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这架飞机真的突破音障了吗?

已有 9841 次阅读 2010-9-17 16:33 |个人分类:科学普及|系统分类:科普集锦

 

这幅图经常被冠以“飞机突破音障”等题目在网上流行。这个标题可以说既准确又不准确。说它准确是因为这架飞机的飞行速度已经接近音速,是在所谓“跨音速”范围内飞行。说它不准确是因为其飞行速度尚未达到音速。

音障就是飞机在速度接近音速时阻力上升带来的障碍。不过很多不了解的人把照片中那个水汽组成的墙当作音障,因而所有“突破音障”的照片几乎都是这样,一架飞机被水雾环绕,于是,~飞机在突破音障。

上面这幅图是维基百科上用来解释“跨音速”的示意图。从上到下,马赫数(飞机速度与当地音速之比)从0.72升到0.77,再上升到0.82。从图上可以看出,所谓“跨音速”是流场中同时存在超音速和亚音速区的流动现象。在飞机速度低于音速时,由于飞机表面弯曲,某些局部的流速可能已经达到超音速,此时飞机上将有一个超音速区。在超音速区内,由于速度很高,因此气流温度下降,进而导致空气中的水汽析出,并因此构成水雾。在超音速区的下游有一道强压缩波(激波),这道激波使空气温度上升,因此水雾在这道波后就消失了。

第一幅图中的飞机就是这种状态,仔细看的话可以发现,水雾前后都有明显的边界,前面的边界就是达到音速的曲面,称为“音速面”,后面的边界就是激波。正是由于激波的出现,飞机阻力才大幅度上升。等到飞机真正达到超音速时,激波将在飞机头部形成,这时水雾将全部消失。也就是说,水雾出现时,飞机还没到超音速,水雾出现又消失的时候有两种可能,一种是飞机已经达到超音速,另一种是平凡的,即飞机又减速到亚音速了。

最后再谈一个问题。水雾的出现除了与飞机的飞行速度有关,同时还与当地大气条件有关,也就是说空气中要含有足够的水分,甚至是在接近饱和的时候才能出现水雾,否则即使飞机进入跨音速区也仍然不会出现水雾。



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