Hvad driver lydstyrken på supersonic overlydsknaldet

[Julle]

Hej alle,

Eller med andre ord; er det hastighed, kaliber, (eller måske projektiludformning og vægt) der styrer hvor højt overlydsknaldet er.

Har hørt et sted, at så snart projektilet er over lydens hastighed - så er det lige meget om det er med 400 meter i sekundet eller med 800 meter i sekundet - overlydsknaldet er alene styret af kaliberet.

Er det virkeligt rigtigt? Altså at overlydsknaldet er det samme ved. f.eks. en US M1 .30 Carbine som ved en 300 magnum?

Jeg er naturligvis helt med på at selve knaldet fra patronforbrændingen er større ved en 300 mag end ved en .30 Carbine :-) - nu snakker vi alene overlydsknaldet.

Og hvis det er, hvorfor vælger så mange så at dæmpe .308 og ikke 6.5 55, 30-06 eller 300 mag ? Er det fordi .308 fungerer bedre i korte piber og korte piber giver bedre balance med en dæmper?

Jeg spørger fordi jeg overvejer at købe en kort pibe til min Blaser R8 og sætte en dæmper på - i dag har jeg 2 lange piber - 30-06 og .223.

Ser frem til at blive overøst med jeres viden :-)

Julle

[458hunter]

Lige umiddelbart er det hvor aerodynamisk projektilet er ud fra det jeg kan google om fly. Så langdistance projektiler med høj BC bør ud fra det give lavere lyd på en dæmpet riffel.

[Bofhenator]

Hej alle,

SNIP

Og hvis det er, hvorfor vælger så mange så at dæmpe .308 og ikke 6.5 55, 30-06 eller 300 mag ? Er det fordi .308 fungerer bedre i korte piber og korte piber giver bedre balance med en dæmper?

Jeg spørger fordi jeg overvejer at købe en kort pibe til min Blaser R8 og sætte en dæmper på - i dag har jeg 2 lange piber - 30-06 og .223.

Ser frem til at blive overøst med jeres viden :-)

Julle

mængden af krudtgas dæmperen skal håndtere er ikke uvæsentlig for hvor stor dæmperen skal være, så em dæmper til 308 er mere handy en en der dæmper krudtgasserne lige så godt til en 300wm

[Krung]

Jeg er lidt på dybt vand her, men jeg mener følgende må være rigtigt:

Lyd er lufttryk (toner er hvordan lufttrykket ændrer sig). Ting, der forskyder luft, vil, hvis de skubber hurtigt nok, skabe lyd du kan opfatte - sving et sjippetov fx.

Lydmursbrag skyldes at lydkilden er lige så hurtig som lufttrykket og at lufttrykket akkumuleres! Det giver et brag, som kendes fra jagerfly. (Edit: Ikke helt rigtigt - lydmursbrag eller sonic booms skyldes at flere afgivelser af tryk er sammenfaldende når de når frem til lytteren. Ikke kun transsonisk hastighed men konstant overlydshastighed kan også skabe dette)

Supersoniske ting brager ikke på samme måde, fordi de overhaler lufttrykket og skaber et nyt længere fremme. Derfor lyder et riffelskud anderledes end et kanonslag ... lyden ankommer i omvendt rækkefølge (hvis man står i den farlige ende). Ikke et overlydsbrag, men projektilet har rig mulighed for at skabe lufttryk og dermed larme. (Edit: Denne situation er lidt speciel, men ellers korrekt nok. Der vil være en opfattelse af overlydsbrag når første bølge rammer lytteren)

Min ukvantificerbare udsagn er at hastighed og projektiludformning kombineret giver lydtrykket. Langsomt men mere "skubbende" projektil kan larme mere end et hurtigt men mindre forstyrrende projektil.

Det hele mudres i virkeligheden sammen, da mundingsbrag blander sig med hvad man kan høre fra projektilet.

[Nicolasd]

Når spidsen rammer et luftmolekyle, så kan molekylet ikke slippe væk, fordi projektilet bevæger sig hurtigere end lydens fart. Så molekylet bliver skubbet frem og til siden og ruller op af kuglen, hvor det slutter sig til andre luftmolekyler, som møder samme skæbne, når de rammer kuglens overflade. Når de når kuglens bredeste punkt, kan de endelig slippe væk, og det sker med lydens hastighed.

