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如果你想用大胆的新设计制造火箭,你必须有一种方法来测试它的结构完整性而无需安装引擎。你没有风洞,但你还没有准备好让步。你自己想一想,“没有推进力的飞行是什么?”然后你回答了自己的问题:“摔倒。”简而言之,最简单的飞行方式就是直线下降。把原型放到很高的位置,放下它,你就能快速了解它的性能。
世界上最重要的精确降落艺术实践者是日本宇宙航空研究开发机构(JAXA),它基本上是日本的NASA版本。该机构正在努力建造一架实用的超音速飞机,这绝非易事。过去类似的努力创造了平庸的产品,最着名的是协和式飞机。
协和式飞机遇到了一些问题,这些问题阻碍了其他飞机为自己的飞机采用同样的设计。其中一个最大的问题是噪音过大。术语“音爆”并不是用词不当 - 打破音障是一种疯狂的大声现象。制造商必须设计飞机以防止乘客头部爆炸,并且飞机无法在陆地上飞行,因为地面上没有人想要遭受这种破坏性的大声声音。 JAXA的目标是创建一个更安静的超音速客机。并通过瑞典实验模型的跌落测试对其进行测试。
这到底怎么回事?基本上,一个气球抬起了无人驾驶模型飞机 - JAXA的Silent SuperSonic概念模型在空中大约18.6英里,并简单地将其丢弃。连接到飞机上的传感器测量冲击波,因为飞机在自由落体时接近1.39马赫的速度。
超音速自由落体的物理特性与在水平面上比声音移动得更快的物体的运行方式并没有什么不同。空气在飞机前面被强力压缩,从而向各个方向喷射出一股高压波。这种冲击波开始在空气中传播,但随着它进一步向外移动而变弱,在此过程中变成声波。这是我们听到的大声爆炸,并称之为音爆。
为了理解超音速自由落体的特殊性,我们应该仔细研究马赫数正是指的是什么:物体速度与特定地方声速之间的比率。声速受温度和压力的影响 - 在更高的海拔高度,声速会降低,因此物体不需要以相同的速度行进,以便在空中达到1英里的马赫数。在海平面。 (海平面声速约为每小时760英里)。
此外,Mach 1是一个高度不稳定的环境,因为通过打破音障产生冲击波。即使很小的动作也会对物体产生非常有力的物理效应。最糟糕的地方基本上在0.9到1.2马赫之间。
因此,当物体在自由落体中以超音速移动时,它处于加速更快的异常位置,而其马赫数以较慢的速率增加。在不稳定的马赫区域花费的时间比在水平面上移动的时间多。大多数飞机的设计都是为了超过1马赫并尽快进入安全区。你无法在自由落体实验中测试类似的东西。
由于阻力,速度也最高。这可能是最着名的一个物体通过重力移动得比声音更快的情况:Felix Baumgartner在2012年从大约23英里的空中跳跃,成为第一个在没有使用的情况下打破音障的天空潜水员一架飞机当鲍姆加特纳摔倒在地球上时,由于与空气分子的碰撞,他最终停止加速,产生“阻力”,形成空气阻力,直到它变得与重力相反并且相反。此时,鲍姆加特纳达到了最高速度。
事实上,虽然达到最终速度的大多数物体只会保持恒定速度,但实际上鲍姆加特纳开始减速,因为随着自由落体中的物体向下移动,周围的大气开始变得越来越厚。因此终端速度开始下降 - 意味着鲍姆加特纳也开始减速。同样的事情可能发生在JAXA测试的Silent SuperSonic概念模型飞机之一。
与生活中的大多数其他事物一样,科学在更快时更酷。