دیوار صوتی دیوار صوتی

[EBRAHIM 153]

ابتدا تقسیم بندی کلی بر هواپیماها از نظر سرعت خواهیم داشت. هواپیماها از نظر سرعت به چند دسته تقسیم می شوند:
*هواپیماهای زیر سرعت صوت یا Sub Sonic
*هواپیماهای نزدیک سرعت صوت یا Tran Sonic
*هوپیماهای دقیقاْ در صوت یا Sonic
*هواپیماهای ماورای سرعت صوت یا Super Sonic
*هواپیماهای بسیار بالاتر از سرعت صوت یا Hyper Sonic

سرعت صوت عبارت است از مقدار مسافتی که صوت در یک مدت زمان معین طی می کند. برای مثال سرعت صوت در ثانیه و در سطح دریا و دمای 22 درجه تقریباً 345 متر و سرعت آن در یک ساعت 1240 است. دلیل متغیر بودن سرعت صوت، به میزان فشار هوا یا در حقیقت ارتفاع بستگی دارد. در سطح دریا، سرعت صوت در میزان حداکثر خود و در ارتفاعات بالا کمترین مقدار خود را یعنی حدود 1060 کیلومتر بر ساعت را در در دمای 52 درجه دارد که به این معنی است که در سطح دریا، به دلیل تراکم نسبتاً زیاد ملکول های هوا، صوت با سرعت بیشتری حرکت می کند و مجرد اینکه ارتفاع بالا می رود، فشار هوا تقلیل یافته در نتیجه صوت با سرعت کمتری فضا را پیمایش می کند. به حداکثر سرعت صوت در یک ارتفاع معین ماخ یا Mach می گویند. به این ترتیب سرعت 120 کیلومتر در ساعت تقریباً مقداری معادل 0.1 ماخ داشته و سرعت 950 کیلومتر برساعت تقریباً معادل 0.9 ماخ است (البته بیان سرعت به کیلومتر در ساعت برای درک بهتر است، چه، در غیر اینصورت واحد سرعت هواپیماها بیشتر بر حسب نات یا Knot که معادل 1822 متر است محاسبه گردیده و ارتفاع آنها نیز بر حسب پا یا Foot که هر فوت معادل تقریباً 0.35 متر است محاسبه می شود). سرعت ماخ توسط فرمول سرعت "هواپیما ÷ سرعت صوت محیط" محاسبه می شود.
در حدود سرعت صوت، به دلیل فشردگی بیش از حد هوا در مقابل لبه حمله بال هواپیما، نیروی "برا"ی هواپیما به شدت کاهش پیدا کرده و بالعکس نیروی پس کشنده یا Drag آن به شدت افزایش پیدا می کند؛ تا جایی که بسیاری در زمان های گذشته عقیده داشتند که عبور از چنین سرعتی برای اجسام پرنده ساخت دست انسان غیر ممکن می باشد، اما ورود موتور جت به عرصه هوانوردی، این رویا رنگ واقعیت به خود گرفت. چرا که اگر یک هواپیمای ملخ دار در سرعت 700 کیلومتر بر ساعت به 1000 اسب بخار نیرو نیاز داشته باشد، در سرعت 1000 کیلومتر بر ساعت، همین هواپیما به 30,000 اسب بخار نیرو جهت پرواز نیز خواهد داشت. به همین دلیل این حد را (دیوار صوتی)، Sound Barrier نامیده و گذشتن از آن را غیر ممکن می دانستند.

تصويري از تشكيل يك رنگين كمان در هنگام شكستن ديوار صوتي به وسيله F_15 به دليل برخورد نور خورشيد و زاويه ديد بيننده

چگونگی شکستن دیوار صوتی:

با نزدیک شدن هواپیما به سرعت صوت، تولید امواج ضربه ای یا Shockwave ها بر روی بال ها شروع می شود. هر چه سرعتی که هواپیما در آن سرعت موجب تولید امواج ضربه ای می شود بیشتر باشد، آن هواپیما از آیرودینامیک بهتری برخوردار است. این امواج حالتی را شبیه به کوبیدن رو بال ها پدید می آورند و این حالت ناپایداری تا جایی ادامه می یابد که ممکن است فرامین هواپیما به کلی از دست هدایت کننده آن بیرون رود. سرعتی را که تولید امواج ضربه ای در آن برای یک هواپیما شروع می شود، عدد ماخ بحرانی یا Critical Mach می نامند. اما بعد از شکست دیوار صوتی و گذشتن از آن این حالت از بین رفته و فرامین به حالت اصلی خود باز می گردند. گفتیم که نزدیکی هواپیما به سرعت صوت، تولید امواج ضربه ای را در پی دارد. هر موجود پرنده ای در حالت پرواز، فشار های گوناگونی تولید کرده و فشار های متفاوتی نیز از سوی او بر محیط اعمال می شود و عملاً نظم فشار محیط را بهم می زند. تا قبل از سرعت صوت، هر موجی که از سوی هواپیما تولید می شود، از آن دور شده و اثری بر آن نخواهد داشت. اما با تقرب هواپیما به سرعت صوت، دیگر تقریباً امواج فرصت دور شدن از لبه حمله بال هواپیما را نداشته تا جایی که دیگر اصلاً موقعیتی برای فرار آنها وجود نداشته و چون هواپیما نیز همسان با سرعت صوت حرکت می کند، صدای تولید شده توسط هواپیما در هر لحظه جمع شده و با تجاوز از سرعت صوت، صدای مهیب و انفجار مانندی به گوش می رسد که همان نتیجه شکستن دیوار صوتی است.



==================================
برگرفته شده از انجمن هوا و فضا نوشته آرمان سيد احمدی

[SAEID 2,832]

Raptor, مطلب جالبي بود.

[TANK 48]

