Helibarjäär

Allikas: Vikipeedia
Jump to navigation Jump to search
FA-18 ületamas helibarjääri (7. juuli 1999)

Helibarjäär on kiiruste piirkond, kus aerodünaamiline takistus järsult kasvab ja sellega kaasnevad õhusõidukile või muule objektile soovimatud toimet avaldavad mõjud, kui see läheneb helikiirusele.

Esimestel helikiiruse saavutamise katsetel tundusid aerodünaamilise takistuse kasvu tõttu kogetud tagajärjed moodustavat barjääri, mis tundus muutvat üleheli- ja helikiiruse saavutamise väga keeruliseks või võimatuks.[1][2] Väljendit helibarjäär kasutatakse ka tänapäeval, viidates barjäärile enne ülehelikiirusele jõudmist. Kui õhus (atmosfääris) liikuva keha kiirus läheneb helikiirusele (Mach 1), tekib õhu kokkusurutavuse tõttu sellest kehast lähtuv lööklaine (kompressioonilöök), mille tagajärjel õhus liikuva keha aerodünaamiline takistus suureneb enne helikiiruse ületamist hüppeliselt. Aerodünaamikas nimetatakse sellist nähtust piltlikult helibarjääriks.

20-kraadises (°C) õhus on helikiirus 343 meetrit sekundis. Helibarjääri väljend tuli kasutusele Teise maailmasõja ajal, kui kiireimate hävituslennukite piloodid tundsid kokkusurutavuse mõjusid. Mitu ebasoodsat aerodünaamilist mõju, mis heidutasid edasist kiirendamist ja takistasid lendamist kiirustel helikiiruse läheduses. Need raskendavad asjaolud väljendasid kiirematel kiirustel lendamise barjääri. 1947. aastal demonstreeriti, et turvaline lend helikiirusel on saavutatav kindla eesmärgiga disainitud õhusõidukites ja seeläbi on võimalik ka helibarjääri ületamine. 1950. aastaiks olid hävituslennukid tänu uuele disainile võimelised saavutama helikiiruse ja veel kõrgemaid kiiruseid (vt helikiirus). Pärast helikiiruse ületamist väheneb aerodünaamiline takistus jälle, kuid jääb suuremaks kui allahelikiirusel lennates. Helibarjääri ületamisel võib sageli näha startivast raketist või kiirenduvast lennukist lähtuvat, kergelt koonusekujulist pilvetaolist moodustist, mis tekib šokilaines kastetäpi saavutanud ja seejärel kondenseerunud õhuniiskusest.

Ajalugu[muuda | muuda lähteteksti]

Helibarjääri võisid esimest korda ületada elusolendid 150 miljonit aastat tagasi. Mõned paleobioloogid teadustavad, et tuginedes arvutimudelitele pikasabaliste dinosauruste (nagu Apatosaurus ja Diplodocus) biomehhaanilistest võimetest, võisid nad olla võimelised oma sabasid sähvatama ülehelikiirustel. Luues sellega lööklaine paugu. See leid on teoreetiline ja teiste selle ala teadlaste seas vaidlustatud.[3] Meteoriidid langevad Maa atmosfääris peaaegu alati kiiremini kui helikiirus.

Helibarjääri ametlik ületamine õhusõidukis[muuda | muuda lähteteksti]

Briti õhuministeerium allkirjastas kokkuleppe Ameerika Ühendriikidega vahetama kõiki oma kõrge kiiruse uurimistöid, andmeid ja disaine. Firmale Bell Aircraft anti juurdepääs M.52 joonistustele ja uurimistöödele,[4] aga Ameerika Ühendriigid taganesid kokkuleppest ja ei jaganud mingit informatsiooni vastutasuks.[5] Belli ülehelikiiruse disain kasutas ikka veel traditsioonilist saba ja nad võitlesid juhitavuse probleemiga.[6]

