Сверхзвуковая скорость

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Полет F-18 окружённый облаком под влиянием эффекта Прандтля — Глоерта, проявляющегося в трансзвуковом режиме.

Сверхзвукова́я ско́рость — скорость частиц вещества выше скорости звука для данного вещества или скорость тела, движущегося в веществе с более высокой скоростью, чем скорость звука для данной среды.

Теория[править | править вики-текст]

В аэродинамике часто скорость характеризуют числом Маха, которое определяется следующим образом: M=\frac{u}{c_s}, где u — скорость движения потока или тела, c_s — скорость звука в среде. Звуковая скорость определяется как c_s=\sqrt{\gamma \frac{p}{\rho}}, где \gamma — показатель адиабаты среды (для идеального n-атомного газа, молекула которого обладает i степенями свободы он равен \frac{i+2}{i}). Здесь i = n_p + n_r + 2n_c — полное число степеней свободы молекулы. При этом, количество поступательных степеней свободы n_p = 3. Для линейной молекулы количество вращательных степеней свободы n_r = 2, количество колебательных степеней свободы (если есть) n_c = 3n - 5. Для всех других молекул n_r = 3, n_c = 3n - 6.

При движении в среде со сверхзвуковой скоростью тело обязательно создаёт за собой звуковую волну. При равномерном прямолинейном движении фронт звуковой волны имеет конусообразную форму, с вершиной в движущемся теле. Излучение звуковой волны обуславливает дополнительную потерю энергии движущимся телом (помимо потери энергии вследствие трения и прочих сил).

Аналогичные эффекты испускания волн движущимися телами характерны для всех физических явлений волновой природы, например: черенковское излучение, волна, создаваемая судами на поверхности воды.

Классификация скоростей в атмосфере[править | править вики-текст]

При обычных условиях в атмосфере скорость звука составляет примерно 331 м/сек. Более высокие скорости иногда выражаются в числах Маха и соответствуют сверхзвуковым скоростям, при этом гиперзвуковая скорость является частью этого диапазона. НАСА определяет «быстрый» гиперзвук в диапазоне скоростей 10-25 М, где верхний предел соответствует первой космической скорости. Скорости выше считаются не гиперзвуковой скоростью, а «скоростью невозврата» космических аппаратов на Землю.

Сравнение режимов[править | править вики-текст]

Режим Числа Маха км/ч м/с Общие характеристики аппарата
Дозвук <1.0 <1230 <340 Единственный диапазон скоростей для самолетов с воздушным винтом, прямые или скошенные крылья.
Трансзвук (англ.)русск. 0.8—1.2 980—1470 270—400 Воздухозаборники и слегка стреловидные крылья, сжимаемость воздуха становится заметной.
Сверхзвук 1.0—5.0 1230—6150 340—1710 Более острые края плоскостей, хвостовое оперение цельноповоротное.
Гиперзвук 5.0—10.0 6150—12300 1710—3415 Охлаждаемый никелево-титановый корпус, небольшие крылья. (X-43)
Быстрый гиперзвук 10.0—25.0 12300—30740 3415—8465 Кремниевые плитки для теплозащиты, несущее тело аппарата вместо крыльев.
«Скорость невозврата» >25.0 >30740 >8465 Аблятивный тепловой экран, нет крыльев, форма капсулы.

Сверхзвуковые объекты[править | править вики-текст]

Космические корабли и их носители, а также большинство современных истребителей разгоняются до сверхзвуковых скоростей. Также было разработано несколько пассажирских сверхзвуковых самолетов — Ту-144, Конкорд, Аерион. Скорость вылета пули большинства образцов современного огнестрельного оружия больше М1.[1]

Интересные факты[править | править вики-текст]

  • Молекулы кислорода при обычной комнатной температуре движутся со сверхзвуковой средней скоростью, составляющей около 480 метров в секунду.[2]

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Hypography — Science for everyone — Whip Cracking Mystery Explained
  2. Телепортация: прыжок в невозможное / Дэвид Дарлинг. — Москва: Эксмо, 2008. — 300 с. — (Открытия, которые потрясли мир). — 3100 экз.