در مقاله ها و متونی که به موضوع هوانوردی مربوط می شوند، شاید عبارت «شکست دیوار صوتی» را دیده و مایل به دانستن مطالبی در مورد این زمینه نیز باشید. در این مقاله، تمامی مطالب مربوط به دیوار صوتی و چگونگی شکست آن و موارد مرتبط بررسی و مطالعه خواهند شد. -------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------------- در اعصار آغازین دوران هوانوردی ابتدایی، هواپیما ها بیشتر با سرعت های بسیار پایین نسبت به هواپیما های امروزی پرواز می کردند که حتی به بیشتر از 300 کیلومتر در ساعت نمی رسید؛ در حالی که چنین سرعتی، سرعت مطلوب برای تیک آف یا برخاست یک هواپیمای جنگنده امروزی است و رسیدن به چنین سرعتی، ابداً مستلزم تلاش بسیار و فشار آوردن بیش از حد به موتور نمی باشد. اما رفته رفته، سرعت هواپیما ها حتی با موتورهای پیستونی به گاه بالای 650 کیلومتر بر ساعت رسیده و از آن زمان بود که دانشمندان علوم آیرودینامیک دریافتند که در با افزایش سرعت، به تدریج میزان پسا افزایش پیدا کرده و در سرعت معینی، دیگر هواپیما قادر به سرعت گرفتن نبوده گاه نیز استال می شوند. در آن زمان، علت این موضوع بدین گونه بیان شد که با افزایش سرعت، به تدریج سرعت گردش انتها یا نوک پره های پروانه ی موتور، به سرعت صوت نزدیک شده و سرانجام در حداکثر سرعت یک هواپیمای پیستونی که حدود 950 کیلومتر می باشد، سرعت انتهای پره ها از سرعت صوت گذشته و پسا یا درگ بسیاری ایجاد می شود که خود مانع سرعت گرفتن بیشتر هواپیماست. در چنین سرعت هایی، پروانه موتور هواپیماهای پیستونی، نه تنها تراست یا نیروی کشش تولید نمی کند، بلکه در اثر سرعت بسیار زیاد، تبدیل به یک دیسک یا دایره توپر چرخنده می شود که جز ایجاد درگ و پسا، کار دیگری انجام نمی دهد. آیرودینامیست های آن زمان این حد را یک محدوده سرعت یا همان دیوار صوتی در نظر گرفته و بسیاری از آنان نیز بر این عقیده بودند که گذشتن از دیوار صوتی و پشت سر گذاشتن آن، کاریست غیر ممکن؛ اما با ورود به عصر جت و پیشرفت علم آیرودینامیک، همه ما شاهد هستیم که این کار برای جنگنده های امروزی کاری بس سهل و آسان است. -------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------------- حال، پس بررسی تاریخچه آن، بهتر است به اصل موضوع بپردازیم و نخست، ببینیم که خصوصیات صوت و دیوار صوتی چیست و چرا گذر از آن نیازمند قدرت و کشش و توانایی زیادی است. صوت، در شرایط عادی (دما، فشار و ... معمولی) در سطح دریا دارای سرعتی معادل 332 متر بر ثانیه یا 1,195 کیلومتر بر ساعت می باشد که این سرعت، با افزایش ارتفاع و کاهش فشار و تراکم هوا، کاهش یافته و در ارتفاعات بالاتر، صوت فواصل را با سرعت کمتری می پیماید. این مسئله بدین صورت است که صوت همانطور که می دانیم، از طریق ضربات ملکول های هوا به یکدیگر و انتقال انرژی آن ها فضا را طی می کند و هرچه تعداد مولکول ها در یک حجم معین بیشتر باشند، انتقال انرژی زودتر صورت پذیرفته و صوت با سرعت بیشتری انتقال می یابد؛ چنانکه سرعت صوت در مایعات بیشتر از هوا و در جامدات بسیار بیشتر از مایعات و هوا و معادل 6000 کیلومتر بر ساعت است. پس در نتیجه افزایش ارتفاع، تعداد ملکول ها در یک حجم معین کاهش یافته و صوت با سرعت کمتری فضا را می پیماید. دیوار صوتی، شیئی فیزیکی و قابل روئیت نیست؛ بلکه، به دلیل اینکه گذشتن از سرعت صوت نیازمند توان بسیار بالای موتور و آیرودینامیک بسیار خوب می باشد، این حد را یک مانع برای رسیدن به سرعت های بالاتر دانسته و از آن به نام دیوار صوتی یاد می کنند. عدد ماخ، در حقیقت همان نسبت سرعت شی پرنده یا همان هواپیما به سرعت صوت محیط است که به احترام دانشمندی آلمانی که برای اولین بار چنین مقیاسی را در نظر گرفت، آن را «ماخ» نام نهادند. پس عدد ماخ، کمیتی متغیر است و بسته به خصوصیات هوا مانند دما و فشار، تغییر کرده و کاهش یا افزایش می یابد. -------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------------- اما حال که با عدد ماخ آشنا شدیم، به مهمترین و اصلی ترین عامل ایجاد دیوار صوتی یعنی همان «امواج ضربه ای یا Shockwaves» پرداخته و دلیل ایجاد درگ و پسای زیاد را در سرعت های نزدیک سرعت صوت، بررسی خواهیم کرد. امواج ضربه ای یا شاک ویو ها، در حقیقت همان عامل اصلی ایجاد دیوار صوتی هستند. امواج ضربه ای، تغییری ناگهانی در فشار و دمای یک لایه از هواست که می تواند به لایه های دیگر منتقل شده و به صورت یک موج فضا را بپیماید. برای درک بهتر مطلب، وقتی که سنگی در آب انداخته می شود، موج های در آب به وجود می آیند که به سمت خارج در حال حرکتند. این امواج، نتیجه افزایش سرعت یا اعمال نیرو به لایه ای از ملکول های آب است که قادر به انتقال به لایه های دیگر نیز می باشد، و امواج ضربه ای نیز، همان امواج درون آب هستند، با این تفاوت که آن ها در سیالی دیگر به جای آب به نام هوا، تشکیل می شوند. در سرعت های نزدیک سرعت صوت، فرضیه غیر قابل تراکم بودن هوا رد شده و ضریب تراکم هوا به 16% در می رسد، که مقداری غیر قابل چشم پوشی است. در این سرعت ها هوای جلوی بال یا لبه حمله به شدت متراکم گشته و دما و فشار آن به طرز قابل توجهی افزایش می یابد، همین مسئله، یکی از عوامل ایجاد امواج ضربه ای است. هواپیما با حرکت خود در هوا، نظم فشار هوای محیط را بر هم می زند و همانند قایقی که در آب در حال حرکت است، امواجی از آن ساطع شده و به دلیل اینکه این امواج با سرعت صوت حرکت می کنند و هواپیما زیر سرعت صوت در حال سیر است، از آن دور می شوند. اما کم کم، با نزدیک شدن به سرعت های ترانسونیک و حدود سرعت صوت، این امواج فرصت دور شدن از هواپیما را نداشته و در جلوی بال متراکم می شوند. در مناطقی از بدنه هواپیما که سطوح ناموزونی نسبت به جهت حرکت هواپیما دارد، سرعت گذر هوا افزایش یافته و بر اساس اصل برنولی، با افزایش سرعت سیال، فشار آن کاهش می یابد. ------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------------- در چنین سرعت هایی، هوای اطراف این سطوح به سرعت صوت می رسد، گرچه هواپیما هنوز به سرعت صوت نرسیده باشد. در نتیجه رسیدن بعضی سطوح به سرعت صوت، امواج ضربه ای تولید شده و درگ یا پسای فراوانی را قبل از رسیدن به سرعت صوت تولید می کنند، که همین مسئله گذر از دیوار صوتی را مشکل می نماید. به سرعتی که در آن حداقل یکی از سطوح هواپیما به سرعت صوت رسیده باشد، گرچه این پدیده در مورد خود هواپیما صادق نباشد، عدد ماخ بحرانی یا Critical Mach Number می گویند. عدد ماخ بحرانی را می توان به سرعتی که نمودار پسا در مقابل سرعت سیر صعودی می گیرد، نیز تعریف نمود. در این سرعت، فرامین هواپیما کم کم شروع به درست جواب ندادن کرده و حالتی شبیه به کوبیدن بر روی بال توسط امواج ضربه ای به وجود می آید که با گذر از دیوار صوتی، فرامین هواپیما به حالت طبیعی خود باز می گردند. بنابراین، در سرعتی که هواپیما به عدد ماخ بحرانی خویش می رسد، پسا به دلیل ایجاد امواج ضربه ای به طور قابل توجهی افزایش می یابد، پس، باید تلاش بر آن باشد تا عدد ماخ بحرانی هر چه بیشتر با بهبود ویژگی های آیرودینامیکی افزایش یابد، چون اگر این اتفاق در سرعت های پایین تر رخ دهد، هواپیما نیز باید از سرعت پایین تری جدال با افزایش پسا را شروع کند. حال ببینیم که چرا با تولید امواج ضربه ای، پسا افزایش می یابد. قانونی در مبحث دیوار صوتی بیان می کند که هر جریان هوایی که از یک موج ضربه ای بگذرد، موج ضربه ای انرژی کنتیکی یا جنشی سرعتی آن را گرفته و در خور تبدیل به گرما و افزایش فشار می کند، در نیتجه سرعت جریان هوای گذرنده از موج ضربه ای به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. با کاهش سرعت جریان هوا در جلوی بال ها در سرعت های نزدیک سرعت صوت، تلاش پیشرانه یا موتورهای هواپیما باید چند برابر شود تا اثر کاهش سرعت در اثر موج ضربه ای را خنثی نماید. در صورتی که عدد ماخ بحرانی هواپیمایی پایین باشد، در سرعت های پایین باید نیروی رانشی هواپیما چند برابر شود که مصرف سوخت فوق العاده ای را برای گذر از دیوار صوتی به دنبال خواهد داشت؛ اما، در صورت بالا بودن عدد ماخ بحرانی، هواپیما فقط مدت کوتاهی نیازمند قدرت و کشش بسیار زیاد برای شکستن دیوار صوتی می باشد. با اعمال نیروی فراوان رانشی، سرانجام هواپیما بر مشکل پسای زیاد فائق آمده و از دیوار صوتی می گذرد. در نتیجه این عمل، امواج تولید شده توسط هواپیما از آن جا مانده و پشت سر هواپیما حرکت می کنند. در این حالت، وضعیت به حالت عادی بازگشته و پسای ایجاد شده به وضعیت نرمال باز می گردد. بعضی از هواپیما ها از تمام نیروی پس سوزشان یا 100% قدرت موتور برای گذر از دیوار صوتی و یا سرعت 1,195 کیلومتر بر ساعت استفاده می کنند، در حالی که در سرعت های بسیار بالاتر، تنها از 30% قدرت موتور برای رانش به جلو بهره می جویند. با دقت در این مثال، می توان به خوبی افزایش درگ و پسا و قدرت فروان لازم برای غلبه بر آن در سرعت های نزدیک به سرعت صوت را درک و تجزیه و تحلیل نمود. امواج ضربه ای توسط هواپیما در سرعت صوت، بسیار قدرتمند می باشند، چنانکه در صورت پرواز هواپیما نزدیک به زمین و گذر آن از دیوار صوتی، امواج ضربه ای با منتهای قدرت به اجسام زمینی مانند شیشه های منازل و ساختمانها برخورد نموده و باعث شکستن آن ها می شود، یا حتی اگر شخصی در معرض امواج ضربه ای به طور مستقیم قرار گیرد، احتمال از دست دادن شنوایی و پاره شدن پرده گوش بسیار است. از امواج ضربه ای، در بمب ها و تسلیحات دیگر نیز استفاده می شود. بمب ها با یک افزایش دما و فشار ناگهانی در لایه هایی از هوا، امواج ضربه ای به وجود آورده که از طریق هوا انتقال یافته و باعث شکستن شیشه ها و تخریب دیوار ها نیز می شود. اگر شخصی در فاصله ای نسبتاً نزدیک در فضایی تهی از هوا و خلاء، حتی نزدیک یک بمب ده تنی ایستاده باشد، بر فرض منفجر کردن بمب، آسیبی به وی نخواهد رسید، چون هوایی برای انتقال امواج ضربه ای وجود ندارد. -------------------------------------------------------------------------------- هواپیمای X-1 در حقیقت یک بمب افکن جنگ جهانی دوم بود که به موتورهای راکت مجهز شده بود -------------------------------------------------------------------------------- به دلیل تولید امواج ضربه ای در سرعت های حدود سرعت صوت، خلبانان سعی می کنند فقط مدت کوتاهی در چنین سرعت هایی ترانسونیک پرواز کرده و به زودی از دیوار صوتی گذر کنند، چون پرواز در این سرعت ها نیروی بسیار زیاد موتور در نیتجه افزایش فوق العاده میزان مصرف سوخت را در پی دارد. اما حال ببینیم صدایی انفجار مانند که در هنگام شکستن دیوار صوتی تولید می شود نتیجه چیست. امواج حاصله از حرکت هواپیما یا صدای تولید شده در اثر حرکت، هر بار در سرعت های زیر سرعت صوت از هواپیما دور شده و به گوش شنونده می رسد. اما با رسیدن هواپیما به سرعت صوت، این صداها دیگر فرصت دور شدن از هواپیما را نداشته و کلاً در جلوی هواپیما جمع می شوند. با گذر از سرعت صوت، صدایی چند ده برابر شده از حرکت هواپیما با هم به گوش شنونده می رسد که مانند یک انفجار شدید یا صدای رعد و برقی بسیار قدرتمند می باشد. شاید در تصاویر هواپیماهای در حال گذر از دیوار صوتی، هاله ای سفید رنگ را در اطراف هواپیما مشاهده کرده باشید. در هنگام گذر از دیوار صوتی، اگر هواپیما نزدیک به زمین و در محیطی مرطوب با درصد بخار آب زیاد باشد، بخار آب هوا در اثر امواج ضربه ای فشرده شده و ابر سفیدی را برای چند ثانیه پدید می آورند که همان هاله سفید رنگ قابل روئیت در تصاویر است. اما از امواج ضربه ای در موتورهای جت نیز استفاده می شود. بدین گونه که، هوا ورودی در موتورهای جت، حتی اگر هواپیما با سرعت های بالای صوت پروزا نماید، باید زیر سرعت صوت باشد تا قابلیت احتراق را در موتور داشته باشد. -------------------------------------------------------------------------------- نخستین بار، چاک ییگر با هواپیمای بل X-1 دیوار صوتی را شکست -------------------------------------------------------------------------------- بنابراین، اکثراً در ورودی موتورهای هواپیماهای جنگنده مخروطی را به شکل کامل یا نصف مانند هواپیماهای میگ 21 یا اف 104 ستارفایتر می بینیم، که فلسفه ایجاد این مخروط تولید عمدی امواج ضربه ای است. در صورت تولید امواج ضربه ای، هوای عبوری از میان آن با سرعت کاهش یافته یا زیر صوت وارد موتور می شود و فرآیند احتراق به طور کامل انجام می پذیرد. برای انجام پرواز های مافوق صوت، اغلب هواپیماهای جنگنده از مقطع بال های ویژه ای که عدد ماخ بحرانی را به حداکثر می رسانند، استفاده می نمایند و مقطع بال ها معمولاً بسیار نازک و متقارن می باشد. به عقب برگشتگی بال های هواپیماهای مدرن نیز در نتیجه تلاش برای افزایش عدد ماخ بحرانی بوده چرا که آزمایش های تونل باد نشان داده که با به عقب برگشتگی بال ها به میزان چند درجه عدد ماخ بحرانی به میزان قابل توجهی افزایش می یابد، تا جایی که هواپیماهای مسافربری سریع السیر مانند بوئینگ 747 که در حدود سرعت صوت یا حدود 980 کیلومتر بر ساعت پرواز می کنند، نیز به بال هایی به عقب برگشته مجهزند. در برخی از هواپیماها، مانند هواپیمای اف 14 تامکت، از سیستم بال های متغیر استفاده شده که در این سیستم، در سرعت های پایین که از عدد ماخ بحرانی خبری نیست بال ها گسترده می شوند و برای فراوانی تولید می کنند، ولی رفته رفته با نزدیک شدن به سرعت صوت، کامپیوتر موجود در این سیستم خود زاویه لازم برای افزایش عدد ماخ بحرانی را محاسبه کرده و بال را متناسب با زوایه آن تغییر داده و به عقب بر می گرداند. این سیستم به دلیل هزینه های بالا و سنگینی بیش از حد آن، دارای استفاده محدودی می باشد. هواپیماها کلاً از نظر سرعت نسبت به سرعت صوت به چند دسته زیر تقسیم می شوند: -------------------------------------------------------------------------------- هواپیماهای زیر سرعت صوت یا مادون صوت با محدوده سرعت 350 تا 950 کیلومتر بر ساعت، Subsonic هواپیماهای حدود سرعت صوت با محدوده سرعت 950 تا 1200 کیلومتر بر ساعت، Transonic هواپیماهای سرعت صوت با محدوده سرعت دقیقاً سرعت صوت نسبت به محیط، Sonic هواپیماهای بالای سرعت صوت یا مافوق سرعت صوت با محدوده سرعت 1 ماخ تا 5 ماخ، Supersonic هواپیماهای با سرعت بسیار بیشتر از سرعت صوت با محدوده سرعت 5 ماخ و بالاتر، Hypersonic لازم به ذکر است، اولین بار، خلبانی آزمایشی آمریکایی به نام چاک ییگر، با انجام اصلاحاتی بر روی یک بمب افکن قدیمی آن را به چهار موتور موشکی مجهز کرده و بر فراز بیایانی در آمریکا، پس از جدا شدن از هواپیمای مادر، به پرواز در آورد. پس چند ثانیه پرواز هواپیمای پرتقالی رنگ ملقب به X-1 به صورت گلاید، خلبان چهار موتور موشکی خود را روشن کرده و پس از چند لحظه صدایی رعد آسا در آسمان شنیده شد که همان نتیجه شکستن دیوار صوتی برای اولین بار در جهان بود. در این آزمایش، این هواپیما به سرعت 16/1 ماخ دست یافت، و با ورود به عصر جت، رویای شکستن دیوار صوتی و پا گذاشتن به سرعت صوت نیز به واقعیتی بسیار قابل لمس مبدل گشت منبع وبلاگ هوانوردي اير

