У каждого самолета есть максимальная скорость, которую он не должен превышать. На современных летательных аппаратах (ЛА) существует система предупреждения о приближении к такой максимальной скорости. Это может быть звуковая/индикаторная сигнализация или как минимум отметки на указателях скорости, например, такие:
Но так было не всегда. Были лихие времена без ограничений...
В первой половине XX века миллионы людей были заняты убийством себе подобных, а исследователи искали наиболее эффективные способы обороны и нападения, ну а остальные наблюдали за этими процессами.
Не обошло это дело и авиаторов. Войны заставляли авиацию летать выше, а главное быстрее, для завоевания господства в небе, а реактивный двигатель дал такую возможность (разогнаться быстрее, чем на самолете с винтом).
Создавались такие машины как на фото - Мессершмитт Me.262.
Поставили новый двигатель и полетели добиваться рекордов в скорости, но Аэродинамика сказала: «Не так быстро!».
По неизвестным причинам (на то время), на скоростях близких к скорости звука самолеты теряли управляемость и падали. Например, это стало наиболее вероятной причиной гибели летчика испытателя Григория Яковлевича Бахчиванджи. Он в 1943 году погиб при попытке завоевания нового рекорда в скорости на советском истребителе БИ-1 с ракетным двигателем.
После катастрофы в ходе продувок БИ-1 в новой аэродинамической трубе ЦАГИ (Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского), позволявшей имитировать соответствующие скорости, было выявлено новое явление — «затягивание в пикирование». «Затягивание» проявляется на скоростях свыше 800 км/ч (большие дозвуковые скорости).
Нужно было очень быстро найти ответ на вопрос – ПОЧЕМУ?
Дело в том, что на таких скоростях значительно меняется распределение давления по профилю. Давайте взглянем на векторную диаграмму перераспределения коэффициента давления при переходе от дозвуковых к трансзвуковым скоростям.
Так было до приближения к скорости звука:
А потом… раз и картина изменилась:
Проведя анализ этого распределения коэффициента давления по профилю крыла при околозвуковых скоростях можно сделать следующие выводы:
1 - при увеличении скорости подъемная сила Ya продолжает расти;
2- происходит перераспределение давления вдоль хорды (вдоль профиля), центр давления смещается назад (точка приложения результирующей аэродинамической силы);
3 - растет аэродинамический момент тангажа (вследствие смещения центра давления назад и роста подъемной силы);
4 - доля составляющих коэффициентов давления, «тянущих» крыло назад, увеличивается интенсивней составляющих, «тянущих» крыло вперед (на рисунке красные стрелочки). Что и обеспечивает появление волнового сопротивления – Схво.
Следует отметить, что росту волнового сопротивления способствует, кроме того и развитие так называемого волнового срыва, вызывающего вихреобразование.
Но самое важное, что аэродинамические рули (отклоняющиеся поверхности)
оказываются в таких условиях, когда они просто неэффективны (или эффективность значительно снижается) при таком распределении давления, а смещение назад по профилю точки приложения результирующей аэродинамических сил создает дополнительный пикирующий момент. В результате самолет переходит в пикирование, что увеличивает его скорость и еще больше становятся бесполезными рули (в том числе и руль высоты) и тем самым не оставляет возможности выйти из этой особой ситуации.
Ну а это Charles Elwood Yeager.
Он первым успешно преодолел звуковой барьер. 14 октября 1947 года его экспериментальный самолет Bell X-1, оснащенный ракетным двигателем, выйдя в пологое пикирование с высоты 21379 м над Викторвиллем (Калифорния, США), достиг скорости 1207 км/ч.
Как ему это удалось, спросите вы?
Несомненно, летчики-испытатели вносят огромный вклад в развитие науки и техники, порой ценой своей жизни, тем не менее вопрос как это удалось нужно задавать инженерам и ученым, которые успешно решили проблемы, связанные с полетами на больших скоростях (о том, что и как сделали решая эти проблемы будет следующий пост).
Образование сверхзвуковых зон, скачки уплотнения и как с ними бороться это довольно большая и интересная тема, требующего особого внимания.
Выводы:
Составляющая лобового сопротивления, обусловленная силами давления и вызванная образованием местных сверхзвуковых зон у поверхности обтекаемого тела и скачков уплотнения, называется волновым сопротивлением.
Резюме:
При переходе от дозвуковых к трансзвуковым скоростям происходит резкое увеличение лобового сопротивления. Значит за превышение разрешенной скорости самолет тормозят аэродинамические силы, а штраф может быть назначен от послеполетных проверок самолета инженерами и до гарантированной катастрофы (как это было до изучения этой проблемы).
статья взята с : https://pikabu.ru/story/kto_tormozit_samoletyi_za_prevyishenie_skorosti_i_kakov_shtraf_5547718