Uanset kuglens fart vil luftmolekylet møde samme antal molekyler på sin vej langs kuglens overflade, og de bevæger sig væk med samme samme fart (lydens), så dit øre rammes af den samme mængde luft på et givent tidspunkt, uanset hvor hurtigt kuglen har bevæget sig.

Undtagelsen er lidt over lydens hastighed. Her vil der være en vinkel, hvor øret rammes af en masse chokbølger samtidigt. Hvis noget flyver med præcis lydens hastighed vil det jo præcis holde takt de lydbølger, som det sender ud, så langs banen vil man blive ramt ad dem alle sammen. Ved højere hastighed gør noget tilsvarende gældende i en større vinkel fra banen. Google siger at effekten bliver uvæsentlig over mach 1,3.

[Slettes3]

Som jeg skal forstå spørgsmålet fra "JULLE".

Hvad for en faktor er afgørende for decibel på et overlydsknald?.

Svar: Volume på genstanden og hastigheden.

Det man mærker hvis en F16 jager bryder lydmuren er Lydfrekvensen...vinduer der ryster mv. Dette er alene størrelsen på objektet der afgøre frekvens.

[T-REX]

Her er et billede med en .308'er ved forskellige hastigheder.

Hvis du er 10 meter fra kuglebanen, så ender den på ca. 140dBa, når hastigheden kommer over 400 m/s
Der er ikke nogen voldsom forskel, på 400 og 1200 METER i sekundet.

Der er på billedet ingen forskel på, om kuglen vejer 8 gram eller 4 gram, men jeg kan forestille mig, at et større frontareal giver mere lydtryk.
Lydtrykket fra en F18 med mach 1,3 på 2000 fods(600 meters) afstand er i hvertilfælde nok, til at en hytte ryster og døre falder ud.
Hvor glas ikke engang vælter, da en .50BMG går forbi, på 2 cm afstand.

Fundet her:
http://guns.connect.fi/rs/bulnoise.html

Mythbusters F18 video: http://www.discovery.com/tv-shows/mythb ... ounded.htm

[Herluf]

I modsætning til flyvemaskiner, hvor lydbølgerne fra motoren og fra andre kilder bliver komprimeret til en en shockbølge. Har projektiler der flyver igennem luften, ikke mange lydkilder. Så lyden kommer fra de fosltyrrleser i luften der bliver induceret af projektilets rotation og bevæglese igennem luften. Af den grund, har formen og volumen af projektilet en del at sige mht. hvor meget lyd der kan blive genereret som så kan blive komprimeret til EN store shockbølge.
Hastigheden har og en del at sige om hvor udbredt keglen bliver, jo hurtigere kuglen, jo mere spids bliver keglen. Men også jo hurtigere kuglen, jo flere lydbølger der bliver komprimeret til en shockbølge, så måske kunne de give lidt ekstra.

Hvordan alle disse parametre forholder sig i virkeligheden, skal jeg ikke gøre mig klog på. Det ligger noget over min meget begrænset kunnen inden for fluidmekanik. Men jeg vil tro at, alt andet lige, vil mindre aerodynamiske og store projektiler, larme mere end mere aerodynamiske og mindre projektiler. Så længe der ikke sker store ændringer i flowet omkring projektilet, vil en forøgelse af hastighed nok have en mindre virkning.

Min lillebror, som ellers har være meget vandt til at skyde med dysekanon, siger at, det vildest brag han har oplevet, var overlydsknaldet fra en Leopard 2 pil som fløj få metre over hans hoved.
Så en store og hurtig projektil larmer ret meget.

[Nicolasd]

Som jeg skal forstå spørgsmålet fra "JULLE".

Hvad for en faktor er afgørende for decibel på et overlydsknald?.

Svar: Volume på genstanden og hastigheden.

Det man mærker hvis en F16 jager bryder lydmuren er Lydfrekvensen...vinduer der ryster mv. Dette er alene størrelsen på objektet der afgøre frekvens.

Overlydsbrag har da ingen frekvens.

