随着20世纪60年代超音速战斗机和轰炸机的问世,以及70年代民用超音速运输机的问世,一个新纪元到来了,超音速运输机将把北美到日本或到澳大利亚的闷倦乏味的漫长旅程变成短暂舒适的旅行。但是,当飞机以超音速飞行,越过你的头顶时,如果飞得不太高,你会听到好像有雷声在轰鸣或炮弹在爆炸。这是怎么回事呢?
船在水中行驶会激起波浪,逐渐向外传播。飞机在飞行中,同样也会扰动周围的空气,使空气的压力、密度随之发生相应的变化,并不断向外传播。在扰动传播的过程中,已被扰动的空气,与未被扰动的空气之间有一个分界面,我们把这个分界面叫做扰动波。因为飞机的速度有快有慢,所以扰动空气有强有弱,扰动波也有强有弱。波面前后压力有显著差别的,叫强扰动波,也叫激波。波面前后压力差别非常微小的,叫弱扰动波。我们平常听到的飞机飞行的声音就是弱扰动波所产生的,也是通常我们讲的音波。
弱扰动波的传播速度就是音速,强扰动波的传播速度就是超音速。飞机的飞行速度在低于音速时所产生的弱扰动波在气流中的传播,就像石头投到水里一样向四面扩散,飞机前后的空气的压力差别较小。而飞机作超音速飞行时,机头、机翼、机身、机尾等处都会引起周围空气发生急剧的压力变化,产生慢烈的前激波和后激波。当前激波经过时,空气压力突然增高,经过之后压力随即平稳下降,以至降到大气压力以下。然后当后激波经过时,压力又突然上升,逐渐恢复到大气压力。前后两个激波经过时的间隔约为0.12~0.22秒。如果飞机的飞行高度不太高,我们就可以在激波经过瞬问,听到好似晴天霹雳的雷声或象炮弹爆炸的声音,这就是超音速飞机飞行中的所谓“爆音”。由于有前后两个激波,所以我们能够听到短促的两声爆音。
爆音的强弱同飞行高控和速度有关。如果速度相同,飞得越低,地面受激波的影响越大,爆音就越强。如果高度相同,飞得越快,爆音越强。超音速飞机的爆音现象是一个严重的问题,因为它会对地面建筑物造成危害,引起严重的噪声污染。因此,为了保护人民的利益,在一般情况下,飞机作超音速飞行,应不低于规定高度,这样可以减弱爆音对地面的影响。
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减弱激波阻力
对于超音速飞行,激波是无法避免的,只能设法尽量减弱激波阻力。为了减小波阻,常采用剖面形状为对称的双弧形、菱形和不对称的三角形机翼,这些机翼的前后缘都很尖薄,像刀刃一样,翼面做成像燕子等形状。机身做得又细又长,机身长度往往比它最粗地方的直径要大十几倍。机头往往做得非常尖,像一支锋利的矛头刺向前方,有时还把机身做成中间细的蜂腰形。