Ein Schallboom ist der Ton, der mit den Stoß-Wellen vereinigt ist, die durch einen Gegenstand geschaffen sind, der durch die Luft schneller reist als die Geschwindigkeit des Tons. Schallbooms erzeugen enorme Beträge der gesunden Energie, viel wie eine Explosion klingend. Die Spalte einer Überschallkugel, die oben geht, ist ein Beispiel eines Schallbooms in der Miniatur.

Ursachen

Wenn ein Gegenstand die Luft durchführt, schafft es eine Reihe von Druck-Wellen davor und dahinter, ähnlich der Verbeugung und den strengen durch ein Boot geschaffenen Wellen. Diese Wellen, die das Reisen mit der Geschwindigkeit des Tons, und als die Geschwindigkeit des Gegenstands, die Wellen vergrößert, werden zusammen gezwungen oder zusammengepresst, weil sie aus dem Weg von einander nicht herauskommen können, schließlich sich in eine einzelne Stoß-Welle mit der Geschwindigkeit des Tons verschmelzend. Diese kritische Geschwindigkeit ist als Mach 1 bekannt und ist ungefähr auf Meereshöhe und.

Im glatten Flug fängt die Stoß-Welle an der Nase des Flugzeuges und Enden am Schwanz an. Weil radiale Richtungen um die Richtung des Flugzeuges des Reisens gleichwertig sind, bildet der Stoß einen Mach-Kegel mit dem Flugzeug an seinem Tipp. Der Halbwinkel (zwischen der Richtung des Flugs und der Stoß-Welle) wird durch gegeben

wo die Machzahl des Flugzeugs ist. So schneller geht es, der feinere, (spitzer) der Kegel.

Es gibt einen Anstieg des Drucks an der Nase, fest zu einem negativen Druck am Schwanz abnehmend, der von einer plötzlichen Rückkehr zum normalen Druck nach den Gegenstand-Pässen gefolgt ist. Dieses "Überdruck-Profil" ist als eine N-Welle wegen seiner Gestalt bekannt. Der "Boom" wird erfahren, wenn es eine plötzliche Änderung im Druck gibt, so verursacht die N-Welle zwei Booms, derjenige, wenn der Anfangsdruck-Anstieg von den Nase-Erfolgen und einem anderen, wenn die Schwanz-Pässe und der Druck plötzlich zum normalen zurückkehrt. Das führt zu einem kennzeichnenden "doppelten Boom" vom Überschall-Luftfahrzeug. Wenn er manövriert, ändert sich der Druck-Vertrieb in verschiedene Formen mit einer charakteristischen U-Welle-Gestalt.

Da der Boom ständig erzeugt wird, so lange das Flugzeug Überschall-ist, füllt es einen schmalen Pfad auf dem Boden im Anschluss an die Flugroute des Flugzeuges, ein bisschen wie ein sich entfaltender roter Teppich und folglich bekannt als der "Boom-Teppich" aus. Seine Breite hängt von der Höhe des Flugzeuges ab. Die Entfernung vom Punkt auf dem Boden, wo der Boom zum Flugzeug gehört wird, hängt von seiner Höhe und dem Winkel ab.

Für das heutige Überschall-Luftfahrzeug in normalen Betriebsbedingungen ändert sich der Maximalüberdruck von weniger als 50 bis 500 Papa (ein Pfund pro Quadratfuß zu ungefähr 10 Pfunden pro Quadratfuß) für einen N-Welle-Boom. Der Maximalüberdruck für U-Wellen wird zwei bis fünf Male die N-Welle, aber dieser verstärkte Überdruck Einflüsse nur ein sehr kleine Gebiet wenn im Vergleich zum zum Rest des Schallbooms ausgestellten Gebiet verstärkt. Der stärkste jemals registrierte Schallboom war 7,000 Papa (144 Pfunde pro Quadratfuß), und er hat Verletzung den Forschern nicht verursacht, die dazu ausgestellt wurden. Der Boom wurde durch einen f-4 erzeugt, der gerade über der Geschwindigkeit des Tons an einer Höhe dessen fliegt. In neuen Tests war der maximale während realistischerer Flugbedingungen gemessene Boom 1,010 Papa (21 Pfunde pro Quadratfuß). Es gibt eine Wahrscheinlichkeit, dass etwas Schaden — sich zerschmettertes Glas zum Beispiel — aus einem Schallboom ergeben wird. Gebäude in der guten Reparatur sollten keinen Schaden durch den Druck von 11 Pfunden pro Quadratfuß oder weniger leiden. Und, normalerweise, ist die Gemeinschaftsaussetzung vom Schallboom unter zwei Pfunden pro Quadratfuß. Boden-Bewegung, die sich aus Schallboom ergibt, ist selten und ist ganz unter Strukturschadensschwellen, die vom amerikanischen Büro von Gruben und den anderen Agenturen akzeptiert sind.

