Lesbók Morgunblaðsins - 20.05.1962, Blaðsíða 16

Eftir JOHANNES MARKUSSON,
ME Ð tilkomu þrýstilofts-
flugvéla hafa myndazt
ýmis ný hugtök vegna hins mikla
hraða þeirra. Eitt þeirra er hinn
svokallaði Mach-hraði eða Mach-
tala og hraði þrýstiloftsflugvéla
er miðaður við. Að vísu er einnig
notuð venjuleg hraðamæling í
þotum, eins og eldri gerðum flug-
véla, en aðallega á minni hraða
svo sem við flugtak og lendingu.
Skal hér lauslega skýrt frá þessu
hugtaki og því sem bak við það
felst.
Orðið Maoh er heiti á austur-
rískum eðlisfræðingi, Ernst Maeh, er.
uppi var frá 1836 til 1916 og fyrstur
manna gerði athuganir á svokölluð-
um höggbylgjum (shock waves). Var
það árið 1876, er hann var að kanna
áhrif á ferð hlutar á miklum hraða í
gegnum loftið. Rannsóknir hans voru
birtar á prenti, en lágu í gleymsku
þar til þrýstiloftstæknin, sem stríðir
við þessi vandamál, lcom til sögunn-
ar.
Maoh-hraði er hlutfallið milli
hraða hlutar í loftinu og hraða hljóðs
ins við hitastigið hverju sinni. Hraði
hljóðsins er breytilegur eftir hita-
stiginu en engu öðru. Flughæð hefur
engin áhrif önnur en þau, að hita-
stigið lækkar að meðaltali um 2
gráður á Celcius fyrir hver 1000 fet.
Hraði hljóðsins við 15 stiga hita á
Celcius, sem er meðalhitastig (stand-
ard) við sjávarmál, er 1228 kíló-
metrar, og við — 44,4 gráður á Celc-
ius, sem er meðalhitastig í 30.000 feta
hæð, er hraði hijóðsins 1095 kíló-
metrar.
Ef flugvél flýgur með 1228
kilómetra hraða við 15 stiga hita á
Celcius, þá er Maeh-hraði hennar =
1228
1228
ef hún flýgur við — 44,4 stig á Cel/>
ius, þá er Mach-hraði hennar =
1228
---- = 1,12
1095
En hvaða samband er á milli hljóðs
ins og flugvélar? Hvað er eiginlega
höggbylgja og högg-ofris (shook
stall)? Hvað er í rauninni hljóðhraði?
Þegar samfelldur titringur á sér stað
í einhverju efni, myndast í því bylgj
ur. Þær geta verið tvenns konar,
þversum og langsum. Þegar steini er
kastað í vatn, hreyfast bárurnar út
frá steininum, en vatnsagnirnar sem
mynda báruna hreyfast upp og nið-
ur. Þessi tegund bylgju er nefnd
þverbylgja, vegna þess að hreyfing
agnanna er þvert á hreyfingu bylgj-
unnar. Allar rafsegulibylgjur (raf-
magnsöldur, hita- og ljósbylgjur)
eru þverbylgjur. Hljóð'bylgjur eru
hinsvegar af annarri tegund, sem
nefndar eru langbylgjur. Þær ferð-
ast með fram- og afturhreyfingu
(samþjöppun og þynningu) agnanna
sem mynda þær, líkt og hlutur á
hreyfingu, sem hengdur er í annan
enda á gormi. Hinar samiþjöppuðu og
teygðu eða þynntu agnir í loftinu
hreyfast fram og aftur með stefnu
bylgjunnar.
H ljóðið er því eiginlega þrýst-
ingsröskun, sem send er í gegnum
loftið. Röskunin getur komið frá
hljóðfæri, eða flugvél í loftinu. Þeg-
ar flugvél flýgur undir hljóðhraða,
hreyfast hinar samþjöppuðu loftagn-
ir í þrýstibylgjum á undan flugvél-
inni „boðandi“ komu hennar. Flestir
hafa .sjálfsagt tekið eftir hliðstæðu
fyrirbrigði, sem gerist, þegar bárur
myndast út frá stefni báts á siglingu
á vatni.
Þegar flugvél flýgur undir hljóð-
hraða, myndast svipaðar bylgjur 1
loftinu. Maður, sem er niðri á jörð-
inni heyrir flugvélina nálgast. Hljóð-
ið kemur á undan henni og verður
stöðugt hærra og þegar flugvélin
nálgast hljóðhraðann dofnar hljóðið
næstum alveg, þar til flugvélin er
nærri því beint yfir manninum, þá
dynur hljóðbylgjan allt í einu yfir.
FLUGST JORA
Þegar flugvél flýgur hraðar en
hljóðið, (Mach 1), myndast keilulög-
uð hljóðbylgja umhverfis hana, sem
stöðugt víkkar fyrir aftan hana og
getur komið til jarðar með ógurleg-
um dyn, þegar flugvélin er nærri því
úr augsýn.
E kki er rétt að segja, að þotur
fari í gegn um „hljóðvegg“, vegna
þess að enginn slíkur veggur er til.
Hinsvegar eru flughindranir á hljóð-
hraðasvæðinu, sem minnka svo tals-
vert, þegar allir hlutar flugvélarinn-
ar eru komnir í loftstraum, sem hef-
ur meiri hraða en hljóðið.
Flugvél, á hvaða hraða, sem hún
er, skapar eigin loftstraum, sem er i
hlutfalli við hraða hennar gegnum
loftið og eykst hraði loftstraumsins,
við að fara yfir vængi flugvélarinn-
ar og önnur sívöl yfirborð hennar.
Á þrýstiloftsflugvélum hefur þetta
skapað mikið vandamál, þar sem
hraði loftstraumsins yfir og aftur
fyrir flugvélina getur orðið jafn
hraða þrýstibylgjunnar, sem mynd-
ast fyrir framan hana. Þrýstibylgjan
verður þá föst ofan á vængjum og
öðrum hlutum flugvélarinnar og
eykst, þegar aðrar bylgjur bætast
við, sem ekki komast framhjá, vegna
þeirrar sem fyrir er. Þessi bylgja,
sem í byrjun er aðeins smá „bára“,
verður þá að stórri „öldu“, sem föst
er við vænginn. Þetta er það, sem
nefnt er höggbylgja (shock wave).
Hvaða áhrif hefur svo þetta á
flughæíni flugvélar? Þessi röskun á
jafna loftstraumsins yfir vængina
eykur loftviðnám, dregur úr lyfti-
magni og orsakar óstöðugleika með
þeim afleiðingum, að vængirnir of-
rísa. Til að draga úr þessari röskun
á flughæfni við mikinn hraða, er
vænglag þrýstiloftsflugvéla þynnra,
vængir og stél afturbeygt (flugvélin
örvarlaga) og stélflötur (stabilizer)
hafður hreyfanlegur.
Nú er hafinn undirbúningur hjá
flugvélaframleiðendum að teikningu
á fartþegaflugvélum, sem eiga að geta
haft flughraða nálægt Mach 3. Má
búast við að mörg vandamál komi í
Ijós, sem yfirstíga þarf í sambandi
við þennan mikla hraða. Vonir
standa til að þessar flugvélar verði
komnar í notkun í kring um árið 1970
og þarmeð verði ný bylting í flug-
tækninni.