초소형 자유 낙하의 물리학과 조용한 콩코드 건설을위한 인종

대담한 새로운 디자인으로 로켓을 제작하려면 엔진을 설치하지 않고 구조적 무결성을 테스트 할 수있는 방법이 필요합니다. 당신은 바람 터널을 가지고 있지 않지만, 당신은 양보 할 준비가되어 있지 않습니다. 당신은 자신에게 "추진력이없는 비행은 무엇입니까?"라고 생각합니다. 그러면 자신의 질문에 "낙하"라고 대답합니다. 간단히 말해서, 발사하지 않고 날아가는 가장 쉬운 방법은 추락하는 것입니다. 프로토 타입을 매우 높이 들고 떨어 뜨리면 빠른 속도로 성능을 느낄 수 있습니다.

정밀도 저하 기술 분야의 세계적인 선두 주자는 일본 항공 우주 탐사 국 (JAXA)입니다. JAXA는 기본적으로 일본의 NASA 버전입니다. 기관은 실용적인 초음속 비행기를 만들려고 노력하고있다. 쉬운 일이 아니다. 과거의 비슷한 노력으로 평범한 제품, 가장 유명한 콩코드가 탄생했습니다.

Concorde는 다른 항공기가 자신의 항공기에 대해 같은 종류의 디자인을 채택하지 못하게하는 문제로 어려움을 겪었습니다. 가장 큰 문제 중 하나는 초과 소음이었다. "음파 붐"이라는 용어는 잘못된 이름이 아닙니다. 소리 장벽을 어 기지 않는 것은 엄청나게 큰 현상입니다. 제조업체는 승객의 머리가 폭발하지 않도록 비행기를 설계해야했으며, 지상에있는 사람이 그렇게 파괴적인 시끄러운 소리를 듣고 싶어하지 않았기 때문에 여객기는 육지로 비행기를 조종 할 수 없었습니다. JAXA의 목표는 더 조용한 초음속 여객기를 만드는 것입니다. 그리고 스웨덴의 실험 모델로 낙하 테스트를 통해 테스트했습니다.

대체 어떻게 된거 야? 기본적으로 JAXA의 Silent SuperSonic Concept Model은 공중에서 약 18.6 마일 높이의 무인 항공기를 리프트하여 단순히 떨어 뜨립니다. 비행기에 부착 된 센서는 충격파를 측정합니다. 비행기가 자유 낙하시 최대 1.39의 속도에 근접합니다.

초음속 자유 낙하의 물리는 수평면에서의 소리보다 빠르게 움직이는 물체가 작동하는 것과 다른 모든 것이 아닙니다. 공기는 비행기 앞에서 강력하게 압축되어 모든 방향으로 고압의 물결을 뿜어냅니다. 이 충격파는 공기를 통해 전파되기 시작하지만 더 멀리 나아감에 따라 약해져 과정에서 음파가됩니다. 이것은 우리가 듣고 소닉 붐이라고 부르는 큰 폭발입니다.

초음속 자유 낙하에 대해 특별한 점을 이해하려면 마하수가 정확히 무엇을 나타내는 지 자세히 살펴보아야합니다. 물체의 속도와 특정 장소에서의 소리의 속도 사이의 비율입니다. 소리의 속도는 온도와 압력의 변화를 겪습니다. 고도가 높을수록 소리의 속도가 느려지므로 물체는 마하 1에 도달하기 위해 반드시 같은 속도로 움직일 필요가 없습니다. 해수면에서한다. (해수면에서의 소리의 속도는 시간당 약 760 마일입니다.)

또한 마하 1은 사운드 장벽을 깨기 때문에 발생하는 충격파 때문에 매우 불안정한 환경입니다. 작은 움직임조차도 물체에 매우 강력한 물리적 효과를 줄 수 있습니다. 기본적으로 마하 0.9와 1.2 사이입니다.

따라서 자유 낙하시에 물체가 초음속으로 움직일 때 속도는 더 빠르며 마하 수는 느린 속도로 증가합니다. 불안정한 마하 영역에서 수평면을 이동하는 것보다 더 많은 시간이 소요됩니다. 대부분의 비행기는 마하 1에서 벗어나 가능한 한 빨리 안전 지대에 진입하도록 설계되었습니다. 자유 낙하 실험에서 그런 것을 테스트 할 수는 없습니다.

드래그로 인해 속도 또한 정상입니다. 이것은 아마도 중력의 방식으로 소리보다 빠르게 움직이는 물체의 가장 유명한 경우에서 일어난 일입니다. 2012 년에 Felix Baumgartner가 공중에서 약 23 마일에서 뛰어 올라서 사용하지 않고 사운드 장벽을 뛰어 넘는 최초의 스카이 다이버가되는 것입니다 항공기의 바움가트 너가 지구로 떨어졌을 때, 그는 공기 분자와의 충돌 때문에 결국 가속을 멈추고 중력의 힘과 동등해질 때까지 공기 저항으로 쌓은 '항력 (drag force)'을 만들어 냈습니다. 이 시점에서 바움 가트너는 최대 속도에 도달했습니다.

실제로 종말 속도에 도달하는 대부분의 물체는 일정한 속도로 머물러 있지만 바움가트 너는 실제로 자유 낙하의 물체가 내려감에 따라 주변 대기가 두껍고 두꺼워지기 시작하면서 실제로 속도를 줄이기 시작했습니다. 그래서 종착역 속도가 감소하기 시작합니다 - 바움 가트 너도 마찬가지로 속도를 줄이기 시작했습니다. 아마도 JAXA가 테스트하고있는 Silent SuperSonic Concept Model 비행기 중 하나에 똑같은 일이 일어날 것입니다.

과학은 삶의 대부분의 다른 것들과 마찬가지로 더 빠를수록 더 시원합니다.