超音速自由落下の物理とより静かなコンコルドを構築するためのレース

あなたが大胆な新しいデザインでロケットを作りたいならば、あなたはエンジンを設置せずにその構造的完全性をテストする方法を持っていなければなりません。あなたは風洞を持っていません、しかしあなたは黙認する準備ができていません。あなたは自分自身に“推進力のない飛行とは？”とあなたは思います。それからあなた自身の質問に答えます：“落下”。簡単に言えば、打ち上げずに飛ぶ最も簡単な方法は急降下することです。プロトタイプを非常に高く上げてドロップすると、そのパフォーマンスをすばやく理解することができます。

精度低下技術の世界で最も重要な実務家は、基本的には日本版のNASAである宇宙航空研究開発機構（JAXA）です。エージェンシーは実用的な超音速飛行機を作ろうとしています、それは簡単なことではありません。これまでと同様の努力が、平凡な製品、最も有名なコンコルドを生み出しました。

コンコルドは他の旅客機が彼ら自身の技術のために同じ種類のデザインを採用することを妨げる問題に悩まされました。最大の問題の1つは過剰な騒音でした。 「ソニックブーム」という用語は誤称ではありません - 防音壁を破ることはめちゃくちゃ大きな音です。製造業者は乗客の頭を爆発させないように飛行機を設計しなければならず、地上にいる人間はそのような破壊的に大きな音にさらされることを望んでいないため、旅客機は飛行機を陸上で飛ばすことができなかった。 JAXAの目標は、より静かな超音速旅客機を作ることです。そして、スウェーデンでの実験モデルによる落下試験を通してそれをテストしています。

それはどのように機能しますか？基本的に、気球は無人の模型飛行機 - JAXAの無声SuperSonic概念モデルを空中で約18.6マイル上昇させ、そして単にそれを落とします。飛行機が自由落下でマッハ1.39までの速度に近づくとき、飛行機に取り付けられたセンサーは衝撃波を測定します。

超音速自由落下の物理的性質は、水平面上の音よりも速く動く物体がどのように動作するかとそれほど変わらない。空気は飛行機の前で強力に圧縮され、それはあらゆる方向に高圧の波をあふれさせる。この衝撃波は空中を伝播し始めますが、遠ざかるにつれて弱くなり、その過程で音波になります。これは我々が聞いて音のブームと呼ぶ大きな爆発です。

超音速自由落下についての何が特別なのかを理解するために、我々はまさにマッハ数が何を指すのかを注意深く見るべきです：特定の場所での音速に対する物体の速度の比率。そして音速は気温と気圧の変化に影響されます - 高度が高いと音速は下がるので、物体が空中で1ダースマイルのところに到達するのに必ずしも同じ速度で移動する必要はありません。海抜で行います。 （海面での音速は時速約760マイルです）。

さらに、マッハ1は防音壁を破ることによって生じる衝撃波のために非常に不安定な環境です。小さな動きでも、オブジェクトに非常に強力な物理的影響を与える可能性があります。最悪の場所は、基本的にMach 0.9と1.2の間です。

そのため、物体が自由落下で超音速で動いているとき、それはマッハ数がより遅い速度で増加する間、より速く加速するという異常な位置にあります。不安定なマッハゾーンでは、水平面上を移動している場合よりも多くの時間が費やされます。ほとんどの飛行機はマッハ1を越えて移動し、できるだけ早く安全地帯に入るように設計されています。自由落下実験でそのようなことをテストすることはできません。

抗力のせいで速度も最高になります。これは、おそらく重力によって音より速く動く物体の最も有名な例で起こったことです。2012年のFelix Baumgartnerの空中約23マイルからのジャンプ、使用せずに遮音壁を破る最初のスカイダイバーになるために航空機の。 Baumgartnerが地球に倒れたとき、彼は結局空気分子との衝突のために加速するのを止めました。そして、それが重力の力と等しくそして反対になるまで空気抵抗として築き上げる「抗力」を作り出しました。この時点で、Baumgartnerは最高速度に達していました。

実際、終端速度に到達するほとんどのオブジェクトは単純に一定の速度を維持しますが、自由落下中のオブジェクトが下に移動するにつれて周囲の大気が次第に厚くなり始めるため、Baumgartnerは実際には減速し始めました。そのため、終端速度は減少し始めます。つまり、Baumgartnerも減速し始めました。 JAXAがテストしているSilent SuperSonic Concept Modelのプレーンの1つにも同じことがおそらく起こるでしょう。

科学は、人生の他のほとんどのものと同様に、速いほど冷たくなります。