[Davood 36]

چگونه هواپیما جت پرواز می کند؟

اگر فنری را فشار دهیم و رها کنیم فنر به شکل اولیه اش بر می گردد.هوا هم به همین طریق عمل می کند.اگر هوا را گرم کنیم منبسط می شود یعنی مولکولهای آن سعی می کنند از هم دور شوند و به فضای بیشتری نیاز دارد.
گرم کردن هوا اصلی است که در هواپیماهای جت از ان استفاده می شود.یعنی در واقع گرم کردن نیروی به وجود می آورد.که از این نیرو در هواپماهای جت استفاده می کنند.
اگر بادکنک یا بالونی را از هوا پر کنیم و سپس آن را رها کنیم هوایی که از دهانه بادکنک با فشار خارج می شود بادکنک را به پرواز در می آورد.این آزمایش بیانگر قاون سوم نیوتن است که اساس و پایه ساختمان موتور جت می باشد.بر اساس قاونون سوم نیوتن((هر نیروی وارد بر جسم دارای عکس العملی مساوی آن است)).در هواپیماهای جت نیروی حاصل از گازهای سوخته شده در حال خروج سبب عکس العمل شدیدی می شود که هواپیما جت را به جلو می راند.به عبارت دیگر گازهای سوخته شده خیلی سریع منبسط می شوند و هنگامی که این گازها از هواپیما خارج می شوند هواپیما را به جلو می رانند.موتورهای جت مدلهای مختلفی دارند ولی بر اساس و ساختمان کار همگی آنها یکی است.