Og som jeg skrev, og de målinger JRexA fandt, så betyder hastigheden ikke noget for lydbølgen, dog ved hastigheder lige over lydens fart vil man blive ramt af "flere" lydbølger samtidigt, som vil give en meget højere lyd.

[Krung]

Hvad for en faktor er afgørende for decibel på et overlydsknald?. Svar: Volume på genstanden og hastigheden.

NASA mener noget andet (fra http://www.nasa.gov/connect/chat/sonic_ ... 9jRU_lbYYk):

Quietlike: Can you tell us a little bit about the airplane that's behind you in the picture? It's got a nose that kind of looks like a duck boat.

Ed.: That was the Shaped Sonic Boom Demonstrator, SSBD, an F-5E that was given a new nose by Northrop Grumman. This new shape reduced the boom from the nose of the aircraft. On the aircraft you can see two stripes. The red stripe represents the 'pressure versus time' of the regular F-5E, and the blue line shows the SSBD pressure, with a lower pressure at the nose region. It was very successful, flying in 2003-2004.

Om det er relevant for skydning kan jeg ikke sige, men min fornemmelse siger mig at udforming også har noget at skulle sige. Måske er der ikke forskel nok på projektiler til at det gør en forskel

[Krung]

Overlydsbrag har da ingen frekvens.

Der er ingen grund til at de ikke kan. Lydkildens udforming kan sagtens skabe en frekvens. Shadowbilleder af projektiler med kannelure viser at der er 2 fronter for lufttrykket og det kan da godt kaldes en frekvens. Specielt, hvis det er en kompliceret overflade med reflektioner eller mange kanter, så er der vel rig mulighed for en fluktuering af lufttrykket. Det bliver nok ikke et rent højt C dog.

[Nicolasd]

I modsætning til flyvemaskiner, hvor lydbølgerne fra motoren og fra andre kilder bliver komprimeret til en en shockbølge. Har projektiler der flyver igennem luften, ikke mange lydkilder. Så lyden kommer fra de fosltyrrleser i luften der bliver induceret af projektilets rotation og bevæglese igennem luften. Af den grund, har formen og volumen af projektilet en del at sige mht. hvor meget lyd der kan blive genereret som så kan blive komprimeret til EN store shockbølge.
Hastigheden har og en del at sige om hvor udbredt keglen bliver, jo hurtigere kuglen, jo mere spids bliver keglen. Men også jo hurtigere kuglen, jo flere lydbølger der bliver komprimeret til en shockbølge, så måske kunne de give lidt ekstra.

Hvordan alle disse parametre forholder sig i virkeligheden, skal jeg ikke gøre mig klog på. Det ligger noget over min meget begrænset kunnen inden for fluidmekanik. Men jeg vil tro at, alt andet lige, vil mindre aerodynamiske og store projektiler, larme mere end mere aerodynamiske og mindre projektiler.

Aerodynamikken har næppe noget at sige, især ikke i kuglestørrelse. Nogle former kan give flere, separate overlydsbølger, men her er kugler jo meget regelmæssige, og afstanden fra bredeste punkt til halen (hvor der skabes et brag nr. 2 når luften fylder hullet) er så kort, de nok falder sammen.

Ang. betydningen af form og volumen, så tror jeg ikke, at der er andet end kuglens tværsnit, som har nogen betydning. Uanset kuglens form så dikterer tværsnittet, hvor meget luft den flytter, og al den luft bliver sendt væk på kuglens bredeste punkt, som for alle kugler er en cirkel.

[Nicolasd]

Overlydsbrag har da ingen frekvens.

Der er ingen grund til at de ikke kan. Lydkildens udforming kan sagtens skabe en frekvens. Shadowbilleder af projektiler med kannelure viser at der er 2 fronter for lufttrykket og det kan da godt kaldes en frekvens. Specielt, hvis det er en kompliceret overflade med reflektioner eller mange kanter, så er der vel rig mulighed for en fluktuering af lufttrykket. Det bliver nok ikke et rent højt C dog.

Vi er helt enige i fysikken. Man kan diskutere, om man skal kalde det en frekvens :)

[Krung]

Aerodynamikken har næppe noget at sige, især ikke i kuglestørrelse. Nogle former kan give flere, separate overlydsbølger, men her er kugler jo meget regelmæssige, og afstanden fra bredeste punkt til halen (hvor der skabes et brag nr. 2 når luften fylder hullet) er så kort, de nok falder sammen.

Jeg ved ikke nok om det, men hvad med en 9mm wadcutter eller noget med fedtriller? Det kan godt være det er ikke er nok til at gøre en forskel.

Ang. betydningen af form og volumen, så tror jeg ikke, at der er andet end kuglens tværsnit, som har nogen betydning. Uanset kuglens form så dikterer tværsnittet, hvor meget luft den flytter, og al den luft bliver sendt væk på kuglens bredeste punkt, som for alle kugler er en cirkel.

Her tror jeg der er en meget grundlæggende indsigt! Ja, det er nok tværsnittet der er afgørende. Nå, jeg må støbe nogle fxcked up projektiler og se om jeg kan høre forskel.

[Nicolasd]

Efter at have set lidt på de skyggebilleder, som Krung nævnte, så starter fronten faktisk ved næsen, og ikke ved kuglens bredeste punkt. Fronten er stadig kurvet tæt ved næsen, hvilket jo betyder, at den her bevæger sig supersonisk, så det er ikke en lydbølge, som bevæger sig frit - der er noget, som skubber den, og det kan vel kun være komprimeret luft, som kuglen skubber foran sig. Når fronten når ud til et punkt svarende til kuglens bredde, ser det ud til, at den bliver lige og altså så bevæger sig frit.

Så i forhold til min første beskrivelse er der er nok mere tale om, at luftmolekylerne rammes af en tæt mur af luftmolekyler, som skubber dem væk, end at det er kuglens overflade, der rammes - og noget turbulens osv. Men det ændrer nok ikke grundlæggende ved, at al luft i kuglens bane skal skubbes væk.

[Herluf]

Aerodynamikken har næppe noget at sige, især ikke i kuglestørrelse. Nogle former kan give flere, separate overlydsbølger, men her er kugler jo meget regelmæssige, og afstanden fra bredeste punkt til halen (hvor der skabes et brag nr. 2 når luften fylder hullet) er så kort, de nok falder sammen.

Ang. betydningen af form og volumen, så tror jeg ikke, at der er andet end kuglens tværsnit, som har nogen betydning. Uanset kuglens form så dikterer tværsnittet, hvor meget luft den flytter, og al den luft bliver sendt væk på kuglens bredeste punkt, som for alle kugler er en cirkel.

Jeg er, som sagt, langt fra ekspert på området. Men, er det muligt at have en overlydsknald uden en akustisk kilde?
Er definitionen af en overlydsknald ikke netop en komprimering af lydbølgerne til en shockbølge?

[Nicolasd]

Aerodynamikken har næppe noget at sige, især ikke i kuglestørrelse. Nogle former kan give flere, separate overlydsbølger, men her er kugler jo meget regelmæssige, og afstanden fra bredeste punkt til halen (hvor der skabes et brag nr. 2 når luften fylder hullet) er så kort, de nok falder sammen.

Jeg ved ikke nok om det, men hvad med en 9mm wadcutter eller noget med fedtriller? Det kan godt være det er ikke er nok til at gøre en forskel.

Uha, det var et godt spørgsmål. Jeg vil tro, at hvis man som ekstremt tilfælde havde et trekantet projektil, som ikke roterede, så ville lyden være højere og skarpere, hvis man stod vinkelret på en af siderne, fordi man rammes af lydbølgen fra et større område samtidigt. Hvis det roterede, så ville man nok opleve lyden bevæge sig op og ned i styrke og skarphed, afhængigt af hvilken del, der vender mod en.

Men i kuglestørrelse, jeg tror ikke forskellen mærkes (eller at den overhovedet er der på det tidspunkt, hvor lyden rammer øret).

Jeg læste, at folk typisk ikke kan skelne overlydsbragene fra hhv. næse og hale på jagerfly, men godt kan på rumfærgerne.

[Nicolasd]

Men, er det muligt at have en overlydsknald uden en akustisk kilde?
Er definitionen af en overlydsknald ikke netop en komprimering af lydbølgerne til en shockbølge?

Jeg er fysiknørd og ikke akustikekspert, så jeg ved ikke lige, hvordan man definerer akustisk kilde og hvornår noget er en lydbølge og hvornår det bare er luft i bevægelse. Men overlydsknaldet kommer simpelthen fra, at luften skal skubbes ud af projektilets bane.

[Krung]

Men i kuglestørrelse, jeg tror ikke forskellen mærkes (eller at den overhovedet er der på det tidspunkt, hvor lyden rammer øret).

Jeg læste, at folk typisk ikke kan skelne overlydsbragene fra hhv. næse og hale på jagerfly, men godt kan på rumfærgerne.

2 cm afstand mellem spids og ende; 340 m/s for lyd, så er der en forskel i tid på 58 ms ... det er nok for kort tid til at man kan skelne Jo, alle projektiler må lyde ens for det menneskelige øre.

Sikke jeg lærer noget i dag.

[Herluf]

Jeg er fysiknørd og ikke akustikekspert, så jeg ved ikke lige, hvordan man definerer akustisk kilde og hvornår noget er en lydbølge og hvornår det bare er luft i bevægelse. Men overlydsknaldet kommer simpelthen fra, at luften skal skubbes ud af projektilets bane.

Hvis det bare er luften der skal skubes væk fra kuglens banen, skulle man ikke have en langsom tiltagende lyd, og ikke en forholdsvis skarp grænse mellem underlyd og overlyd. Der sker "noget" ved overgang til overlyd som giver knaldet.

Alle referencer jeg kan finde omkring fænomenet, nævner kompression af lydbølgerne til en enkelt front med den resulterende shockbølge, i.e. en (nærmest) diskontinuitet i materialets tilstand.
Om der er tale om en af de klassiske oversimplificeringer man finder i pop-science litteratur, lige som misbruget at Bernoullis ligning til at forklare flyvemaskiner, ville jeg ikke kunne sige.
Man har selvfølgelige også en ekspansionsbølge som må også give anledning til en shockbølge i det øjeblik man overskrider lydens hastighed i materialet. Mit spørgsmål er, om det er den eneste bidrag til overlydsknaldet forårsaget af projektiler.
Baseret på de forskellige shadowgraphs, og det faktum at det er spidsen af projektilet, eller faktisk et område foran denne, som er spidsen af bølgen, kunne jeg fristed til at tro at der er stadig lydbølger på spil som en væsentlig kilde til knaldet.
Jeg har faktisk fundet denne artikel fra en Noise Control konference, hvor de nævner de akustiske effekter forårsaget af kuglens rotation og bevægelse som årsagen til knaldet. Artiklen tyder på at problemet ikke kan reduceres til et spørgsmål om hvor meget luft der bliver flyttet, og dermed til projektilets tværsnit på det bredeste.

Jeg er enig i at "frekvensen" er ret ens uanset projektilets facon, men jeg har en idé om at projektilets form kan have en vis effekt over hvor meget en kugle larmer.

Artiklen: http://www.cervus.de/publikationen/HiInternoise01.pdf

[Herluf]

Og tilbage til det oprindeligt spørgsmål.
Det at man oftere ser .308 med dæmpere på end .30-06 eller .300 kunne måske have at gøre med at .308 er ret effektiv mht. krudt udnyttelse.
Ved brug af samme type krudt/projektil, skal man som regel bruge mindre krudt til at opnå de samme hastigheder i en .308 i forhold til en .30-06, dvs. der er knap så mange gasser der skal ædes af dæmperen. Det er jo grunden til at en .30-06 har typisk lidt mere rekyl end en ballistisk tilsvarende .308 ladning (gassener bidrager jo til rekyl).
Når man ser hvor meget krudt er i en typisk .300 mag, kan man hurtigt regne ud at dæmperen skal være noget mere voluminøs for at være lige så effektiv.
Det kunne måske være en del af forklaringen.

[Nicolasd]

Jeg er fysiknørd og ikke akustikekspert, så jeg ved ikke lige, hvordan man definerer akustisk kilde og hvornår noget er en lydbølge og hvornår det bare er luft i bevægelse. Men overlydsknaldet kommer simpelthen fra, at luften skal skubbes ud af projektilets bane.

