音障
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音障(英语:Sound barrier),是一种物理现象。当物体(通常是航空器)的速度接近音速时,将会逐渐追上自己发出的声波。此时,由于机身对空气的压缩无法迅速传播,将逐渐在飞机的迎风面及其附近区域积累,最终形成空气中压力、温度、速度、密度等物理性质的一个突变面——激波(Shock Wave,又译冲击波、骇波或震波)面。激波的形成是超音速飞行的典型特征。激波面将增加空气对飞行器的阻力,这种因为音速造成提升速度的障碍俗称为音障。另外,在早期飞机的设计中,由于对跨音速空气动力学了解尚少,所以曾多次发生飞机试图超越音速时解体或者失控坠毁的严重事故,有人把这一时期困扰飞机制造业的难题也称为“音障”[1]。1947年10月14日,贝尔X-1型研究机首次突破音障。[2]
飞行器进入超音速飞行形成的激波面,是声学能量的高度集中面,又称音锥。音锥在听觉上是一声短暂而极其强烈(可能超越人耳听力上限的)的爆炸声,故称为“音爆”或“声爆”。强烈的音爆不仅会对地面建筑物产生损害,也会给飞行器本身跨越冲击面的部分造成巨大的压力,所以各国一般都禁止超音速飞机在住宅区上空突破音速。
除此之外,跨音速飞行常常伴随的一个效应称为普朗特-格劳厄脱凝结云(Prandtl-Glauert condensation clouds),其特征是一个以飞机为中心轴、从机翼前段开始向四周均匀扩散的圆锥状云团。这是由于机翼引起气流加压加速,进而引起水气凝结导致。水气凝结变成微小的水珠后,肉眼看来就像是云雾般的状态。这个高速区会随着离机身的距离增加而迅速消失。值得一提的是,普朗特-格劳厄脱凝结云并非只能在跨音速飞行中看到,与激波也没有必然的联系,它仅仅表征了空气具有一定的可压缩性。在合适的条件下,尚未接近音速的飞机也能在自己周围产生普朗特-格劳厄脱凝结云[3]。
参考资料
[编辑]- ^ Sound Barrier (Cambridge University Press)
- ^ “整个世界都安静了”——突破音障(组图)_新浪军事_新浪网. jczs.news.sina.com.cn. [2022-12-13].
- ^ Prandtl-Glauert Condensation Clouds (Cambridge University Press)
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