Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Дыбыс жылдамдығымен ұшудан туындайтын соққы толқыны
Shock wave from flying at the speed of sound
Соник бум – бұл объекті дыбыс жылдамдығынан тезірек қозғалғанда пайда болатын соққы толқындарымен байланысты дыбыс. Соник бумдар адам құлағына жарылыс немесе найзағайдың шуылы сияқты естілетін зор дыбыс энергиясын тудырады. Жоғары жылдамдықты оқ үстіңізден өтіп бара жатқандағы немесе сыбықтың сынығының дыбысы – бұл кішкентай соник бумның мысалдары. Ірі жоғары жылдамдықты ұшақтардың тудырған соққылары әсіресе қатты және күтпеген болуы мүмкін, адамдарды оятуы мүмкін және кейбір құрылымдарға шағын зақым келтіруі мүмкін. Бұл жер үстінен үнемі жоғары жылдамдықпен ұшуға тыйым салуға әкелді. Оларды толығымен болдырмау мүмкін болмаса да, зерттеулер көрсеткендей, көліктің пішінін мұқият өңдеу арқылы соник бумдардың зиянды әсерін азайтуға болады, соның салдарынан жер үстінен жоғары жылдамдықпен ұшу мүмкін болатын опцияға айналуы мүмкін. Соник бум объекті дыбыс кедергісін кесіп өткен сәтте ғана пайда болмайды және ол жоғары жылдамдықты объектіден шығатын барлық бағытта естілмейді. Керісінше, бұл бум – объекті жоғары жылдамдықпен қозғалып жатқанда туындайтын үздіксіз әсер және ол объектінің артындағы геометриялық конус пішіндес аймақты қиып өтетін нүктеде орналасқан бақылаушыларға ғана әсер етеді. Объекті қозғалғанда, бұл конус аймағы да оның артында қозғалады және конус бақылаушыдан өткенде, олар қысқа уақытқа «бумды» сезінеді.
A sonic boom is a sound associated with shock waves created when an object travels through the air faster than the speed of sound. Sonic booms generate enormous amounts of sound energy, sounding similar to an explosion or a thunderclap to the human ear. The crack of a supersonic bullet passing overhead or the crack of a bullwhip are examples of a sonic boom in miniature. Sonic booms due to large supersonic aircraft can be particularly loud and startling, tend to awaken people, and may cause minor damage to some structures. This led to the prohibition of routine supersonic flight overland. Although they cannot be completely prevented, research suggests that with careful shaping of the vehicle, the nuisance due to the sonic booms may be reduced to the point that overland supersonic flight may become a feasible option. A sonic boom does not occur only at the moment an object crosses the sound barrier and neither is it heard in all directions emanating from the supersonic object. Rather, the boom is a continuous effect that occurs while the object is traveling at supersonic speeds and affects only observers that are positioned at a point that intersects a region in the shape of a geometrical cone behind the object. As the object moves, this conical region also moves behind it and when the cone passes over the observer, they will briefly experience the "boom".
Үндеуден жоғары ұшу аппараттары
Үндеуден жоғары ұшақтар – бұл дыбыс жылдамдығынан (Мах 1) жылдам ұшуға қабілетті кез келген ұшақ. "Үндеуден жоғары жылдамдыққа дыбыс жылдамдығынан 5 есе артық, яғни Мах 5 жылдамдық кіреді" (Дунбар, 2015). Үндеуден жоғары ұшақтардың ең жоғары жылдамдығы әдетте сағаттық [бірнеше] мың шақырымды құрайды. Көптеген ұшақтар бұл көрсеткішті аспайды. Үндеуден жоғары ұшақтардың көптеген түрлері бар. Кейбір үлгілер жақсырақ аэродинамикалық қасиеттерге ие, бірақ қозғалтқыштың қуатын арттыру үшін аэродинамикалық көрсеткіштерінен кейбір құрбандықтарға барады. Ал басқа үлгілер қозғалтқыштың тиімділігі мен қуатын пайдаланып, нашар аэродинамикалық қасиеттеріне қарамастан жоғары жылдамдыққа жетеді. АҚШ әскерінде қолданылатын мұндай ұшақтардың құны шамамен 13 миллионнан 35 миллион долларға дейін жетеді.
Supersonic aircraft are any aircraft that can achieve flight faster than Mach 1, which refers to the speed of sound. "Supersonic includes speeds up to five times Mach than the speed of sound, or Mach 5." (Dunbar, 2015) The top mileage per hour for a supersonic aircraft normally ranges from Typically, most aircraft do not exceed There are many variations of supersonic aircraft. Some models of supersonic aircraft make use of better engineered aerodynamics that allow a few sacrifices in the aerodynamics of the model for thruster power. Other models use the efficiency and power of the thruster to allow a less aerodynamic model to achieve greater speeds. A typical model found in United States military use ranges from an average of $13 million to $35 million U. S. dollars.
