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什么是音障和音爆(带你了解其产生的原因)

来源: admin 2020-12-7 17:51 显示全部楼层 |阅读模式
什么是音障和音爆(带你了解其产生的原因) 15264W932-0.jpg
图、飞机以2.92马赫的速度形成音爆圆锥角约20°,当圆锥边缘的冲击波穿越观察者的方位时。观察者会听到响声,但在此之前他听不到。
Fly Knight /文
因为飞行器在空气中运动的物体速度突破音障时,对空气的压缩无法迅速传播,会产生冲击波和巨大的响声,听起来就像爆炸一样。这将在飞行器的迎风面和它附近区域积累,然后形成空气中的密度、速度、压强和温度等物理性质的突变面,我们称之为激波(Shock Wave)面。
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图、战斗机突破音障瞬间
也就是飞行器以超音速飞行时,它的速度比它发出的声音速度还要快。我们也能从其他现象观察到这种现象,例如在驾驶快艇时,汽艇的速度比它形成的水波还要快,我们也会看到水波不在汽艇的周围以圆圈形式传播,而是呈三角形,三角形的顶尖和汽艇的头部重合。
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对于超音速飞行的飞行器而言,由于声波是朝各种方向而传播的,它形成的就不是三角形,而是圆锥形,其中椎体的顶尖位于机身。在此锥形中,飞机的声波被压缩成单个的脉冲,而被飞行器拖着走,并向周围扩散。等飞机飞过去后,我们才会突然感到这个冲击波,这也是音爆现象。
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图、协和式客机(Concorde)以2倍音速飞行时,飞机表面加热情况
超音速飞行的典型特征便是形成激波,激波面将增加空气对飞行器的阻力,所以这种因音速造成提升速度的障碍也被称为音障。飞行器从亚音速飞行在跨音速时,由于空气压缩性程度不同所遇到的湍流障碍。剧烈的抖振和不同程度的失控也可能在该速度下出现。
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飞行器在超音速飞行时会形成激波面,这在声学能量的高度集中面又被称为音锥。音锥在传导到地面会发出一声短暂而爆裂的爆炸声(人耳所接受的极限),这种声音又被称为“音爆”。强烈的音爆但会对地面的建筑物造成破坏,也会对飞行器本身跨越冲击面的部分造成很大压力,所以各国都禁止超音速飞机在住宅区飞跃,这也是“协和”号服役时,它的航线多用于纽约飞巴黎和伦敦,一般在大西洋上空才使用超音速巡航。
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音爆的声音大小和飞机的外形以及和观察者之间的位置相关。一般,音爆听起来像两声沉闷的爆炸响,而此时观察者和飞行器还有一段距离。人民通常误以为从次音速到超音速只会产生一次音爆。而现实中,整个超音速飞行过程,音爆在接地区域时整个音爆处于持续状态,也就是飞行器飞到哪,声音就会持续到哪。
协和式客机的飞行员可以忽略上述问题,因为在飞机上什么也听不到,而只会看到压力波在移动。


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