當飛行速度接近音速,音波便會在飛機前面堆積,很危險也很有趣
從某種角度來講,人類的發展史就是一場對於速度的追求史。
早先,人們利用雙腿奔跑,慢慢的,人們開始藉助動物提升自己的移動速度。當科學出現之後,人類移動的能力飛速提升,汽車、火車相繼出現。
不過,人們覺得這還不夠快,於是開始抬頭仰望天空,隨著萊特兄弟造出的第一架飛機,人類終於實現了飛天的夢想。飛機的出現大大縮短了人與人之間的距離,將世界連為一體。然而,人們還是無法抑制自己對速度的追求,於是提升飛機的飛行速度成為了一個持續的研究方向,終於,飛機追上了音速。
音速,就是聲音的運行速度,標準條件下的音速為每秒340米,當飛機的飛行速度接近音速,一件有趣的事情就會發生。
我們可以想像一下,飛機的飛行並不是寂靜無聲的,事實上飛機飛行會產生很大的聲音,而聲音一旦出現則會以聲波的形式向前傳遞,通常情況下,我們是看不見聲波的,因為它的速度很快,一瞬間就離我們遠去了。
然而當飛機的飛行速度達到音速的90%,情況就截然不同了。此時的聲波會在飛機前方發生堆積,一批又一批的聲波堆疊在飛機的前方,形成一道由聲音所組成的屏障,我們稱之為音障。
不僅如此,接近音速的飛行還會使得飛機周圍的局部氣流達到音速,進而產生局部激波,這股局部激波會給飛機的飛行帶來諸多不便,平飛時,激波會導致飛機劇烈抖動、機翼下沉,若是正在爬升,那麼則會引起飛機急速上仰,這些都是非常危險的情況。
而要改變這種情況,實現速度的飛躍,就必須要突破音障,實現超音速飛行。要突破音障絕對是個技術活,雖然人類首次突破音障時依靠的是強大的發動機推力,但這種辦法顯得過於笨拙,所以人們開始在飛機的外形上下功夫,所以現在我們能夠輕易分辨出超音速飛機和亞音速飛機。
為了能夠成功突破音障,超音速飛機的機翼通常被設計得又薄又短。
一種更為簡單的辦法就是將機翼做成三角形的樣子,這樣就能夠增大前緣的後掠角,我們比較熟悉的幻影2000就是一個典型的例子。
在飛機穿過音障的時候,會出現一個有趣的景觀,在飛機的周圍會形成一股雲霧,現在認為這是因為周圍空間壓力驟降所引起的,但並不完全確定。那麼,當飛機的飛行速度超越了音速會怎樣呢?會發生另外一件有趣的事情,那就是音爆。當飛機超越了音速、突破了音障,飛機飛行所發生的聲音的飛行速度就比不上飛機了。
此時,這些聲音會堆疊在飛機的後方,慢慢的形成一個圓錐的形狀,我們稱之為音錐。
無數的聲音堆疊在這裡,我們能夠想像是一種多麼如雷貫耳的感覺。
音錐並不會一直在飛機的後方,如果飛機減速,這股音錐追了上來,我們就會在瞬間聽到所有累積起來的聲音,這時你才能夠真正理解到底什麼叫做「巨響」。現而今,超越音速飛行早已經不是什麼難事,大多數的機型都可以實現超音速飛行,當然,也還有一些亞音速飛機,而飛行速度最快的飛機甚至已經實現了三倍音速,未來的飛機速度能夠達到何種程度,我們還將拭目以待。
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