Өлшем және мысалдар
Ұшақтардың дыбыстық соққысынан туындайтын қысым көбінесе бір шаршы футқа бірнеше фунт болады. Көбірек биіктікте ұшатын көлік жердегі қысымды азайтады, себебі соққы толқыны көліктен алшақтаған сайын қарқындылығы төмендейді, бірақ дыбыстық соққылар көлік жылдамдығына онша тәуелді емес. Ұшақ жылдамдығы Биіктік Қысым SR 71 Blackbird Мах 3+ 80000 фут (24384 м) 0,9 фунт/фут2 43 Па Конкорд (SST) Мах 2 52000 фут (15850 м) 1,94 фунт/фут2 93 Па F 104 Starfighter Мах 1.93 48000 фут (14630 м) 0,8 фунт/фут2 38 Па Ғарыш кемесі Мах 1.5 60000 фут (18288 м) 1,25 фунт/фут2 60 Па Сілтеме:
The pressure from sonic booms caused by aircraft is often a few pounds per square foot. A vehicle flying at greater altitude will generate lower pressures on the ground because the shock wave reduces in intensity as it spreads out away from the vehicle, but the sonic booms are less affected by vehicle speed. Aircraft Speed Altitude Pressure SR 71 Blackbird Mach 3+ 80000 feet (24384 m) 0.9 lbf/ft2 43 Pa Concorde (SST) Mach 2 52000 feet (15850 m) 1.94 lbf/ft2 93 Pa F 104 Starfighter Mach 1.93 48000 feet (14630 m) 0.8 lbf/ft2 38 Pa Space Shuttle Mach 1.5 60000 feet (18288 m) 1.25 lbf/ft2 60 PaRef:
Абақты азайту
1950 жылдардың соңында үстіркілді көлік (SST) жобалары белсенді түрде жүргізіліп жатқан кезде, дыбыстық бум өте күшті болғанымен, биікке көтеріліп, проблемалардан қашуға болатыны ойланды. Бірақ Солтүстік Америка XB 70 Valkyrie алғаш рет ұшқанда бұл болжам дұрыс емес екені дәлелденді, тіпті 70,000 фут (21 000 м) биіктікте де бум проблема тудырды. Осы сынақтар барысында N толқыны алғаш рет сипатталды. Ричард Сибас және оның әріптесі Альберт Джордж Корнелл университетінде осы мәселені жан-жақты зерттеп, әртүрлі ұшақтардың дыбыстық бумының деңгейін сипаттау үшін «сапа көрсеткішін» (FM) анықтады. FM – ұшақтың салмағы мен ұзындығының функциясы. Бұл көрсеткіш неғұрлым төмен болса, ұшақ соғұрлым аз бум тудырады, 1 немесе одан төменгі мәндер қанағаттанарлық деп есептеледі. Осы есептеулерді пайдаланып, Конкордтың FM шамамен 1,4, ал Боинг 2707-нің FM 1,9 екені анықталды. Бұл көптеген SST жобаларының сәтсіздігіне әкелді, себебі халықтың наразылығы мен саяси жағдайлардың салдарынан, мұндай ұшақтарды пайдалануды шектеуші заңдар қабылданды (мысалы, тек су үстінен ғана үстіркілді жылдамдықпен ұшу). Бизнес-джеттер сияқты шағын ұшақтардың дизайны артықшылыққа ие және минималды немесе естілмейтін бум тудырады. Сибас пен Джордж дыбыстық бум толқынын жоюға болатын жағдайларды анықтады. Бұл жұмысты Кристин М. Дарден жалғастырды және оны Джонс, Сибас, Джордж және Дарденнің дыбыстық бумды азайту теориясы деп атады. 2023 жылдың қазанына қарай, алғашқы ұшу 2024 жылы күтілуде.
In the late 1950s when supersonic transport (SST) designs were being actively pursued, it was thought that although the boom would be very large, the problems could be avoided by flying higher. This assumption was proven false when the North American XB 70 Valkyrie first flew, and it was found that the boom was a problem even at 70,000 feet (21,000 m). It was during these tests that the N wave was first characterized. Richard Seebass and his colleague Albert George at Cornell University studied the problem extensively and eventually defined a "figure of merit" (FM) to characterize the sonic boom levels of different aircraft. FM is a function of the aircraft's weight and the aircraft length. The lower this value, the less boom the aircraft generates, with figures of about 1 or lower being considered acceptable. Using this calculation, they found FMs of about 1.4 for Concorde and 1.9 for the Boeing 2707. This eventually doomed most SST projects as public resentment, mixed with politics, eventually resulted in laws that made any such aircraft less useful (flying supersonically only over water for instance). Small airplane designs like business jets are favored and tend to produce minimal to no audible booms. Seebass, and George identified conditions in which sonic boom shockwaves could be eliminated. This work was extended by Christine. M. Darden and described as the Jones Seebass George Darden theory of sonic boom minimization. As of October 2023, the first flight was expected in 2024.
