Когда аэродинамический космический корабль создает звуковой удар?

Есть много переменных со скоростью звука, звуковой удар создается, когда встречаются все эти переменные.

скорость звука, критическая скорость, известная как 1 Мах, составляет примерно 1225 км/ч (761 миль/ч) на уровне моря и 20 °C (68 °F).

ударная волна

Во время входа в атмосферу космический шаттл движется со скоростью, в несколько раз превышающей скорость звука.

Максимальное качество планирования / подъемная сила и сопротивление орбитального корабля значительно варьируются в зависимости от скорости: от 1: 1 на гиперзвуковых скоростях, 2: 1 на сверхзвуковых скоростях и до 4,5: 1 на дозвуковых скоростях во время захода на посадку и посадки.

Повторный вход и посадка

В космосе нет звука, поэтому, по-видимому, должен быть момент, когда скорость и плотность воздуха объединяются, чтобы создать звуковой удар. Когда аэродинамический космический корабль создает звуковой удар?

Вот возможная ссылка (Аполлон-16, но с небольшим количеством наземных измерений): ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19740023384.pdf
Я не уверен, что «в космосе нет звука» достаточно точно для этого вопроса. На МКС есть атмосферное сопротивление. Я ожидаю, что звуковые волны могут распространяться и на таких высотах. Я предполагаю, что крайне низкое давление означает, что звуковая энергия в этих волнах очень мала. Поэтому я ожидаю, что космический челнок будет генерировать звуковой удар уже на орбите. У меня нет математики, чтобы поддержать это, хотя.
Я искал таблицу скорости Маха на высоту, но не смог найти данных выше 122 км, где 1 Маха равен 1108 км/ч.
Когда вы говорите звуковой удар, вы имеете в виду ударную волну? «В космосе никто не услышит твой бум».
@OrganicMarble может ли быть ударная волна, если молекул воздуха недостаточно для звука? (Я предполагаю, что на НОО и ниже все молекулы тяжелее воздуха не остаются достаточно долго, чтобы обеспечить среду для ударной волны.)
Это действительно плазменный тест.benthamopen.com/contents/pdf/TOAEJ/TOAEJ- 3-76.pdf

Ответы (5)

Сколько песчинок нужно, чтобы образовалась куча?

Находящийся на орбите космический корабль летит во много раз быстрее скорости звука. Он начинается в слишком разреженной атмосфере, чтобы выдержать слышимую ударную волну. По мере снижения он будет непрерывно создавать ударный конус, но в очень разреженной атмосфере вверху амплитуда ударной волны слишком мала, чтобы ее можно было услышать.

В какой-то момент при спуске воздух станет достаточно густым, чтобы вы едва его услышали, если бы он был рядом — самый слабый звуковой удар.

В какой-то нижней точке его было бы слышно даже на расстоянии.

Достаточно низкая, ударная волна возникает в достаточно плотном воздухе, чтобы быть достаточно громкой, чтобы задребезжали окна.

Поскольку скорость звука ниже на большой высоте — и не сильно меняется по пути — звуковой удар будет непрерывным на всем пути вниз, пока корабль не станет дозвуковым на относительно небольшой высоте.

Следуя по следу вопросов, аргумент о среднем свободном пробеге интересен, но я думаю, что даже если воздух не может поддерживать акустические колебания, любое ухо или микрофон, на которые попадает ударная волна, могут это сделать, так что это все еще, вроде, " звук".
Во фразе «самый крошечный звуковой удар» есть что-то забавное. +1 за аргумент от преемственности.
@ Рассел, если воздух не может поддерживать акустические колебания, нет способа передать акустическую энергию в ухо или микрофон.
Я мало что знаю о поведении газа при низком давлении, но разве молекулы газа не отбрасываются от космического корабля, свободно двигаясь, неся (чрезвычайно малое) количество энергии без колебаний?

Согласно этой странице, сверхзвуковой самолет SR-71, летящий на высоте 80 000 футов (24,3 км), издает слышимый звуковой удар, что дает нам нижнюю границу.
На этой странице объясняется, почему вы слышите два отдельных удара (видео), когда шаттл заходит на посадку.
И в этой статье говорится, что звуковой удар слышен в течение последних 10 минут полета шаттла. Соединение этого с посадочным профилем Шаттла должно дать нам хороший ответ, но я еще не нашел его.