طرز کار موتور جت در مدلهای مختلف

در یک موتور بنزینی پروانه دار که در اصطلاح آن را((توربوپراپ))می نامند موتور گاز بسیار سوزان و گرمی تولید می کند که سبب می شود هواپیما به جلو رانده شود.و همزمان با آن پروانه را هم به چرخش در می آورد.جریان هوا از کمپسر یا دستگاه فشار هوا عبور می کند و از اطاق سوخت می گذرد.
موتور کمپرسور هوایی یکی از ساده ترین موتورهای جت می باشد.وقتی با سرعت زیادی در آسمان حرکت می کند هوا در جلو آن جمع می شود و مطابق شکل جریان سوخت و هوا را عبور می کند.در این هواپیما باید جریان باد در ان حرکت کند تا موتور آن به کار افتد.بنابراین برای شروع کار هواپیما((مادر))مانند((b-52)) هواپیمای((x-15))را با خود حمل می کند و به پرواز در می آورد تا موتور آن شروع به کار کند.
در موتور توربینی هوا از یک دریچه به داخل کشیده می شود.یک کمپرسور و یک پنکه بزرگ هوای فشرده را به اطاقک سوخت وارد می کنند.در اطاقک سوخت هوای فشرده با مواد سوخت با هم آمیخته می شوند و منفجر می گردند.گازهای سوخته شده که گسترش یافته اند با قدرت زیادی از عقب موتور هواپیما ذخارج می شود.جریان هوای داغ و بسیار گرم پره های توربین را که روی صفحه کمپرسور قرار گرفته می چرخاند.در بعضی از مدل ها هواپیما جت در انتهای خروجی مجددا سوخت با جریان هوای گاز قبلی که بسیار سوزان و داغ است آمیخته می شود و به این ترتیب نیروی بیشتری برای به جلو راندن هواپیما به وجود می آید.

[align=center][/align]

نخستین طراح موتور جت

در گذشته نیز فکر ساخت چنین موتوری وجود داشته است.چرا که در 130 سال قبل از میلاد مسیح یک ریاضیدان یونانی به نام((هرون))دستگاهی ساخت که فشار هوا کار می کرد.او در اسکندریه می زیست و احتمالا نخستین کسی است که چنین دستگاهی را ساخته است.
وی بخار آب جوش را با یک لوله به درون یک گوی فلزی چرخنده که دو لوله در دو جهت مختلف از آن خارج می شدند هدایت کرد.بخار آب که با فشار از دو لوله خارج می شد گوی زرا می چرخاند.دستگاه هرون فقط وسیله ای تفتنی بود که یک اصل علمی را بیان می کرد اما هیچ گونه کاربردی نداشت.
در سال 1865 یک مهندس فرانسوی به نام((چارلزدلویه))اولین طرح موتور جت را تهیه کرد.ولی جت یک باله ی او اصلا ساخته نشد.دو انگلیسی به نام های((بولتر))و((ادوارد))نیز چنین جتی را طراحی کردند.آان می خواستند هواپیمای سه باله ای با موتور جت بسازند ولی به علت عقاید مردم در آن زمان که تصور می کردند جسمی که از هوا سنگین تر باشد نمی تواند پرواز کند موفق به ساختن آن نشدند.
نخستین پرواز موفقیت آمیز با هواپیما جت موشوم به ((he-178))در 27 آگوست 1939 در آلمان انجام شد.

چرا از موتور جت پروانه دار استفاده می کنند؟

موتور جت ملخ دار موتور جتی است که به ملخ مجهز است.
توربین گازی در این موتورها با پروانه ها با هم کار می کنند.توربین گازی سبک تر از مونورهای پستونی است و موقع پرواز ارتعاش ندارد.به کمک موتورهای توربین پروانه دار فاصله نشست و برخاست هواپیما نسبت به نوع هواپیما های دیگر کمتر می شود.
این نوع هواپیماها نمی توانند پروازهای طولانی و سرعت زیاد داشته باشند. اما در پرواز با مسافت های متوسط می توان از چنین هواپیماهایی استفاده کرد.در غیر این صورت از نظر اقتصادی استفاده از هواپیماهای پیستونی و هواپیماهای جت با صرفه است.

دیوار صوتی چیست؟

سرعت صوت در هوا در صفر درجه سانتیگراد 331 متر بر ثانیه است.در دمای کمتر از صفر درجه از سرعت صوت کم می شود و در دمای بالاتر از صفر درجه بر سرعت صوت اضافه می شود.در دمای 2 درجه بالای صفر سرعت صوت 342 متر در ثانیه یا 2/1231 کیلومتر در ساعت می باشد.صوت به شکل موج در هوا حرکت می کند.
یکی از نخستین کسانی که خاصیت موجی صوت را کشف کرد(ارنست ماخ)فیزیکدان اتریشی بود.سال 1870 از اجسام در هوا عکس های گوناگون گرفت.او متوجه شد که اجسام در حال پرواز وقتی به مولکول های هوا برخورد می کنند موج های مرتعشی به وجود می آورند.برخورد این اجسام با یک مولکول در هوا سبب می شود که این مولکول با مولکول ها به همین ترتیب ادامه پیدا کند و موج های ارتعاشی به وجود آیند.هواپیما در حال پرواز مرتب به مولکول های هوا برخورد می کند و این موج های ارتعاشی به وجود آیند.هواپیما در حال پرواز مرتب به مولکول های هوا برخورد می کند و این موج ها را به وجود می آورد.وقتی سرعت هواپیما به سرعت صوت برسد این امواج دیواری از هوای فشرده به وجود می آورند.هنگامی که سرعت هواپیما از سرعت صوت بیشتر شود این دیوار را می شکند و در نتیجه صدای بسیار شدیدی و بلندی به وجود می آید.در صورتی که سرعت امواج این صدا از سرعت صوت بیشتر باشد در فضا باقی می ماند.البته در داخل هواپیما صدایی شنیده نمی شود . به زمین می رسند.بنابراین هواپیمای مافوق صوت صوت را دنبال خود می کشد.اگر چنین هواپیمایی با این سرعت از بالای سرمان پرواز کند پس از چند لحظه صدای بسیار بلند و شدیدی را می شنویم و چنانچه ما به همان سمت و با همان سرعت حرکت کنیم این صدا را به طور مداوم می شنویم.

[align=center][/align]

ماخ چیست؟

هواپیماهایی که سرعتش کم بود با مشکلات کمتری رو به رو می شدند.اما هواپیماهایی که در ارتفاع بالا و با سرعت زیاد پرواز می کردند با مشکلاتی مواجه بودند.خلبان دیگر نمی توانستند هواپیما را هدایت کنند زیرا لرزش و تکان هواپیما بیش بیش از حد بود و آنان نمی توانستند حتی لرزش دست خود را کنترل کنند.در حقیقت خلبانان با دیوار صوتی که در مقابل آنها به وجود می آمد رو به رو می شدند.دانشمندان این پدیده را بررسی کردند و به زودی به علت آن پی بردند.
((ارنست ماخ))نخستین کسی بود که در این زمینه تحقیق کرد به همین علت واحد اندازه گیری سرعت هواپیما را با عدد ماخ که به نام اوست می سنجند.

عدد ماخ

می داینم سرعت صوت در نزدیکی زمین 342 متر بر ثانیه یا مساوی 2/1231 کیلومتر در ساعت است.بنابراین سرعتی که برابر با 2/1231 کیلومتر در ساعت باشد یک ماخ است.
در ارتفاع 10700 متری که دما تقریبا 45 درجه سانتیگراد و سرعت صوت 303 متر بر ثانیه است یک ماخ 1090 کیلومتر در ساعت می باشد.بنابراین هنگامی که می گویند هواپیمایی با سرعت 2 ماخ د رحال پرواز است یعنی دو برابر صوت پرواز می کند.