Түсінік, шу және басқа да мәселелер
Соник бумның дыбысы бақылаушы мен соник бум тудыратын ұшақтың арақашықтығына және ұшақтың пішініне көп байланысты. Әдетте, ұшақ біршама қашықтықта болғандықтан, соник бум терең екі рет "жарылыс" ретінде естіледі. Бұл дыбыс салюттарда қолданылатын минометтік оқтардың дыбысына ұқсас. Субсоникалықтан суперсоникалыққа өту кезінде тек бір жарылыс туады деген жалған түсінік бар; шын мәнінде, бум суперсоникалық ұшу бойындағы "бум кілемі" бойында үздіксіз болады. Бұрынғы Concorde ұшқышы айтқандай: "Ішінде ештеңе естімейсіз. Біз көретін жалғыз нәрсе – ұшақ бойымен қысым толқынының қозғалысы, ол құралдарды көрсетеді. Мах 1 шамасында осыны көреміз. Бірақ біз соник бумды немесе оған ұқсас ештеңені естімейміз. Бұл кеме қалдырған із сияқты". 1964 жылы NASA және Федералдық авиация басқармасы Оклахома-Ситиде соник бум сынақтарын бастады, нәтижесінде алты ай ішінде күніне сегіз соник бум туды. Эксперименттен құнды деректер жиналды, бірақ 15 000 шағым түсті және үкімет апелляцияда жеңіліп, 1969 жылы топтық сотқа тартылды. Соник бумдар Ұлыбританиядағы Солтүстік Корнуолл және Солтүстік Девон аймақтарында да мазалады, өйткені бұл аймақтар Concorde ұшу жолының астында болды. Терезелер дірілдеді және кейбір жағдайларда, "шаша" (шатырдың астына сілтеме жасай отырып) дірілден ығысып кетті. Бұл салада, әсіресе DARPA-ның Quiet Supersonic Platform зерттеулері аясында соңғы жұмыстар жүргізілді. Осы бағдарлама аясында акустика мамандарының зерттеулері соник бумдардың құрамын, оның ішінде жиілік мазмұнын жақсырақ зерттеуге кірісті. Традициялық "N" толқынының бірнеше ерекшеліктері дыбыстың қаншалықты қатты және жағымсыз естілетініне әсер етеді. Тіпті Concorde немесе әскери ұшақтар тудырған күшті N толқындары да, егер артық қысымның өсу уақыты жеткілікті ұзақ болса, кем мазалауы мүмкін. Жаңа өлшем пайда болды, ол PLdB-да өлшенетін естілетін күш деп аталады. Бұл жиілік мазмұнын, өсу уақытын және т.б. ескереді. Мысалы, саусақтарды щық еткізу дыбысы жағымсыздық тудырмайды. Соник бумның энергия диапазоны 0,1–100 герц жиілік диапазонында шоғырланған, бұл субсоникалық ұшақтардың, оқ атудың және көптеген өнеркәсіптік шудың жиілігінен әлдеқайда төмен. Соник бумның ұзақтығы қысқа – бір секундтан кем, көптеген истребительдер үшін 100 миллисекунд (0,1 секунд), ал ғарыш кемесі немесе Concorde үшін 500 миллисекунд. Соник бумның қарқындылығы мен ені ұшақтың физикалық сипаттамаларына және оның қалай пайдаланылуына байланысты. Жалпы, ұшақ биіктігі неғұрлым жоғары болса, жердегі артық қысым соғұрлым төмен болады. Жоғарырақ биіктік бумның көлденең таралуын да арттырады, бұл бумға кеңірек аймақты ұсынады. Дегенмен, соник бумның әсер ету аймағындағы қысым біркелкі болмайды. Бумның күші ұшақ жолының тікелей астында ең жоғары болады және ұшақ траекториясынан алшақтаған сайын бірте-бірте әлсірейді. Бумның әсер ету аймағының жердегі ені әр 1000 фут (305 м) биіктікке шамамен тең (ені биіктіктен шамамен бес есе көп); яғни, 30000 фут (9144 м) биіктікте ұшатын ұшақ шамамен 30 миль (48 км) жақтық бум таралуын тудырады. Тұрақты суперсоникалық ұшу үшін бум "кілем бумы" деп сипатталады, өйткені ол ұшақпен бірге қозғалады, суперсоникалық жылдамдық пен биіктікті сақтайды. Кейбір маневрлер, мысалы, сүңгіп кіру, үдеу немесе бұрылу, бумның шоғырлануына әкелуі мүмкін. Басқа маневрлер, мысалы, баяулау және көтерілу, соққының күшін азайтуы мүмкін. Кейде ауа райының жағдайы соник бумды бұрмалауы мүмкін. Мұндай өлшемдерді қосымша зерттеулер немесе суперсоникалық ұшуды сынау арқылы белгілемейінше, АҚШ сияқты бірнеше елде суперсоникалық ұшуға қатысты қолданыстағы тыйымды алып тастау үшін заң қабылдануы күмәнді.
