เรานึกถึงอะไรเมื่อเราได้ยินคำว่า "กำแพงเสียง"? ขีดจำกัดและอุปสรรคบางอย่าง การเอาชนะซึ่งอาจส่งผลต่อการได้ยินและความเป็นอยู่ที่ดี โดยปกติ กำแพงเสียงจะสัมพันธ์กับการพิชิตน่านฟ้าและอาชีพนักบิน
การเอาชนะอุปสรรคนี้อาจกระตุ้นให้เกิดโรคเรื้อรัง อาการปวด และอาการแพ้ได้ การรับรู้เหล่านี้ถูกต้องหรือเป็นแบบแผนหรือไม่? พวกเขามีพื้นฐานข้อเท็จจริงหรือไม่? อุปสรรคเสียงคืออะไร? มันเกิดขึ้นได้อย่างไรและทำไม? เราจะพยายามค้นหาข้อมูลทั้งหมดนี้และความแตกต่างเพิ่มเติมบางส่วน รวมถึงข้อเท็จจริงทางประวัติศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับแนวคิดนี้ในบทความนี้
วิทยาศาสตร์ลึกลับนี้คือแอโรไดนามิก
ในศาสตร์แห่งอากาศพลศาสตร์ที่ออกแบบมาเพื่ออธิบายปรากฏการณ์ที่มาพร้อมกับการเคลื่อนไหวของเครื่องบิน
มีแนวคิดเรื่อง "กำแพงเสียง" นี่คือแถวปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นระหว่างการเคลื่อนที่ของเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงหรือขีปนาวุธที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วเสียงหรือมากกว่า
คลื่นกระแทกคืออะไร
ในระหว่างการไหลเหนือเสียงรอบอุปกรณ์ คลื่นกระแทกเกิดขึ้นในอุโมงค์ลม ร่องรอยของมันสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า บนพื้นจะมีเส้นสีเหลือง นอกกรวยคลื่นกระแทก หน้าเส้นสีเหลือง บนพื้นดิน เครื่องบินไม่ได้ยินด้วยซ้ำ ที่ความเร็วเหนือเสียง ร่างกายจะไหลไปตามกระแสเสียง ซึ่งทำให้เกิดคลื่นกระแทก อาจมีมากกว่าหนึ่งตัวขึ้นอยู่กับรูปร่างของร่างกาย
การแปลงคลื่นกระแทก
ด้านหน้าของคลื่นกระแทก ซึ่งบางครั้งเรียกว่าคลื่นกระแทก มีความหนาค่อนข้างเล็ก ซึ่งทำให้สามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันในคุณสมบัติของการไหล การลดลงของความเร็วสัมพันธ์กับ ร่างกายและการเพิ่มขึ้นของความดันและอุณหภูมิของก๊าซในการไหลที่สอดคล้องกัน ในกรณีนี้ พลังงานจลน์บางส่วนจะถูกแปลงเป็นพลังงานภายในของก๊าซ จำนวนของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้โดยตรงขึ้นอยู่กับความเร็วของการไหลเหนือเสียง เมื่อคลื่นกระแทกเคลื่อนตัวออกจากอุปกรณ์ แรงดันจะลดลงและคลื่นกระแทกจะเปลี่ยนเป็นเสียง เธอสามารถเข้าถึงผู้สังเกตการณ์ภายนอกซึ่งจะได้ยินเสียงลักษณะคล้ายการระเบิด มีความเห็นว่าสิ่งนี้บ่งชี้ว่าอุปกรณ์ได้ถึงความเร็วของเสียงแล้วเมื่อกั้นเสียงถูกทิ้งไว้ข้างหลังโดยเครื่องบิน
เกิดอะไรขึ้น