اثرات صوتی کدامند؟

نخستین گروه خلبانی که عملا با اثرات صوتی رو به رو شدند خلبانان هواپیماهای جنگی در جنگ جهانی دوم بودند.آنان با سرعتی در حدود 700 کیلومتر در ساعت پرواز می کردند.هنگامی که خلبانان برای فرار از دشمن ناگهان مجبور به کم کردن ارتفاع هواپیما می شدند احساس می کردند که یک با دیواری نامریی برخورد می کنند و سپس هواپیما به لرزش در می آمد و کنترل آن بسیار مشکل می شد.برخی از این هواپیماها پس از برخورد با دیوار صوتی در آسمان متلاشی می شدند.علت این لرزشها آن بود که وقتی هواپیماها با چنین سرعت زیادی در پرواز بودند در اثر تراکم هوا دیوار نامریی مقابل آنها به وجود می آمد و در اثر تصادم هواپیما با این دیوار موج های ارتعاشی ایجاد می شد.در آن زمان تصور می کردند که عبور از چنین دیواری نامریی غیر ممکن است.

چه کسی برای نخستین با از دیوار صوتی عبور کرد؟

آزمایش های مختلف در تونل های باد نشان داد که دیوار صوتی قابل نفوذ است و می توان آن را شکست.لرزش ها و تکان ها شدیدی که در اثر سرعت مافوق صوت به وجود می آیند را می توان با ساختن بدنه دوکی شکل و بال ها نوک تیز کم کرد.بال هایی که به شکل مثلث هستند نیز در کاستن لرزش و افزایش سرعت هواپیما موثرند.
بالاخره در چهاردهم اکتبر سال 1947 برای نخستین بار یک خلبان آمریکایی به نام((سی یک گر))با هواپیما به شکل موشک از نوع((bell x1))با پرواز افقی توانست دیوار صوتی را بشکند.در این پرواز سرعت او به 1630 کیلومتر در ساعت می رسید.پس از آن هواپیما شکاری((f-86))ساخته شد.سرعت این هواپیما به یک ماخ می رسید.
امروزه در اروپا و آمریکا هواپیماهای جنگی وجود دارند که سرعت آنها به 2 ماخ(2400 کیلومتر در ساعت)می رسد.هواپیمای جاسوسی((لاکهید))(sr-71)می تواند با سرعت 3 ماخ پرواز کند.بالاترین رکورد سرعت هواپیما مربوط به هواپیمای آمریکایی((اx-15))می باشد.این هواپیما به شکل موشک است.در پرواز آزمایشی این هواپیما را از یک هواپیمای بویینگ 747 در ارتفاع 33 کیلومتری پرتاب کردند.در نتیجه هواپیمای((x-15))با سرعتی در حدود 7250 کیلومتر در ساعت پرواز کرد.

پرواز هواپیماهای مافوق صوت(سوپر سونیک)با چه مشکلاتی رو برو است؟

رقابت در خط های هوایی مسافربری سبب شد که مهندسین به ساختن هواپیماهای مسافربری بپردازند که سریعتر از صوت و حتی دو برابر آن پرواز کنند.در اروپا با استفاده از تجربیات به دست آمده از هواپیماهای ارتشی دو مدل ساخته شد که به هم بسیار شبیه بودند.یکی از مدل روسی((tu-114))و دیگری کنکورد ساخت مشترک کشورهای فرانسه و انگلستان بود.هواپیمای روسی توپولف 114 نخستین پرواز خود را در 31 دسامبر 1968 انجام داد و هواپیمای کنکورد در دوم مارس 1969 در شهر((تولوز))پرواز کرد.
کنکورد توانست با سرعتی بیشتر از 2385 کیلومتر در ساعت پرواز کند و کمتر از سه ساعت فاصله ی بین قاره ی اروپا و آمریکا را طی کند.
استفاده از هواپیمای((sst))یا هواپیمای مسافربری سوپر سونیک(مافوق صوت)سال های طولانی با مشکلات زیادی روبرو بود.مثلا کارخانه هواپیما سازی آمریکایی((بویینگ))که سومین مدل هواپیمای((sst))مافوق صوت را طراحی کرده بود به علت وجود سه مانع بالاخره از ساختن این هواپیما منصرف شد.
1.هزینه تهیه آن بسیار گران بود(یک کنکور 150 میلیون دلار هزینه داشت).
2.محدودیت مسافر(یک هواپیما کنکورد فقط می تواند 228 نفر با خود حمل کند در صورتی که یک جمبوجت 480 گنجایش دارد).
3.به علت سر و صدای بسیار زیاد آن بسیاری از کشورها صنعتی دنیا مانند آمریکا ژاپن انگلستان بلژیک و آلمان عبور از آن را از کشورشان ممنوع اعلام کرده اند.
امروزه در شرکت های هواپیمایی بزرگ مانند((ایرفرانس))و((بریتیش ایروز))از هواپیمای کنکورد جهت پرواز به آمریکا شمالی و جنوبی و همچنین خاورمیانه استفاده می کنند.در شوروی از هواپیمای مافوق صوت برای راه های دور در بعضی مناطق آسیا استفاده می شود.
[align=center]
[/align]

جریان های هوایی جت و علت پرواز از هواپیماها در مسیر آنها

پس از اینکه هواپیماها توانستند در ارتفاع بسیار زیاد پرواز کنند متخصصین هواشناسی و خلبانان به وجود جریان ها تند هوا در ارتفاع بین 8 تا 12 هزار متری زمین پی بردند.این جریان ها از غرب به شرق حرکت می کنند و سرعت آنها به 500 کیلومتر در ساعت می رسد.چون نخستین هواپیماهای جت در چنین ارتفاعاتی حرکت می کردند نام این جریان های تند هوایی را((جریان های هوایی جت))نامیدند.هواپمای که در چنین جران هایی قرار گیرد درست مانند انسانی است که در یک روز طوفانی در جهت وزش باد بدود.
هواپیمایی که با سرعت 950 کیلومتر در ساعت در حال پرواز است اگر در جریان هوایی جتی با سرعت 400 کیلومتر در ساعت قرار گیرد سرعت آن معادل 1100 کیلومتر در ساعت و حتی بیشتر خواهد بود.جریان هوایی جت سبب می شود که هواپیما سوخت کمتری مصرف کند و زودتر به مقصد برسد.
مدت پرواز هواپیماهای که از لندن به نیویورک پرواز می کنند یک ساعت طولانیتر از هواپیماهای است که از نیویورک به لندن می روند.این امر به علت جریان هوایی جت است.

پرواز عمودی

هر چه سرعت هواپیما بیشتر باشد بلند شدن و نشستن آن هم سریعتر انجام می گیرد.بنابراین مسیر حرکت و باند چنین هواپیمایی باید طویل باشد.مهندسین سازنده ی چنین هواپیمایی سالها تلاش می کنند هواپیمایی بسازند که با همین شرایط بدنه و سرعت هنگام بلند شدن و نشستن مانند هلیکوپتر باشد یعنی به طور عمودی از روی زمین بلند شود و بنشیند.
برای این کار موتور چنین هواپیمایی را می توان به دو شکل ساخت.یکی اینکه لوله اگزوز را هنگام برخاستن و نشستن هواپیما به طرف پایین برگردانید.دیگر اینکه یک موتور اضافی که اگزوز آن به طرف پایین باشد روی هواپیما نصب کنیم تا هنگام برخاستن و فرود آمدن از آن استفاده کنیموالبته با انجام این کار وزن هواپیما زیاد خواهد شد.چنین روشی را روی بسیاری از هواپیماها آزمایش کرده اند ولی تنها در هواپیماهای انگلیسی هاریر نتیجه داده است.این طرح نشست و برخاست هواپیما به صورت عمودی در هواپیما جت((دی او 31))آلمان که مخصوص حمل و نقل بود نیز به کار گرفته شد ولی اکنون تولید آن متوقف شده است.
درباره ی هواپیماهای مسافربری هم به کارگیری چنین موتورهایی به نتیجه نرسیده است زیرا بسیار گران تمام می شوند.
[align=center]
[/align]

[hosseingmn 72]

مرسی داوود جان :?

