دیوار صوتی
(فقط یه توضیح کوچولو: منظور از پسا نیروی مخالف حرکت یا همون اصطکاکه)
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 ی 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 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 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 Shock waves» پرداخته و دلیل ایجاد 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.
http://www.knowclub.com



هر کدوم از دانشجویانی مکانیک چمران ورودی 87 که مایل هستند از نویسندگان این وب شوند در قسمت نظرات اعلام کنند تا اسرع وقت جزو نویسندگان وب شوند.