ช่วงเวลาที่เรียกว่าการเอาชนะอุปสรรคด้านเสียงในทางปฏิบัติคือการผ่านของคลื่นกระแทกด้วยเสียงดังก้องของเครื่องยนต์อากาศยาน ตอนนี้ยูนิตอยู่ข้างหน้าของเสียงที่ตามมา ดังนั้นจะได้ยินเสียงฮัมของเครื่องยนต์หลังจากนั้น การเข้าใกล้ความเร็วของเครื่องบินจนถึงความเร็วของเสียงเป็นไปได้ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง แต่ในขณะเดียวกัน นักบินก็สังเกตเห็นสัญญาณเตือนภัยในการปฏิบัติการของเครื่องบิน
หลังจากสิ้นสุดสงคราม นักออกแบบเครื่องบินและนักบินหลายคนพยายามที่จะบรรลุความเร็วของเสียงและทำลายกำแพงเสียง แต่ความพยายามเหล่านี้จบลงอย่างน่าอนาถ นักวิทยาศาสตร์ที่มองโลกในแง่ร้ายแย้งว่าขีดจำกัดนี้ไม่สามารถเกินได้ ไม่ใช่การทดลอง แต่เป็นวิทยาศาสตร์ มันเป็นไปได้ที่จะอธิบายธรรมชาติของแนวคิดของ "กำแพงเสียง" และหาวิธีที่จะเอาชนะมัน
แนะนำการบินอย่างปลอดภัย
เที่ยวบินที่ปลอดภัยที่ความเร็วทรานโซนิกและความเร็วเหนือเสียงนั้นเป็นไปได้หากหลีกเลี่ยงวิกฤตคลื่น ซึ่งเหตุการณ์นั้นขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์แอโรไดนามิกของเครื่องบินและความสูงของเที่ยวบิน การเปลี่ยนจากระดับความเร็วหนึ่งไปอีกระดับหนึ่งควรดำเนินการโดยเร็วที่สุดโดยใช้ Afterburner ซึ่งจะช่วยหลีกเลี่ยงเที่ยวบินระยะไกลในเขตวิกฤตคลื่น วิกฤตคลื่นตามแนวคิดมาจากการขนส่งทางน้ำ เกิดขึ้นในเวลาที่เรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วของคลื่นบนผิวน้ำ การเข้าสู่วิกฤตคลื่นทำให้เกิดความยากในการเพิ่มความเร็ว และหากมันง่ายที่สุดที่จะเอาชนะวิกฤตคลื่น คุณก็จะไปถึงได้โหมดไสหรือเลื่อนบนผิวน้ำ
ประวัติศาสตร์การควบคุมเครื่องบิน
บุคคลแรกที่บรรลุความเร็วเหนือเสียงบนเครื่องบินทดลองคือชัค เยเกอร์ นักบินชาวอเมริกัน ความสำเร็จของเขาถูกบันทึกไว้ในประวัติศาสตร์เมื่อวันที่ 14 ตุลาคม พ.ศ. 2490 ในอาณาเขตของสหภาพโซเวียต กำแพงเสียงถูกเอาชนะเมื่อวันที่ 26 ธันวาคม พ.ศ. 2491 โดยโซโคลอฟสกีและเฟโดรอฟซึ่งบินนักสู้ที่มีประสบการณ์
ในบรรดาเครื่องบินพลเรือนนั้น เรือโดยสาร Douglas DC-8 เป็นสายการบินแรกที่ทำลายกำแพงเสียง ซึ่งเมื่อวันที่ 21 สิงหาคม 1961 ทำความเร็วได้ถึง 1.012 มัคหรือ 1262 กม./ชม. ภารกิจคือการรวบรวมข้อมูลสำหรับการออกแบบปีก ในบรรดาเครื่องบินดังกล่าว สถิติโลกถูกกำหนดโดยขีปนาวุธอากาศสู่พื้นดินที่มีความเร็วเหนือเสียง ซึ่งให้บริการกับกองทัพรัสเซีย ที่ระดับความสูง 31.2 กิโลเมตร จรวดมีความเร็ว 6389 กม./ชม.
