Wann erzeugt ein aerodynamisches Raumschiff einen Überschallknall?

Es gibt viele Variablen bei der Schallgeschwindigkeit, ein Überschallknall entsteht, wenn all diese Variablen zusammentreffen.

Die Schallgeschwindigkeit, eine kritische Geschwindigkeit, die als Mach 1 bekannt ist, beträgt ungefähr 1.225 km / h (761 mph) auf Meereshöhe und 20 ° C (68 ° F).

Überschallknall

Beim Wiedereintritt bewegt sich das Space Shuttle mit mehrfacher Schallgeschwindigkeit

Das maximale Gleitverhältnis/Auftriebs-/Widerstandsverhältnis des Orbiters variiert erheblich mit der Geschwindigkeit und reicht von 1:1 bei Überschallgeschwindigkeit, 2:1 bei Überschallgeschwindigkeit und erreicht 4,5:1 bei Unterschallgeschwindigkeit während des Anflugs und der Landung

Wiedereintritt und Landung

Es gibt keinen Schall im Weltraum, also muss es vermutlich einen Punkt geben, an dem sich Geschwindigkeit und Luftdichte zu einem Überschallknall verbinden. Wann erzeugt ein aerodynamisches Raumschiff einen Überschallknall?

Hier ist eine mögliche Referenz (Apollo 16, aber mit nicht vielen Bodenmessungen): ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19740023384.pdf
Ich bin mir nicht sicher, ob "es gibt keinen Ton im Weltraum" für diese Frage genau genug ist. Es gibt einen atmosphärischen Luftwiderstand auf der ISS. Ich würde erwarten, dass sich Schallwellen auch in diesen Höhen ausbreiten können. Ich denke, dass der extreme niedrige Druck bedeutet, dass die Schallenergie in diesen Wellen jedoch sehr niedrig ist. Ich würde also erwarten, dass das Space Shuttle bereits im Orbit einen Überschallknall erzeugt. Ich habe jedoch nicht die Mathematik, um dies zu belegen.
Ich habe nach einer Tabelle mit Machgeschwindigkeit pro Höhe gesucht, konnte aber keine Daten über 122 km finden, wo Mach 1 1108 km / h beträgt.
Wenn Sie Überschallknall sagen, meinen Sie Stoßwelle? "Im Weltraum hört dich niemand dröhnen".
@OrganicMarble können Sie eine Stoßwelle haben, wenn nicht genügend Luftmoleküle für einen Ton vorhanden sind? (Ich gehe davon aus, dass in LEO und niedriger alle Moleküle, die schwerer als Luft sind, nicht lange genug bleiben, um ein Medium für eine Stoßwelle bereitzustellen.)

Antworten (5)

Wie viele Sandkörner braucht man, um einen Haufen zu bilden?

Ein umlaufendes Raumschiff fliegt um ein Vielfaches schneller als die Schallgeschwindigkeit. Es beginnt in einer Atmosphäre, die zu dünn ist, um eine hörbare Schockwelle auszuhalten. Beim Abstieg wird es kontinuierlich einen Schockkegel erzeugen, aber in der sehr dünnen Atmosphäre hoch oben ist die Amplitude der Schockwelle zu schwach, um sie zu hören.

Irgendwann beim Abstieg wäre die Luft so dick, dass Sie es kaum hören könnten, wenn es in der Nähe wäre – der kleinste Überschallknall.

An einem niedrigeren Punkt wäre es sogar aus der Ferne hörbar.

Niedrig genug, die Stoßwelle tritt in Luft auf, die dicht genug ist, dass sie laut genug ist, um Fenster zu rütteln.

Da die Schallgeschwindigkeit in großer Höhe geringer ist – und sich auf dem Weg nicht allzu sehr ändert – würde der Überschallknall den ganzen Weg nach unten kontinuierlich sein, bis das Fahrzeug in relativ geringer Höhe in Unterschall übergeht.

Der Spur der Fragen folgend, ist das Argument der mittleren freien Weglänge interessant, aber ich denke, dass, selbst wenn die Luft eine akustische Schwingung nicht unterstützen kann, das Ohr oder Mikrofon, auf das die Stoßwelle trifft, dies tun kann, also ist es immer noch so etwas wie " Klang".
Der Ausdruck „der kleinste Überschallknall“ hat etwas von Natur aus Komisches. +1 für das Argument der Kontinuität.
@Russell, wenn die Luft eine akustische Schwingung nicht unterstützen kann, gibt es keine Möglichkeit, akustische Energie zum Ohr oder Mikrofon zu transportieren.
Ich weiß nicht viel über das Verhalten von Niederdruckgas, aber würden Gasmoleküle nicht immer noch vom Raumfahrzeug weggestoßen werden, sich frei bewegen und (extrem kleine) Energiemengen ohne Schwingung tragen?

Laut dieser Seite erzeugt eine SR-71, die mit Überschall in 24,3 km Höhe fliegt, einen hörbaren Überschallknall, was uns eine untere Grenze gibt.
Diese Seite erklärt, warum Sie zwei separate Booms (Video) hören, wenn das Shuttle zur Landung einfährt.
Und dieser Artikel besagt, dass der Überschallknall in den letzten 10 Minuten eines Shuttle-Fluges hörbar ist . Die Kopplung mit dem Landeprofil des Shuttles sollte uns eine gute Antwort geben, aber das habe ich noch nicht gefunden.

Ich habe hier eine Antwort gefunden: http://www.mach25media.com/history1.html

Mach 25 ist also die Geschwindigkeit, mit der ein Raumfahrzeug in dem Moment fliegt, in dem es wieder in die Erdatmosphäre eintritt (Eintrittsschnittstelle). Diese Schnittstelle tritt bei ungefähr 75 Meilen (400.000 Fuß) auf, wenn ein Fahrzeug wie der Space Shuttle Orbiter eine Geschwindigkeit von ungefähr 17.200 Meilen pro Stunde hat . In dieser Höhe beträgt die Schallgeschwindigkeit im Allgemeinen etwa 688 Meilen pro Stunde

Das sind 121.920 m Höhe und 27680 km/h , etwas unter Mach 25 .

Boom.

Ich glaube nicht, dass das richtig ist. Die meisten Rechner, die ich gefunden habe, gehen nur bis 86000 m, wo die Temperatur bei etwa -40 ° C liegt. Dieser Rechner zeigt eine Schallgeschwindigkeit von etwa 243,010 M / S (543 MPH). Es scheint, dass höher und kälter = langsamere Schallgeschwindigkeit.
@JamesJenkins Ich war auch überrascht, aber diese Website scheint zu bestätigen: aerospaceweb.org/question/atmosphere/q0112.shtml Dies könnte jedoch mit Temperaturänderungen vereinbar sein: en.wikipedia.org/wiki/… TL; DnR: Temperatur nicht nehmen linear mit der Höhe ab.

Es kann einen Überschallknall geben, aber Sie können ihn möglicherweise nicht hören.

Wenn ein Raumschiff in die Atmosphäre eindringt, ist das umgebende Gas irgendwann dicht genug, um sich wie ein Gas zu verhalten, nicht nur als einzelne Moleküle und Atome.
Wenn ein solcher Überschallknall durch das wieder eintretende Raumschiff erzeugt wird, dehnen sich die Schockwellen aus und treffen auf alle verschiedenen Schichten und Bedingungen der Atmosphäre.

Die Stoßwellen werden je nach Bedingungen in unterschiedlichem Maße von der Atmosphäre gebrochen, reflektiert und absorbiert. Ich schätze, es besteht eine gute Chance, dass ein Überschallknall in großer Höhe von der dichteren Atmosphäre darunter reflektiert wird.

So wie ich es verstehe, würde ein wieder eintretendes Raumschiff keinen Überschallknall im herkömmlichen Sinne erzeugen. Es verlangsamt sich. Ein Kampfjet zum Beispiel macht nur einen Überschallknall, wenn er über Mach 1 hinaus beschleunigt. Ein abbremsendes Raumschiff würde viel Lärm und Turbulenzen erzeugen, aber keinen Knall.

Das wollte ich sagen. Ein Überschallknall tritt speziell auf, weil die Geschwindigkeit des Schiffes gleich der Geschwindigkeit der Schallwellen ist. Wenn Sie schneller als die Schallgeschwindigkeit reisen, wird kein anhaltender Überschallknall erzeugt, obwohl vermutlich eine Verlangsamung auf die Schallgeschwindigkeit und darunter dies tun könnte.
Flugzeuge etc. machen einen Überschallknall, solange sie sich über der Schallgeschwindigkeit befinden. Das Shuttle zum Beispiel macht bei der Landung definitiv einen Überschallknall: youtube.com/watch?v=f6r8wU2tDrc
Nein, es erzeugt kein Dröhnen durch Luftwiderstand, aber der Boom ist separat. Wenn ein Kampfjet die Schallmauer durchbricht, hören Sie einen einzelnen Boom (den Überschallknall), kein kontinuierliches Dröhnen.
Es tut mir leid, aber Sie sind falsch. en.wikipedia.org/wiki/Sonic_boom Wenn sich ein Flugzeug schneller als mit Schallgeschwindigkeit bewegt, kann die vom Flugzeug verdrängte Luft nicht schnell genug aus dem Weg weichen, sodass Sie eine gleichmäßige Luftfront erhalten, die sich mit höchster Geschwindigkeit bewegt es erreichen kann, dh Schallgeschwindigkeit. Das ist der Grund für den Boom. Aus diesem Grund wurde zB der Concorde verboten, Land mit Überschallgeschwindigkeit zu überfliegen: Ein Flug von New York nach LA hätte jeden auf der gesamten Flugbahn mit einem Überschallknall konfrontiert, nicht nur die Menschen in Hörweite, als er an Mach 1 vorbei beschleunigte.
Das ist falsch. Ein Überschallknall wird erlebt, wenn ein Stoßkegel über einen Beobachter hinweggeht. Beschleunigen, Verzögern, stationärer Zustand, spielt keine Rolle.
@OrganicMarble würde das bedeuten, dass ein Beobachter, der mit dem Schockkegel reist, einen konstanten Überschallknall erleben würde? Neat, dachte nicht daran, dass ein Überschallknall nur ein sofortiger "Boom" ist, weil der Beobachter nur einmal mit dem Stoßwellenkegel interagiert. Physik ist wirklich relativ huh.
Wann erzeugt ein aerodynamisches Raumschiff einen Überschallknall?
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