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2018 年 06 月 05 日 星期 放大 缩小 默认  
新十万个为什么

为什么超声速飞行时有打雷一样的响声?

■ 周明德

  1953年,杰奎琳·科克伦成为第一位驾驶飞机速度超过声障的女性。突破声障,就是以超声速飞行。那么,为什么超声速飞行时,天空中有像打雷似的声音呢?

  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,也是通常我们讲的声波。

  弱扰动波的传播速度就是声速,强扰动波的传播速度是超声速。飞机的飞行速度在低于声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,飞机前后空气的压力差别较小。而飞机做超声速飞行时,机头、机翼、机尾等处都会引起周围空气发生急剧的压力变化,产生强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,再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间,听到好似晴天霹雳的雷声或像炮弹爆炸的声音,这就是超声速飞机飞行中的所谓“声爆”。由于有前后两个激波,所以我们能够听到短促的两声声爆。

  声爆与飞行高度、速度有关。在同样飞行速度下,飞行高度低,地面受激波就强,反之就弱。同样,在高度相等时,飞行速度越大,激波越强,反之就小。如果在低空做超声速飞行时,产生的声爆甚至能将建筑物震塌。因此,在一般情况下,飞机做超声速飞行时,应不低于规定高度,这样可以减弱声爆对地面的影响。

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