Всего за 51.9 руб. Купить полную версию
При вычислении температуры, которую достигает воздух на вогнутой стороне парашюта, мы исходим из следующего предположения*. Массе воздуха, которую встречает парашют, сообщается столько тепла и кинетической энергии, сколько кинетической энергии теряет ракета вследствие торможения. При этом необходимо также учесть энергию, излучаемую нагретым воздухом. Если воздушный поток полностью задерживался бы парашютом и не раскалялся бы, то его температуру можно было бы легко вычислить; но нагретый воздух должен излучать много тепла, кроме того, неизвестно, какая часть энергии движения воздуха в действительности теряется. Допустим, что она составляет 99%. Однако это допущение является произвольным.
Таким образом, приведенный расчет не может ни в малейшей степени претендовать на научную точность. Можно также исходить из другого предположения, – что при набегании воздушного потока на тело в точках встречи (остановки) воздух нагревается вследствие превращения энергии его движения в тепловую. Как известно, техническая единица массы весит 9,81 кг. Чтобы нагреть 1 кг воздуха на 1°, необходимо затратить 0,24 ккал; 1 ккал соответствует работе 426 кгм. Таким образом, для того чтобы нагреть техническую единицу массы на 1°, требуется 1000 кгм. Если воздух движется со скоростью v, то каждая единица массы обладает кинетической энергией v²/2 кгм. Таким образом, набегающий воздух, теряя свою скорость перед телом, нагревается на v²/2000 °С“. [3] Следует отметить, хотя это могло быть ошибкой переводчика, что маловероятно, следующее: Метеориты не могут нагреваться до указанных Обертом температур потому, что при температуре порядка 3000 произойдет испарение этого объекта. Указанные Обертом температуры правильнее было назвать температурой плазмы, которая окружает метеорит в момент его попадания в земную атмосферу. Советские ученые, в статье Большой Советской Энциклопедии „Аэродинамический нагрев“ выражаются более правильно: „Аэродинамический нагрев, нагрев тел, движущихся с большой скоростью в воздухе или другом газе. А. н. – результат того, что налетающие на тело молекулы воздуха тормозятся вблизи тела.
Если полет совершается со сверхзвуковой скоростью культур, торможение происходит, прежде всего, в ударной волне, возникающей перед телом. Дальнейшее торможение молекул воздуха происходит непосредственно у самой поверхности тела, в пограничном слое. При торможении молекул воздуха их тепловая энергия возрастает, т. е. температура газа вблизи поверхности движущегося тела повышается максимальная температура, до которой может нагреться газ в окрестности движущегося тела, близка к т. н. температуре торможения:
T
0
н
2
p
где Т
н
p
Судя по тексту публикации бывшего медицинского работника в военном госпитале Оберта Германа, он не понимал о чем идет речь. Автор называл температуру торможения, температуру «газа в окрестности движущегося тела» (БСЭ), температурой тела: «Таким образом, искомая температура значительно превышает для ракет 5000°. Если же необходимо предотвратить такое сильное нагревание поверхности, следует подвести достаточное количество охлаждающего вещества, чтобы оно могло отнять тепло Q»… При скорости 10000 м/сек эта температура, безусловно, превышает 15000°. Вероятно, она даже превышает 20000°». [3] Немецкий гений не мог додуматься до очень простой мысли о том, что при названных температурах тело существовать не сможет. Оно просто исчезнет и превратиться в раскаленный газ. Вероятно, что немецкий инженер просто не знал о температурах кипения и температуре испарения железа, базальтов, других металлов. Хотя, с другой стороны, автор Герман Юлиус Оберт в своей публикации вскользь упоминает о парах металла: «Здесь, конечно, предполагается, что закон Стефана-Больцмана выполняется для паров металлов при θ°». [3]
Но в тексте все равно автор использует термин «температуры тела», «температура поверхности объекта». Герман Оберт в своей публикации поставил задачу определения температуры неохлажденной поверхности космического объекта, в частности космического аппарата. В начале этой главы он сразу указал, что означают условные обозначения: При температуре 20000° никакое тело сохраниться не может.
h – толщина воздушного слоя, необходимого для торможения.
p – параметр траектории полета ракеты для межпланетных полетов.
p – давление воздуха после сжатия.
p0 – давление воздуха до сжатия.
r – радиус Земли.
s – высота над поверхностью Земли.
t – кажущаяся температура воздуха, обусловленная движением.
v – скорость.
H – 7300 – 7400 м
L – сопротивление воздуха.
Q – количество подведенного тепла.
S – количество тепла, отданного излучением.
T – абсолютная температура.
T1 – абсолютная температура после сжатия.
T0 – абсолютная температура до сжатия.
β – барометрическое давление.
βS – давление воздуха на высоте S.
θ – абсолютная температура тела, нагретого вследствие трения в воздухе.
k – отношение между удельными теплоемкостями при постоянном давлении и постоянном объеме.
μ – масса 1 м³ в технических единицах.
ρ – радиус-вектор (проведенный к центру Земли).
α – постоянная излучения в законе Стефана-Больцмана.
τ – истинная температура воздуха.
φ – угол между радиусом-вектором р и избранным неподвижным направлением». [3]
Как видно из списка параметров и обозначений, приведенных автором в начале главы, эту величину θ он упорно называет температурой тела и пытается вывести формулу определения указанной величины, в зависимости от угла вхождения метеорита в атмосферу: «Так как в действительности мы можем сказать лишь кое-что о наблюдаемых излучениях, а об истинной температуре метеоритных тел мы не делали никаких предположений, то следует заключить, что & есть эффективная температура, т.е. та температура, которую должно было бы иметь абсолютно черное тело, светящееся с яркостью; метеорита. Но эта температура и нужна, так как мы хотим лишь знать, какое количества тепла излучается или, вернее, какое количество тепла было-приобретено… Температура неохлажденной поверхности, расположенной под углом α к воздушному потоку, при скоростях 5000 – 15000 м/сек может быть определена по формуле:
Приведенные выше формулы выводились так подробно лишь потому, что они, по нашему мнению, дают результаты, приближающиеся к действительности больше, чем все известные нам формулы». [3] В своей публикации автор довольно подробно описал, как он получил формулу для определения температуры торможения в зависимости от угла входа космического аппарата в атмосферу, от скорости такого объекта, которая была перед торможением в атмосфере земли. Оберт, при этом самом, признавал, что формула является приблизительной: «Это, конечно, лишь очень грубая оценка. Результат может оказаться в 10 раз больше или меньше действительного значения; но он дает, по крайней мере, некоторое представление о порядке величины теплопередач, с которыми нам придется иметь дело». [3] Судя по тексту публикации Оберта, у него не было представления о том, что во время сверхзвукового полета возникает ударная волна: «Ударная волна – это скачок уплотнения, распространяющаяся со сверхзвуковой скоростью тонкая переходная область, в которой происходит резкое увеличение плотности, давления и скорости вещества. Ударные волны возникают при сверхзвуковых движениях тел». [5] Не трудно понять, что в ударной волне, в условиях реального газа, происходит резкое увеличение температуры. Такой факт подтверждают известные публикации Физической Энциклопедии, Большой Советской Энциклопедии.