امواج “مافوق صوت” چیست؟سرعت هواپیمای مافوق صوت

امواج

امواج مافوق صوت+ عکس

 غرش صوتی ( Sonic Boom) چیست؟

سازمان هوافضای آمریکا، ناسا، تعدادی عکس تاریخی از لحظه‌ای که دو هواپیمای مافوق صوت، دیوار صوتی را می‌شکنند، گرفته است.

سالها درانتظار برای یک لحظه

«جی‌تی هینک»، دانشمند ناسا، که سال‌ها برای ثبت این لحظه با دوربین تلاش کرده، می‌گوید:

«لحظه‌ای که این عکس‌ها ظاهر شدند از خود بی‌خود شدم »

هواپیما‌های مافوق صوت (سوپرسونیک) هواپیما‌هایی هستند که می‌توانند با سرعتی بیشتر از سرعت انتشار صوت در فضا (۳۴۳ متر بر ثانیه) پرواز کنند.

سرعت نور  ۳۴۳ متر بر ثانیه است

عکس ناسا از از امواج مافوق صوت

هنگامی که یک هواپیما با چنین سرعتی پرواز کند، امواج خاصی تولید می‌کند و در نتیجه آن صدایی به وجود می‌آید که روی زمین هم شنیده می‌شود و به « شکسته شدن دیوار صوتی » معروف است.گرفتن عکس شکسته شدن دیوار صوتی از این نظر مهم است که دانشمندان با دیدن آن می‌توانند متوجه شوند که این امواج (امواج شوک) چگونه کار می‌کنند و این می‌تواند به آن‌ها در طراحی بهتر هواپیما‌های مافوق صوت آینده کمک کند.

عکس ناسا از از امواج مافوق صوت

شاید بتوان گفت: این عکس‌ها بیشتر از هر موسسه‌ای برای ناسا جذاب است، به این دلیل که آژانسی آن‌ها را گرفته که مشغول ساخت هواپیما‌های جدید مافوق صوتی به نام «ایکس-۵۹ » با تکنولوژی مافوق صوت بدون صدا است؛ هواپیما‌هایی که مانند دیگر هواپیما‌ها دیوار صوتی را نمی‌شکنند.

به جای شکستن دیوار صوتی هنگامی که این هواپیما‌ها از سرعت صوت عبور می‌کنند، نفیر گنگی شنیده می‌شود.

به این ترتیب این عکس‌ها (و البته ابزاری که توسط آن‌ها گرفته شده‌اند) به ناسا کمک می‌کند تا تکنولوژی مناسبی را برای این هواپیما‌ها انتخاب کند و در مورد صدا‌هایی که هنگام شکستن دیوار صوتی تولید می‌کنند هم بیشتر بداند.

در حال حاضر، محدودیت‌‎هایی برای مناطقی که هواپیما‌های مافوق صوت می‌توانند در آن پرواز کنند، وجود دارد؛ بنابراین طراحی هواپیما‌هایی که هنگام عبور از سرعت صوت آن صدای مهیب را تولید نمی‌کنند، پیشرفتی تاریخی در صنعت هوانوردی به شمار می‌رود.

جی‌تی هینک، دانشمند ناسا، که سال‌ها برای ثبت این لحظه با دوربین تلاش کرده، می‌گوید: “لحظه‌ای که این عکس‌ها ظاهر شدند از خود بی‌خود شدم. /اسفند ۱۳۹۷پارسینه

توضیح مدیریت سایت-پیراسته فر:چه پروازهایی«مافوق صوت»هستند؟

سرعت صوت  ۷۶۷/۲۷ مایل در ساعت(۱۲۳۵کیلومتر درساعت) در سطح دریا است. این میزان حدود چهار برابر سریع تر از سرعت یک ماشین مسابقه است. سرعت پروازهای سریع تر از صوت شامل سرعت هایی بیش از پنج برابر سرعت صوت هم می شود!

دقیقتر:هرمایل برابر با۱۶۰۹/۳۵۰ متر است، ۷۶۷/۲۷ مایل برابربا ۱۲۳۴۸۰۶ متر است.

اولین فردی که با یک هواپیمای سریع تر از سرعت صوت پرواز کرد کاپیتان Charles E. “Chuck” Yeager  بود.

 چه پروازهایی سریع تر از صوت (Supersonic Flight) هستند؟

گلوله ای که از یک تفنگ شلیک شده سریع تر از صوت پرواز می کند،گلوله با سرعتی معادل یک و نیم برابر سرعت صوت حرکت می کند.