Chuck Yeager Bell X-1 ees, mis ületas esimest korda helibarjääri rõhtses lennus

Nad utiliseerisid informatsiooni, et alustada tööd Bell X-1 kallal. Lõplik versioon mudelist Bell X-1 sarnanes disainilt originaal Miles M.52 versioonile. X-1 oli see, milles Chuck Yeagerile anti au olla esimene inimene, kes ületab helibarjääri horisontaallennus 14 oktoober 1947, lennates kõrgusel 13,7 km. George Welch tegi vettpidava, kuid ametlikult kinnitamata väite, et ületas helibarjääri 1. oktoobril 1947, lennates XP-86 Sabrega. Ta väitis ka, et ta kordas enda ülehelikiirusega lendu 14. oktoobril 1957, 30 minutit enne Yeageri helibarjääri ületamist. Kuigi tõendid tunnistajatelt ja instrumentidelt tugevalt vihjavad, et Welch saavutas ülehelikiiruse, ei olnud lennud korralikult jälgitud, mistõttu on need ametlikult tunnustamata. XP-86 saavutas ametlikult ülehelikiiruse 26. aprillil 1948.[7]

14. oktoobril 1947, pisut kuu aega enne seda, kui Ameerika Ühendriikide Õhuvägi (US Air Force) tehti eraldiseisvaks teenistuseks, kulmineerusid testid esimeste mehitatud ülehelikiiruse lendudega. Piloodiks õhuväe kapten Charles "Chuck" Yeager õhusõidukis #46-062, mille ta ristis Glamorous Glenniks. Raketitoitega õhusõiduk lasti vabaks pommi vaheruumist spetsiaalselt modifitseeritud B-29 küljest ja liugles maandumisele. XS-1 lend number 50 on esimene, milles X-1 salvestas ülehelikiiruse lennu, tippkiiruseks Mach 1 (1,299 km/h). Siiski, Yeager ja paljud teised personalist usuvad, et lend #49 (piloodiks Yeager), mis saavutas dokumenteeritud tippkiiruse Mach 0,997 (339 m/s, 1221 km/h), võis ületada Mach 1.

X-1 esialgse ülehelikiiruse lennu tulemusena, otsustas National Aeronautics Association oma 1948 Collier trofee kolme põhiprogrammis osaleja vahel jagada. President Harry S. Truman autasustas Valges Majas Larry Belli õhusõiduki väljatöötamise, kapten Yeagerit piloodiks olemise ja John Stacki NACA panuse eest.

Jackie Cochran oli esimene naine, kes ületas helibarjääri 18. mail 1953 Canadair Sabre’s, Yeager tema tiivamehena.

21. augustil 1961 ületas Douglas DC-8-42 mitteametlikult Mach 1 kontrollitud pikeerimise ajal testlennul Edwardsi lennubaasis, mida vaatles ja raporteeris meeskond. Meeskonna liikmed olid William Magruder(piloot), Paul Patten(kaaspiloot), Joseph Tomich (lennuinsener) ja Richard H. Edwards (lennutestinsener). See oli esimene ülehelikiiruse lend tsiviilreisilennukil, ja ka ainuke peale Concorde'i ja Tu-144’e.[8]

Helibarjäär lahti mõtestatud[muuda | muuda lähteteksti]

Kui teadus kiirest lennust muutus laiemalt arusaadavamaks, viis mitu muutust arusaamiseni, et helibarjäär on õigetel tingimustel lihtsasti läbistatav. Nende muutuste seas olid õhukeste kaldetiivade kasutuselevõtt, piirkonnareegel (area rule), ja üha suureneva võimsusega mootorid. 1950. aastaiks suutsid paljud hävituslennukid ületada helibarjääri, kuigi tihti kannatasid selle käigus juhitavuse probleemide all. Tänapäevased õhusõidukid suudavad barjäärist läbi sõita ilma juhitavuse probleemideta.[9]

Chuck Yeager ületas helibarjääri Bell X-1's 14. oktoobril 1947

1950ndate lõpuks oli probleem nii hästi mõistetav, et paljud firmad hakkasid investeerima ülehelikiiruste lennuettevõtetesse või lühidalt SST(Supersonic Transport), uskudes, et see on järgmine loomulik samm lennuettevõtete evolutsioonis. Siiski on ülehelikiiruste lennuettevõtete võidukäik veel juhtumata. Kuigi Concorde ja Tupolev Tu-144 astusid teenistusse juba 1970ndatel kõrvaldati mõlemad käibelt ilma sarnase mudelitega asendamata. Viimane Concorde’i lend teenistuses toimus 2003.