[DeAtH-EaGlE 14]

مطلب جالبي بود، خسته نباشي داوود جان :?

[MRG 1]

دیوار کوتاهتر از این تاپیک پیدا نکردم که توش پست بزنم این لینک رو بیین واسه 1بار دیدن بد نیست ما که چیزی نفهمیدیم. :| http://video.tinypic.com/player.php?v=4t9gsog

[salar_jetline 5]

[align=center]
60
سال مافوق صوت


چاک ییگر خلبان پیشین جنگ‌های سخت و ستاره‌ی کنونی فیلم‌های هالی‌وودی شصتمین سال شکست دیوار صوت به دست خودش را جشن خواهد گرفت.

او که در جنگ جهانی دوم در پروازهای بی‌نظیر و در مبارزات هوایی پیگیر خود با هواپیماهای نازی و اروپایی به موفقیت‌های بزرگ و بسیاری دست یافته است، 14 اکتبر سال 1947 را به عنوان برگ زرینی در دفترچه‌ی خاطرات هوافضایی خود می‌داند.





60 سال پیش در چنین روزهایی یک خلبان شجاع برای اولین بار آماده‌ی پرواز بر روی هواپیمای Bell-X-1ای است که بر روی آن راکت‌هایی نصب شده تا بتوانند سرعت آن را به سرعت مافوق صوت برسانند. در آن زمان این خلبان جوان و جسور که پس از گذراندن تست‌های مختلف به عنوان خلبان آزمایشی برنامه‌ی X-1 برگزیده شده بود، به عنوان یکی از خبرسازترین انسان‌های روی زمین شناخته می‌شد! بسیاری از خلبانان پیش از او تلاش کرده بودند که تا نزدیکی سرعت صوت برسند، اما لرزش هواپیما آنها را از ادامه‌ی کار بازداشته بود. این امر سبب شد تا گذر ییگر 24 ساله از سرعت 1100 کیلومتر بر ساعت در ارتفاعی 45000 پایی، بدون ترش از لرزش‌های هواپیما و صداهای ناهنجار تولیدی به عنوان امری شاق و مهم به شمار آید. ییگر اعلام کرد که در آخرین پرواز خود که اتفاقا به مناسبت همین اتفاق نیز بوده است، بیست‌ویکم سپتامبر سال جاری سوار بر یک هواپیمای F-16 نیروی هوایی امریکا بار دیگر دیوار صوتی را شکسته و توانایی‌های خود را به اثبات رساند.

AVIA

[/align]

[ham_6788 0]

بالاخره فهميدم. :oops: :oops: ممنون. تازه مطلبتونو :oops: http://iranianpilot.blogfa.com/

[ehsan_624 0]

خيلي ممنون مطلب خوبي بود :oops:

[sh_roshan2002 14]

در اعصار آغازین دوران هوانوردی ابتدایی، هواپیما ها بیشتر با سرعت های بسیار پایین نسبت به هواپیما های امروزی پرواز می کردند که حتی به بیشتر از ۳۰۰ کیلومتر در ساعت نمی رسید؛ در حالی که چنین سرعتی، سرعت مطلوب برای تیک آف یا برخاست یک هواپیمای جنگنده امروزی است و رسیدن به چنین سرعتی، ابداً مستلزم تلاش بسیار و فشار آوردن بیش از حد به موتور نمی باشد.
اما رفته رفته، سرعت هواپیما ها حتی با موتورهای پیستونی به گاه بالای ۶۵۰ کیلومتر بر ساعت رسیده و از آن زمان بود که دانشمندان علوم آیرودینامیک دریافتند که با افزایش سرعت، به تدریج میزان پسا افزایش پیدا کرده و در سرعت معینی، دیگر هواپیما قادر به سرعت گرفتن نبوده، گاه نیز استال می شوند.

در آن زمان، علت این موضوع بدین گونه بیان شد که با افزایش سرعت، به تدریج سرعت گردش انتها یا نوک پره های پروانه ی موتور، به سرعت صوت نزدیک شده و سرانجام در حداکثر سرعت یک هواپیمای پیستونی که حدود ۹۵۰ کیلومتر می باشد، سرعت انتهای پره ها از سرعت صوت گذشته و پسا یا درگ بسیاری ایجاد می شود که خود مانع سرعت گرفتن بیشتر هواپیماست.
در چنین سرعت هایی، پروانه موتور هواپیماهای پیستونی، نه تنها تراست یا نیروی کشش تولید نمی کند، بلکه در اثر سرعت بسیار زیاد، تبدیل به یک دیسک یا دایره توپر چرخنده می شود که جز ایجاد درگ و پسا، کار دیگری انجام نمی دهد.
آیرودینامیست های آن زمان این حد را یک محدوده سرعت یا همان دیوار صوتی در نظر گرفته و بسیاری از آنان نیز بر این عقیده بودند که گذشتن از دیوار صوتی و پشت سر گذاشتن آن، کاریست غیر ممکن؛ اما با ورود به عصر جت و پیشرفت علم آیرودینامیک، همه ما شاهد هستیم که این کار برای جنگنده های امروزی کاری بس سهل و آسان است.

حال، پس بررسی تاریخچه آن، بهتر است به اصل موضوع بپردازیم و نخست، ببینیم که خصوصیات صوت و دیوار صوتی چیست و چرا گذر از آن نیازمند قدرت و کشش و توانایی زیادی است.

صوت، در شرایط عادی (دما، فشار و … معمولی) در سطح دریا دارای سرعتی معادل ۳۳۲ متر بر ثانیه یا ۱,۱۹۵ کیلومتر بر ساعت می باشد که این سرعت، با افزایش ارتفاع و کاهش فشار و تراکم هوا، کاهش یافته و در ارتفاعات بالاتر، صوت فواصل را با سرعت کمتری می پیماید.

این مسئله بدین صورت است که صوت همانطور که می دانیم، از طریق ضربات ملکول های هوا به یکدیگر و انتقال انرژی آن ها فضا را طی می کند و هرچه تعداد مولکول ها در یک حجم معین بیشتر باشند، انتقال انرژی زودتر صورت پذیرفته و صوت با سرعت بیشتری انتقال می یابد؛ چنانکه سرعت صوت در مایعات بیشتر از هوا و در جامدات بسیار بیشتر از مایعات و هوا و معادل ۶۰۰۰ کیلومتر بر ساعت است. پس در نتیجه افزایش ارتفاع، تعداد ملکول ها در یک حجم معین کاهش یافته و صوت با سرعت کمتری فضا را می پیماید.
دیوار صوتی، شیئی فیزیکی و قابل روئیت نیست؛ بلکه، به دلیل اینکه گذشتن از سرعت صوت نیازمند توان بسیار بالای موتور و آیرودینامیک بسیار خوب می باشد، این حد را یک مانع برای رسیدن به سرعت های بالاتر دانسته و از آن به نام دیوار صوتی یاد می کنند.
عدد ماخ، در حقیقت همان نسبت سرعت شی پرنده یا همان هواپیما به سرعت صوت محیط است که به احترام دانشمندی آلمانی که برای اولین بار چنین مقیاسی را در نظر گرفت، آن را «ماخ» نام نهادند. پس عدد ماخ، کمیتی متغیر است و بسته به خصوصیات هوا مانند دما و فشار، تغییر کرده و کاهش یا افزایش می یابد.

اما حال که با عدد ماخ آشنا شدیم، به مهمترین و اصلی ترین عامل ایجاد دیوار صوتی یعنی همان «امواج ضربه ای یا Shockwaves» پرداخته و دلیل ایجاد درگ و پسای زیاد را در سرعت های نزدیک سرعت صوت، بررسی خواهیم کرد.