The sound of a sonic boom depends largely on the distance between the observer and the aircraft shape producing the sonic boom. A sonic boom is usually heard as a deep double "boom" as the aircraft is usually some distance away. The sound is much like that of mortar bombs, commonly used in firework displays. It is a common misconception that only one boom is generated during the subsonic to supersonic transition; rather, the boom is continuous along the boom carpet for the entire supersonic flight. As a former Concorde pilot puts it, "You don't actually hear anything on board. All we see is the pressure wave moving down the airplane – it indicates the instruments. And that's what we see around Mach 1. But we don't hear the sonic boom or anything like that. That's rather like the wake of a ship – it's behind us." In 1964, NASA and the Federal Aviation Administration began the Oklahoma City sonic boom tests, which caused eight sonic booms per day over six months. Valuable data was gathered from the experiment, but 15,000 complaints were generated and ultimately entangled the government in a class action lawsuit, which it lost on appeal in 1969. Sonic booms were also a nuisance in North Cornwall and North Devon in the UK as these areas were underneath the flight path of Concorde. Windows would rattle and in some cases, the "torching" (pointing underneath roof slates) would be dislodged with the vibration. There has been recent work in this area, notably under DARPA's Quiet Supersonic Platform studies. Research by acoustics experts under this program began looking more closely at the composition of sonic booms, including the frequency content. Several characteristics of the traditional sonic boom "N" wave can influence how loud and irritating it can be perceived by listeners on the ground. Even strong N waves such as those generated by Concorde or military aircraft can be far less objectionable if the rise time of the over pressure is sufficiently long. A new metric has emerged, known as perceived loudness, measured in PLdB. This takes into account the frequency content, rise time, etc. A well known example is the snapping of one's fingers in which the "perceived" sound is nothing more than an annoyance. The energy range of sonic boom is concentrated in the 0.1–100 hertz frequency range that is considerably below that of subsonic aircraft, gunfire and most industrial noise. Duration of sonic boom is brief; less than a second, 100 milliseconds (0.1 second) for most fighter sized aircraft and 500 milliseconds for the space shuttle or Concorde jetliner. The intensity and width of a sonic boom path depend on the physical characteristics of the aircraft and how it is operated. In general, the greater an aircraft's altitude, the lower the over pressure on the ground. Greater altitude also increases the boom's lateral spread, exposing a wider area to the boom. Over pressures in the sonic boom impact area, however, will not be uniform. Boom intensity is greatest directly under the flight path, progressively weakening with greater horizontal distance away from the aircraft flight track. Ground width of the boom exposure area is approximately for each 1000 feet (305 m) of altitude (the width is about five times the altitude); that is, an aircraft flying supersonic at 30000 feet (9144 m) will create a lateral boom spread of about 30 mile (48 km). For steady supersonic flight, the boom is described as a carpet boom since it moves with the aircraft as it maintains supersonic speed and altitude. Some maneuvers, diving, acceleration, or turning, can cause the focus of the boom. Other maneuvers, such as deceleration and climbing, can reduce the strength of the shock. In some instances, weather conditions can distort sonic booms. Until such metrics can be established, either through further study or supersonic overflight testing, it is doubtful that legislation will be enacted to remove the current prohibition on supersonic overflight in place in several countries, including the United States.
Бұқаның қамшысы
Дұрыс қолданылғанда қамшының шығаратын жарылыс тәрізді дыбысы – іс жүзінде кішкентай дыбыстық жарылыс. Қамшының "кракер" деп аталатын ұшы дыбыс жылдамдығынан асып кетеді, соның салдарынан дыбыстық жарылыс туындайды.
The cracking sound a bullwhip makes when properly wielded is, in fact, a small sonic boom. The end of the whip, known as the "cracker", moves faster than the speed of sound, thus creating a sonic boom.