Акустический удар

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 12 мая 2011.

Быстрая конденсация водяного пара вследствие звукового удара при переходе на сверхзвуковую скорость создаёт конус из пара (также известный как Эффект Прандтля — Глоерта), который виден невооруженным глазом.

Обозреватель слышит звук удара, когда волна доходит до него.

Конус Маха

Акустический удар — это звук ассоциируемый с ударными волнами, созданными сверхзвуковым полётом самолёта. Акустический удар создаёт огромное количество звуковой энергии, похожей на взрыв. Звук удара хлыста — наглядный пример акустического удара.

Причины

Когда объект пролетает через воздух, он создает серию P-волн впереди и позади себя, таких же как волны от лодки на воде. Эти волны движутся со скоростью звука, и когда скорость объекта возрастает, волны сталкиваются или сжимаются вместе, сливаясь в одну ударную волну на скорости звука. Эта скорость равна 1 Маху, что примерно соответствует 1225 км/ч на уровне моря при 20 градусах Цельсия. Звуковая волна идёт от носа к хвосту, формирует конус Маха с самолётом на его конце. Половинный угол (между направлением полёта и ударной волной) $\alpha$ представлен в виде

$\sin(\alpha) = \frac{v_{sound}}{v_{objekt}}$

где $\frac{v_{object}}{v_{sound}}$ это число Маха. Таким образом, чем быстрее он преодолевает звуковой барьер, тем более заострена форма конуса.

К носу самолёта давление возрастает, уменьшаясь к отрицательным значениям к хвосту и возвращается к нормальному после прохода объекта. Эта схема известна также как N-волна, из-за формы. Хлопок происходит при внезапной смене давления, поэтому N-волна создаёт «двойной хлопок» от сверхзвукового судна. При маневрировании, распределение давления представлено другой формой — U-волной.

Ввиду того, что хлопок генерируется постоянно, пока судно находится в гиперзвуке, самолёт оставляет за собой стреловидный след, так часто наблюдаемый нами в небе. Его ширина зависит от высоты воздушного судна. Расстояние между точкой на земле, где слышен хлопок до самолёта зависит от высоты и угла между ними. Давление акустического удара составляет до 500 Па для N-волны, для U-волны давление возрастает в 3-5 раз. Сильнейший акустический удар, записанный за всю историю равен 7,000 Па. Удар был записан самолётом F-4, летящим на высоте 30 метров. В программе разрушители легенд (эпизод 124), был поставлен опыт с F/A-18.

См. также

• Эффект Вавилова — Черенкова
• Тепловое расширение