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是什麼飛得讓我們比風快?

現在的戰鬥機毫不費力便能超過音速,但是 在70年前 ,1947年的10月14日 ,沒人能夠以這麼快的速度飛行,那些經過近距離看見飛機失控嚇到顫抖的人們相信 載人飛行的速度不可能超過音速。似乎存在著“音障”,而我們想打破它。

你可能會好奇 為什麼音速在航天方面如此重要,要了解這個,你首先要明白什麼是音速,機靈鬼玩具的波動便是它的具象化。在空氣中聲音以縱向波形式傳播,也就是說分子聚集又散開,聲音才得以傳播,觀察機靈鬼玩具的波動是不錯的具象化選擇。

飛機在空中行駛會產生音波,但如果飛行速度夠快 就能追上自身產生的音波,空氣分子無法相互避讓,只得猛烈撞擊對方,波積聚成一股強大的衝擊波 — 這就是當一架超音速飛機經過時,音速觀察員聽到的聲音。不過 突然的極端氣壓只是開始,在衝擊波作用下,空氣分解為湍流尾流 ,它能在飛機的不同部位形成漩渦和擊打,導致抖振和阻力增加。

對老式飛機來說 這是個壞訊息。首先 ,推進系統會出現問題,當螺旋槳旋轉時 ,葉片的尖端能打破音障,隨之發生的是 空氣開始出現漩渦和增加阻力,推進力就會變弱。或許完全不同的螺旋槳設計能解決這些問題 但是到二戰結束之前,我們發射了火箭彈,發明了噴氣式發動機。沒有太多必要把精力放在改進螺旋槳上,在噴氣式發動機取代了舊式螺旋槳後 ,接近音速的問題仍然未得到解決 ,那就是機翼,老式飛機的機翼不足一提,不過當我們以亞音速飛行時,他們表現得很好,然而一旦飛機達到神奇的音障,也就是近音速時,直翼上的氣流的表現會讓人出乎意料,也就是說,他們會比聲速更快。

這裡可以讓你想明白機翼的工作原理,機翼的上部是弧形的,使得那裡的氣流更快,但一旦氣流更快,快過音速 將會產生一個衝擊波,正如我們所料,衝擊波後的氣流會帶來一片混亂,產生極大的拖拽 ,甚至將機翼表面的氣流完全分開。我們講的這些東西可不是好事,解決方法簡單到天才將機翼向後拉,透過將機翼拉一個角度 一些空氣從機翼下流過,剩下的空氣流過機翼時加速稍慢,所以飛機可以飛行更快而不會遇到機翼衝擊波的問題,這意味著戰鬥機不需要徹底突破音障,而且如果這麼做 衝擊波產生處將從機翼頂部轉變到後緣,在那裡阻力更弱隨著強大的引擎和後掠的機翼,曾經似乎堅不可摧的音障已經被輕易粉碎,這讓我們不禁懷疑,今天看上去不可能的事未來或將稀鬆平常。

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