Я нашел ответ здесь: http://www.mach25media.com/history1.html

Таким образом, 25 Маха — это скорость, с которой летит космический корабль в момент его повторного входа в атмосферу Земли (входной интерфейс). Этот интерфейс возникает примерно на высоте 75 миль (400 000 футов) , когда транспортное средство, такое как орбитальный корабль «Спейс шаттл», имеет скорость около 17 200 миль в час . На такой высоте скорость звука обычно составляет около 688 миль в час .

Это 121 920 м в высоту и 27680 км/ч , чуть меньше 25 махов .

Бум.

Я не думаю, что это правильно. Большинство калькуляторов, которые я нашел, показывают только 86000 м, где температура составляет около -40°C, этот калькулятор показывает скорость звука около 243,010 м/с (543 мили в час), кажется, что выше и холоднее = медленнее скорость звука.
@JamesJenkins Я тоже был удивлен, но этот веб-сайт, похоже, подтверждает: aerospaceweb.org/question/atmosphere/q0112.shtml Однако это может соответствовать изменению температуры: en.wikipedia.org/wiki/… TL;DnR: Температура не убывает линейно с высотой.

Может быть звуковой удар, но вы можете его не услышать.

Когда космический корабль входит в атмосферу, в какой-то момент окружающий газ становится достаточно плотным, чтобы вести себя как газ, а не как отдельные молекулы и атомы.
Поскольку такой звуковой удар создается возвращающимся космическим кораблем, ударные волны расширяются и встречаются со всеми различными слоями и состояниями атмосферы.

Ударные волны будут преломляться, отражаться и поглощаться атмосферой в разной степени в зависимости от условий. Я предполагаю, что есть хороший шанс, что высотный звуковой удар отражается более плотной атмосферой внизу.

Насколько я понимаю, возвращающийся космический корабль не произведет звуковой удар в традиционном понимании. Он замедляется. Истребитель, например, издает звуковой удар только тогда, когда он разгоняется до 1 Маха. Замедляющийся космический корабль создаст много шума и турбулентности, но не удар.

Вот что я собирался сказать. Звуковой удар происходит именно потому, что скорость корабля равна скорости звуковых волн. Путешествие со скоростью, превышающей скорость звука, не создает устойчивого звукового удара, хотя предположительно замедление до скорости звука и ниже может привести к этому.
Самолеты и т. д. создают звуковой удар, пока их скорость превышает скорость звука. Шаттл, например, определенно производит звуковой удар, когда приземляется: youtube.com/watch?v=f6r8wU2tDrc
Нет, это не создает рев от сопротивления воздуха, но гул идет отдельно, когда истребитель преодолевает звуковой барьер, вы слышите одиночный гул (звуковой удар), а не непрерывный рев.
Извините, но вы не правы. en.wikipedia.org/wiki/Sonic_boom Когда самолет движется со скоростью, превышающей скорость звука, воздух, вытесняемый им, не может двигаться достаточно быстро, поэтому вы получаете однородный фронт воздуха, движущийся с максимальной скоростью. она может достигать, т.е. скорости звука. Это то, что вызывает бум. Вот почему, например, «Конкорду» было запрещено пролетать над землей на сверхзвуковых скоростях: полет из Нью-Йорка в Лос-Анджелес вызвал бы звуковой удар по всей траектории полета, а не только людей в пределах слышимости, когда он разогнался бы до 1 Маха.
Это неправильно. Звуковой удар возникает, когда ударный конус проходит над наблюдателем. Ускорение, замедление, устойчивое состояние, не имеет значения.
@OrganicMarble означает ли это, что наблюдатель, путешествующий с ударным конусом, будет испытывать постоянный звуковой удар? Аккуратно, не думал, что звуковой удар - это только мгновенный «бум», потому что наблюдатель взаимодействует с конусом ударной волны только один раз. Физика действительно относительная, ха.