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妲妲的音障小课堂!

  

声障 又称音障。大展弦比的直机翼飞机,在飞行速度接近声速时,会出现阻力剧增,操纵性能变坏和自发栽头的现象,飞行速度也不能再提高,因此人们曾以为声速是飞机速度不可逾越的障碍,故有此名。

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M0.9空中时速约950公里时,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。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。这就是所谓“音障”问题。

由于声波的传递速度是有限的,移动中的声源便可追上自己发出的声波。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,也就是冲破音障。

一个以超音速前进的物体,会持续在其前方产生稳定的压力波(弓形震波)。当物体朝观察者前进时,观察者不会听到声音;物体通过后,所产生的波(马赫波)朝向地面传来,波间的压力差会形成可听见的效应,也就是音爆。

如果仅仅是因为在音速附近,所以出现音障现象,那么飞机整体均应出现音障现象,因为飞机整体是一个速度。如果说音障造成了液化,那么整个飞机都应在液化环境中。所以用音障来介绍飞机周围的液化现象是不合适的。尽管在音速的时候出现了空气液化的情况,液化应该从其自身的产生条件来考虑。当湿度大的空气受到压缩时,空气中的水就会液化。当飞机速度很高的时候,将在迎风面形成高压,高压下空气中水汽沸点升高,就会出现液化现象。这也可以解释为什么飞机后半部分没有雾的现象。因为飞机后部压力低,甚至出现负压,即使前方的水颗粒进入该区域,也会汽化而看不出来。

在国际标准大气情况下,海平面音速为每小时1227.6公里,在11000米的高空,是每小时1065.6公里。

完成人类航空史上这项创举的,是美国空军的试飞员查克·耶格尔上尉。他是在1947年10月14日完成的。24岁的查克·耶格尔从此成为世界上第一个飞得比声音更快的人,使他的名字载入航空史册。那是一次很艰难的飞行。耶格尔驾驶X-l在12800米的高空,使飞行速度达到1078公里/小时,相当于M1.015。

古代欧洲双手握的长剑重量平均在三千克到四千克之间,按音速的普通计算值340米每秒,根据速度与能量的公式,丽蓓妲要想让手里的长剑达到音速所需要的能量为W=1/2mv²=1/2*3~4*340²=173400~231200焦耳。按照地球数据,差不多能将一个五十千克重的人送上差不多354到472米的高度。由于加速时间不好确定,所以加速度和相应的力大小也无法算,不过只能说完全超越了人类的生理极限。

整个加速过错力的大小肯定是变化的,毕竟速度对空气阻力的影响巨大。就算是在真空环境不用考虑空气阻力,做的是匀加速运动,也够吓死人了。F=ma,v=v₀+at,v₀=0,t估计0.2秒到0.4秒。然后长剑的不同部位的速度不同,即使积分到重心位置,又跑不了力矩、角速度和线速度等的关系……

我只能说,突破音障就好了,算个毛啊!


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