NASA определит приемлемую интенсивность звукового удара

Специалисты NASA из Летно-исследовательского центра имени Армстронга приступили к исследованиям, целью которых станет определение допустимой интенсивности звукового удара, то есть восприятия наблюдателями на земле ударных волн, расходящихся от летящего на сверхзвуковой скорости объекта. Согласно сообщению агентства, результаты исследований планируется использовать в проекте разработки «тихого» сверхзвукового пассажирского самолета X-59.

В полете на сверхзвуковой скорости самолет образует множество ударных волн. Они обычно возникают на кончике носового обтекателя, на передней и задней кромках крыла, на передних кромках хвостового оперения, в зонах завихрителей потока и на кромках воздухозаборников. Наблюдателями на земле такие ударные волны воспринимаются как громкий хлопок или даже взрыв. По этой причине современные авиационные правила запрещают сверхзвуковые полеты над населенной частью суши.

Для снижения интенсивности звукового удара разработчики перспективного сверхзвукового самолета намерены изменить аэродинамическую конструкцию летательного аппарата таким образом, чтобы на поверхности его планера образовывалось как можно меньше ударных волн. Кроме того, предполагается, что особая аэродинамическая форма планера позволит избегать резких скачков давления на фронте ударной волны и резких же падений давления в задней ее части с последующей нормализацией.

Ударная волна с резкими скачками называется N-волной, поскольку на графике напоминает букву N латинского алфавита. Именно такие ударные волны воспринимаются как взрыв. На поверхности планера нового сверхзвукового самолета при скорости полета выше скорости звука должны будут образовываться так называемые S-волны с плавным и не таким значительным, как у N-волны, перепадом давления. Предполагается, что S-волны будут восприниматься как мягкая пульсация. Допустимую интенсивность таких пульсаций NASA намерено определить.

В исследовании используется истребитель F/A-18 Hornet. Для определения максимальной интенсивности звукового удара это самолет поднимается на высоту и набирает околозвуковую скорость. Затем он переходит пике и включает форсаж, чтобы перейти звуковой барьер и набрать сверхзвуковую скорость. В момент прохождения звукового барьера (нескольких явлений, сопровождающих самолет при полете со скоростью звука или близкой к ней) истребитель переводится в горизонтальный полет и сразу уводится вверх.

Таким образом специалисты NASA добиваются максимальной интенсивности ударных волн. Затем истребитель, набрав высоту около 9,8 тысячи метров, разгоняется до сверхзвуковой скорости. При прохождении звукового барьера летчик переводит самолет в горизонтальный полет и сразу же в пике. Таким способом удается снизить интенсивность ударных волн. Их интенсивность измеряется специальным оборудованием на земле. Кроме того, звуковой удар слушают добровольцы, которые затем дают субъективную оценку его «громкости».

NASA опубликовало видеозапись таких исследовательских полетов. На ней на отметке 0:43 слышно звуковой удар большой интенсивности, а на 2:34 — малой интенсивности.

В ноябре 2018 года специалисты NASA намерены перейти к новому этапу исследований, в котором уже примет участие город-доброволец — Галвестон в штате Техас. Истребитель F/A-18 будет выполнять полеты над этим городом и преодолевать над ним звуковой барьер таким образом, чтобы ударные волны, расходящиеся от самолета, были наименее интенсивными. При этом жители Галвестона, занимающиеся повседневыми делами, будут давать субъективную оценку звуковым ударам, если что-либо услышат.

В декабре прошлого года NASA опубликовало видеозапись пролета учебного самолета T-38 Talon на сверхзвуковой скорости на фоне Солнца. Она была сделана шлирен-методом для изучения ударных волн, образующихся на кромках планера самолета. Снимки и видеозаписи ударных волн используются специалистами NASA для исследований по проекту «тихого» сверхзвукового самолета.

Василий Сычёв