Космічна швидкість в лабораторії. Продовження.

космический корабль

У боротьбі за подолання «конденсаційного порогу» вченим-аеродинамікам довелось відмовитись від застосування розширеного сопла. Були створені надзвукові аеродинамічні труби принципово нового типу. На вході в таку трубу ставиться балон високого тиску, який відокремлюється від неї тонкою металевою пластинкою – діафрагмою. На виході труба з’єднується з вакуумною камерою, в результаті чого в трубі створюється високе розрідження.

Якщо прорвати діафрагму, наприклад різким збільшенням тиску в балоні, то потік газу спрямується по трубі в розріджений простір вакуумної камери , що передує потужній ударній хвилі. Тому установки ці отримали назву ударних аеродинамічних труб.

Як і для труби балонного типу, час дії ударних аеродинамічних труб дуже невеликий і складає всього кілька тисячних часток секунди. Для проведення необхідних вимірювань за настільки короткий час доводиться використовувати складні швидкодіючі електронні прилади.

Ударна хвиля переміщається в трубі з дуже великою швидкістю і без спеціального сопла. У створених за кордоном аеродинамічних трубах вдалося отримати швидкості повітряного потоку до 5200 метрів в секунду при температурі самого потоку в 20 000 градусів. При таких високих температурах швидкість звуку в газі теж збільшується, і набагато. Тому, незважаючи на велику швидкість повітряного потоку, її перевищення над швидкістю звуку виявляється незначним. Газ рухається з великою абсолютною швидкістю і з невеликою швидкістю щодо звуку.

Щоб відтворити великі надзвукові швидкості польоту, необхідно було або ще більше збільшити швидкість повітряного потоку, або ж знизити швидкість звуку в ньому, тобто зменшити температуру повітря. І тут аеродинаміки знову згадали про розширене сопло: адже з його допомогою можна зробити і те й інше одночасно – воно розганяє потік газу і в той же час охолоджує його. Розширене надзвукове сопло в цьому випадку виявилося тою рушницею, з якої аеродинаміки вбили відразу двох зайців. В ударних трубах з таким соплом вдалося отримати швидкості повітряного потоку, що в 16 разів перевищують швидкість звуку.

аеродинаміка

ЗІ ШВИДКІСТЮ СУПУТНИКА

Різко збільшити тиск в балоні ударної труби і тим самим прорвати діафрагму можна різними способами. Наприклад, як це роблять у США, де застосовується потужний електричний розряд.

У трубі на вході ставиться балон високого тиску, відокремлений від решти частини діафрагмою. За балоном розташовується розширене сопло. Перед початком випробувань тиск у балоні збільшився до 35-140 атмосфер, а у вакуумній камері, на виході з труби, знизився до мільйонної частки атмосферного тиску. Потім у балоні проводився надпотужний розряд електричної дуги силою струму в мільйон ампер ! Штучна блискавка в аеродинамічній трубі різко збільшувала тиск і температуру газу в балоні, діафрагма миттєво випаровувалася і потік повітря линув в вакуумну камеру.

Протягом однієї десятої секунди можна було відтворити швидкість польоту близько 52000 кілометрів на годину, або 14,4 кілометра в секунду! Таким чином, в лабораторіях вдалося подолати і першу і другу космічні швидкості.

З цього моменту аеродинамічні труби стали надійною підмогою не тільки для авіації, але і для ракетної техніки. Вони дозволяють вирішити цілий ряд питань сучасного та майбутнього космоплавання. З їх допомогою можна випробувати моделі ракет, штучних супутників Землі і космічні кораблі, відтворюючи ту ділянку їхнього польоту, яку вони проходять в межах планетної атмосфери.

Але досягнуті швидкості повинні знаходитись лише на самому початку шкали уявного космічного спідометра. Їх освоєння – це тільки перший крок на шляху створення нової галузі науки – космічної аеродинаміки, яка була викликана до життя потребами ракетної техніки, що бурхливо розвивається. І вже є нові значні успіхи у справі подальшого освоєння космічних швидкостей.

Оскільки при електричному розряді повітря в деякій мірі іонізується, то можна спробувати в тій же ударній трубі використовувати електромагнітні поля для додаткового прискорення отриманої повітряної плазми. Ця можливість була здійснена практично в іншій, сконструйованій в США ударній гідромагнітній трубі невеликого діаметру, в якій швидкість руху ударної хвилі досягла 44,7 кілометра в секунду! Про таку швидкість руху поки що можуть тільки мріяти конструктори космічних апаратів.

Безсумнівно, що подальші успіхи науки і техніки відкриють більш широкі можливості перед аеродинамікою майбутнього. Вже зараз в аеродинамічних лабораторіях починають використовуватись сучасні фізичні установки, наприклад установки з високошвидкісними струменями плазми. Для відтворення польоту фотонних ракет в міжзоряному розрідженому середовищі і для вивчення проходження космічних кораблів крізь скупчення міжзоряного газу доведеться використовувати досягнення техніки прискорення ядерних частинок.

І, очевидно, ще задовго до того, як перші зорельоти покинуть межі Сонячної системи, їх мініатюрні копії вже не один раз випробують в аеродинамічних трубах всі тяготи далекого шляху до зірок.

Автор: А. Шибанов.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *