近地面的音速高,音障:飞行员心中的难以跨越的“墙”

  近地面的音速高,音障:飞行员心中的难以跨越的“墙”
  

,螺旋桨在正在飞行中的飞机上旋转,虽然飞机的飞行速度并未达到音速,可是在螺旋桨上运动最快的桨尖部分,它的运动速度是飞机飞行速度与旋转产生的速度之和,它已经超过了音速,在局部激波产生的部位就会受到巨大的阻力,这就可以解释螺旋桨为什么会在这种情况下断裂。
  

声音的速度为什么和飞行速度有关连?学过物理的人都知道声音是靠空气分子振动产生的波来传播的。在飞机提速的过程中,又一种现象被发现了。实践中驾驶员注意到每当飞行速度增大到800千米/小时以上时,飞机就像撞上一堵无形的墙,速度就再也提不上去。这种特殊现象就是音障。
  

如果一架飞机以低于音速的速度飞行时,由它所引起的空气分子的振动,也就是声音以一个分子推动下一个分子的方式,以音速向四面八方形成层层波动传播。当飞机到来时,飞机前方的空气分子已处于运动状态,飞机就很容易从其中穿过。
  
近地面的音速高,音障:飞行员心中的难以跨越的“墙”
  

  

但如果飞机的飞行速度和声音的速度一样的话,那么位于飞机前方的空气分子都处于静止状态。飞机到来时,这些空气分子被迫移动,可这些分子前方的分子同样也是静止的,于是飞机前方的空气就被一层又一层地压缩到一起,形成一堵无形的墙。此处空气密度增大,压力也大,温度也增高,在航空术语中称其为激波。飞机如想冲破这堵墙必须耗费成倍的能量,飞机机身所使用的材料也必须更加结实和耐热,否则飞机结构就可能遭到破坏。
  

音速随着高度和温度的不同而变化。近地面的音速高,在高空中音速低,在温度为l5℃的海平面上的音速为l227千米/小时,而在万米高空,音速只有1080千米/小时。飞机研制者们还发现当飞机飞行速度接近800千米/小时的时候,虽然此时的速度远低于音速,但活塞式飞机的螺旋桨会先折断,机翼也会因为抵抗不了巨大的阻力而折断。经过研究发现原来这仍然是激波在作怪。螺旋桨在正在飞行中的飞机上旋转,虽然飞机的飞行速度并未达到音速,可是在螺旋桨上运动最快的桨尖部分,它的运动速度是飞机飞行速度与旋转产生的速度之和,它已经超过了音速。于是在桨尖上就产生了激波,被称为局部激波。在局部激波产生的部位就会受到巨大的阻力,这就可以解释螺旋桨为什么会在这种情况下断裂。对于机翼情况也是一样的。机翼上表面气流流动的速度比其他部分气流的流动速度快,当飞机飞行时,尽管其他部分尚未达到音速,可是机翼上部却已达到了音速。由于阻力迅速增加,机翼就受到严重损坏甚至完全折断。现实提出了挑战,如果不能有效地解决局部激波,飞机的飞行速度甚至连800千米/小时也达不到。
  

用喷气发动机去掉了螺旋桨,解决了它所带来的问题;把机翼改进为后掠翼,使在机翼上表面垂直于机翼方向的空气流速降低了,局部激波发生的时问被推迟了,解决了机翼产生激波的问题。喷气飞机的飞行速度提高到1000千米/小时,活塞式发动机的飞机速度则超不过600千米/小时。
  这种特殊现象就是音障,当飞机到来时,飞机前方的空气分子已处于运动状态,飞机就很容易从其中穿过,近地面的音速高,在高空中音速低,在温度为l5℃的海平面上的音速为l227千米/小时,而在万米高空,音速只有1080千米/小时,由于阻力迅速增加,机翼就受到严重损坏甚至完全折断。

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