouet effilant. Selon la formule pour le $d'énergie cinétique (= d'E_k \ frac {mv^2} {2})$ , la vitesse du fouet augmente avec la diminution de la masse, qui est comment le fouet atteint la vitesse du bruit et cause un bang sonique.

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