Звуковой барьер — это условное обозначение перехода самолета или другого объекта из дозвукового режима полета в сверхзвуковой режим движения, сопровождающийся значительным изменением физических условий вокруг объекта.
При движении тела в воздухе возникают две ключевые характеристики:
1. Скорость распространения звука (𝑣ₛₒᵤₙ_{d}).
2. Скорость движущегося объекта (𝑣ₒ_{b}ⱼₑ_{c}ₜ).
Когда скорость объекта приближается к скорости звука (\frac𝑣ₒ_{b}ⱼₑ_{c}ₜ𝑣ₛₒᵤₙ_{d}=𝑀, где 𝑀 — число Маха), воздух сжимается впереди тела, создавая зоны повышенного давления. Когда тело достигает скорости звука, оно фактически догоняет волну своего собственного возмущения, формируя ударную волну, которую мы слышим как громкий хлопок ("звук взрыва").
Основные явления, возникающие при переходе через звуковой барьер:
- Образование ударной волны: резкое изменение плотности и температуры воздуха вблизи поверхности тела, приводящее к сильному сопротивлению воздуха и значительному увеличению расхода топлива.
- Изменение формы воздушного потока: нарушается ламинарность течения, поток становится турбулентным, что увеличивает сопротивление.
- Аэродинамическое нагревание: трение воздуха о поверхность вызывает сильное тепловыделение, что создает дополнительные требования к материалам конструкций.
Для успешного преодоления звукового барьера необходимы специально спроектированные самолеты с уменьшенным лобовым сопротивлением и специальными конструкциями крыла и фюзеляжа. Примеры успешных проектов:
- Самолет Bell X-1 стал первым пилотируемым аппаратом, преодолевшим звуковой барьер в октябре 1947 года.
- Современные боевые самолёты типа МиГ-29, Су-27, F-16 регулярно пересекают звуковой барьер.
Перешагнуть звуковой барьер технически сложно и сопряжено с большими затратами энергии, однако именно этот этап знаменует новый уровень возможностей авиации и открывает путь к новым достижениям в аэрокосмической технике.