所谓音障发生的原理?飞机突破音障周围的水雾是怎么形成
发布时间: 2023-07-07

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所谓音障发生的原理

产生音障的基本原因就是空气的压缩性。

在空气动力学基本理论中,一般认为马赫数小于0.3时,空气可以认定为不可压缩的,这中条件下的飞机都是可以按照完全低速飞行器来进行设计,而且没有必要考虑到空气粘性的作用。

而当马赫数大于0.3时,空气的压缩性就开始变得明显起来,这时的空气物理特性就是表现为可压缩的,并且随着速度的增加,空气压缩性表现的会更加明显;当马赫数接近0.9马赫时,由于机翼翼型对空气形成了压缩效应,在机翼上下表面某些局部位置上,空气分子受到进一步压缩,可能已经突破了音速,从而导致空气分子受到极强的压缩外力,整体上就会形成一道“音障墙”,飞机阻力会大增。并且由于压力过大,在这一区域空气中的水分子会被压缩成液体小颗粒,从而让地面上的人看到。

这就是为什么一些亚音速飞机,比如B2轰炸机,在急速飞行过程中也可能出现音障现象的原因。

音障产生之后,一方面会带来气动阻力的大增,另一方面也会导致空气紊流现象,严重影响飞机本身升力、舵面操作性,为了避免这一现象,往往需要采用带加力燃烧室的涡喷发动机或者涡扇发动机,加大推力输出,以越过这一阶段,之后在超音速飞行过程中,音障现象就消失了。

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飞机突破音障周围的水雾是怎么形成的

这个学名叫做普朗特-格劳厄脱凝结云

飞机再接近音速飞行时,机身周围经常会形成圆锥型云雾,之前常有人误认为这个是音障。这种现象正式学名叫做普朗特-格劳厄脱凝结云,是机身周围大气中水汽被强制冷凝后形成,他是飞行器接近音速运动时所产生的独特物理现象。
这种凝结云并非超音速才会形成,在接近音速时也可以形成,例如B-2隐身轰炸机无法超音速,但是条件合适也可以形成这种凝结云。

当物体的速度接近音速时,会逐渐追上自己发出的声波。声波能量在机身表面累积,降低空气传播速度,导致空气在迎风面及其附近区域累积,最终形成形成一个物理性质突变面--激波面。

激波面空气由于流速相当快,周围空气无法有效下拉气流补充,导致空气密度降低,气压降低。而根据伯努利定理,流体内压强越低,流体温度也就越低。所以激波面内空气被强制降温,气流内蕴含的水汽被迫冷凝形成云雾,最终形成这种以机身为中心的圆锥型的普朗特-格劳厄脱凝结云。

普朗特-格劳厄脱凝结云是由空气水汽形成,因而这种云雾能否形成很大程度上取决于大气中水汽含量,通常在低空或者海面水汽含量丰富空域较容易产生,高空很难形成。
同样,歼-20这类机身拉出的涡流云原理也是一样,虽然飞机速度远未达到音速,但是旋转的涡流迫使涡流内压强大幅度降低,从而同样强迫涡流内水汽冷凝,形成涡流云。

什么是音爆和音障

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。物体接近音速时,会有一股强大的阻力,使物体产生强烈的振荡,速度衰减。这一现象被俗称为音障。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。



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