Wolltest du schon immer Pilot werden? Wisse, dass ein Ziel ohne Plan nur ein Wunsch ist (die Worte des großen Klassikers Antoine de Saint-Exupery). Es ist erwähnenswert, dass er nicht nur Schriftsteller, sondern auch Berufspilot war.
Absolut alle Menschen, die mit dem Himmel zu tun haben, belegen Kurse in Aerodynamik. Dies ist die Wissenschaft der Bewegung von Luft (Gas), die auch die Wirkung dieses Mediums auf stromlinienförmige Objekte untersucht. Einer der Bereiche der Aerodynamik sind die Flugeigenschaften von Überschallflugzeugen. Und hier sieht der Schüler den Buchstaben M in seiner ganzen Pracht. Was bedeutet er?
Sehr kurze Referenz
Der lateinische Buchstabe M in Lehrbüchern zur Aerodynamik ist nichts anderes als die Machzahl. Sie bezeichnet das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit um ein Objekt (z. B. ein Flugzeug) zur örtlichen Schallgeschwindigkeit. Es verdankt seinen Namen in Luftfahrtwerken dem österreichischen Wissenschaftler Ernst Mach. In wissenschaftlichen Worten sieht das so aus:
M=v / a
Dabei ist v die Geschwindigkeit der Anströmung, a die lokale Schallgeschwindigkeit. Es ist erwähnenswert, dass ausländische Quellen im Gegensatz zur einheimischen Literatur die Geschwindigkeit des Objekts verwenden. Eine Person, die dies bei beruflichen Aktivitäten nicht trifft, wird höchstwahrscheinlich zwei Fragen haben. Wie groß ist die lokale Schallgeschwindigkeit? Warum brauchen wir eine Machzahl?
Startklar
Was ist mit dem Wort Klang gemeint? Zunächst einmal ist es eine Welle. Schließlich erzeugt die Schallquelle Störungen in der Umgebung, die in einer Kette auf Luftmoleküle usw. übertragen werden. Daher breitet sich die Schallwelle mit zunehmender Höhe, wo die Atmosphäre dünner ist, mit geringerer Geschwindigkeit aus. Dementsprechend ist es die lokale Schallgeschwindigkeit, die in der Machzahlformel vorhanden ist. Alle Werte für bestimmte Höhen wurden bereits berechnet (spezielle Tabellen) - Sie müssen nur ersetzen. Die Anströmgeschwindigkeit wird mit Luftdruckempfängern (APS) gemessen, die an allen Flugzeugen installiert sind. Jetzt haben wir alle Daten, was bedeutet, dass wir die Machzahl leicht berechnen können. Eine berechtigte Frage stellt sich: „Warum nicht einfach die Fluggeschwindigkeit nutzen?“. Vergiss nicht, du fliegst hohe M-Zahlen.
Drei, zwei, eins - auf geht's
Machzahlen spielen in der Luftfahrt (und nicht nur) eine große Rolle. Fast alle Zivil-, Militär- und Space-Shuttle-Piloten können darauf nicht verzichten. Dieser Parameter ist so wichtig!
Wenn sich ein Flugzeug im Weltraum bewegt, beginnen die Luftmoleküle um es herum zu "stören". Wenn die Flugzeuggeschwindigkeit niedrig ist (M<1, ~ 400 km/h, Unterschallflugzeug), dann die UmgebungsdichteUmgebung bleibt konstant. Aber wenn die kinetische Energie zunimmt, wird ein Teil davon aufgewendet, um den Luftraum um das Flugzeug herum zu komprimieren. Diese Kompressionswirkung hängt von der Kraft ab, mit der das Flugzeug auf die Luftmoleküle einwirkt. Je höher die Fluggeschwindigkeit, desto stärker wird die Luft komprimiert.
Bei transsonischer Geschwindigkeit (~1190 km/h) werden kleine Störungen auf andere Moleküle um das Flugzeug herum übertragen (einfacher die Flügeloberfläche zu betrachten), und in einem feinen Moment, wenn irgendwann die Geschwindigkeit des Ankommenden erreicht wird Strömung mit dem lokalen Geschwindigkeitsschall (M=1, nämlich die Strömung, das Flugzeug kann mit geringerer Geschwindigkeit fliegen) vergleicht, entsteht eine Stoßwelle. Daher ist der Unterschied im Design von Jägern so offensichtlich: ihre Flügel, ihr Heck und ihr Rumpf im Vergleich zu Unterschallflugzeugen.
Bei Flugzeugen, die mit M<1 fliegen, aber bei hohen Geschwindigkeiten (moderne Passagierschiffe), kann diese Situation ebenfalls auftreten, nur der Übergang zur transsonischen Geschwindigkeit führt zu einer stärkeren Stoßwelle, einer signifikanten Erhöhung des Luftwiderstands, einer Verringerung in Heben, Kontrollverlust und weiteres Fallen.
Für solche Luftfahrzeuge ist in den Flugbetriebsunterlagen (AFM für Inland, FCOM für Ausland) die kritische Machzahl angegeben. Dies ist der niedrigste Wert von M, bei dem die entgegenkommende Strömung in irgendeinem Teil des Flugzeugs die Schallgeschwindigkeit (Mcr) erreicht. Das ist das ganze Geheimnis!
Übrigens waren die erfolgreichsten fliegenden Passagiere der Sowjetunion schneller unterwegsmodern. Glaubst du mir nicht?
Neu ist längst vergessenes Alt
Alte Menschen sind schneller als junge! Und es ist kein Witz. Ein altes Flugzeug, das von allen vergessen wurde, war einst das Flaggschiff der Luftfahrt der UdSSR. Sein Name war TU-144. Es war (und ist) das weltweit erste kommerzielle Überschall-Passagierflugzeug mit einer Höchstgeschwindigkeit von bis zu 2.500 km/h. Obwohl die Flugkarriere der Tu-144 kurz war, war ihr Schicksal untrennbar mit der Nummer M verbunden.
Das zweite ähnliche Flugzeug war die britisch-französische Concorde. Es ist bemerkenswert, dass sie den ersten Flug mit einer Differenz von nur zwei Monaten absolvierten. Gute Kenntnisse der Aerodynamik lassen kommerzielle Passagiere lange Flüge über den Atlantik vergessen. Und die Flüge von Flugzeugen und Raumfahrzeugen werden die Menschheit weiterhin zu neuen Entdeckungen inspirieren.
