突破声障

简介

1740年，罗宾斯进行实验时，炮弹的时速超过820英里。即大于空气中的声波传播速度（约每小时760英里）,在实验中他发现牛顿的平方阻力公式只适用于运动速度较低的情况。当运动速度比较高时，阻力的增加远较此公式所给出的为快。有时甚至高达3-4倍，特别是在运动速度到达声速之前，阻力出现一个非常突然的增加，过了声速以后，阻力又开始下降，逐渐趋向正常值，这种阻力在声速附近突然上升的现象就是所谓的”声障”现象

目录

1突破音障2音障的解释突破音障人们在实践中发现，在飞行速度达到音速的十分之九，即马赫数MO.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。由于声波的传递速度是有限的，移动中的声源便可追上自己发出的声波。当物体速度增加到与音速相同时，声波开始在物体前面堆积。如果这个物体有足够的加速度，便能突破这个不稳定的声波屏障，冲到声音的前面去，也就是冲破音障。一个以超音速前进的物体，会持续在其前方产生稳定的压力波(弓形震波)。当物体朝观察者前进时，观察者不会听到声音；物体通过后，所产生的波(马赫波)朝向地面传来，波间的压力差会形成可听见的效应，也就是音爆.当飞机的飞行速度比音速低时，同飞机接触的空气好像“通信员”似的，以传递声音的速度向前“通知”前面即将遭遇飞机的空气，使它们“让路”。但当飞机的速度超过音速时，飞机前面的空气因来不及躲避而被紧密地压缩在一起，堆聚成一层薄薄的波面——激波，激波后面，空气因被压缩，使压强突然升高，阻止了飞机的进一步加速，并可能使机翼和尾翼剧烈振颤而发生爆炸。而音障不单单仅有声波，还有来自空气的阻力，当飞行物体要接近1马赫（声速单位）飞行时，前方急速冲来的空气不能够像平常一样通过机身扩散开，于是气体都堆积到了飞行体的周围，产生极大的压力，也会引发出一种看不见的空气旋涡，俗称“死亡漩涡”这也被叫做音障，如果机身不作特殊加固处理，那幺将会被瞬间摇成碎片。音障的解释 物体与流体发生相对运动时，会对流体产生扰动。下面，以飞机与大气的扰动为例，当飞机引起大气的扰动之后，这个扰动将以波的形式向空间传播。理想的形式为球面波。但根据相对运动原理，在1时刻飞机在地点1引起球面波1，之后飞机以v的速度前行，球面波以u的速度扩散，在2时刻飞机在地点2引起球面波2，两者速度不变。如此积累，因为飞机始终在向前，则若干波的叠加后形状。以上是飞机匀速飞行的情况，若飞机加速，则情况更加明显。 如果飞机速度没有超音速，即v<u，则波始终在飞机之前。但当v=u时，则飞机与波开始保持静止。飞机继续加速，v>u时，第一次引起的扰动波将与以后引起的扰动波叠加，并始终处于飞机前部不远处。这个不断叠加的波就是我们通常所谓的激波了。接近音障第二次世界大战后期，战斗机的最大速度，已超过每小时700公里。要进一步提高速度，就碰到所谓“音障”问题。声音在空气中传播的速度，受空气温度的影响，数值是有变化的。飞行高度不同，大气温度会随着高度而变化，因此音速也不同。在国际标準大气情况下，海平面音速为每小时1227.6公里，在11000米的高空，是每小时1065.6公里。时速700多公里的飞机，迎面气流在流过机体表面的时候，由于表面各处的形状不同，局部时速可能出700公里大得多。当飞机再飞快一些，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。这种“音障”， 曾使高速战斗机飞行员们深感迷惑。每当他们的飞机接近音速时，飞机操纵上都产生奇特的反应，处置不当就会机毁人亡。第二次世界大战后期，英国的喷火式战斗机和美国的“雷电”式战斗机，在接近音速的高速飞行时，最早感觉到空气的压缩性效应。也就是说，在高速飞行的飞机前部，由于局部激波的产生，空气受到压缩，阻力急剧增加。“喷火”式飞机用最大功率俯冲时，速度可达音速的十分之九。这样快的速度，已足以使飞机感受到空气的压缩效应。为了更好地表达飞行速度接近或超过当地音速的程度，科学家採用了一个反映飞行速度的重要参数：马赫数。它是飞行速度与当地音速的比值，简称M数。M数是以奥地利物理学家伊·马赫的姓氏命名的。马赫曾在19世纪末期进行过枪弹弹丸的超音速实验，最早发现扰动源在超音速气流中产生的波阵面，即马赫波的存在。M数小于1，表示飞行速度小于音速，是亚音速飞行；M数等于1，表示飞行速度与音速相等；M数大于1，表示飞行速度大于音速，是超音速飞行。第二次世界大战后期，飞行速度达到了650-750公里/小时的战升机，已经接近活塞式飞机飞行速度的极限。例如美国的P-5lD“野马”式战斗机，最大速度每小时765公里，大概是用螺旋桨推进的活塞式战斗机中，飞得最快的了。若要进一步提高飞行速度，必须增加发动机推力但是活塞式发动机已经无能为力。航空科学家们认识到，要向音速冲击，必须使用全新的航空发动机，也就是喷气式发动机。