音障

维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索
一架正在穿越音障的美國海軍F/A-18F超級大黃蜂戰鬥機,注意到機身周圍激波面附近由于普朗特-格劳厄脱奇点(Prandtl-Glauert singularity)效应產生的圓錐形雲霧。

音障(Sound barrier),是一種物理現象。當物體(通常是航空器)的速度接近音速時,將會逐漸追上自己發出的聲波。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,最终形成空气压强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飛行器的阻力,這種因為音速造成提升速度的障礙被俗稱為音障。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”。事实上,音障一词的名声大噪更多地来自于媒体的炒作及大众的误解,而非更加深刻的物理实质[1]

飞行器進入超音速飞行形成的激波面,是声学能量的高度集中面,所以又称音錐。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,故稱為「音爆」或「聲爆」。強烈的音爆不僅會對地面建築物產生損害,也会给飛行器本身跨越衝擊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),其特徵是一個以飞机為中心軸、从机翼前段开始向四周均勻擴散的圓錐狀雲團。这是由於机翼引起气流加速,空气内能转化为动能,导致温度的降低,進而引起水气凝结导致。水气凝結變成微小的水珠後,肉眼看來就像是雲霧般的狀態。這個高速区會隨著離機身的距離增加而迅速消失。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,它仅仅表徵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[2]

參考資料[编辑]