بعضی از هواپیماهای نظامی هم با این سرعت پرواز می کنند. شاتل فضایی در بخش هایی از مأموریتش سریع تر از سرعت صوت پرواز می کند.

مشهورترین هواپیما برای حمل مسافران با سرعت های مافوق صوت کنکورد نامیده می شد. سرعت سریع ترین کنکورد بیش از دو برابر سرعت صوت بود. این هواپیما می توانست در کمتر از سه و نیم ساعت، مردم را از شهر لندن در انگلیس به نیویورک در آمریکا برساند. حتی امکان دو برابر سرعت هم هست.

فاصله هوایی نیویورک تا لندن  ۵۷۷۰ کیلومتری از یکدیگر قرار دارند که در۸ ساعت وربع طی می شود  ( بستگی به آب و هوا درمسیررادارد)

سرعت یک هواپیمای هورنت F/A-۱۸  بیش از سرعت مافوق صوت است. هورنت Hornet در میان یک ابر غیرمعمول پرواز می کند. این نوع ابر بعضی وقت ها، یعنی هنگامی که هواپیما یک مانع صوتی را می شکند تشکیل می شود.

برای رسیدن به این سرعت که ۲۴ برابر سرغت صوت است طراح این پروژه از موتورهای چالش‌برانگیز رم جت استفاده کرده است.

هواپیمای مافوق صوت کم صدا با نام QueSST

هم اکنون چندین شرکت به‌دنبال تجاری کردن دوباره هواپیماهای مافوق صوت هستند. یکی از بزرگترین مشکلات در مسیر این کار صدای بالا و خارج از استاندارد اینگونه هواپیماها است. برای رفع این مشکل ناسا با همکاری لاکهید مارتین قصد دارند تا یک هواپیمای مافوق صوت کم صدا را تا سال ۲۰۲۱ معرفی کنند.

ناسا قصد دارد یک هواپیمای مافوق صوت کم صدا با نام QueSST بسازد. ناسا اگر موفق به ساخت چنین هواپیمایی شود احتمالا حمل‌و‌نقل هوایی در جهان دچار تحول خواهد شد.

به دلیل تولید صدای بالا، بیشتر کشورها به هواپیماهای مسافربری با سرعت بالای سرعت صوت، اجازه تردد نمی‌دهند.

کنکورد هم به عنوان یک هواپیمای مسافربری مافوق صوت در زمان پروازش با مشکلات مختلفی روبه‌رو بود.

برای هواپیمای جدید ابعاد ۲۸ متر برای طول و عرض ۹ متری در نظر گرفته شده است این نمونه آزمایشی قرار است از موتوری مشابه هواپیمای جنگنده اف ۱۸ استفاده کند. بیشترین سرعت برای این هواپیما یک و نیم ماخ در نظر گرفته شده است.

بر اساس برنامه ریزی انجام شده«ناسا»، طراحی این هواپیما تا سال ۲۰۲۱ انجام می‌شود. در سال ۲۰۲۲ قرار است آزمایش‌های زمینی مختلف انجام شود و اگر همه چیز موفقیت‌آمیز باشد، در سال ۲۰۲۵ این هواپیما اولین پرواز آزمایشی خود را انجام می‌دهد.

خبرگزاری العالم(بهمن ۱۳۹۴)درگزارشی ازآخرین تلاش مهندسان برای تولید هواپیمای مسافربری مافوق صوت پس از ناکامی پروژه هواپیمای فراصوت کنکورد نوشت:

این هواپیما لندن تا نیویورک در 11 دقیقه طی می کند + عکس

اکنون مهندس مطرح کانادایی به دنبال ساخت سریع‌ترین هواپیمای مسافربری جهان با ظرفیت ۱۰ نفر و با سرعت ۱۲ برابر هواپیمای کنکورد است.

چارلز بومباردیه  درباره هواپیمایی که طراحی کرده است می گوید:

این هواپیما قادر خواهد بود با سرعتی معادل ۲۴ ماخ حرکت کند که این سرعت، دو برابر سرعت هواپیمای Skreemr و ۱۲ برابرِ سرعت هواپیمای کنکورد است.

بومباردیه، هواپیمای شگفت انگیز خود را Antipode نام نهاد و گفت: این هواپیما می تواند ۱۰ سرنشین را در مدتی کمتر از یک ساعت، تا ۲۰ هزار کیلومتر جابجا کند و این به آن معنی است که قادر است مسافران را در مدت ۱۱ دقیقه، از لندن به نیویورک برساند!

