军事百科:飞机突破音障 (多图)

音障是一种物理现象,当物体(通常是航空器)的速度接近音速时,将会逐渐追上自己发出的声波。声波叠合累积的结果,会造成震波(Shock Wave)的产生,进而对飞行器的加速产生障碍,而这种因为音速造成提升速度的障碍称为音障。

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突破音障进入超音速后,从航空器最前端起会产生一股圆锥形的音锥,在旁观者听来这股震波有如爆炸一般,故称为音爆或声爆(Sonic Boom)。强烈的音爆不仅会对地面建筑物产生损害,对于飞行器本身伸出冲击面之外部分也会产生破坏。
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除此之外,由于在物体的速度快要接近音速时,周边的空气受到声波叠合而呈现非常高压的状态,因此一旦物体穿越音障后,周围压力将会陡降。在比较潮湿的天气,有时陡降的压力所造成的瞬间低温可能会让气温低于它的露点(Dew Point)温度,使得水汽凝结变成微小的水珠,肉眼看来就像是云雾般的状态。但由于这个低压带会随著空气离机身的距离增加而恢复到常压,因此整体看来形状像是一个以物体为中心轴、向四周均匀扩散的圆锥状云团。

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航天飞机突破音障!!!

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最后一张是高难度的,超低空突破音障!!!

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  第二次世界大战后期,战斗机的最大速度,已超过每小时700公里.要进一步提高速度,就碰到所谓”音障”问题.声音在空气中传播的速度,受空气温度的影响,数值是有变化的.飞行高度不同,大气温度会随着高度而变化,因此当地音速也不同.在国际标准大气情况下,海平面音速为每小时1227.6公里,在 l1000米的高空,是每小时1065.6公里.时速700多公里的飞机,迎面气流在流过机体表面的时候,由于表面各处的形状不同,局部时速可能出700 公里大得多.当飞机再飞快一些,局部气流的速度可能就达到音速,产生局部激波,从而使气动阻力剧增.

这种” 音障”,曾使高速战斗机飞行员们深感迷惑.每当他们的飞机接近音速时,飞机操纵上都产生奇特的反应,处置不当就会机毁人亡.第二次世界大战后期,英国的” 喷火”式战斗机和美国的”雷电”式战斗机,在接近音速的高速飞行时,最早感觉到空气的压缩性效应.也就是说,在高速飞行的飞机前部.由于局部激波的产生,空气受到压缩,阻力急剧增加.”喷火”式飞机用最大功率俯冲时,速度可达音速的十分之九.这样快的速度,已足以使飞机感受到空气的压缩效应.为了更好地表达飞行速度接近或超过当地音速的程度,科学家采用了一个反映飞行速度的重要参数:马赫数.它是飞行速度与当地音速的比值,简称M数.M数是以奥地利物理学家伊·马赫的姓氏命名的.马赫曾在19世纪末期进行过枪弹弹丸的超音速实验,最早发现扰动源在超音速气流中产生的波阵面,即马赫波的存在.M数小于1,表示飞行速度小于音速,是亚音速飞行;M数等于1,表示飞行速度与音速相等;M数大于 1,表示飞行速度大于音速,是超音速飞行.

第二次世界大战后期,飞行速度达到了650 -750公里/小时的战升机,已经接近活塞式飞机飞行速度的极限.例如美国的P-5lD”野马”式战斗机,最大速度每小时765公里,大概是用螺旋桨推进的活塞式战升机中,飞得最快的了.若要进一步提高飞行速度,必须增加发动机推力但是活塞式发动机已经无能为力.航空科学家们认识到,要向音速冲击,必须使用全新的航空发动机,也就是喷气式发动机.

二战末期,德国研制成功Me -163和 Me-262新型战斗机,投入了苏德前线作战.这两种都是当时一般人从未见过的喷气式战斗机,具有后掠形机翼.前者装有1台液体燃料火箭发动机,速度为 933公里/小时;后者装2台涡轮喷气发动机,最大速度870公里/小时,是世界上第一种实战喷气式战斗机.它们的速度虽然显著超过对手的活塞式战斗机,但是由于数量稀少,又不够灵活,它们的参战,对挽救法西斯德国失败的命运,实际上没有起什么作用.

德国喷气式飞机的出现,促使前反法西斯各国加快了研制本国喷气式战斗机的步伐.英国的”流星”式战斗机很快也飞上蓝天,苏联的著名飞机设计局,例如米高扬、拉沃奇金、苏霍伊和雅科夫列夫等飞机设计局,都相继着手研制能与德国新式战斗机相匹敌的飞机.

米高扬设计局研制出了伊-250 试验型高速战斗机,它采用复合动力装置,由一台活塞式发动机和一台冲压喷气发动机组成.在高度7000米时,这种发动机产生的总功率为2800马力,可使飞行速度达到825公里/小时.1945年3月3日,试飞员杰耶夫驾驶伊-250完成了首飞.伊250在苏联战斗机中,是飞行速度率先达到825公里/小时的第一种飞机.它进行了小批量生产.

涡轮喷气发动机的研制成功,冲破了活塞式发动机和螺旋浆给飞机速度带来的限制.不过,尽管有了新型的动力装置,在向音速迈进的道路上,也是障碍重重.当时,人们在实践中发现,在飞行速度达到音速的十分之九,即马赫数MO.9 空中时速约950公里时,出现的局部激波会使阻力迅速增大.要进一步提高速度,就需要发动机有更大的推力.更严重的是,激波能使流经机翼和机身表面的气流,变得非常紊乱,从而使飞机剧烈抖动,操纵十分困难.同时,机翼会下沉、机头往下栽;如果这时飞机正在爬升,机身会突然自动上仰.这些讨厌的症状,都可能导致飞机坠毁.

空气动力学家和飞机设计师们密切合作.进行了一系列飞行试验,结果表明:要进一步提高飞行速度,飞机必须采用新的空气动力外形,例如后掠形机翼要设法减薄.前苏联中央茹科夫斯基流体动力研究所的专家们,曾对后掠翼和后掠翼飞机的配置型式,进行了大量的理论研究和风洞试验.由奥斯托斯拉夫斯基领导进行的试验中,曾用飞机在高空投放装有固体火箭加速器的模型小飞机.模型从飞机上投下后,在滑翔下落过程中,火箭加速器点火,使模型飞机的速度超过音速.专家们据此探索超音速飞行的规律性.苏联飞行研究所还进行了一系列研究,了解在空气可压缩性和气动弹性作用增大下,高速飞机所具有的空气动力特性.这些基础研究,对超音速飞机的诞生,都起到了重要作用.



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2010年2月5日 | 归档于 军事
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