网友提问:飞机从亚音速飞到超音速会发生什么?

专家解答:

当地时间2020年9月30日中午,法国首都巴黎的上空传出“巨大爆炸声”。后经证实,该爆炸声是由一架战斗机突破音障导致。据悉,该飞机必须紧急高速飞往一架与空中交通管制部门失去联系的客机进行检查,国防部已经批准其可以突破音障。那么音障到底是什么,为什么这么可怕呢?

众所周知,声音在空气中的传播像水中投入石子产生的水波一样,通过波的形式向外传播,这就是声波。我们平时听见的声音就是声波传入耳内使鼓膜震动而产生的。当飞机在空中作超音速飞行时,在机头或突出部分,也会像水中前进的快艇一样出现一种楔形或锥形波,这就是激波。飞机所发出的疏密状的音波无法跑到飞机前方,所以就全部叠在机身后方,形成了圆锥形状的音锥。当它们向外传播时便互相干扰和影响,然后汇集成一道包罗机头的音爆前激波和一道尾随机尾的后激波。

飞机在作亚音速飞行时无激波产生,这时影响其空气动力特性的主要因素是粘性和气流分离。飞机飞行速度接近音速时,会有一股强大的阻力,使物体产生强烈的振荡,速度衰减。这一现象被称为音障。当突破音障时,由于物体本身对空气的压缩无法迅速传播,逐渐在物体的迎风面积累而最终形成激波面,在激波面上声学能量高度集中。这些能量传到人们耳朵里时,会让人感受到短暂而极其强烈的爆炸声,称为音爆。

音爆只有在飞机作超音速飞行时才会出现。飞机在超音速飞行时产生的强压力波,传到地面上形成如同雷鸣的爆炸声。在突破音障时伴随的一个奇特现象便是音爆云,这是由于在激波面后方由于气压增加而压缩周围空气,使水气凝结形成微小的水珠,看上去就像云雾一般。这种云雾通常只能持续几秒钟,转瞬即逝。因此,音爆云常见于战斗机和舰载机。在海面上空气非常湿润,激起的云雾更大更漂亮,就像给飞机套上一件天鹅裙。如果能亲眼看到,场面相当壮观。