این هواپیما لندن تا نیویورک در 11 دقیقه طی می کند + عکس

بومباردیه در گفت وگو با مجله فوربس گفت: همواره به ساخت هواپیمایی می اندیشم که بتواند با بیشترین سرعت، مسافران را به دورترین مسافت ممکن ببرد.

این هواپیما لندن تا نیویورک در 11 دقیقه طی می کند + عکس

این مهندس کانادایی که برای شرکت ImaginActiv کار می کند، پیش از این، در ماه اکتبر، با ارائه طرح هواپیمای خود به نام Skreemr، جهان را شگفت زده و خاطر نشان کرد که این هواپیما را می توان با به کارگیری سامانه مغناطیسیِ railgun ، راه اندازی کرد تا به این ترتیب، امکان رساندنِ آن به آسمان با سرعتی معادل ۱۰ ماخ فراهم شود.
به نوشتۀ روزنامه دیلی میل، بر اساس این اختراع، هواپیما، بر روی دو ریل موازی قرار می گیرد و هنگام حرکت بر روی ریل ها به صورت پیوسته و با استفاده از ویژگی الکترومگنتیک بسیار بالا، سرعت این هواپیما به حدی شگفت انگیز بالا می رود.

ماخ ۱ با سرعت صوت برابر است. مقدار دقیق ماخ ۱ در شرایط جوی سطح دریا (فشار یک اتمسفر)، هوای بدون رطوبت و دمای ۲۰ درجه‌ی سلسیوس ۳۴۳ متر برثانیه (۱۲۳۵ کیلومتر بر ساعت) است. ازآنجایی که فشار، دما و رطوبت هوا با توجه به فاصله از سطح زمین تغییر می‌کند، ماخ ۱ در جو زمین مقدار ثابتی ندارد. برای مثال ماخ ۱ در ارتفاعی که هواپیماهای مسافربری در آن پرواز می‌کنند تقریبا ۱۶۰ کیلومتر بر ساعت کمتر از ماخ ۱ در سطح دریا است.

وقتی هواپیما به ارتفاع ۷۰۰۰ تا ۹۰۰۰ متری (۲۵۰۰۰-۳۰۰۰۰فوت) می رسد سرعتشان را با عدد ماخ مقایسه می کنند و آن را به صورت درصدی از سرعت صوت بیان می کنند. عدد ماخ (Mach Number) نسبت سرعت شی در یک سیال به سرعت صوت در همان سیال گفته می شود و در آیرودینامیک برای تعیین سرعت استفاده می شود. به طور مثال، عدد ماخ ۰٫۸۰ یعنی ۸۰% سرعت صوت. البته این عدد ثابت نیست، چون سرعت صوت با دمای هوا تغییر می کند. سرعت صوت در سطح دریا و دمای ۱۵ درجه سلسیوس ۷۶۱ مایل در ساعت (۱۲۲۴٫۷۱ کیلومتر در ساعت) است. در ارتفاع ۳۶۰۰۰ فوت (۱۱۰۰۰ متری) و دمای -۵۷ درجه سلسیوس این سرعت به ۶۶۰ مایل در ساعت (۱۰۶۲٫۱۷ کیلومتر در ساعت) کاهش پیدا می کند.

هرمایل برابر ۱/۶۰۹ کیلومتر

هرماخ برابر با ۳۴۰.۲۷۷ متربرثانیه است

این هواپیما لندن تا نیویورک در 11 دقیقه طی می کند + عکس

این هواپیما از هر دو کاربری تجاری و نظامی برخوردار خواهد بود و می توان از آن، برای انتقال شخصیت های مهم، با سرعتی باور نکردنی به سراسر جهان استفاده کرد.

پرتابگر یا منجنیق مغناطیسی با استفاده از دو ریل موازی انرژی لازم برای سرعت ‌گرفتن هواپیما را تحت تاثیر نیروی عظیم مغناطیسی تولید می‌کند و هواپیما پس از پرتاب با نیروی کمکی موتورهای راکت به سرعت مناسب جهت روشن شدن موتورهای رم‌جت یعنی ۱۲ هزار کیلومتر در ساعت می‌رسد.

 غرش صوتی ( Sonic Boom) چیست؟

غرش صوتی، صدای بلندی مثل تندر است. فردی که روی زمین است، موقعی که یک هواپیما بالای سرش با سرعت مافوق صوت پروازمی کند صدای غرش صوتی را می شنود.

این صدا به خاطر رها شدن سریع فشار هوا ایجاد می شود. فشار هوا موقعی ایجاد می شود که یک هواپیما میان هوا پرواز می کند. موقعی که فشار رها می شود، یک صدای بلند ایجاد می کند،ساده ترین مثال،چیزی شبیه ترکیدن باکنک است.