Die Macht oder Volumen, der Stoß-Welle ist von der Menge von Luft abhängig, die, und so die Größe und Gestalt des Flugzeuges beschleunigt wird. Als die Flugzeugszunahmen eilen, wird der Stoß-Kegel dichter um das Handwerk und wird schwächer für den Punkt, dass mit sehr hohen Geschwindigkeiten und Höhen kein Boom gehört wird. Die "Länge" des Booms ist von vorne nach hinten von der Länge des Flugzeuges zu einer Macht von 3/2 abhängig. Längere Flugzeuge "dehnen" deshalb ihre Booms mehr "aus" als kleinere, der zu einem weniger starken Boom führt.

Mehrere kleinere Stoß-Wellen, und tun gewöhnlich, kann sich an anderen Punkten auf dem Flugzeug, in erster Linie irgendwelche konvexen Punkte oder Kurven, der Hauptflügel-Rand und besonders die kleine Bucht zu Motoren formen. Diese sekundären shockwaves werden durch die Luft verursacht, die wird zwingt, diese konvexen Punkte umzudrehen, der eine Stoß-Welle im Überschallfluss erzeugt.

Die späteren Stoß-Wellen sind etwas schneller als die erste, Reisen schneller und tragen zum wichtigen shockwave in einer Entfernung weg vom Flugzeug bei, um viel mehr definierte N-Welle-Gestalt zu schaffen. Das maximiert sowohl den Umfang als auch die "Anstieg-Zeit" des Stoßes, der den Boom lauter scheinen lässt. Auf den meisten Designs ist die charakteristische Entfernung über, bedeutend, dass unter dieser Höhe der Schallboom "weicher" sein wird. Jedoch macht die Schinderei an dieser Höhe oder unten Überschallreisen besonders ineffizient, der ein ernstes Problem aufwirft.

Maß und Beispiele

Der Druck von Schallbooms, die durch das Flugzeug häufig verursacht sind, ist einige Pfunde pro Quadratfuß. Ein Fahrzeug, das an der größeren Höhe fliegt, wird niedrigeren Druck auf den Boden erzeugen, weil die Stoß-Welle in der Intensität abnimmt, weil es sich weg vom Fahrzeug ausbreitet, aber die Schallbooms werden durch die Fahrzeuggeschwindigkeit weniger betroffen.

Abnahme

Gegen Ende der 1950er Jahre, als Überschalltransport (SST) Designs aktiv verfolgt wurden, wurde es gedacht, dass, obwohl der Boom sehr groß sein würde, die Probleme durch das Fliegen höher vermieden werden konnten. Diese Annahme wurde falsch bewiesen, als die nordamerikanische B-70 Walküre angefangen hat zu fliegen, und es gefunden wurde, dass der Boom ein Problem sogar an 70,000 Fuß (21,000 m) war. Es war während dieser Tests, dass die N-Welle zuerst charakterisiert wurde.

Richard Seebass und sein Kollege Albert George an der Universität von Cornell haben das Problem umfassend studiert und haben schließlich eine "Zahl des Verdiensts" (FM) definiert, um die Schallboom-Niveaus des verschiedenen Flugzeuges zu charakterisieren. FM ist eine Funktion des Flugzeugsgewichts und der Flugzeugslänge. Je tiefer dieser Wert, desto weniger Boom das Flugzeug, mit Zahlen von ungefähr 1 erzeugt oder tiefer annehmbar betrachtet zu werden. Mit dieser Berechnung haben sie FMs von ungefähr 1.4 für Concorde und 1.9 für den Boeing 2707 gefunden. Das schließlich verloren sind die meisten SST-Projekte als öffentliches Ressentiment, das mit der Politik schließlich gemischt ist, auf Gesetze hinausgelaufen, die jedes solches Flugzeug unpraktisch (das Fliegen nur über Wasser zum Beispiel) gemacht haben. Eine andere Weise, das auszudrücken, ist Flügel-Spanne. Der Rumpf sogar eines großen Überschall-Luftfahrzeugs ist sehr glatt, und mit genug Winkel des Angriffs und Flügel-Spanne kann das Flugzeug so hoch fliegen, dass der Boom durch den Rumpf nicht wichtig ist. Je größer die Flügel-Spanne, desto größer abwärts Impuls, der auf die Luft, das größere der gefühlte Boom angewandt werden kann. Eine kleinere Flügel-Spanne bevorzugt kleine Flugzeug-Designs wie Geschäftsstrahlen.

