مقدمه : در علم ایرودینامک aerodynamics دیواره صوتی sound barrier به نقطه ای که سرعت هواپیما از transonic به سرعت supersonic حرکت میکند را میگویند.و این به جنگ جهانی دوم برمیگردد. با افزایش سرعت در هواپیماهای با موتورهای پیستونی قدیمی ( هواپیماهای ملخی اولیه )، به تدریج میزان پسا افزایش پیدا میکرد و در سرعت معینی ،هواپیما با تراکم پذیری compressibility و سایر عوامل ایرودینامیکی مواجه میشد و دیگر هواپیما قادر به سرعت گرفتن نمیشد و بعضی مواقع نیز استال می*شد. این بدلیل این بود که ، با افزایش سرعت ، به تدریج سرعت گردش انتها یا نوک پره*های پروانه موتور ، به سرعت صوت نزدیک شده و سرانجام در حداکثر سرعت یک هواپیمای پیستونی که حدود 950 کیلومتر می*باشد، سرعت انتهای پره*ها از سرعت صوت گذشته و پسا یا درگ بسیاری ایجاد می*شود که خود مانع سرعت گرفتن بیشتر هواپیما می شد. در چنین سرعت های ، پروانه موتورهواپیماهای پیستونی ، نه تنها نیروی کشش (تراست )تولید نمیکرد، بلکه در اثر سرعت بسیار زیاد ، تبدیل به یک دیسک یا دایره توپر چرخنده می*شود که جز ایجاد درگ و پسا ، کار دیگری انجام نمی*دهد .درمبحث آیرودینامیست aerodynamics این حد را محدوده سرعت یا همان دیوار صوتی در نظر گرفته و بسیاری از دانشمندان نیز بر این عقیده بودند که گذشتن از دیوار صوتی و پشت سر گذاشتن آن ، کاری غیر ممکن است؛ اما امروزه با ورود به عصر جت و پیشرفت علم آیرودینامیک ، این کار برای جنگنده*های امروزی کاری بس سهل و آسان است.مهمان گرامی شما نمیتوانید عکس ها و تصاویر را مشاهده کنید. برای ثبت نام و دیدن تصاویر اینجا کلیک نمائید .دسته بندی هواپیماهااز نظر سرعت :سرعت هواپيما علاوه بر سرعت سنج Air speed indicator با ماخ سنج نيز اندازه گيری ميشود . ماخ سنج نسبت بين سرعت حقيقی و سرعت صوت را محاسبه ميكند و به صورت درصد مانند 6/0 و 7/0 و8/0 و ... كه به آن عدد ماخ MACH NUMBER نيز ميگويند نشان داده ميشود. سرعت صوت بطور متوسط 580 مايل دريايی در ساعت است و با درجه حرارت (با افزايش ارتفاع از درجه حرارت كاسته ميشود ) رابطه ای به صورت C=39√ T دارد .پس عدد ماخ ، کمیتی متغیر است و بسته به خصوصیات هوا مانند دما و فشار ، تغییر کرده و کاهش یا افزایش می*یابد.هواپیماها از نظر سرعت نسبت به سرعت صوت به پنج دسته تقسیم می*شوند:
1 - هواپیماهای زیر سرعت صوت یا مادون صوت با محدوده سرعت 350 تا 950 کیلومتر بر ساعت ( Subsonic )
2- هواپیماهای حدود سرعت صوت با محدوده سرعت 950 تا 1200 کیلومتر بر ساعت ، Transonic) )3- هواپیماهای با محدوده سرعت دقیقاً سرعت صوت نسبت به محیط ، (Sonic )4- هواپیماهای بالای سرعت صوت یا مافوق سرعت صوت با محدوده سرعت 1 ماخ تا 5 ماخ ،(( Supersonic . در هوای خشک و دمای 20 درجه سانتیگراد یک ماخ برابر با 343 m/s, 1,125 ft/s, 768 mph or 1,236 km/h خواهد بود.اکثر هواپیماهای جنگنده شکاری سوپر سونیک میباشند و درمیان بمب افکن ها توپولف 160 و Rockwell/Boeing B-1B نیز توانایی حرکت سوپرسونیک دارند و در بین هواپیماهای مسافربری هواپیمای کنکورد و هواپیمای توپولوف 144 از نوع سوپرسونیک میباشند. 