快捷搜索:  汽车  科技

地面超音速突破音障,音障人类迈向超音速的拦路虎

地面超音速突破音障,音障人类迈向超音速的拦路虎飞机发动机推力越来越大,飞机造型与机体结构也越来越完美,突破音障就变得不那么遥不可及,而为了追求速度极限,人类更是乐此不疲,先是米格-19和F-100两款仅依靠自身发动机就可在平飞中超过音速的飞机,紧接着在1958年,F-104和米格-21又将这一记录提高到马赫数2.0(虽然只能靠开加力来达到,而且只有几分钟时间),再到米格-25和SR-71的出现,更是将飞行速度推向极致,它们的升限高达30000米,最大速度达到了三倍音速(这已经接近喷气式发动机的极限了)。F-18突破音障瞬间突破音障原理但是,为了突破音障,单纯提高飞行器发动机推力是远远不够的,飞机的外形和机体结构都要进行适当地改进,例如超音速飞机的机翼要比亚音速飞机的机翼薄很多(二战时期大多数飞机机翼里面是可以装机枪和航炮的),一般来说超音速飞机机翼的相对厚度(即机翼最大厚度处与翼弦的比率)很难超过5%,即机翼最大厚度只有十几厘米,超音

何为音障?

所谓音障,就是当飞行器的飞行速度达到音速的十分之九(即马赫数M0.9),大约为每小时950公里时,飞机周围的局部气流就可能达到音速,从而导致气动阻力迅速增大,轻则影响飞机飞行姿态,重则导致机毁人亡。在螺旋桨飞机时代,人们认为音速是飞机飞行速度不可逾越的障碍,音障也因此得名。

地面超音速突破音障,音障人类迈向超音速的拦路虎(1)

音障的危害

当飞行器飞行速度接近1马赫时,飞行器前方急速而来的空气不会像平时一样散开,而是堆积在飞行器的周围,产生极大的压力进而引发看不见的空气漩涡,这种空气漩涡又被称为“死亡漩涡”,如果飞行器机身不做加固处理,就会瞬间被巨大的压力撕碎。

地面超音速突破音障,音障人类迈向超音速的拦路虎(2)

在飞行器周围达到音速的气流会产生激波,而激波会使流过机身和机翼表面的气流变得非常紊乱,从而导致飞行器激烈抖动,操纵变得十分困难。与此同时,混乱的气流会使飞机机翼下沉,机头向下载,如果此时飞机正在爬升,机身会自动上仰,这些都会严重影响飞行安全,一旦操作不当,就可能导致飞机坠毁。

地面超音速突破音障,音障人类迈向超音速的拦路虎(3)

解决方法

说了这么多,难道音障真的无法被突破吗?其实并不是,因为声波的传递速度是有限的,因此,移动中的声源是可以追上甚至超过自己发出的音波的,当物体速度增加到与音速相同时,声波开始在物体前面堆积。如果这个物体有足够的加速度,便能突破这个不稳定的声波屏障,冲到声音的前面去,也就是突破音障。

地面超音速突破音障,音障人类迈向超音速的拦路虎(4)

突破音障原理

但是,为了突破音障,单纯提高飞行器发动机推力是远远不够的,飞机的外形和机体结构都要进行适当地改进,例如超音速飞机的机翼要比亚音速飞机的机翼薄很多(二战时期大多数飞机机翼里面是可以装机枪和航炮的),一般来说超音速飞机机翼的相对厚度(即机翼最大厚度处与翼弦的比率)很难超过5%,即机翼最大厚度只有十几厘米,超音速飞机的翼展(即即机翼两端的距离)不能太大,而要趋向于宽且短使翼弦增大。于是,后掠翼(Me-262、米格-15、F-86),三角翼(幻影-2000)等机翼样式便取代了平直翼成为超音速飞机的主流翼形。

地面超音速突破音障,音障人类迈向超音速的拦路虎(5)

像F-104这样机翼又短又薄的,是可以不用后掠翼的

地面超音速突破音障,音障人类迈向超音速的拦路虎(6)

F-18突破音障瞬间

▲那个白色的东西被称为音锥,是由于先前堆积的冲击波造成物体前端压力过大,又在物体突破了音障(sonic barrier)之后,堆积于机身前的巨大压力顿时消失,瞬间引起的压力骤减,导致空气中的水气凝结温度瞬间降低,于是水蒸气便凝结成小水滴,肉眼看来便像是云雾般的状态,其特征是一个以飞机为中心轴、从机翼前段开始向四周后方均匀扩散的圆锥状云团。进入喷气时代

飞机发动机推力越来越大,飞机造型与机体结构也越来越完美,突破音障就变得不那么遥不可及,而为了追求速度极限,人类更是乐此不疲,先是米格-19和F-100两款仅依靠自身发动机就可在平飞中超过音速的飞机,紧接着在1958年,F-104和米格-21又将这一记录提高到马赫数2.0(虽然只能靠开加力来达到,而且只有几分钟时间),再到米格-25和SR-71的出现,更是将飞行速度推向极致,它们的升限高达30000米,最大速度达到了三倍音速(这已经接近喷气式发动机的极限了)。

地面超音速突破音障,音障人类迈向超音速的拦路虎(7)

前苏联暴力美学,创造了用速度甩开导弹的传奇

猜您喜欢: