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飞机出现音爆云 就已经进入音速了吗?

少儿编程网2019-08-13 10:55:02儿童科普文章 人已围观 来源:科普中国

简介当飞机加速时,机身附近常常会出现锥状云雾,很多人认为这是飞机进入音速的证明,人们将它称为“音爆云”。那么,事实真是如此吗?音爆又是什么呢?  在了解音爆云之前,我们需要先了解音障这个概念。在二战时期,受科技水平的限制,飞行器尝试跨越音速飞行遇到困难被称为“音障”。到了现代社会,音障拥有了新的定义——物体运行速度接近音速时产生了强大阻力,这种阻力会让飞机速度衰减并产生强烈的震荡。音障问题曾经困扰了各

当飞机加速时,机身附近常常会出现锥状云雾,很多人认为这是飞机进入音速的证明,人们将它称为“音爆云”。那么,事实真是如此吗?音爆又是什么呢?

在了解音爆云之前,我们需要先了解音障这个概念。在二战时期,受科技水平的限制,飞行器尝试跨越音速飞行遇到困难被称为“音障”。到了现代社会,音障拥有了新的定义——物体运行速度接近音速时产生了强大阻力,这种阻力会让飞机速度衰减并产生强烈的震荡。音障问题曾经困扰了各国飞行专家很多年,也为飞行带来了不少麻烦。

研究发现,当飞行速度超过音速的十分之九时,局部气流的速度已经达到了音速,并产生了局部激波,这不仅使气动阻力急剧增加,还会造成飞机剧烈抖动、操作困难,甚至坠毁。不过,随着技术的发展,人们对机型设计不断改进(比如设计出后掠机翼减小局部气流速度、延缓局部激波出现以减少阻力),发动机也在不断更新,音障问题已经成为了一个历史名词。在20世纪50年代,各国曾掀起一阵制造超音速飞机的狂潮,不过,后来实践发现高空高速并不实用,这种狂热才得以平息。

那么,广受军事摄影爱好者喜爱的音爆云到底是什么呢?用定义解释,音爆云是飞行器飞行时出现的一种自然现象。当飞行器的速度达到音速上下(1224千米/时(km/h))时,就会压缩周围的空气,出现激波或局部激波,从而使空气中的水汽凝结成云,学名为普朗特-格劳厄凝结云(Prandtl-Glauert condensation clouds)。

所以,确切来说,音爆云应该叫凝结云才比较正确。凝结云分为三种:低亚声速不规则凝结云、高亚声速锥形凝结云、超声速锥形凝结云。只有超音速锥形凝结云才是飞机突破音障后产生的现象。所以凝结云可以理解为飞机近音速飞行时,在一定天气条件下所形成的视觉体现。很多人都认为只要突破音速就会出现音爆云,这种理解也是不正确的。音爆云只在特定条件下(出现激波或局部激波,并且大气水汽含量足够高和飞机附近的局部温度分布足够低)才会出现,所以在出现局部激波时产生凝结云时,飞行速度并没有达到或超过音速。

实际上,低空飞行速度虽然没达到或超过音速,但是,只要飞行速度足够大,在飞机机翼等地方就会出现局部超音速气流,这时也会出现局部激波,从而产生局部凝结云。在海平面上的飞行表演就会出现低空局部凝结云,这时飞机的飞行速度并没有超过音速。

本文由空军指挥学院教授徐邦年进行科学性把关。

来源:科普中国  版权所有:科普中国-科学为你解疑释惑


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