امواج ضربه ای یا شاک ویو ها، در حقیقت همان عامل اصلی ایجاد دیوار صوتی هستند. امواج ضربه ای، تغییری ناگهانی در فشار و دمای یک لایه از هواست که می تواند به لایه های دیگر منتقل شده و به صورت یک موج فضا را بپیماید.
برای درک بهتر مطلب، وقتی که سنگی در آب انداخته می شود، موج های در آب به وجود می آیند که به سمت خارج در حال حرکتند. این امواج، نتیجه افزایش سرعت یا اعمال نیرو به لایه ای از ملکول های آب است که قادر به انتقال به لایه های دیگر نیز می باشد، و امواج ضربه ای نیز، همان امواج درون آب هستند، با این تفاوت که آن ها در سیالی دیگر به جای آب به نام هوا، تشکیل می شوند.
در سرعت های نزدیک سرعت صوت، فرضیه غیر قابل تراکم بودن هوا رد شده و ضریب تراکم هوا به ۱۶% در می رسد، که مقداری غیر قابل چشم پوشی است. در این سرعت ها هوای جلوی بال یا لبه حمله به شدت متراکم گشته و دما و فشار آن به طرز قابل توجهی افزایش می یابد، همین مسئله، یکی از عوامل ایجاد امواج ضربه ای است. هواپیما با حرکت خود در هوا، نظم فشار هوای محیط را بر هم می زند و همانند قایقی که در آب در حال حرکت است، امواجی از آن ساطع شده و به دلیل اینکه این امواج با سرعت صوت حرکت می کنند و هواپیما زیر سرعت صوت در حال سیر است، از آن دور می شوند. اما کم کم، با نزدیک شدن به سرعت های ترانسونیک و حدود سرعت صوت، این امواج فرصت دور شدن از هواپیما را نداشته و در جلوی بال متراکم می شوند. در مناطقی از بدنه هواپیما که سطوح ناموزونی نسبت به جهت حرکت هواپیما دارد، سرعت گذر هوا افزایش یافته و بر اساس اصل برنولی، با افزایش سرعت سیال، فشار آن کاهش می یابد.
در چنین سرعت هایی، هوای اطراف این سطوح به سرعت صوت می رسد، گرچه هواپیما هنوز به سرعت صوت نرسیده باشد. در نتیجه رسیدن بعضی سطوح به سرعت صوت، امواج ضربه ای تولید شده و درگ یا پسای فراوانی را قبل از رسیدن به سرعت صوت تولید می کنند، که همین مسئله گذر از دیوار صوتی را مشکل می نماید.
به سرعتی که در آن حداقل یکی از سطوح هواپیما به سرعت صوت رسیده باشد،( گرچه این پدیده در مورد خود هواپیما صادق نباشد)، عدد ماخ بحرانی یا Critical Mach Number می گويند.
عدد ماخ بحرانی را می توان به سرعتی که نمودار پسا در مقابل سرعت سیر صعودی می گیرد، نیز تعریف نمود. در این سرعت، فرامین هواپیما کم کم شروع به درست جواب ندادن کرده و حالتی شبیه به کوبیدن بر روی بال توسط امواج ضربه ای به وجود می آید که با گذر از دیوار صوتی، فرامین هواپیما به حالت طبیعی خود باز می گردند.
بنابراین، در سرعتی که هواپیما به عدد ماخ بحرانی خویش می رسد، پسا به دلیل ایجاد امواج ضربه ای به طور قابل توجهی افزایش می یابد، پس، باید تلاش بر آن باشد تا عدد ماخ بحرانی هر چه بیشتر با بهبود ویژگی های آیرودینامیکی افزایش یابد، چون اگر این اتفاق در سرعت های پایین تر رخ دهد، هواپیما نیز باید از سرعت پایین تری جدال با افزایش پسا را شروع کند.

حال ببینیم که چرا با تولید امواج ضربه ای، پسا افزایش می یابد.
قانونی در مبحث دیوار صوتی بیان می کند که هر جریان هوایی که از یک موج ضربه ای بگذرد، موج ضربه ای انرژی کنتیکی یا جنشی سرعتی آن را گرفته و در خور تبدیل به گرما و افزایش فشار می کند، در نیتجه سرعت جریان هوای گذرنده از موج ضربه ای به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. با کاهش سرعت جریان هوا در جلوی بال ها در سرعت های نزدیک سرعت صوت، تلاش پیشرانه یا موتورهای هواپیما باید چند برابر شود تا اثر کاهش سرعت در اثر موج ضربه ای را خنثی نماید. در صورتی که عدد ماخ بحرانی هواپیمایی پایین باشد، در سرعت های پایین باید نیروی رانشی هواپیما چند برابر شود که مصرف سوخت فوق العاده ای را برای گذر از دیوار صوتی به دنبال خواهد داشت؛ اما، در صورت بالا بودن عدد ماخ بحرانی، هواپیما فقط مدت کوتاهی نیازمند قدرت و کشش بسیار زیاد برای شکستن دیوار صوتی می باشد.
با اعمال نیروی فراوان رانشی، سرانجام هواپیما بر مشکل پسای زیاد فائق آمده و از دیوار صوتی می گذرد. در نتیجه این عمل، امواج تولید شده توسط هواپیما از آن جا مانده و پشت سر هواپیما حرکت می کنند. در این حالت، وضعیت به حالت عادی بازگشته و پسای ایجاد شده به وضعیت نرمال باز می گردد. بعضی از هواپیما ها از تمام نیروی پس سوزشان یا ۱۰۰% قدرت موتور برای گذر از دیوار صوتی و یا سرعت ۱,۱۹۵ کیلومتر بر ساعت استفاده می کنند، در حالی که در سرعت های بسیار بالاتر، تنها از ۳۰% قدرت موتور برای رانش به جلو بهره می جویند. با دقت در این مثال، می توان به خوبی افزایش درگ و پسا و قدرت فروان لازم برای غلبه بر آن در سرعت های نزدیک به سرعت صوت را درک و تجزیه و تحلیل نمود.

امواج ضربه ای توسط هواپیما در سرعت صوت، بسیار قدرتمند می باشند، چنانکه در صورت پرواز هواپیما نزدیک به زمین و گذر آن از دیوار صوتی، امواج ضربه ای با منتهای قدرت به اجسام زمینی مانند شیشه های منازل و ساختمانها برخورد نموده و باعث شکستن آن ها می شود، یا حتی اگر شخصی در معرض امواج ضربه ای به طور مستقیم قرار گیرد، احتمال از دست دادن شنوایی و پاره شدن پرده گوش بسیار است. از امواج ضربه ای، در بمب ها و تسلیحات دیگر نیز استفاده می شود.

بمب ها با یک افزایش دما و فشار ناگهانی در لایه هایی از هوا، امواج ضربه ای به وجود آورده که از طریق هوا انتقال یافته و باعث شکستن شیشه ها و تخریب دیوار ها نیز می شود. اگر شخصی در فاصله ای نسبتاً نزدیک در فضایی تهی از هوا و خلاء، حتی نزدیک یک بمب ده تنی ایستاده باشد، بر فرض منفجر کردن بمب، آسیبی به وی نخواهد رسید، چون هوایی برای انتقال امواج ضربه ای وجود ندارد.
به دلیل تولید امواج ضربه ای در سرعت های حدود سرعت صوت، خلبانان سعی می کنند فقط مدت کوتاهی در چنین سرعت هایی ترانسونیک پرواز کرده و به زودی از دیوار صوتی گذر کنند، چون پرواز در این سرعت ها نیروی بسیار زیاد موتور در نیتجه افزایش فوق العاده میزان مصرف سوخت را در پی دارد.

