音障


一架隶属美国海军第122「飞鹰」打击战斗机中队(VFA-122 "Flying Eagles")的F/A-18F超级大黄蜂,在低空飞行的状态下突破音障的瞬间。

音障是历史上(主要是第二次世界大战期间)对飞行器尝试跨越声速飞行遇到困难的称呼。这一说法在1950年代以後随着跨声速飞行的广泛实现已渐不多见。

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,由於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,最终形成空气中压强、温度、速度、密度等物理性质的一个突变面——激波(或称震波,Shock Wave)面。激波的形成是超音速飞行的典型特徵。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被俗称为音障。另外,在早期飞机的设计中,由於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」。事实上,音障一词的名声大噪更多地来自於媒体的炒作及大众的误解,而非更加深刻的物理实质。

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,所以又称音锥。音锥在听觉上是一声短暂而极其强烈(可能超越人耳的听阙)的爆炸声,故称为音爆或声爆(Sonic Boom)。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),表现为以飞机为中心轴、从机翼前段开始向四周均匀扩散的圆锥状云团。这是由於激波面後方以气压降低导致温度的降低,引起水气凝结导致的。水气凝结变成微小的水珠後,肉眼看来就像是云雾般的状态。这个低压带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

One thought on “音障

  1. 我小时候听见过战斗机突过音障的声音,尽管是在3000米高,还是把地面的人吓到大惊,窗户玻璃竟然也被震碎了!

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