Kuigi Concorde ja Tu-144 olid esimesed õhusõidukid, mis kandsid äriresijaid ülehelikiirustel, ei olnud nad esimesed kommertsõhuliinid, mis ületasid helibarjääri. 21. augustil 1961 Douglas DC-8 ületas õhubarjääri Mach 1,012 või 1240 km/h kiirusega kontrollitud pikeeringus läbides 12 510m. Lennu eesmärk oli koguda andmeid uue eesrinde tiiva disaini kohta.[10]

Helibarjääri ületamine inimesena[muuda | muuda lähteteksti]

Felix Baumgartner[muuda | muuda lähteteksti]

Felix Baumgartner koos toetava tiimi teadlaste ja nende sponsori Red Bulliga üritas 2012. aasta oktoobris sooritada kõrgeimat langevarjuhüpet. Eesmärk oli hüpata 36 580 m kõrguselt heeliumõhupallilt ja saada esimeseks langevarjuriks, kes ületab langemises helibarjääri. Õhupalliga atmosfääris üles lendamine oli planeeritud 9. oktoobril 2012, aga katkestati ebasoodsa ilma tõttu, hiljem lennati üles hoopis 14. oktoobril. Samale kuupäevale sattus ka USA testpiloodi Chuck Yeageri eduka helibarjääri ületamise õhusõidukis katse 65. aastapäev.[11]

Peale 39 045 m maailmarekordi kõrguselt hüppamist ületas Baumgartner helibarjääri, kui liikus kiirustel kuni 1342 km/h või Mach 1,26 ning maandus edukalt New Mexico idaosas. Peale hüpet peetud pressikonverentsil avaldati, et ta oli vabalangemises 4 minutit, 18 sekundit. Teine pikim vabalangemine on Joseph Kittingeri 1960. a hüpe, mis kestis 4 minutit 36 sekundit.[11]

Alan Eustace[muuda | muuda lähteteksti]

2014. aasta oktoobris purustas Baumgartneri rekordi kõrgeimas langevarjuga hüppamises ja ületas selle käigus ka helibarjäri Googlei vanem asepresident Alan Eustace.[12]

Vaata ka[muuda | muuda lähteteksti]

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. Farlex. (30. aprill 2019). The Free Dictionary.
  2. Oxford Living Dictionaries. (30. aprill 2019).
  3. Wilford, J. N. (30. aprill 2019. a.). The New York Times
  4. Wood, D. (1975). Project Cancelled. Indianapolis: The Bobbs.Mmerrill Company INC.
  5. Bancroft, D. (2. mai 2019. a.). NOVA.
  6. Miller, J. (2001). The X-Planes: X-1 to X-45 Hinckley. Hinckley: Midland.
  7. Wagner, R. (1963). The North American Sabre. London: MacDonald.
  8. Wasserzieher, B. (2. mai 2019. a.). Air & Space Smithsonian.
  9. Dirac Delta. (2. mai 2019. a.). Dirac Delta.
  10. DC8. (2. mai 2019. a.). DC8. Douglas Passenger Jet Breaks Sound Barrier
  11. 11,0 11,1 Newcomb, A., & Sunseri, G. (30. aprill 2019. a.). abc NEWS. Felix Baumgartner: Daredevil's Supersonic Leap Breaks Three Records.
  12. Markoff, J. (2. mai 2019. a.). The New York Times. Parahutist's Record Fall: Over 25 Miles in 15 Minutes.