5- هواپیماهای با سرعت بسیار بیشتر از سرعت صوت با محدوده سرعت 5 ماخ و بالاتر ، (Hypersonic)آشنایی با امواج ضربه ای Shockwaves : عامل اصلی ایجاد دیوار صوتی Sound Barrier در هوانوردی در حقیقت امواج ضربه*ای یا Shockwaves میباشد. امواج ضربه*ای یا Shockwaves نوعی انتشار پارازیت یا آشوب مانند موج شدید در داخل مایع ، گاز ، جامد، پلاسما و حوزه الکترومغناطیسی میباشد.امواج ضربه ای یا Shockwaves به سه شکل دیده میشوند. معمولی Normal با زاویه 90 درجه عمود بر جریان سیال ویا مورب Oblique و زاویه دار نسبت به سیال و یا) bow قوسی شکل) برخلاف جریان سیال و غیر نوک تیز مانند وقتی که سرعت به یک ماخ میرسد.خصوصیات صوت و دیوار صوتی و تاثیرات آن : احتمالا" تجربه انعكاس و بازتاب صدا در کوه ، تاخير زمانی در شنيدن صدای بلندگو و شنيدن صدای رعد و برق كه ناشی از انتشار كند و با سرعت محدود صوت ميباشد را تجربه کرده اید. صدا ، در شرایط عادی در سطح دریا دارای سرعتی معادل 332 متر بر ثانیه یا 1,195 کیلومتر بر ساعت می*باشد که این سرعت ، با افزایش ارتفاع و کاهش فشار و تراکم هوا ، کاهش یافته و در ارتفاعات بالاتر ، صدا فواصل را با سرعت کمتری می*پیماید. این مسئله بدین علت است که صوت از طریق ضربات ملکولهای هوا به یکدیگر و انتقال انرژی آنها فضا را طی می*کند و هر چه تعداد مولکولها در یک حجم معین بیشتر باشند، انتقال انرژی زودتر صورت پذیرفته و صوت با سرعت بیشتری انتقال می*یابدبه همین علت سرعت صوت در مایعات بیشتر از هوا و در جامدات بسیار بیشتر از مایعات و هوا میباشد.
پس در نتیجه افزایش ارتفاع ، تعداد ملکولها در یک حجم معین کاهش یافته و صوت با سرعت کمتری فضا را می*پیماید. به طوری که برای هواپيمايی در ارتفاع 35هزار پايی ، جايی که دما 549 درجه است سرعت صوت به 295متر در ثانيه يا 1060کيلومتر در ساعت می رسد. حالا يک منبع صوتی را تصور کنيد که يک پالس در ثانيه در فضا پخش می کند. اين پالسها را می توان به صورت پوسته های کروی از هوای پرفشار که با سرعت صوت بزرگ می شوند و صوت را منتشر مي کنند تصور کرد (درست مانند دايره های ايجاد شده در سطح آب پس از پرتاب يک سنگ) به اين کره ها جبهه های موج مي گوييم . اگر چشمه ساکن باشد ، اين کره ها، مانند دايره های آب هم مرکز خواهند بود ؛ اما اگر منبع شروع به حرکت کند، اين کره ها را در جهت حرکتش جابه جا خواهد کرد. به طوری که فاصله کره ها از هم در يک طرف (در جهت حرکت) کمتر و در طرف مقابل بيشتر خواهد شد. (با رسم شکل اين مطلب را خواهيد ديد). مقدار اين جابه جايی بستگی به سرعت منبع نسبت به سرعت انتشار صوت دارد. هر چه سرعت منبع بيشتر باشد، به جبهه های موجي که در هر لحظه توليد می کند، نزديکتر شده و بنابراين فاصله جبهه ها در مقابل منبع کمتر و کمتر می شود، تا اين که در سرعت صوت ، منبع به موج صوتی خود مي رسد و با آن حرکت مي کند. به طوری که جبهه های کروی امواج توليد شده همگی مقابل منبع انباشته مي شوند. (مثل حلقه های تودرتو با شعاع های مختلف که در يک نقطه بر هم مماسند). از نظر فيزيکی جبهه های موج نشاندهنده تغييرات فشار هوا هستند و همين تغييرات فشار است که گوش ما میشنود.
