飞机突破音速瞬间,看到声音被甩在后面的样子!

超音速飞机在突破音障时,如果天气条件允许,会出现普朗特-格劳厄脱凝结云,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。

这是由于激波面后方因气压降低导致温度的降低,进而引起水气凝结。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。这个低压带会随着离机身的距离增加,而迅速消失。

在平静的水面上,如果投一块石头,水面上立刻会出现一圈一圈的水波向四周传播,波及整个水面。但如果是在水面上运动的物体在水中激起的水波是从艇前开始,呈一楔形向外传播。其前缘密集,波浪很大,而后面波浪就很小。这种波称为楔形水波。此波随同快船一道前进,波及的范围始终在楔形之内。

当飞机在空中作超音速飞行时,在机头或突出部分,也会象水中前进的快艇一样出现一种楔形或锥形波,这就是激波。当它们向外传播时,便互相干扰和影响,然后汇集成一道包罗机头的前激波和一道尾随机尾的后激波。

高速冲击之下的空气可被视为是处于绝热过程之下的,因此压力变化会引发空气温度的改变。在潮湿的空气里,冲击波中空气最稀薄的部分(贴近航空器的区域)温度会降至露点以下,使得空气中的水份快速凝结,形成可见的雾锥。压力的改变离航空器越远越小,因此凝结现象只会出现在航空器的前端周遭,并呈锥状。

人们在实践中发现,在飞行速度达到音速的十分之九,即马赫数M0.9空中时速约950公里时,局部气流的速度可能就达到音速,产生局部激波,从而使气动阻力剧增。要进一步提高速度,就需要发动机有更大的推力。

更严重的是,激波能使流经机翼和机身表面的气流,变得非常紊乱,从而使飞机剧烈抖动,操纵十分困难。同时,机翼会下沉、机头往下栽。如果这时飞机正在爬升,机身会突然自动上仰。这些讨厌的症状,都可能导致飞机坠毁,这就是所谓“音障”问题。

航天飞机发射25秒至33秒之后,速度超过音速,即可见冷凝云出现在前缘。一些核子试爆的档案影片也记录了这种效应,1946年美国十字路行动进行水下试爆,核爆所产生的冲击波前端形成了短暂的冷凝雾云。

实际上,低空飞行速度虽然没达到或超过声速,只要飞行速度足够大,在飞机机翼等地方就会出现局部超声速气流,这时也会出现局部激波,从而产生局部凝结云。在海平面上的飞行表演就会出现低空局部凝结云,这时飞机的飞行速度并没有超过声速。

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