Hvis det bare er luften der skal skubes væk fra kuglens banen, skulle man ikke have en langsom tiltagende lyd, og ikke en forholdsvis skarp grænse mellem underlyd og overlyd. Der sker "noget" ved overgang til overlyd som giver knaldet.

Alle referencer jeg kan finde omkring fænomenet, nævner kompression af lydbølgerne til en enkelt front med den resulterende shockbølge, i.e. en (nærmest) diskontinuitet i materialets tilstand.
Om der er tale om en af de klassiske oversimplificeringer man finder i pop-science litteratur, lige som misbruget at Bernoullis ligning til at forklare flyvemaskiner, ville jeg ikke kunne sige.

Det der sker er at lyden netop ikke kan slippe væk fra et projektil, som bevæger sig hurtigere end lydens hastighed. Så lydbølgen fra "næsen" når ikke væk men skubbes frem af kugle og komprimeres med lydbølgen som kommer fra "stykker lige bag næsen", og de komprimeres så med lydbølgen fra stykket lige bag, osv., indtil de endelig, undslipper ved kuglens kant.

De individuelle lydbølger fra forskellige steder på projektilet er så svage, at de knap ville kunne høres, men pga. projektilets overlydsfart komprimeres de og rammer øret samtidig, så de høres som et brag.

Baseret på de forskellige shadowgraphs, og det faktum at det er spidsen af projektilet, eller faktisk et område foran denne, som er spidsen af bølgen, kunne jeg fristed til at tro at der er stadig lydbølger på spil som en væsentlig kilde til knaldet.

Jeg tror faktisk, at vi er enige, men vi måske bruger lidt forskellige ord. Hvis vi sammenligner med et overlydsfly, så larmer motoren i sig selv, men den bidrager ikke til overlydsbraget (der sker ikke rigtig en komprimering af lydbølgerne fra den). Når flyets skrog rammer luften, så skaber den bevægelse i luften, og det er jo det, som lyd er. Når det flyver overlyds, så komprimeres meget af denne bevægende luft bare sammen til en samlet chokbølge.

Jeg har faktisk fundet denne artikel fra en Noise Control konference, hvor de nævner de akustiske effekter forårsaget af kuglens rotation og bevægelse som årsagen til knaldet. Artiklen tyder på at problemet ikke kan reduceres til et spørgsmål om hvor meget luft der bliver flyttet, og dermed til projektilets tværsnit på det bredeste.

Jeg er enig i at "frekvensen" er ret ens uanset projektilets facon, men jeg har en idé om at projektilets form kan have en vis effekt over hvor meget en kugle larmer.

Artiklen: http://www.cervus.de/publikationen/HiInternoise01.pdf

Jeg læser det lidt anderledes. De skriver, at hvis man vil beregne den samlede lydenergi, så kan starte med den kinetiske energi, som projektilet taber ved deceleration (både bevægelse og rotation). Hvor bliver den af? Noget bliver til friktion (varme) fra rotation og bevælelse, noget bliver til kinetisk energi i den flyttede luft, og noget bliver til lydenergi. Så med E(deceleration) = E(friktion) + E(flyttet luft) + E(lyd) kan man, hvis man kender de 3 første led, udlede det sidste.

[Julle]

Hej igen,

Mange tak til jer alle hver især for de gode svar og kommentarer samt den gode dialog.

Det jeg tager med mig er, at kaliber betyder meget, projektiludformning måske lidt og hastighed formentlig ingenting (så snart man er supersonic).

Og grunden til at .308W er et oplagt valg til dæmpning ikke er specielt relateret til ovenstående - men fordi den patron "kører langt på literen" da den giver en relativ høj hastighed med relativ lav krudtmænde og dæmperen har noget lettere ved at "æde" gasserne fra en .308W end fra en 30-06 eller 300 win mag. Så det har altså med den anden lydkilde at gøre - den fra krudtforbrændingen i patronen.

Desuden er .308W jo oplagt i piber ned til 40-50 cm længde (som let kan bære en dæmper) mens 30-06 og opefter helst skal op i længere pibelængder for udnytte den ekstra energi der bliver frigivet.

Igen - tak

Julle