Опасно ли сверхзвуковому самолету лететь ровно на 1 Маха?

Обязательно прочитайте этот ответ , чтобы понять, что особенного в Mach 1.

Пилоты регулярно сообщают, что, приближаясь к скорости 1 Маха, самолет сотрясается от колебательных толчков (хотя они не используют этот термин, они говорят о тряске), и как только стрелка счетчика Маха пересекает 1, самолет становится спокойным, и полет снова становится ровным. . Поскольку скорость потока вокруг самолета обычно немного выше скорости полета из-за эффекта смещения и необходимости создания подъемной силы, сверхзвуковые карманы начинают возникать уже на скорости 0,6 Маха (в зависимости от конкретной конструкции) и расширяются при более близком полете. скорость доходит до 1 Маха.

Стреловидные крылья задерживают эти эффекты Маха, и пик коэффициента лобового сопротивления сверхзвуковых конструкций также задерживается где-то между 1 и 1,2 Маха. В то время как коэффициент лобового сопротивления обычно немного падает после этого пика, само лобовое сопротивление обычно увеличивается со скоростью. Полет на скорости 1 Маха особенно неэффективен, но, кроме этого, лобовое сопротивление не является проблемой.

Важнее смещение центра давления при переходе от дозвукового к сверхзвуковому полету. Он переместится назад и потребует от пилота повторной балансировки самолета. Сверхзвуковые конструкции обычно используют для этого полностью летающие хвосты , а треугольные самолеты поднимают закрылки задней кромки. Concorde добавил перекачку топлива в корму , а XB-70 уменьшил заднюю часть крыла, сложив его законцовки вниз.. При полете со скоростью 1 Маха самолет находится как раз в середине наибольшего изменения момента тангажа в диапазоне скоростей, поэтому любое изменение скорости означает также сильное изменение момента тангажа. Когда это изменение скорости не сопровождается изменением дифферента, самолет будет нестабилен по тангажу: при более быстром полете центр давления сместится к корме и заставит самолет нырять (сборка Маха), увеличивая скорость, и наоборот. Снижение скорости может даже привести к разрушению конструкции из-за внезапного увеличения тангажа и увеличению коэффициента перегрузки, если это не будет исправлено отклонениями органов управления.

Именно поэтому полет на скорости 1 Маха нецелесообразен. Если пилот или FCS держат тангаж под контролем, полет на скорости 1 Маха может продолжаться до тех пор, пока не закончится топливо и самолет не коснется земли, что приведет к резкому падению скорости .

Силы сопротивления быстро растут, когда вы приближаетесь к скорости звука, а затем несколько падают после того, как вы превысите скорость звука. Это означает, что полет со скоростью, близкой к скорости звука, ставит вас в режим высокого лобового сопротивления, когда вы вкладываете работу в поток, поскольку ударные волны пытаются установить себя в различных точках планера. Если ваш планер не является идеально симметричным и гладким повсюду, нельзя ожидать, что эти ударные волны будут идеально симметричными, и в результате, вероятно, будет довольно много толчков и ударов, а также действительно чрезмерное сжигание топлива.

Это поставит под угрозу управляемость самолета, а также подвергнет его шквалу ударных нагрузок, которые съедят усталостный срок службы конструкции и создадут тяжелую поездку для ваших пассажиров.

Буфет Маха предшествует Маха и начинается в околозвуковом диапазоне. Трансзвуковой диапазон не начинается и не заканчивается на 1,0 М1. Обычно он начинается около 0,85 и может продолжаться от 1,2 до 1,5. Баффетирование может произойти в любой точке в пределах этого диапазона.

Мах не является точкой, до которой равномерно доходит весь самолет. Это означает, что поток воздуха Маха будет достигнут в одних точках самолета раньше, чем в других. Самолет может находиться в нижней части околозвукового диапазона, в то время как некоторая часть самолета испытывает воздушный поток Маха. Боинг 747, например, испытывает сильный воздушный поток в задней части верхней палубы над «горбом» или куполом. На грузовых 747-х с плохой изоляцией можно услышать стук и треск воздушного потока в задней части верхней палубы (это не «сверхзвуковой хлопок» или «хлопок», а скорее нарушение воздушного потока и вмешательство в окружающий воздушный поток; это место где местный воздушный поток превышает M1 в трансзвуковом полете).

В некотором смысле маховый удар можно представить как то, как мотоцикл чувствует себя на шоссе, едет позади большого грузовика или приближается к передней части грузовика по соседней полосе на шоссе. Эта тряска и тряска от взволнованного воздуха. Опередите грузовик, тряска исчезнет. Приближаясь к передней части грузовика, вы начинаете сталкиваться с отклонением воздуха от передней части грузовика и ударами. Пройдите мимо него, и он сгладится.

Большая разница в том, что на скоростях шоссе воздух не считается сжимаемым. В полете, приближающемся к числу Маха, факторами становятся сжимаемость и ударные волны; встречается более одного, как перед крылом, так и вдоль шнура. Когда ударные волны проходят вдоль шнура, рост сопротивления, связанный с приближением Маха, и движение ударной волны назад больше не являются фактором, и самолет работает более плавно. Другие эффекты, такие как сгибание Маха, также связанные со стабилизацией движения центра давления.

Баффеттинг и маховые эффекты наиболее распространены в околозвуковой области.