Seebass und George haben auch am Problem von einem anderen Winkel gearbeitet, versuchend, die N-Welle seitlich und zeitlich (längs gerichtet) auszudehnen, indem sie einen starken und abwärts eingestelltes (SR-71 Amsel, Boeing X-43) Stoß an einer scharfen aber breiten Winkelraketenspitze erzeugt haben, die mit der ein bisschen Überschallgeschwindigkeit (Bogen-Stoß), und das Verwenden eines gekehrten Rückens fliegender Flügel oder ein schiefer fliegender Flügel reisen wird, um diesen Stoß entlang der Richtung des Flugs (der Schwanz des Stoß-Reisens mit der Schallgeschwindigkeit) wegzuräumen. Um diesen Grundsatz an vorhandene Flugzeuge anzupassen, die einen Stoß an ihrer Raketenspitze und einen noch stärkeren an ihrem Flügel-Blei erzeugen, wird der Rumpf unter dem Flügel gemäß der Bereichsregel gestaltet. Ideal würde das die charakteristische Höhe von zu 60,000 Fuß erheben (von 12,000-M-Bis18,000m), der ist, wohin die meisten SST Flugzeuge fliegen.

Das ist ungeprüft seit Jahrzehnten geblieben, bis DARPA das Ruhige Überschallplattform-Projekt angefangen hat und das Flugzeug von Shaped Sonic Boom Demonstration (SSBD) finanziell unterstützt hat, um es zu prüfen. SSBD hat einen f-5 Freiheitskämpfer verwendet. Der F-5E wurde mit einer hoch raffinierten Gestalt modifiziert, die die Nase zu diesem des F-5F Modells verlängert hat. Die Triebwerksverkleidung hat sich von der Nase den ganzen Weg zurück zu den kleinen Buchten auf der Unterseite des Flugzeuges ausgestreckt. Der SSBD wurde im Laufe einer zweijährigen Periode geprüft, in 21 Flügen kulminierend, und war eine umfassende Studie auf Schallboom-Eigenschaften. Nach dem Messen der 1,300 Aufnahmen, einige, die innerhalb der Stoß-Welle durch ein Verfolgungsflugzeug einbezogen sind, hat der SSBD die Verminderung des Booms um ungefähr ein Drittel demonstriert. Obwohl ein Drittel nicht die riesige Verminderung ist, könnte es Concorde unter FM = 1 Grenze zum Beispiel reduziert haben.

Als ein später folgender zu SSBD 2006 hat eine Raumfahrtmannschaft der NASA-Gulfstream die Ruhige Spitze auf dem F-15B Flugzeug der NASA-Dryden 836 geprüft. Die Ruhige Spitze ist ein an die Nase eines Flugzeuges geeigneter Telescoping-Boom spezifisch hat vorgehabt, die Kraft der Stoß-Wellen zu schwächen, die sich auf der Nase des Flugzeuges mit Überschallgeschwindigkeiten formen. Mehr als 50 Probeflüge wurden durchgeführt. Mehrere Flüge haben Untersuchung des shockwaves durch einen zweiten F-15B, den Intelligenten Flugregelsystem-Prüfstand der NASA, Flugzeug 837 eingeschlossen.

Es gibt theoretische Designs, die nicht scheinen, Schallbooms überhaupt wie der Doppeldecker von Busemann zu schaffen. Jedoch ist das Schaffen eines shockwave unvermeidlich, wenn sie aerodynamisches Heben erzeugen.

