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飛機從亞音速飛到超音速會發生什么?

來源:科普中國-軍事科技前沿2020-11-19 17:35

  出品:科普中國

  作者:岳江鋒

  策劃:宋雅娟

  監制:光明網科普事業部

  網友提問:飛機從亞音速飛到超音速會發生什么?

  專家解答:

當地時間2020年9月30日中午,法國首都巴黎的上空傳出“巨大爆炸聲”。后經證實,該爆炸聲是由一架戰斗機突破音障導致。據悉,該飛機必須緊急高速飛往一架與空中交通管制部門失去聯系的客機進行檢查,國防部已經批準其可以突破音障。那么音障到底是什么,為什么這么可怕呢?

眾所周知,聲音在空氣中的傳播像水中投入石子產生的水波一樣,通過波的形式向外傳播,這就是聲波。我們平時聽見的聲音就是聲波傳入耳內使鼓膜震動而產生的。當飛機在空中作超音速飛行時,在機頭或突出部分,也會像水中前進的快艇一樣出現一種楔形或錐形波,這就是激波。飛機所發出的疏密狀的音波無法跑到飛機前方,所以就全部疊在機身后方,形成了圓錐形狀的音錐。當它們向外傳播時便互相干擾和影響,然后匯集成一道包羅機頭的音爆前激波和一道尾隨機尾的后激波。

飛機在作亞音速飛行時無激波產生,這時影響其空氣動力特性的主要因素是粘性和氣流分離。飛機飛行速度接近音速時,會有一股強大的阻力,使物體產生強烈的振蕩,速度衰減。這一現象被稱為音障。當突破音障時,由于物體本身對空氣的壓縮無法迅速傳播,逐漸在物體的迎風面積累而最終形成激波面,在激波面上聲學能量高度集中。這些能量傳到人們耳朵里時,會讓人感受到短暫而極其強烈的爆炸聲,稱為音爆。

音爆只有在飛機作超音速飛行時才會出現。飛機在超音速飛行時產生的強壓力波,傳到地面上形成如同雷鳴的爆炸聲。在突破音障時伴隨的一個奇特現象便是音爆云,這是由于在激波面后方由于氣壓增加而壓縮周圍空氣,使水氣凝結形成微小的水珠,看上去就像云霧一般。這種云霧通常只能持續幾秒鐘,轉瞬即逝。因此,音爆云常見于戰斗機和艦載機。在海面上空氣非常濕潤,激起的云霧更大更漂亮,就像給飛機套上一件天鵝裙。如果能親眼看到,場面相當壯觀。

飛機從亞音速飛到超音速會發生什么?

飛機突破音障產生的音爆云(圖片來自網絡)

專家介紹:岳江鋒,原中國國防科技信息中心軍事刊物主編,畢業于解放軍國防科技大學,曾在軍中服役20余年,現為某研究所高級工程師、項目總師,獲軍隊科技進步二等獎1項,三等獎3項,在多家網絡媒體發表文章百余篇,并創建了“謝武軍事”公眾號。

[ 責編:張夢凡 ]
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