اما حال ببینیم صدایی انفجار مانند که در هنگام شکستن دیوار صوتی تولید می شود نتیجه چیست. امواج حاصله از حرکت هواپیما یا صدای تولید شده در اثر حرکت، هر بار در سرعت های زیر سرعت صوت از هواپیما دور شده و به گوش شنونده می رسد. اما با رسیدن هواپیما به سرعت صوت، این صداها دیگر فرصت دور شدن از هواپیما را نداشته و کلاً در جلوی هواپیما جمع می شوند.
با گذر از سرعت صوت، صدایی چند ده برابر شده از حرکت هواپیما با هم به گوش شنونده می رسد که مانند یک انفجار شدید یا صدای رعد و برقی بسیار قدرتمند می باشد. شاید در تصاویر هواپیماهای در حال گذر از دیوار صوتی، هاله ای سفید رنگ را در اطراف هواپیما مشاهده کرده باشید. در هنگام گذر از دیوار صوتی، اگر هواپیما نزدیک به زمین و در محیطی مرطوب با درصد بخار آب زیاد باشد، بخار آب هوا در اثر امواج ضربه ای فشرده شده و ابر سفیدی را برای چند ثانیه پدید می آورند که همان هاله سفید رنگ قابل روئیت در تصاویر است. اما از امواج ضربه ای در موتورهای جت نیز استفاده می شود. بدین گونه که، هوا ورودی در موتورهای جت، حتی اگر هواپیما با سرعت های بالای صوت پروزا نماید، باید زیر سرعت صوت باشد تا قابلیت احتراق را در موتور داشته باشد.
بنابراین، اکثراً در ورودی موتورهای هواپیماهای جنگنده مخروطی را به شکل کامل یا نصف مانند هواپیماهای میگ ۲۱ یا اف ۱۰۴ ستارفایتر می بینیم، که فلسفه ایجاد این مخروط تولید عمدی امواج ضربه ای است.
در صورت تولید امواج ضربه ای، هوای عبوری از میان آن با سرعت کاهش یافته یا زیر صوت وارد موتور می شود و فرآیند احتراق به طور کامل انجام می پذیرد. برای انجام پرواز های مافوق صوت، اغلب هواپیماهای جنگنده از مقطع بال های ویژه ای که عدد ماخ بحرانی را به حداکثر می رسانند، استفاده می نمایند و مقطع بال ها معمولاً بسیار نازک و متقارن می باشد. به عقب برگشتگی بال های هواپیماهای مدرن نیز در نتیجه تلاش برای افزایش عدد ماخ بحرانی بوده چرا که آزمایش های تونل باد نشان داده که با به عقب برگشتگی بال ها به میزان چند درجه عدد ماخ بحرانی به میزان قابل توجهی افزایش می یابد، تا جایی که هواپیماهای مسافربری سریع السیر مانند بوئینگ ۷۴۷ که در حدود سرعت صوت یا حدود ۹۸۰ کیلومتر بر ساعت پرواز می کنند، نیز به بال هایی به عقب برگشته مجهزند. در برخی از هواپیماها، مانند هواپیمای اف ۱۴ تامکت، از سیستم بال های متغیر استفاده شده که در این سیستم، در سرعت های پایین که از عدد ماخ بحرانی خبری نیست بال ها گسترده می شوند و برای فراوانی تولید می کنند، ولی رفته رفته با نزدیک شدن به سرعت صوت، کامپیوتر موجود در این سیستم خود زاویه لازم برای افزایش عدد ماخ بحرانی را محاسبه کرده و بال را متناسب با زوایه آن تغییر داده و به عقب بر می گرداند. این سیستم به دلیل هزینه های بالا و سنگینی بیش از حد آن، دارای استفاده محدودی می باشد. هواپیماها کلاً از نظر سرعت نسبت به سرعت صوت به چند دسته زیر تقسیم می شوند:
▪ هواپیماهای زیر سرعت صوت یا مادون صوت با محدوده سرعت ۳۵۰ تا ۹۵۰ کیلومتر بر ساعت، Subsonic
▪ هواپیماهای حدود سرعت صوت با محدوده سرعت ۹۵۰ تا ۱۲۰۰ کیلومتر بر ساعت، Transonic
▪ هواپیماهای سرعت صوت با محدوده سرعت دقیقاً سرعت صوت نسبت به محیط، Sonic
▪ هواپیماهای بالای سرعت صوت یا مافوق سرعت صوت با محدوده سرعت ۱ ماخ تا ۵ ماخ، Supersonic
▪ هواپیماهای با سرعت بسیار بیشتر از سرعت صوت با محدوده سرعت ۵ ماخ و بالاتر، Hypersonic
لازم به ذکر است، اولین بار، خلبانی آزمایشی آمریکایی به نام چاک ییگر، با انجام اصلاحاتی بر روی یک بمب افکن قدیمی آن را به چهار موتور موشکی مجهز کرده و بر فراز بیایانی در آمریکا، پس از جدا شدن از هواپیمای مادر، به پرواز در آورد. پس چند ثانیه پرواز هواپیمای پرتقالی رنگ ملقب به X-۱ به صورت گلاید، خلبان چهار موتور موشکی خود را روشن کرده و پس از چند لحظه صدایی رعد آسا در آسمان شنیده شد که همان نتیجه شکستن دیوار صوتی برای اولین بار در جهان بود. در این آزمایش، این هواپیما به سرعت ۱۶/۱ ماخ دست یافت، و با ورود به عصر جت، رویای شکستن دیوار صوتی و پا گذاشتن به سرعت صوت نیز به واقعیتی بسیار قابل لمس مبدل گشت.
منبع:سايت دانشجويان اوكراين (با توضيح و پيوست خودم)

[karkas 835]

خیلی ممنون . واقعا دستت درد نکنه . مطلب جالبی بود . راستی sh_roshan2002 عزیز شما گفتید که در اکراین بر روی سیستم های هوانرودی مثل هواپیما کار می کنید و همینطور دانشجوی این رشته هستید . خوب حتما یک عالم پر از علم هوانوردی هستید . خوشحال می شیم بیشتر از این اطلاعات در اختیار کاربران سایت قرار بدید icon_cheesygrin از زحامتتون ممنون . موفق باشید . icon_cheesygrin rose

[mrenger 10]

خيلي خوب بود با تشكر icon_cheesygrin

[hamed_713 242]

با تشكر از مطلب خوب شما.
با اجازه من هم با يه يه زبون ساده تر تكميلش مي كنم.

منظور از دیوار صوتی سرعت امواج صوتی در محیطی که در آن در حال حرکت است.

در سطح دریا و در دمای 22 درجه امواج صوتی با سرعت 345 متر بر ثانیه یا 1240 کیلو متر بر ثانیه متنشر می شود که این سرعت بستگی به دما و فشار دارد و هر چه دما و فشار کاهش و در حقیقت هر چه ارتفاع بیشتر شود سرعت صوت کم میشود. سرعت صوت در دریا و زیر آب به دلیل تراکم زیاد مولکولهای هوا بیشتر است

جبهه های موج چیست؟

این جبهه ها دقیقا مثل کره های تشکیل شده روی آب هنگام انداختن شیء است این کره ها مانند منبع صوتی هستند که یک پالس در ثانیه در فضا پخش می کنند که این پالسها به صورت لایه های کروی از هوای پرفشار که همراه با سرعت صوت بزرگتر می شوند هستند.

هواپیماها از نظر سرعت و نزدیکی به سر عت صوت به چند دسته تقسیم می شوند: SubSonic هواپیماهایی هستند که سرعتشون زیر سرعت صوت هست. Transonic هواپیماهایی که سرعتشون نزدیک به سر عت صوت هست. Sonic هواپیماهایی که سرعتشون دقیقا برابر سرعت صوت می باشد. Supersonic هواپیماهایی که سرعتشون بالاتز از سرعت صوت هست.Hypersonic هواپیماهایی که سرعتشون خیلی بالاتر از سوعت صوت هست.

ماخ چیست؟

به حد اکثر سرعت صوت در ارتفاع معین ماخ گفته می شود که به صورت Mach هم نوشته می شود. در هواپیماها از دو نوع واحد سرعت استفاده می شود Mach و Knots که سرعت 1/0 ماخ برابر با سرعتی حدود 120Km/h هست و سرعت 950Km/h برابر 9/0 ماخ هست هر Knots هم سرعتی معادل 1820 متر دارد.

واما علت تشکیل شدن توده سفید به دلیل به دام افتادن قطرات آب بین دو سطح پر فشار هوا است.

با نزدیک شدن به سرعت صوت امواج ضربه ای یا Shock wave بر روی قسمت بال شروع می شودکه سرعت لازم برای این امواج برابر ماخ بهرانی Critical mach است این امواج حالتی مانند کوبیده شدن بر روی بالها بوجود می آورد که این حالت ممکن است باعث خارج شدن کنترل از دست خلبان آن باشد اما بعد از شکستن دیوار صوت این حالت از بین رفته و کنترل هواپیما به حالی عادی باز می گردد. تا قبل از سرعت صوت هر موجی که از سوی هواپیما تولید شده از آن دور می شود و اثر بر هواپیما نخواهد گذاشت اما با نزدیک شدن به سرعت صوت امواج فرصت دور شدن از لبه بال هواپیما را نداشته و چون سرعت هواپیما برابر سرعت صوت است صدای تولید شده از هواپیما در هر لحظه جمع می شود و پس از گذشتن از سرعت صوت با صدای مهیبی همراه خواهد بود

[align=center][/align]
اين هم عكسهاي چاک ییگر

[align=center]



[/align]

[sh_roshan2002 14]

عال بود hamed_713 بسيار متشكر