50 ปีหลังจากทำลายกำแพงเสียงในอากาศ แอนดี้ กรีน ชาวอังกฤษก็ประสบความสำเร็จเช่นเดียวกันในรถยนต์ ในช่วงฤดูใบไม้ร่วงฟรี Joe Kittinger ชาวอเมริกันพยายามทำลายสถิติซึ่งพิชิตความสูง 31.5 กิโลเมตร วันนี้ เมื่อวันที่ 14 ตุลาคม 2555 เฟลิกซ์ เบาม์การ์ทเนอร์สร้างสถิติโลกโดยปราศจากความช่วยเหลือจากยานพาหนะ ในการตกอย่างอิสระจากความสูง 39 กิโลเมตร ทำลายกำแพงเสียง ในขณะเดียวกันก็มีความเร็วถึง 1342.8 กิโลเมตรต่อชั่วโมง
ทำลายกำแพงเสียงที่ไม่ธรรมดาที่สุด
คิดแปลกแต่ประดิษฐ์เครื่องแรกของโลกการเอาชนะขีด จำกัด นี้เป็นแส้ปกติที่ชาวจีนโบราณคิดค้นเมื่อเกือบ 7,000 ปีก่อน เกือบจนกระทั่งมีการประดิษฐ์การถ่ายภาพทันทีในปี 1927 ไม่มีใครสงสัยว่ารอยแส้ของแส้นั้นเป็นเสียงโซนิคขนาดจิ๋ว การแกว่งที่แหลมคมก่อตัวเป็นวงและความเร็วเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วซึ่งเป็นการยืนยันการคลิก กำแพงเสียงถูกเอาชนะด้วยความเร็วประมาณ 1200 กม./ชม.
ความลึกลับของเมืองที่เสียงดังที่สุด
ไม่น่าแปลกใจที่ชาวเมืองเล็ก ๆ จะตกใจเมื่อเห็นเมืองหลวงเป็นครั้งแรก การคมนาคมจำนวนมาก ร้านอาหารและศูนย์รวมความบันเทิงหลายร้อยแห่งสร้างความสับสนและทำให้ไม่สงบ จุดเริ่มต้นของฤดูใบไม้ผลิในเมืองหลวงมักจะเป็นเดือนเมษายน ไม่ใช่พายุหิมะที่ก่อการกบฏ ในเดือนเมษายน ท้องฟ้าแจ่มใส มีลำธารไหลผ่าน และตาเปิดออก ผู้คนต่างเบื่อหน่ายกับฤดูหนาวอันยาวนาน เปิดหน้าต่างให้กว้างเพื่อรับแสงแดด และเสียงข้างถนนก็ปะทุเข้ามาในบ้าน นกร้องเจี๊ยก ๆ บนถนน ศิลปินร้องเพลง นักเรียนร่าเริงท่องบทกวี ไม่ต้องพูดถึงเสียงรถติดและรถไฟใต้ดิน พนักงานแผนกสุขอนามัยทราบว่าการอยู่ในเมืองที่มีเสียงดังเป็นเวลานานนั้นไม่ดีต่อสุขภาพ พื้นหลังเสียงของเมืองหลวงประกอบด้วยการคมนาคมขนส่ง
เสียงอากาศ อุตสาหกรรมและครัวเรือน สิ่งที่อันตรายที่สุดคือเสียงรถ เนื่องจากเครื่องบินบินได้สูงพอ และเสียงจากสถานประกอบการก็หายไปในอาคารของพวกเขา เสียงครวญครางของรถยนต์บนทางหลวงที่พลุกพล่านโดยเฉพาะอย่างยิ่งเกินมาตรฐานที่อนุญาตทั้งหมดสองครั้ง กำแพงเสียงจะเอาชนะในเมืองหลวงได้อย่างไร? มอสโกเป็นอันตรายเพราะมีเสียงมากมาย ดังนั้นชาวเมืองหลวงจึงติดตั้งหน้าต่างกระจกสองชั้นเพื่อปิดเสียง
