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  • 1 # 王司徒軍武百科

    對現在的飛機而言,並不會發生什麼很特殊的情況,但在過去,飛機突破音速是一件很困難的事情,受飛機的氣動設計和結構剛性影響,老式飛機每當接近音速時,便會出現被稱為“音障”的阻隔。

    所謂“音障”,其實並不是說聲音能形成牆,而是一種物理現象。在此之前我們需要先了解一下“音速”概念。

    通常人們以“馬赫”來詮釋飛行速度與其現場聲音傳播速度的比率,1馬赫約等於340m/s(1個標準大氣壓),這也是通常情況下聲音在空氣中傳播的速率,所以,當大於1馬赫時,飛機是超音速,小於1馬赫時,飛機是亞音速。

    正因為這個音速=340m/s,飛機低於或高於這個速度都不會發生什麼變化,因為聲音的音波震動在飛機的前面或後面,但如果飛機與聲音速度平行,那麼問題便出現了,機體與音波會產生震動。

    聲音本身就是能量在空氣中的一種震動,當飛行器追上聲音後,隨著機體的不斷同速前進,等於聲波的震動能量會不斷的在機體上疊加累積,繼而形成比較高壓的震波。

    我們知道,飛機的飛行靠的就是機體在流體中執行所產生的高低壓差,由此產生向上的升力,當音障的震波堆疊產生特異高壓後,飛機的流體效能等於給“破了功”,飛行操縱會變得乏力而混亂,機體產生瘋狂的震顫抖動,氣動物理效能會在音障前變得亂七八糟。

    結構差的飛機在“音障”前甚至會陷入機體破壞、解體的危險,結構較強的飛機,也會因為操縱困難和各種莫名其妙的氣動變化,發生飛行失誤,要麼機頭突然上揚,要麼加劇俯衝,很容易墜毀。

    再加上過去的老式飛機由於靜穩定性設計,並不太符合高速下的飛行,當達到音速時,會因為區域性超音速而形成巨大的阻力,發動機的功率也不夠,很難持續的做功,為飛機提供跨越音速的動力,因此過去的老飛機遇到“音障”,就如同真的遇到一堵牆一樣,哪怕強行俯衝突破,也只有機毀人亡的下場。

    很長的時間裡,人們稱“音障”之外是不能達到的領域,是“未知之地”,儘管有多起飛行員聲稱藉助俯衝突破音障的事件,但人們都沒有獲得詳實的判定,而且當時的戰機從設計上來說也無法突破音障。

    但第二次世界大戰期間,美國的航天部門已經開始關注並著手於超音速飛行的方法,1943年時專案進行了論證,到1945年時,已經由國家航空諮詢委員會(NASA前身)製造出了X-1的全尺寸驗證機,1947年,裝載了火箭發動機,被命名為“迷人的葛蘭妮”的X-1超音速驗證機,由飛行員查克·耶格爾駕駛著突破了音障。

    這次飛行異常艱難,X-1驗證機並沒有單獨升空的能力,它需要由B-29轟炸機,也就是轟炸日本丟核彈的那種轟炸機運送上天,然後飛行員從內艙門爬入X-1中,之後B-29將其扔下,驗證機在火箭加力的幫助下,向下俯衝以獲得跨音速的突破。

    在4臺火箭發動機的幫助下,X-1達到了1.06馬赫,並且保持這個速度飛行了18秒,查克·耶格爾成了人類第一個突破音障的飛行員。儘管1.06馬赫在今天啥都不算,但在當年,X-1驗證機等於打破了一個神話。

    在飛行中,耶格爾遇到的問題也集中在突破音障時的震顫上,方向舵、升降舵先後失去了作用,飛機基本處於任性狀態,耶格爾能管理的只有幾臺火箭的開關。

    當今的戰機對超音速飛行已經一點都不陌生,甚至F22這類戰機還能進行1.76馬赫的長時超音速巡航,在強大的發動機和更先進的氣動、結構設計面前,“音障”早已成為過去式。當然,接近音障時的震顫與氣壓變化依然存在,但飛機通過強大的加速能力,瞬間就將聲波擺脫在身後,幾乎像啥都沒發生一樣。

    在突破音障時,因為區域性氣壓差的變化,常常也會形成一些特殊的“音爆雲”,空氣中的水分因為氣壓變化產生凝華現象,彷彿圍繞在機身周圍的白色裙子,看起來蔚為壯觀。

    不過需要注意的是,“音爆雲”關鍵的因素在於壓力而非速度,所以有些亞音速飛機照樣能飛出來。而超音速飛機有時候即便超音速了,因為空氣水分等問題,也不見得會出現音爆雲,它不能作為是否超音速的絕對指標。

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