今天，咱們來(lái)深挖超聲速飛行背后那些超有意思的知識(shí)，干貨滿滿！ 先聊聊超聲速飛行時(shí)飛機(jī)機(jī)艙里的聲學(xué)現(xiàn)象。不少人好奇，超聲速飛行的飛機(jī)，是不是能把所有聲音都遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩開(kāi)，讓機(jī)艙里安靜得落針可聞？ 網(wǎng)上就有說(shuō)法，飛機(jī)速度超過(guò)聲速，聲音全被甩在后面，機(jī)艙自然無(wú)比安靜，甚至有人猜測(cè)，以前超聲速客機(jī)服役時(shí)，乘客連彼此交談都聽(tīng)不見(jiàn)。事實(shí)究竟如何呢？ 打個(gè)比方，咱們把聲音想象成水面的漣漪，要是你在水里游動(dòng)的速度比漣漪擴(kuò)散速度還快，那這些漣漪就很難影響到你。 超聲速飛行也是同理，飛機(jī)確實(shí)能甩掉通過(guò)機(jī)身外空氣傳播的那部分聲音，所以機(jī)艙內(nèi)會(huì)相對(duì)安靜些。
乘客之間交流的聲音可不會(huì)莫名消失。這是因?yàn)椋瑱C(jī)艙內(nèi)部的空氣是跟著飛機(jī)一同前行的，相對(duì)飛機(jī)而言，幾乎處于靜止?fàn)顟B(tài)，在這片相對(duì)靜止的空氣中產(chǎn)生的聲音，自然能夠正常傳播。 而且發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的震動(dòng)、機(jī)身與外部空氣摩擦產(chǎn)生的震動(dòng)，也會(huì)順著飛機(jī)結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)至機(jī)艙，再借助機(jī)艙內(nèi)的空氣傳入咱們耳朵里。 所以說(shuō)超聲速飛行時(shí)，只是外界空氣傳播的聲音被甩掉了，機(jī)艙并非完全無(wú)聲，還是會(huì)有一些聲響的。 說(shuō)完機(jī)艙，咱們?cè)賮?lái)看看飛機(jī)超聲速飛行時(shí)，外部會(huì)發(fā)生什么狀況。想必不少同學(xué)都聽(tīng)過(guò)“音障”或者“聲障”這個(gè)詞，其實(shí)在如今的專業(yè)文獻(xiàn)里，它已經(jīng)很少出現(xiàn)了，算是個(gè)“老古董”詞匯。 早年人類(lèi)還沒(méi)攻克超聲速飛行技術(shù)難關(guān)，飛機(jī)只要一接近聲速，各種棘手問(wèn)題就扎堆冒頭，像是阻力驟然增大、操縱穩(wěn)定性瞬間變差，動(dòng)力還會(huì)急劇下滑，人們就籠統(tǒng)地把這類(lèi)現(xiàn)象叫做音障。 現(xiàn)在超聲速飛行都不算稀罕事了，這個(gè)詞基本只在回顧航空歷史時(shí)才會(huì)被提起，因?yàn)樗⒎悄硞€(gè)精準(zhǔn)的單一現(xiàn)象。 那超聲速飛行真正標(biāo)志性的現(xiàn)象是什么呢？這就得提到“激波”。
飛機(jī)高速飛行時(shí)，會(huì)擾動(dòng)周?chē)諝?，使其產(chǎn)生向四面八方擴(kuò)散的弱擾動(dòng)波，這其實(shí)也屬于廣義的聲波，你可以想象飛機(jī)就像在原地吹出一個(gè)個(gè)不斷變大的泡泡。 當(dāng)飛機(jī)的飛行速度和泡泡變大的速度一致時(shí)，飛機(jī)就始終處于泡泡的邊緣位置，源源不斷產(chǎn)生的弱擾動(dòng)波在這里不斷疊加，強(qiáng)度越來(lái)越高，最后就形成了激波。 要是把超聲速飛行狀態(tài)下產(chǎn)生的激波畫(huà)出來(lái)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它呈現(xiàn)出一個(gè)規(guī)則的圓錐形，這就是大名鼎鼎的“馬赫錐”。要是激波傳播到地面，人們聽(tīng)到的那聲如同爆炸般震耳欲聾的巨響，就是“音爆”。 這里要糾正大家一個(gè)常見(jiàn)誤區(qū)，很多同學(xué)以為只有飛機(jī)跨越聲速的瞬間才會(huì)產(chǎn)生音爆，其實(shí)并非如此，不管是跨聲速階段，還是已經(jīng)穩(wěn)定超聲速飛行，只要激波足夠強(qiáng)烈、能夠被地面人員聽(tīng)見(jiàn)，就會(huì)出現(xiàn)音爆現(xiàn)象。 下面我再教大家一個(gè)超實(shí)用的航空小技巧——看圖估算馬赫數(shù)。飛機(jī)外面有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一種特殊的云，叫普朗特-格勞厄脫尼凝結(jié)云，它是氣壓急劇變化催生出來(lái)的。要注意哦，有這種云可不意味著飛機(jī)一定處于超聲速狀態(tài)。
要是飛行過(guò)程中有激波產(chǎn)生，這種云就更容易現(xiàn)身，畢竟激波所在之處，空氣壓強(qiáng)會(huì)發(fā)生劇烈變化，為云的形成創(chuàng)造了有利條件。 那怎么判斷哪些云的出現(xiàn)意味著有激波呢？關(guān)鍵就看云的邊緣輪廓，要是邊緣清晰利落，還恰好呈錐形，大概率這云的形狀就是馬赫錐，而云前沿的這條邊緣，和空氣流動(dòng)方向所夾的角，就是“馬赫角”。 算出這個(gè)角的正弦值，再用1除以它，得到的數(shù)值就是此處氣流的馬赫數(shù)。比如說(shuō)，咱們看眼前這張圖，圖里的馬赫角大概是60度左右，sin60°等于二分之根號(hào)3，用1除以它，得到的結(jié)果大概是1.15，這就意味著此處氣流的馬赫數(shù)約為1.15。 這里大家要留意啦，算出來(lái)的這個(gè)數(shù)值，指的是這個(gè)局部位置氣流的馬赫數(shù)，可不是飛機(jī)整體的馬赫數(shù)哦。
為啥呢？你仔細(xì)瞧瞧飛機(jī)周身，不同部位產(chǎn)生的云角度都不一樣，這恰恰說(shuō)明飛機(jī)各個(gè)地方的馬赫數(shù)并不相同。 結(jié)合咱們講過(guò)的飛機(jī)馬赫數(shù)知識(shí)就能明白，有時(shí)候飛機(jī)整體馬赫數(shù)還沒(méi)超過(guò)1，但機(jī)身或者機(jī)翼某些局部區(qū)域的空氣馬赫數(shù)已經(jīng)超1了； 反過(guò)來(lái)，飛機(jī)整體馬赫數(shù)超過(guò)1時(shí)，機(jī)身上說(shuō)不定還有個(gè)別地方馬赫數(shù)沒(méi)達(dá)標(biāo)呢。 這下，大家清楚為啥飛機(jī)的跨聲速是一個(gè)馬赫數(shù)范圍，而非剛好卡在馬赫數(shù)1了吧？ #太空##科普##聲速##飛行#
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