عامل اصلی ایجاد دیوار صوتی در هوانوردی در حقیقت امواج ضربه*ای یا Shockwaves هستندکه باعث ایجاد انفجار صوتی sonic boom میشوند امواج ضربه*ای ، تغییری ناگهانی در فشار و دما و چگالی density یک لایه از هواست که می*تواند به لایه*های دیگر منتقل شده و به صورت یک موج فضا را بپیماید.تصور کنيد همه جبهه های موج پرفشار جلوی يک هواپيما که با سرعت ترانسونیک و حدود سرعت صوت حرکت می کند یک جا جمع شود، در اين صورت جبهه ها همديگر را تقويت کرده و يک موج فشار با دامنه بسيار زياد تشکيل می دهند. اين موج ، نيروی مقاومت هوا را زياد می کند و باعث کاهش نيروی بالابرنده و دشواری کنترل هواپيما می شود. وقتی سرعت هواپيما با افزايش توان از سرعت صوت پيشی می گيرد، از اين سد و ديوار صوتی عبور می کند و به اصطلاح ديوار صوتی را می شکند. و امواج ضربه*ای shock wave در هوا منتشر میشود و به زمين می رسد. بصورت یک انفجار صوتی sonic boom در سطح زمین شنیده میشود. شدت موج رسيده به زمين به ارتفاع هواپيما و اندازه آن بستگی دارد. اگر هواپيما به قدر کافی به زمين نزديک باشد موج فشار میتواند آنقدر قوی باشد که باعث شکستن شيشه ها، تخريب ساختمان های سست و يا کاهش شنوايی در افراد شود.تاریخچه شکستن دیوار صوتی :شکستن ديوار صوتی يا گذشتن از سرعت صوت توسط خیلی از خلبانان اولیه ادعا شده ، به هر حال این کار در 14اکتبر 1947 بوسيله کاپیتان چاک يیگر Charles "Chuck" Yeager ، خلبان نيروی هوايی امريکا با هواپيمای Bell X-1 که به همين منظور ساخته شده بود اتفاق افتاد. چاک ییگر ، با انجام اصلاحاتی بر روی یک بمب افکن قدیمی آن را به چهار موتور موشکی مجهز کرده و بر فراز بیایانی در آمریکا ، پس از جدا شدن از هواپیمای مادر، به پرواز در آورد. پس چند ثانیه پرواز هواپیمای پرتقالی رنگ ملقب به X-1 به صورت گلاید، خلبان چهار موتور موشکی خود را روشن کرده و پس از چند لحظه صدایی رعد آسا در آسمان شنیده شد که همان نتیجه شکستن دیوار صوتی برای اولین بار در جهان بود. در این آزمایش ، این هواپیما به سرعت 06/1 ماخ دست یافت، و با ورود به عصر جت ، رویای شکستن دیوار صوتی و پا گذاشتن به سرعت صوت نیز به واقعیتی بسیار قابل لمس مبدل گشت.اولین خلبان زن بنام Jackie Cochran بعنوان خلبان جناحی به اتفاق آقای ییگر در 18می 1953 موفق به شکستن دیواره صوتی شد. امروزه بيشتر هواپيماهای جنگنده براحتی از سرعت صوت می گذرند، به طوری که سرعت بعضی به 3برابر سرعت صوت نیز می رسد.اگرچه هواپیمای کنکورد Concorde و Tu-144 اولین هواپیمای تجاری مسافربری بودند که با سرعت supersonic کار میکردند ولی بعنوان شکننده دیواره صوتی محسوب نمیشوند.در 21 آگوست 1961 هواپیمای مسافری Douglas DC-8 هنگام شیرجه زدن در ارتفاع 41000 پایی با سرعت Mach 1.012 or 1,240 km/h (776.2 mph) دیواره صوتی راشکست این عملیات برای محاسبه و جمع آوری اطلاعات در مورد طراحی بالهای جدید هواپیما انجام شد.منابع :1- سایت اینترنتی دانشنامه رشد http://daneshnameh.roshd.ir2- سایت اینترنتی هوانوردی sky-flash.comمطلب مربوط به What is a Sonic Boom?3-سایت اینترنتی Wikipedia, the free encyclopedia مطلب اینترنتی Sound barrier ویرایش شده در 29 April 2011 .4- سایت اینترنتی Wikipedia, the free encyclopedia مطلب اینترنتی shock wave ویرایش شده در 6 May 2011 .5- ناوبری هوايی AIR NAVIGATION تاليف مهندس ابراهيم رادپی 1376 دانشكده تكنولوژی هواپيمايی كشوری .6- سایت اینترنتی Wikipedia, the free encyclopedia مطلب اینترنتی Supersonic speed ویرایش شده در مورخه 24 April 2011 .تهیه و تنظیم لطیف جمشیدزاده