超音速飛行還真沒(méi)想象的那么簡(jiǎn)單

首先音速并不是固定不變的。大多數(shù)情況下,音速是指聲音在空氣中傳播的速度。環(huán)境溫度不同,大氣高度不同,音速的絕對(duì)值也就不同。在氣溫為攝氏15度,海平面高度,音速的絕對(duì)值大約為1224公里每小時(shí)。也就是相當(dāng)于340米每秒,這也是大多數(shù)人知道的所謂音速的絕對(duì)值。但是到了1.8萬(wàn)米的高空,環(huán)境溫度在零下50度時(shí),音速的絕對(duì)值會(huì)下降到300米每秒。換句話說(shuō),越到高空的低溫環(huán)境下,包括飛機(jī)在內(nèi)的飛行物想超音速似乎越“容易?!币虼苏f(shuō)到底,音速和環(huán)境是一種函數(shù)的關(guān)系。在航空領(lǐng)域,一般用馬赫數(shù)來(lái)表示音速,符號(hào)為M。M等于1,代表一馬赫,M等于2代表兩馬赫,以此類(lèi)推。馬赫:是超高速單位,物體運(yùn)動(dòng)的速度與音速的比值為馬赫或馬赫數(shù)。馬赫數(shù)是速度與音速的比值,音速在不同高度、溫度與大氣密度等狀態(tài)下具有不同數(shù)值,

因此馬赫只是一個(gè)相對(duì)值,每“M”的具體速度并不固定。馬赫是奧地利物理學(xué)家恩斯特·馬赫的姓氏,由于是他首次引用這個(gè)速度的計(jì)量單位,所以用他的名字所命名。其次,亞音速:代表速度小于1馬赫。超音速:代表速度在1至5馬赫間。高超音速:代表速度在5馬赫以上。航空上還有一個(gè)“穿音速”的概念,一般是指飛機(jī)等飛行物的飛行速度在0.95馬赫到1.2馬赫之間。此時(shí)即使飛機(jī)飛行的絕對(duì)速度還沒(méi)有完全超過(guò)1馬赫,但是飛機(jī)的機(jī)頭,機(jī)翼尖等部位的相對(duì)氣流速度已經(jīng)超過(guò)了1馬赫,會(huì)產(chǎn)生激波現(xiàn)象。飛行阻力瞬間急劇增大。而飛機(jī)的絕對(duì)速度在1馬赫到1.2馬赫之間時(shí),飛機(jī)表面仍然會(huì)有部分區(qū)域的氣流速度不到1馬赫。因此在航空的意義上所說(shuō)的超音速飛行,多指飛行器以馬赫數(shù)1.2以上速度的飛行。

此時(shí)飛行器表面的氣流相當(dāng)速度完全超過(guò)了1馬赫,波阻成為阻力的主要部分。氣動(dòng)力中心后移,飛行阻尼減小,飛行器整體阻力瞬間大大降低,激波引發(fā)的音爆和飛行物周邊的音爆云消失。第三,超音速飛行的航空器要求機(jī)翼后掠,面積減小,機(jī)體做成尖頂?shù)募?xì)長(zhǎng)形,加大控制面,特別是垂尾的面積。飛機(jī)在從亞音速跨越到超音速過(guò)渡的跨音速期間。操縱性能變壞,抗干擾及恢復(fù)能力變差,因而在跨音速飛行時(shí)要求駕駛員動(dòng)作要協(xié)調(diào)、柔和。超音速飛行會(huì)造成音爆,產(chǎn)生強(qiáng)力噪聲,一般禁止在居民區(qū)上空進(jìn)行低空超音速飛行。當(dāng)飛行速度的馬赫數(shù)超過(guò)2.5時(shí),由于氣體分子的摩擦,造成氣動(dòng)加熱,使機(jī)體表面溫度升高,現(xiàn)在通用的航空鋁合金材料不能承受,馬赫數(shù)超過(guò)2.5的航空器要使用鈦合金或不銹鋼等耐熱合金結(jié)構(gòu)材料。第四,當(dāng)飛機(jī)以超過(guò)1.2馬赫的速度穩(wěn)定飛行時(shí),

會(huì)出現(xiàn)新的氣動(dòng)特點(diǎn),這就是:1.氣動(dòng)中心后移,縱向靜穩(wěn)定性增大;2.飛機(jī)阻尼隨馬赫數(shù)增大而減小。此時(shí)進(jìn)行高空飛行,航向穩(wěn)定性會(huì)持續(xù)變差。瀚海狼山(匈奴狼山)認(rèn)為部分超音速飛機(jī)容易會(huì)出現(xiàn)空中的橫滾和翻滾,故需加大垂直尾翼面積或采用自動(dòng)化裝置或限制飛行馬赫數(shù)。因高空空氣稀薄,大氣溫度低,使飛行速度范圍小,加速慢和爬升率降低。當(dāng)高度劇變時(shí),高度表和速度表指示將產(chǎn)生較大的延遲誤差,實(shí)際飛行速度和表速指示值差別加大。