今天，咱們來深挖超聲速飛行背后那些超有意思的知識，干貨滿滿！ 先聊聊超聲速飛行時飛機機艙里的聲學(xué)現(xiàn)象。不少人好奇，超聲速飛行的飛機，是不是能把所有聲音都遠遠甩開，讓機艙里安靜得落針可聞？ 網(wǎng)上就有說法，飛機速度超過聲速，聲音全被甩在后面，機艙自然無比安靜，甚至有人猜測，以前超聲速客機服役時，乘客連彼此交談都聽不見。事實究竟如何呢？ 打個比方，咱們把聲音想象成水面的漣漪，要是你在水里游動的速度比漣漪擴散速度還快，那這些漣漪就很難影響到你。 超聲速飛行也是同理，飛機確實能甩掉通過機身外空氣傳播的那部分聲音，所以機艙內(nèi)會相對安靜些。
乘客之間交流的聲音可不會莫名消失。這是因為，機艙內(nèi)部的空氣是跟著飛機一同前行的，相對飛機而言，幾乎處于靜止狀態(tài)，在這片相對靜止的空氣中產(chǎn)生的聲音，自然能夠正常傳播。 而且發(fā)動機運轉(zhuǎn)的震動、機身與外部空氣摩擦產(chǎn)生的震動，也會順著飛機結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)至機艙，再借助機艙內(nèi)的空氣傳入咱們耳朵里。 所以說超聲速飛行時，只是外界空氣傳播的聲音被甩掉了，機艙并非完全無聲，還是會有一些聲響的。 說完機艙，咱們再來看看飛機超聲速飛行時，外部會發(fā)生什么狀況。想必不少同學(xué)都聽過“音障”或者“聲障”這個詞，其實在如今的專業(yè)文獻里，它已經(jīng)很少出現(xiàn)了，算是個“老古董”詞匯。 早年人類還沒攻克超聲速飛行技術(shù)難關(guān)，飛機只要一接近聲速，各種棘手問題就扎堆冒頭，像是阻力驟然增大、操縱穩(wěn)定性瞬間變差，動力還會急劇下滑，人們就籠統(tǒng)地把這類現(xiàn)象叫做音障。 現(xiàn)在超聲速飛行都不算稀罕事了，這個詞基本只在回顧航空歷史時才會被提起，因為它并非某個精準的單一現(xiàn)象。 那超聲速飛行真正標志性的現(xiàn)象是什么呢？這就得提到“激波”。
飛機高速飛行時，會擾動周圍空氣，使其產(chǎn)生向四面八方擴散的弱擾動波，這其實也屬于廣義的聲波，你可以想象飛機就像在原地吹出一個個不斷變大的泡泡。 當飛機的飛行速度和泡泡變大的速度一致時，飛機就始終處于泡泡的邊緣位置，源源不斷產(chǎn)生的弱擾動波在這里不斷疊加，強度越來越高，最后就形成了激波。 要是把超聲速飛行狀態(tài)下產(chǎn)生的激波畫出來，你會發(fā)現(xiàn)它呈現(xiàn)出一個規(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常見誤區(qū)，很多同學(xué)以為只有飛機跨越聲速的瞬間才會產(chǎn)生音爆，其實并非如此，不管是跨聲速階段，還是已經(jīng)穩(wěn)定超聲速飛行，只要激波足夠強烈、能夠被地面人員聽見，就會出現(xiàn)音爆現(xiàn)象。 下面我再教大家一個超實用的航空小技巧——看圖估算馬赫數(shù)。飛機外面有時會出現(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的。要注意哦，有這種云可不意味著飛機一定處于超聲速狀態(tài)。
要是飛行過程中有激波產(chǎn)生，這種云就更容易現(xiàn)身，畢竟激波所在之處，空氣壓強會發(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，和空氣流動方向所夾的角，就是“馬赫角”。 算出這個角的正弦值，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，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，算出來的這個數(shù)值，指的是這個局部位置氣流的馬赫數(shù)，可不是飛機整體的馬赫數(shù)哦。
為啥呢？你仔細瞧瞧飛機周身，不同部位產(chǎn)生的云角度都不一樣，這恰恰說明飛機各個地方的馬赫數(shù)并不相同。 結(jié)合咱們講過的飛機馬赫數(shù)知識就能明白，有時候飛機整體馬赫數(shù)還沒超過1，但機身或者機翼某些局部區(qū)域的空氣馬赫數(shù)已經(jīng)超1了； 反過來，飛機整體馬赫數(shù)超過1時，機身上說不定還有個別地方馬赫數(shù)沒達標呢。 這下，大家清楚為啥飛機的跨聲速是一個馬赫數(shù)范圍，而非剛好卡在馬赫數(shù)1了吧？ #太空##科普##聲速##飛行#
|