اولین هواپیمای مسافربری فراصوت توسط اتحاد جماهیر شوروی ساخته شد و توپولف ۱۴۴ نام گرفت.این هواپیما اولین پرواز خود را در آخرین روز سال ۱۹۶۸میلادی(١٣٨٨شمسی) با موفقیت انجام داد.اما این هواپیما رقیب قدرتمندی در اروپا داشت.

به سرعت شرکت‌های هواپیمایی بزرگ آن زمان آماده خریداری این پرنده می شدند و قرار بود اولین حضور بین المللی این پرنده در نمایشگاه هوایی پاریس ۱۹۷۳میلادی(۱۳۹۳شمسی) باشد که بنا به دلایلی هواپیمایی نمونه که قرار بود در این نمایشگاه نشان داده شود سقوط کرد و باعث ترس شرکت‌ها از خرید آن شد.

توپولوف ۱۴۴ می توانست با ۱۴۰ مسافر مسافت ۶۸۰۰ کیلومتری را بدون توقف پرواز کند.حداکثر سرعت این پرنده ۲۴۳۰ کیلومتر بر ساعت یا ۲.۲۹ برابر سرعت صوت می باشد.حداکثر ارتفاع پروازی پرنده ۶۵۰۰۰ پا از سطح زمین بود و هنگام برخواستن وزن آن به ۲۰۷ تن می رسید.

از این پرنده ۱۶ فروند تولید شد که همگی در سال ۱۹۸۴میلادی(۱۳۶۳شمسی) به دلیل نقص در بدنه و مصرف بالای سوخت بازنشست شدند.

اما هواپیمای دوم کنکورد بود که اندکی بعد از توپولوف ۱۴۴ در دومین روز ماه میلادی مارس ۱۹۶۹میلادی(۱۳۴۸شمسی) به پرواز در آمد.این پرنده همراه با سر و صدای زیاد تبلیغاتی تولید شد تا بتواند از رقیب خود پیشی گرفته و به شرکت‌های هواپیمایی فروخته شود.

کنکورد می توانست مسیر‌های طولانی بین اروپا و نیویورک را در نصف زمانی که بقیه هواپیماها طی می کردند پرواز کند.هرچند سرعت آن به رقیب خود یعنی توپولوف ۱۴۴ نمی رسید.

نمای داخلی کنکورد

حداکثر سرعت این پرنده ۲۱۷۹ کیلومتر بر ساعت می باشد و برد مفید آن با ۱۲۰ مسافر در حدود ۷۲۰۰ کیلومتر بود.البته کنکورد مصرف سوخت سرسام آوری نیز داشت.این پرنده در هر کیلومتر ۱۳ کیلوگرم سوخت مصرف می کرد.

سرانجام پس از تولید۲۰ فروند از هواپیمای کنکورد،این پرنده در ۲۶ نوامبر ۲۰۰۳(۵ آذر ۱۳۸۲) به علت مصرف سوخت بالا و سر و صدای زیاد و ضریب ایمنی پایین برای همیشه با صنعت هوانوردی تجاری خداحافظی کرد و به موزه رفت.

یورونیوز می نویسد:مارس۲۰۱۵(اسفند ۱۳۹۳)

هواپیماهای مسافربری مدرن موجود، کاملا راحت و قابل اعتمادند، اما تازه ترین پیشرفت های مهندسی، امکان چند برابر کردن سرعت آنها را فراهم کرده است. هواپیماهای مافوق صوت به واقعیت می پیوندند .

پروژه ای اروپایی در همکاری با ژاپن سرگرم مطالعه روی مسائل مربوط به شکل هواپیما، موتور، سوخت، تاثیر آن بر محیط زیست، شرایط اقتصادی و جنبه های پرواز مسافری با سرعتی چند برابر سرعت صوت است.

امانوئل بیلان ویلین، پژوهشگر طراحی هواپیما در گروه ایرباس می گوید: می دانیم که امروزه منظور از هواپیمایی با سرعت بالا در مقایسه با هواپیماهای معمولی، به معنای کاهش زمان مسافرت و برای مثال سفر از اروپا به ژاپن ظرف حدود سه ساعت است. ما در زمینه تولید نیروی محرکه و مصالح و طراحی کاملا متفاوت هواپیما، به فنآوری های جدیدی دست یافته ایم که دسترسی به چنین سرعت بالایی را میسر می کند.

هواپیماهایی با این سرعت نیازمند فنآوری های جدیدی در زمینه طراحی، نیروی محرکه و مصالح جدید است که توسط شرکای صنعتی اروپا و ژاپن در حال توسعه است.