Wahrnehmung und Geräusch

Der Ton eines Schallbooms hängt größtenteils von der Entfernung zwischen dem Beobachter und der Flugzeugsgestalt ab, die den Schallboom erzeugt. Ein Schallboom wird gewöhnlich als ein tiefer doppelter "Boom" gehört, weil das Flugzeug gewöhnlich eine Entfernung weg ist. Jedoch, wie diejenigen, die Landungen von Raumfähren bezeugt haben, gehört haben, wenn das Flugzeug nahe gelegen ist, ist der Schallboom ein schärferer "Schlag" oder "Spalte". Der Ton ist viel den "Luftbomben ähnlich, die" auf Feuerwerkskörper-Bildschirmen verwendet sind. Es ist ein häufiger Irrtum, dass nur ein Boom wird während des Unterschall-zum Überschallübergang, eher, der Boom erzeugt, entlang dem Boom-Teppich für den kompletten Überschallflug dauernd sind. Wie ein ehemaliger Pilot von Concorde sagt, "Hören Sie nichts an Bord wirklich. Alles, was wir sehen, ist die Druck-Welle, die das Flugzeug herunterlässt - es gibt eine Anzeige auf den Instrumenten. Und es ist, was wir um das Mach 1 sehen. Aber wir hören den Schallboom oder irgendetwas wie das nicht. Es ist eher dem Kielwasser des Schiffs ähnlich - es ist hinter uns. ".

1964 haben NASA und die Bundesflugregierung die Oklahoma Stadt Schallboom-Tests begonnen, die acht Schallbooms pro Tag über eine Zeitdauer von sechs Monaten verursacht haben. Wertvolle Daten wurden vom Experiment gesammelt, aber 15,000 Beschwerden wurden erzeugt und haben schließlich die Regierung in eine Klassenhandlungsrechtssache verfangen, die es auf der Bitte 1969 verloren hat.

Schallbooms waren auch ein Ärger im Nördlichen Cornwall und Nördlichem Devon, wie diese Gebiete unter der Flugroute von Concorde waren. Windows würde rasseln, und in einigen Fällen würde der "torching" (unter Dach-Schiefern hinweisend), mit dem Vibrieren entfernt.

Es hat neue Arbeit in diesem Gebiet namentlich unter den Ruhigen Überschallplattform-Studien von DARPA gegeben. Die Forschung durch Akustik-Experten laut dieses Programms hat begonnen, näher auf die Zusammensetzung von Schallbooms einschließlich des Frequenzinhalts zu schauen. Mehrere Eigenschaften des traditionellen Schallbooms "N" Welle können beeinflussen, wie laut und irritierend es von Zuhörern auf dem Boden wahrgenommen werden kann. Sogar starke N-Wellen wie diejenigen, die von Concorde oder militärischem Flugzeug erzeugt sind, können viel weniger nicht einwandfrei sein, wenn die Anstieg-Zeit des Überdrucks genug lang ist. Ein neuer metrischer ist erschienen, hat als wahrgenommene Lautheit gewusst, die in PLdB gemessen ist. Das zieht den Frequenzinhalt, Anstieg-Zeit usw. in Betracht. Ein weithin bekanntes Beispiel ist das Reißen Ihrer Finger, in denen der "wahrgenommene" Ton nichts anderes als ein Ärger ist.

Die Energiereihe des Schallbooms wird in der 0.1-100-Hertz-Frequenzreihe konzentriert, die beträchtlich unter diesem von Unterschallflugzeugen, Geschützfeuer und dem grössten Teil des Industriegeräusches ist. Die Dauer des Schallbooms ist kurz; weniger als eine Sekunde, 100 Millisekunden (0.1 Sekunde) für den grössten Teil kämpfer-großen Flugzeuges und 500 Millisekunden für Raumfähre oder Düsenverkehrsflugzeug von Concorde. Die Intensität und Breite eines Schallboom-Pfads hängen von den physischen Eigenschaften des Flugzeuges ab, und wie es bedient wird. Im Allgemeinen, je größer eine Höhe eines Flugzeuges, desto tiefer der Überdruck auf den Boden. Größere Höhe vergrößert auch die seitliche Ausbreitung des Booms, ein breiteres Gebiet zum Boom ausstellend. Der Überdruck im Schallboom-Einfluss-Gebiet wird jedoch nicht gleichförmig sein. Boom-Intensität ist direkt unter der Flugroute am größten, progressiv mit der größeren horizontalen Entfernung weg von der Flugzeugsflugspur schwach werdend. Die Boden-Breite des Boom-Aussetzungsgebiets ist ungefähr für jede der Höhe (5 M/M); d. h. ein Flugzeug, das Überschall-nach Wunsch fliegt, schafft eine seitliche Boom-Ausbreitung ungefähr, oder an 10,000 Metern pro Ausbreitung von 50 Kilometern. Für den unveränderlichen Überschallflug wird der Boom als ein Teppich-Boom beschrieben, da es sich mit dem Flugzeug bewegt, weil es Überschallgeschwindigkeit und Höhe aufrechterhält. Einige Manöver, Tauchen, Beschleunigung oder das Drehen, können Fokussierung des Booms verursachen. Andere Manöver, wie Verlangsamung und das Klettern, können die Kraft des Stoßes reduzieren. In einigen Beispielen können Wetterbedingungen Schallbooms verdrehen.