กั้นเสียงแตกยังไง
จนถึงปี 1947 ไม่มีข้อมูลที่แท้จริงเกี่ยวกับสวัสดิภาพของบุคคลในห้องนักบินของเครื่องบินที่บินได้เร็วกว่าเสียง เมื่อมันปรากฏออกมา การทำลายกำแพงเสียงนั้นต้องใช้ความแข็งแกร่งและความกล้าหาญ ในระหว่างการบินจะเห็นได้ชัดว่าไม่มีการค้ำประกันว่าจะอยู่รอด แม้แต่นักบินมืออาชีพก็ไม่สามารถบอกได้อย่างแน่นอนว่าการออกแบบของเครื่องบินจะทนต่อการโจมตีขององค์ประกอบต่างๆ ได้หรือไม่ ภายในเวลาไม่กี่นาที เครื่องบินก็สามารถกระจุย อะไรอธิบายเรื่องนี้? ควรสังเกตว่าการเคลื่อนไหวด้วยความเร็วแบบเปรี้ยงปร้างจะสร้างคลื่นเสียงที่กระจัดกระจายเหมือนวงกลมจากหินที่ตกลงมา ความเร็วเหนือเสียงทำให้เกิดคลื่นกระแทก และบุคคลที่ยืนอยู่บนพื้นจะได้ยินเสียงคล้ายกับการระเบิด หากไม่มีคอมพิวเตอร์ที่ทรงพลัง เป็นการยากที่จะแก้สมการเชิงอนุพันธ์ที่ซับซ้อน และต้องอาศัยแบบจำลองการเป่าในอุโมงค์ลม บางครั้งด้วยความเร่งของเครื่องบินไม่เพียงพอ คลื่นกระแทกก็ส่งไปถึงความแรงจนหน้าต่างลอยออกจากบ้านที่เครื่องบินบินอยู่ ไม่ใช่ทุกคนที่จะเอาชนะกำแพงเสียงได้เพราะในขณะนี้โครงสร้างทั้งหมดกำลังสั่นคลอนการยึดของอุปกรณ์อาจได้รับความเสียหายอย่างมาก ดังนั้นการมีสุขภาพที่ดีและความมั่นคงทางอารมณ์จึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับนักบิน หากเที่ยวบินราบรื่นและเอาชนะอุปสรรคเสียงได้โดยเร็วที่สุด นักบินและผู้โดยสารทุกคนจะไม่รู้สึกไม่สบายใจเป็นพิเศษ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการพิชิตกำแพงเสียง เครื่องบินวิจัยถูกสร้างขึ้นในเดือนมกราคม พ.ศ. 2489 การสร้างเครื่องคือที่ริเริ่มโดยคำสั่งของกระทรวงกลาโหม แต่แทนที่จะเป็นอาวุธ กลับถูกยัดด้วยเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่คอยเฝ้าติดตามการทำงานของกลไกและอุปกรณ์ต่างๆ เครื่องบินลำนี้เปรียบเสมือนขีปนาวุธล่องเรือสมัยใหม่ที่มีเครื่องยนต์จรวดในตัว เครื่องบินทำลายกำแพงเสียงด้วยความเร็วสูงสุด 2736 กม./ชม.
