疯狂机械控|飞机突破音速瞬间,看到声音被甩在后面的样子!

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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 。

【疯狂机械控|飞机突破音速瞬间,看到声音被甩在后面的样子!】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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