Abhängig von der Höhe des Flugzeuges erreichen Schallbooms den Boden zwei zu 60 Sekunden nach der Luftparade. Jedoch werden nicht alle Booms am Boden-Niveau gehört. Die Geschwindigkeit des Tons an jeder Höhe ist eine Funktion der Lufttemperatur. Eine Abnahme oder Zunahme in der Temperatur laufen auf eine entsprechende Abnahme oder Zunahme in der gesunden Geschwindigkeit hinaus. Unter atmosphärischen Standardbedingungen nimmt Lufttemperatur mit der vergrößerten Höhe ab. Zum Beispiel, wenn Meeresspiegel-Temperatur 59 Grad Fahrenhei (15 °C), die Temperatur bei Fällen minus 49 Grad Fahrenhei (45 °C) ist. Dieser Temperaturanstieg hilft, die Schallwellen aufwärts zu biegen. Deshalb, für einen Boom, um den Boden zu erreichen, muss die Flugzeugsgeschwindigkeit hinsichtlich des Bodens größer sein als die Geschwindigkeit des Tons am Boden. Zum Beispiel ist die Geschwindigkeit des Tons daran über pro Stunde, aber ein Flugzeug muss mindestens pro Stunde reisen (Mach 1.12, wo Mach 1 der Geschwindigkeit des Tons gleichkommt) für einen auf dem Boden zu hörenden Boom.

Die Zusammensetzung der Atmosphäre ist auch ein Faktor. Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit, atmosphärische Verschmutzung und Winde können alle eine Wirkung anhaben, wie ein Schallboom auf dem Boden wahrgenommen wird. Sogar der Boden selbst kann den Ton eines Schallbooms beeinflussen. Harte Oberflächen wie Beton, Fahrbahn und große Gebäude können Nachdenken verursachen, das den Ton eines Schallbooms verstärken kann. Ähnlich grasige Felder und viel Laub können helfen, die Kraft des Überdrucks eines Schallbooms zu verdünnen.

Zurzeit gibt es akzeptierten Standards keiner Industrie für die Annehmbarkeit eines Schallbooms. Bis solche Metrik gegründet werden kann, entweder durch die weitere Studie oder durch Überschallüberflugprüfung, ist es zweifelhaft, dass Gesetzgebung verordnet wird, das aktuelle Verbot auf dem Überschallüberflug im Platz in mehreren Ländern einschließlich der Vereinigten Staaten zu entfernen.

Gesundheitseinfluss

Einige Studien behaupten zu zeigen, dass Schallbooms von der amerikanischen Marineprüfung in Vieques, Puerto Rico das Vorkommen der vibroacoustic Krankheit, eine Verdickung des Herzgewebes vergrößert hat. Jedoch diskutieren andere Wissenschaftler die Ansprüche.

Bullwhip

Der krachende Ton, den ein bullwhip, wenn richtig ausgeübt, macht, ist tatsächlich, ein kleiner Schallboom. Das Ende der Peitsche, die als der "Kräcker" bekannt ist, bewegt sich schneller als die Geschwindigkeit des Tons, so einen Schallboom schaffend. Die Peitsche ist wahrscheinlich die erste menschliche Erfindung, um die Schallmauer zu brechen.

Ein bullwhip spitzt sich unten von der Griff-Abteilung bis den Kräcker zu. Der Kräcker hat viel weniger Masse als die Griff-Abteilung. Wenn die Peitsche scharf geschwungen wird, wird die Energie unten die Länge der spitz zulaufenden Peitsche übertragen. In Übereinstimmung mit der Formel (wenn die Arbeit für das Sausen unveränderlich bleibt) für die kinetische Energie, die Geschwindigkeit der Peitsche-Zunahmen mit der Abnahme in der Masse, die ist, wie die Peitsche die Geschwindigkeit des Tons erreicht und einen Schallboom verursacht.

Während dieses Zuspitzen bei der reichenden Geschwindigkeit wirklich hilft, kann sogar eine "völlig flache" Peitsche "krachen": Weil die Welle unten die Länge der Peitsche, der Entfernung zu den Tipp-Abnahmen reist, der Reihe nach die Masse in der obengenannten Formel vermindernd.

Siehe auch

• Radiation von Cherenkov
• Hyperschall-