อนุสรณ์สถานทางวาจาและวัตถุเพื่อพิชิตความเร็วของเสียง
ความสำเร็จในการทำลายกำแพงเสียงนั้นมีค่ามากในวันนี้ ดังนั้น เครื่องบินที่ชัค เยเกอร์เอาชนะได้เป็นครั้งแรกจึงได้จัดแสดงอยู่ที่พิพิธภัณฑ์อากาศและอวกาศแห่งชาติ ซึ่งตั้งอยู่ในกรุงวอชิงตัน แต่พารามิเตอร์ทางเทคนิคของการประดิษฐ์ของมนุษย์นี้จะมีค่าเพียงเล็กน้อยโดยปราศจากคุณธรรมของนักบินเอง Chuck Yeager ผ่านโรงเรียนการบินและต่อสู้ในยุโรปหลังจากนั้นเขาก็กลับไปอังกฤษ การระงับการบินที่ไม่เป็นธรรมไม่ได้ทำลายจิตวิญญาณของเยเกอร์ และเขาได้รับการแต่งตั้งให้เป็นผู้บัญชาการทหารสูงสุดของกองทัพยุโรป ในช่วงหลายปีที่เหลือก่อนสิ้นสุดสงคราม เยเกอร์เข้าร่วมการก่อกวน 64 ครั้ง ในระหว่างนั้นเขายิงเครื่องบิน 13 ลำ Chuck Yeager กลับไปที่บ้านเกิดของเขาพร้อมกับยศกัปตัน ลักษณะเฉพาะของเขาบ่งบอกถึงสัญชาตญาณอันมหัศจรรย์ ความสงบที่เหลือเชื่อ และความอดทนในสถานการณ์วิกฤติ เยเกอร์สร้างสถิติบนเครื่องบินของเขามากกว่าหนึ่งครั้ง อาชีพต่อมาของเขาอยู่ในกองทัพอากาศซึ่งเขาฝึกนักบิน ครั้งสุดท้ายที่ชัค เยเกอร์ทำลายกำแพงเสียงคือ 74 ปี ซึ่งเป็นวันครบรอบปีที่ห้าสิบของประวัติศาสตร์การบินของเขาและในปี 1997
งานที่ซับซ้อนของผู้สร้างเครื่องบินอุปกรณ์
เครื่องบิน MiG-15 ที่มีชื่อเสียงระดับโลกเริ่มถูกสร้างขึ้นในขณะที่นักพัฒนาตระหนักว่ามันเป็นไปไม่ได้ที่จะอาศัยเพียงการทำลายกำแพงเสียงเท่านั้น แต่ปัญหาทางเทคนิคที่ซับซ้อนควรได้รับการแก้ไข เป็นผลให้สร้างเครื่องจักรได้สำเร็จจนมีการดัดแปลงโดยประเทศต่างๆ สำนักงานออกแบบที่แตกต่างกันหลายแห่งเข้าสู่การแข่งขันแบบดุเดือด โดยรางวัลดังกล่าวเป็นสิทธิบัตรสำหรับเครื่องบินที่ประสบความสำเร็จและใช้งานได้ดีที่สุด พัฒนาเครื่องบินที่มีปีกกว้าง ซึ่งเป็นการปฏิวัติการออกแบบ เครื่องมือในอุดมคติจะต้องทรงพลัง รวดเร็ว และทนทานต่อความเสียหายภายนอกอย่างเหลือเชื่อ ปีกที่กวาดของเครื่องบินกลายเป็นองค์ประกอบที่ช่วยให้พวกเขาเพิ่มความเร็วของเสียงเป็นสามเท่า นอกจากนี้ ความเร็วของเครื่องบินยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งอธิบายได้จากการเพิ่มกำลังเครื่องยนต์ การใช้วัสดุที่เป็นนวัตกรรมใหม่ และการปรับพารามิเตอร์แอโรไดนามิกให้เหมาะสมที่สุด การทำลายกำแพงเสียงกลายเป็นเรื่องที่เป็นไปได้และเป็นจริงสำหรับผู้ที่ไม่ใช่มืออาชีพ แต่ก็ไม่ได้เป็นอันตรายน้อยลงด้วยเหตุนี้ ดังนั้นผู้ที่แสวงหาสิ่งรุนแรงควรประเมินจุดแข็งของเขาอย่างสมเหตุสมผลก่อนตัดสินใจทำการทดลอง