Что такое скачок уплотнения?

Скачок уплотнения — это громоподобный шум, который заполняет небо, если самолет преодолевает звуковой барьер и летит быстрее скорости звука. Когда самолет разгоняется до звуковой скорости (в этом случае так называемое число Маха принимает значение М = 1), перед ним возникает волна воздуха повышенного давления. (Значение М = 1 достигается при разных скоростях полета, потому что скорость звука переменна; на уровне моря при температуре 0°С звуковые волны проходят 343 метра в секунду.)

После того как самолет пролетит, воздух снова расширяется. Чем выше скорость пролетающего самолета, тем больше энергии высвободится в этом расширении. Когда самолет летит на сверхзвуковой скорости, то есть с числом Маха, превышающем М = 1, расширение происходит так быстро, что молекулы воздуха, сталкиваясь с относительно неподвижным окружающим воздухом, создают мощные ударные волны. Эти ударные волны распространяются в пространстве в виде расширяющегося конуса. Если самолет в момент преодоления звукового барьера летит на небольшой высоте, как это показано на рисунке справа, ударные волны пересекаются с земной поверхностью. Их сила настолько высока, что они могут повреждать строения, выбивая стекла и создавая трещины в стенах.

Основное различие в изменении давления

Распространяясь в воздухе, нормальные звуковые волны создают незначительные изменения давления (выпуклости на пунктирной линии на рисунке внизу). Что касается сверхзвуковых ударных волн, то они сопровождаются более сильными изменениями давления, в ряде случаев вдвое превышающими нормальные.

Трансформирующаяся волна

Три графика показывают характер изменения формы звуковой волны по мере приближения самолета к скорости звука. На верхнем графике кривая имеет пологий фронт (с точками А, В, С и D, характеризующими форму кривой), который постепенно становится круче, пока не превращается в показанный на нижнем графике плоский фронт ударной волны.

На передней кромке крыла

Ударные волны (голубой клин) формируются вдоль фронтальной поверхности самолетного крыла (на рисунке серое). Сзади образуются турбулентные вихри. При увеличении скорости полета ударные волны распространяются все дальше назад, создавая огромную нагрузку на крылья.