Почему на самом деле происходит хлопок при переходе самолёта на сверхзвук

Наверняка все в своей жизни неоднократно слышали характерный мощный хлопок, раздающийся от пролетающего в небе самолета. В таких случаях говорят, что “самолет преодолел звуковой барьер”, или “перешел на сверхзвук”. Но задумывались ли вы когда-нибудь, почему возникает это мощный звук и почему самолеты преодолевают звуковой барьер именно над вашей головой? Думаете, это просто совпадение? Как бы не так!
Дело в том, что этот “взрыв” на самом деле вовсе не связан с преодолением звукового барьера. Более того, сколько раз над вашей головой будет пролетать сверхзвуковой самолет, столько вы и будете слышать этот хлопок, даже если он будет лететь с постоянной скоростью. Разумеется, некая пограничная скорость, или звуковой барьер тоже существует, вот только с хлопками напрямую он никак не связан.

Почему слышен хлопок при переходе на сверхзвук

Хлопок от самолета, который мы слышим, правильнее называть “звуковым ударом”, и он, как мы сказали выше, не связан с преодолением какой-либо пограничной скорости. Но почему же он возникает? Когда самолет летить с любой скоростью, перед его фюзеляжем, то есть носовой частью, возникает область повышенного давления, так как самолет буквально врезается в воздух.
На относительно небольших скоростях высокое давление перед самолетом образует лишь звуковые волны, то есть характерный шум, но не хлопки. Когда же скорость самолета высокая, то есть превышает скорость звука, звуковые волны не успевают удаляться. Резкий рост давления перед фюзеляжем образует слой сильно сжатого воздуха, что порождает ударную волну, которая расходится от самолета конусом и достигает поверхности земли.



Этот конус ударной волны всегда движется вместе с самолетом. Что самое интересное, ударные волны распространяются и достигают земли беззвучно. Хлопок же мы слышим только в тот момент, когда ударная волна, то есть граница воображаемого конуса, проходит сквозь человека. В этот момент давление воздуха вокруг человека скачкообразно повышается, что воспринимается ушами как хлопок. То есть этот звук существует только для слушателя в момент прохождения через него ударной волны, и с ускорением самолета никак не связан.
Насколько опасна ударная волна, распространяющаяся от сверхзвукового самолета? Так как расстояние от него до земли достаточно большое, она не способна вызвать какие-либо разрушения. Однако возле самолета ударная волна достаточно мощная. Поэтому, если он будет пролетать низко над многоэтажным домом, то выше 30-го этажа ударная волна вполне может выбить стекла.
Преодоление самолетом звукового барьера — что это такоеИтак, если хлопок не связан с преодолением звукового барьера, то что вообще означает этот термин? В аэродинамике им принято называть резкий скачок сопротивления воздуха, который возникает при достижении самолетом определенной скорости, близкой к скорости звука.


Сверхзвуковой самолет имеет особую конструкцию, которая обеспечивает управляемость при полете с высокой скоростью

На такой скорости воздушные потоки начинают обтекать самолет иначе, то есть совсем не так, как это происходит на меньших скоростях. Это в свое время осложняло инженерам создание сверхзвукового самолета. К слову, даже сейчас создание сверхзвукового авиалайнера является большой проблемой для инженеров.
Скорость звука составляет 1234,8 км/ч. В настоящее время максимальная скорость самолета составляет 8200,8 км/ч, то есть более чем в шесть раз превышает скорость звука.
Разогнать обычный самолет до сверхзвуковой скорости особых проблем нет, но если он преодолеет сверхзвуковой барьер, потеряет управляемость и не сможет летать устойчиво. То есть, даже если он разгонится до такой скорости, то при ее достижении потерпит крушение.


Преодоление сверхзвукового барьера не сопровождается хлопком

Чтобы самолеты смогли преодолевать звуковой барьер, были созданы специальные крылья с особым аэродинамическим профилем. Кроме того, инженерам пришлось пойти на ряд других ухищрений, что в итоге обеспечило управляемость машин. Тем не менее пилот хорошо ощущает преодоление этой пограничной скорости, которое принято называть “аэродинамическим ударом”. Как отмечают сами пилоты, в этот момент происходят некие “скачки” управляемости. Но никаких звуковых явлений при этом не возникает.