پاتریک گرون، مهندس ایرودینامیک سرعت های بالا می گوید: “می توانید اشکال دیگری را نیز تصور کنید، اما همه مشترکات زیادی با هم دارند، مثلا به زاویه های تند و طرح بسیار آیرودینامیک نیاز دارید، چون در غیر این صورت نیروی بازدارنده بالا خواهد بود و نمی توانید به فشار و نیروی محرکه کافی برای شتاب دادن به سیستم دست یابید.”

در گوتینگن، مدل های مقیاس، داخل یک تونل ۶۰ متری قرار می گیرند. در این تونل می توان فشار هوای فوق العاده و متناسب با پرواز مافوق صوت ایجاد کرد.

کلاوس هاینه مان، پژوهشگر دماپویای پرواز می گوید: “این تونل باد است که با آن می توانیم جریانی از سرعت بالا ایجاد کنیم و وسیله نقلیه ای مانند شاتل فضایی را شبیه سازی کنیم و یا آنچه اکنون برایمان جالب است یعنی: سیستم های پرواز مافوق صوت با سرعت ۸ ماخ در ارتفاع ۳۰ کیلومتری.”

این آزمایش اکنون آماده انجام است و این ابزار دقیق، اندازه گیری های آیرودینامیکی را در کسری از ثانیه انجام می دهد.

گزارشگر یورونیوز: اما احساس مسافران در داخل هواپیمایی که چند برابر سریع تر از سرعت معمول پرواز می کند چگونه خواهد بود؟

جان استیلانت پژوهشگر دینامیک سیالات و نیروی محرکه سیستم ها در آژانس فضایی اروپا در پاسخ به این پرسش می گوید: احساس خیلی متفاوتی نسبت به هواپیمای های کلاسیک به جز مسئله زمان، در میان نخواهد بود. بحث بر سر زمان شتاب گرفتن هواپیما در ۲۰ تا ۳۰ دقیقه اول است. اما از همان شتاب گرفتن و عبور از سرعت صوت نیز می توانید با کمال آرامش لذت ببرید.

در بیشتر طرح ها، جای مسافران در طرف دیگری است که تانک های سوخت قرار دارد و جای زیادی از هواپیما را اشغال می کند. در میان انواع سوخت نیز توجه پژوهشگران به هیدروژن مایع است که گاز کربنیک تولید نمی کند و از آن به عنوان مایع خنک کننده نیز می توان استفاده کرد.

پژوهشگر ژاپنی این سیستم می گوید: ما نیاز به توسعه سیستمی از نیروی محرکه داریم که متناسب مرحله «تیک آف» تا رسیدن به سرعت ۵ ماخ باشد که برای موتور بسیار داغ کننده است. راه حل ما برای این مسئله، کاهش حرارت هوای داغ با استفاده از سوخت بسیار سرد است.

پژوهشگران در تونل باد دیگری سرامیک های ویژه ای را آزمایش می کنند که
که در برابر حرارت بالا استقامت دارد. این مصالح می تواند لبه های بیرونی هواپیما را که گرمای آن به خاطر اصطکاک هوا به هزاران درجه سانتیگراد می رسد محافظت کند.

یک پژوهشگر مکانیک سیالات می گوید: هدف، مدیریت سطوح داغ هواپیماست، به نحوی که بار حرارتی آن برای مسافران به اندازه یک پرواز معمولی پایین بماند.

اما از چه زمانی می توان بلیط رزرو کرد؟ امانوئل بیلان ویلین، پژوهشگر طراحی هواپیما در گروه ایرباس می گوید: چشم انداز زمانی که ما برای دست یابی به محصول نهایی تعیین کرده ایم دهه ۲۰۴۰ تا ۲۰۵۰ است که به میزان وسیعی به پیشرفت های فنی وابسته است.

درباره نویسنده

1875مطلب نوشته است .

One Comment on “امواج “مافوق صوت” چیست؟سرعت هواپیمای مافوق صوت”

  • طراحی سایت wrote on ۲۳ اسفند, ۱۳۹۷, ۲۰:۰۱

    این مطلب بسیار جالب و عالی است.

    باتشکر بابت سایت خوبتون .

نوشتن دیدگاه

شما میتوانید از تصاویر مخصوص خود در قسمت نظرات استفاده نمایید برای اینکار از وب سایت آواتارکمک بگیرید .

Time limit is exhausted. Please reload CAPTCHA.

تمام حقوق این سایت برای © 2019 pirastefar.ir. محفوظ است.
بهینه سازی وبسیما