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為什麽風馳電掣的超音速戰鬥機能爆出“音爆雲”?

大家可能都知道超音速戰鬥機的速度是以馬赫來衡量的,為了更直觀的了解超音速飛機的速度,我們把馬赫具體數字化,1馬赫=340米左右,而現在的超音速戰鬥機普遍速度都在2~3馬赫,也就是每秒鐘800米以上,每小時1300公裏的速度。現代戰鬥機超音速飛行是家常便飯,世界上速度最快的飛機——SR-71黑鳥,最快速度甚至可以達到3.35馬赫。那麽大家有沒有想過,戰鬥機突破音速時會發生什麽?空氣的阻力會造成什麽奇觀?

如果有壹點軍事常識的軍迷可能知道,當戰鬥機的速度接近音速時,將會逐漸追上自己發出的聲波。此時,由於機身對空氣的壓縮無法迅速擴散,將逐漸在飛機的迎風面及其附近區域積累,最終形成空氣中壓強、溫度、速度、密度等物理性質的壹個突變面——激波面。激波的形成正是超音速飛行的典型特征,如果此時空氣能力轉化為動能,就會形成“音爆雲”,就像給超音速戰鬥機穿上了“白紗裙”。

而這種“音爆雲”形成的激波面將增加空氣對飛行器的阻力,這種這種由音速造成的阻力會成為戰鬥機繼續提速的障礙,因此被俗稱為被俗稱為音障。這種音障會使戰鬥機狀態大減,如飛機阻力劇增,升力減小,螺旋槳效率下降,機體強烈振動,操縱失靈等,這也是世界各國研制超音速戰鬥機時,必須解決的技術難題,速度快到壹定程度,會造成戰鬥機解體。

這種事故有先例。比如1945年6月,英國試飛DH-106“燕子”時,因飛機速度接近音速,造成機身破裂,機毀人亡。事故發生後,英國的壹個科學家說:“音速像是面前的壹堵障礙墻。”世界上第壹架沖擊音障的試驗機是美國制造貝爾X-1,原編號XS-1,由NACA和美國陸軍航空隊***同研制。1947年10月14日,美國空軍上校查克·葉格駕駛編號46-062試驗機完成第壹次超音速飛行,他給這架飛機起了個綽號叫“迷人葛蘭妮號”(他妻子的名字),這也是飛行器第壹次沖破音障成功的實驗。

在當時軍事科技相對落後的情況下,這架火箭飛機掛在壹架改進後的B-29機腹下升空,在空中啟動火箭發動機,然後滑翔到地面。XS-1的第50次飛行是X-1的第壹次超音速飛行,最高速度1.06馬赫。除此之外,跨音速飛行常常伴隨的壹個效應稱為普朗特-格勞厄脫凝結雲,其特征是壹個以飛機為中心軸、從機翼前段開始向四周均勻擴散的圓錐狀雲團。這是由於機翼引起氣流加速,空氣內能轉化為動能,導致溫度的降低,進而引起水氣凝結導致,這就是音爆雲形成的“白紗裙”。

當超音速戰鬥機周圍的水氣凝結變成微小的水珠後,肉眼看來就像是雲霧般的狀態。這個高速區會隨著離機身的距離增加而迅速消失。值得壹提的是,普朗特-格勞厄脫凝結雲(音爆雲)並非只能在跨音速飛行中看到,與激波也沒有必然的聯系,它僅僅表征了空氣具有壹定的可壓縮性。在合適的條件下,尚未接近音速的飛機也能在自己周圍產生普朗特-格勞厄脫凝結雲,因此相比較激波,音爆雲對戰鬥機而言,還是相對安全的。