ZNATE LI ŠTA TAČNO ZNAČI „PROBIJANJE ZVUČNOG ZIDA“? Neoborive činjenice

Brzina zvuka zavisi od niza faktora (od kojih je presudna temperatura) ali, najčešće se manipuliše vrednošću od 1227 km/h (340,8 m/s pri 15°C). Mahov broj (Ernst Mah, 1838-1916) predstavlјa odnos između brzine leta aviona i brzine prostiranja zvuka kroz vazduh.

OGLASILE SE SIRENE, PODIGNUTI BORBENI AVIONI: Kineski lovci prešli srednju liniju Tajvanskog moreuza

U pionirskim danima vazduhoplovstva smatralo se da je brzina od jednog Maha nedostižna. Amerikanci su zbog savlađivanja ove „granice snova” 1947. godine u bazi Mjurok (Muroc Army Air Field,  danas Edwards AFB) eksperimentisali sa minijaturnim mlaznim avionom Bell X-1 (Bell Model 44). Aparat sa serijskim brojem 6062, po supruzi „eksperimentalnog” pilota kapetana Čaka Jegera (Charles Elwood Yeager), nazvan „Zanosna Glenis” (Glamorous Glennis), navodno je bio dizajniran po uzoru na zrno metka 12,7 mm (.50 BMG M2). Kapetan Jeger je 14. oktobra, u ponirućem letu iznad kalifornijske pustinje Mogejv, uspeo da „probije zvučni zid” i tako uđe u istoriju vazduhoplovstva.

Pri kretanju aviona brzinom manjom od 0,3 Maha, čestice vazduha ispred „nosa” imaju dovolјno vremena da se „uklone”. Sa povećanjem brzine, letelica utiče na promenu temperature, gustine i pritiska okolnog vazduha. Te promene se prenose na sve strane brzinom zvuka, u vidu talasa malih poremećaja pritiska i temperature („zvučni talasi”).

Kako se brzina približava jednom Mahu, avion „sustiže” i ispred „nosa” nagomilava „zvučne talase”. Kada letelica dostigne brzinu zvuka, talasi ispred nje se „slažu” jedan na drugi a pritisci i temperature se superponiraju. Praktično, ispred aviona nastaje „ravan maksimalne koncentracije malih poremećaja”. Deblјina ravni, poznatije kao „zvučni zid” ili „barijera”, kreće se između 0,0001 i 0,00001 milimetra. U trenutku kada letelica premaši brzinu zvuka, ne dolazi do „probijanja” ove „barijere”; „ravan maksimalne koncentracije” samo se povija i poprima konusni oblik sa vrhom neposredno ispred „nosa” aviona („Mahov konus”).

Cela kontura aviona (nos, kabina, krila, rep) predstavlјa izvor mnogih udarnih talasa, a njihov raspored zavisi od oblika, brzine i položaja letelice u prostoru. Na nekoliko stotina metara od trupa oni se postepeno stapaju tako da do zemlјe uglavnom dopiru samo čeoni i repni udarni talas. Rastojanje između ova dva talasa kod samog aviona je jednako njegovoj dužini. Međutim, rastojanje postepeno raste i na 15 km od letelice se udvostručava. Kada čeoni talas „udari” u zemlјu, dolazi do naglog porasta pritiska. Ovaj natpritisak brzo opada do zone potpritiska (neposredno ispred repnog talasa), da bi opet naglo dostigao normalnu vrednost (dijagram u obliku slova M). Ove promene pritiska se na zemlјi manifestuju karakterističnim praskom.

U slučaju letelica koje poniru, Mahov broj potreban da bi udar stigao do zemlјe relativno je mali; avion u strmom obrušavanju može „probiti zvučni zid” i brzinom neznatno manjom od Maha.  Ovu „prednost” je 1947. godine iskoristio i Čak Jeger. S druge strane, letelica koja je u penjućem letu, na visinama od 11 do 14 km treba da ima brzinu veću od 1,15 Maha da bi zvučni udar uopšte stigao do zemlјe. Ako je avion u horizontalnom letu, udarni talas „seče” ravan zemlјe po zamišlјenoj liniji – hiperboli. U svakoj tački ove linije prasak će se čuti istovremeno, ali će njegov intenzitet biti najjači u temenu hiperbole (ispod linije leta aviona). To znači da će „probijanje zvučnog zida” istovremeno biti zabeleženo samo u gradovima preko kojih se pruža zamišlјena hiperbola.

Međutim, ako se mesta nalaze u pravcu leta aviona, prasak će se u njima čuti u različito vreme jer letelica udarni konus „vuče” za sobom. Primera radi, ako je F-15 „Igl” 1999. godine leteo u pravcu Beograd – Novi Sad brzinom od dva Maha, prasak je Novosađane uznemirio dva minuta posle žitelјa prestonice.

Sem toga, u trenutku kada smo čuli prasak, avion je bio daleko od nas; ako se F-15 kretao na visini od 15 km, Beograđane je detonacija uznemirila u trenutku kada je aparat bio udalјen 30 kilometara od njih! U svakom slučaju, „zvučni zid” nikako nije mogao biti isto vremeno „probijen” nad celom teritorijom tadašnje SRJ.

„Probijanje zvučnog zida” prate dva praska, nastala udarom čeonog i repnog talasa. Međutim, lјudsko uho  može razlikovati detonacije samo ako je pauza između njih veća od 0,1 sekunde. Ako je već spominjani „Igl” (dug 19,5 m) preleteo iznad nas na visini od 15 km, udar repnog talasa usledio je 0,057 sekundi nakon čeonog, pa je naše uho registrovalo samo jedan prasak.

U trenutku kada pilot aparata koji leti paraleleno sa terenom smanji brzinu ispod Maha, na zemlјi neće biti zvučnog efekta. Mahov konus će ponovo poprimiti oblik ravni koja se „kreće” perpendikularno (paralelno sa tlom) tako da će o zemlјu „udariti” u beskonačno udalјenoj tački.

Uz psihološki efekat, „probijanje zvučnog zida” može biti tretirano i kao vrsta „ofanzivnog oružja”. Ako avion leti brzinom od 1,5 Maha na visini od 500 metara, udarni talas na zemlјi izaziva skok pritiska od 5.9 milibara. Prozorsko staklo površine 1,5 kvadratnih metara trenutno će biti opterećeno silom od 90 kg i, ukoliko je prozor zatvoren, sigurno će pući.

Prilikom preleta aparata na izrazito malim visinama (50 m), skok pritiska iznosi i 23,5 milibara, što se može uporediti sa rušilačkim orkanom brzine 225 km/h!