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突破音障与音爆云

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发布日期:2022-11-17

激波,音障

“开开,你看,这幅照片上的飞机像穿了一条白纱裙!”心心指着航空博物馆墙上的一张照片说道。

“这个叫做音爆云,虽然持续时间很短,却非常迷人。”开开看着照片解释道。

“音爆云是怎么形成的?”心心好奇地问道。

“不知道,反正战斗机飞行的时候就能形成音爆云,而且还能听到爆炸声。”开开挠挠头回答道。

“其实音爆和音爆云都是一种物理现象。要想了解其原理,还要从飞机在空中飞行的速度说起。”爸爸走过来说道,“就像船在水中行驶,水会以波的形式向外传播一样,飞机在空中飞行,周围的空气受到压缩,也会以波的形式向外传播,这就是声波。飞机飞行的速度不同,其周围空间里声波的波形也会发生变化。”

“哦?会有什么变化呢?”心心再次问道。

“如果飞机的速度比声速慢,那么周围空气就会向外一圈圈的传出声波,但如果飞机的速度达到声速,会怎样呢?”爸爸引导地问道。

“飞机会和声波一起前行?”开开提出自己的想法。

音障,音爆,音爆云

“是的,当飞机以声速或超声速飞行的时候,由于声波无法跑到飞机的前方,那么它们就会全部叠加在一起,在飞机的头部或者突出部分形成锥形波,这道波我们称它为激波。”爸爸点头继续说道,“也就是大气中会产生一个间断面,大量的能量瞬间堆积在很窄的间断面内,在间断面后面空气的压力、温度和密度急剧升高,形成一堵高压、高温和高密度的空气墙,它像一个屏障,给飞机强大的阻力,因此被称为音障。”

“那飞机能够加速穿过音障吗?”心心想象着飞机穿破空气墙的情形。

“可以的,这便是突破音障。当飞机的速度超过声速,就会突破音障,由于激波上汇聚大量能量,这些能量传到人们的耳朵里时,耳鼓膜感受到空气压强的突然变化,就会使人听到短暂且及其强烈的爆炸声,这就是音爆。”

“那音爆云也就是突破音障时产生的了?”开开追问道。

“音爆云又叫普朗特—格劳厄脱凝结云,多发生于飞机超声速飞行时,但有时未达到超声速也可形成音爆云,这是因为音爆云的形成不仅和激波强度有关,还与空气的流速和大气压强有关。”爸爸摇头解释道,“我们都知道空气中存在大量的水蒸气,而飞机在高速飞行的时候,其尾部会出现低温低压区,这个区域的水蒸气就会发生凝结现象,形成云雾,这便是音爆云。音爆云呈现锥形,与飞机的机身垂直,通常只能持续几秒钟。”

“哦,也就是说如果空气太干燥也是不会产生音爆云的。”开开点头道。

“是的。其实马车车夫挥动鞭子催促马匹奔跑,公园里人们甩鞭子锻炼时,鞭子尖速度过快也会产生音爆的,只不过这些音爆声不是那么震耳欲聋罢了。”爸爸补充道。



【知识卡】突破音障与音爆云

飞机在空中飞行,周围的空气受到压缩,也产生声波。当飞机以声速或超声速飞行时,声波相互叠加,会在飞机的头部或者突出部分形成锥形波,即激波。激波在大气中产生了一个高压、高温、高密度的空气墙,会给飞机带来强大的阻力,这便是音障。当飞机的速度超过音速,便会突破音障,此时激波上存在的巨大能量传到人们的耳朵里时,耳鼓膜感受到空气压强的突然变化,就会使人听到短暂且及其强烈的爆炸声,这就是音爆。

音爆云又叫普朗特—格劳厄脱凝结云,它不仅和激波强度有关,还与空气的流速和大气压强有关,是空中水蒸气在飞机尾部低温低压区产生凝结现象,形成云雾所致。音爆云呈现锥形,与飞机的机身垂直,通常只能持续几秒钟。