音障现象是一个统计结果。如果仅仅是因为在音速附近,所以出现音障现象,那么飞机整体均应出现音障现象,因为飞机整体是一个速度。如果说音障造成了液化,那么整个飞机都应在液化环境中。所以用音障来介绍飞机周围的液化现象是不合适的。尽管在音速的时候出现了空气液化的情况,液化应该从其自身的产生条件来考虑。当湿度大的空气受到压缩时,空气中的水就会液化。当飞机速度很高的时候,将在迎风面形成高压,高压下空气中水汽沸点升高,就会出现液化现象。这也可以解释为什么飞机后半部分没有雾的现象。因为飞机后部压力低,甚至出现负压,即使前方的水颗粒进入该区域,也会汽化而看不出来。
关于飞机周围压力变化,可以看做飞机不动,空气吹飞机,迎风面会出现高压,背部负压,这在流体力学里面是有结果的。第二次世界大战后期,战斗机的最大速度已超过每小时700公里。要进一步提高速度,就会碰到所谓“音障”问题。
声音在空气中传播的速度,由于受空气温度的影响,数值是有变化的。而大气温度会随着高度而变化,因此不同飞行高度下音速也不同。在国际标准大气情况下,海平面音速为每小时1227.6公里,在11000米的高空,是每小时1065.6公里。时速700多公里的飞机,迎面气流在流过机体表面的时候,由于表面各处的形状不同,局部时速可能远超出700公里。这种“音障”,曾使高速战斗机飞行员们深感迷惑。因为每当他们的飞机飞行速度接近音速时,飞机操纵上都会产生奇特的反应,处置不当就会机毁人亡。第二次世界大战后期,英国的喷火式战斗机和美国的“雷电”式战斗机,在接近音速的高速飞行时,最早感觉到空气的压缩性效应。也就是说,在高速飞行的飞机前部,由于局部激波的产生,空气受到压缩,阻力急剧增加。“喷火”式飞机用最大功率俯冲时,速度可达音速的十分之九。这样快的速度,已足以使飞机感受到空气的压缩效应。为了更好地表达飞行速度接近或超过当地音速的程度,科学家采用了一个反映飞行速度的重要参数:马赫数。它是飞行速度与当地音速的比值,简称M数。M数是以奥地利物理学家伊·马赫的姓氏命名的。马赫曾在19世纪末期进行过枪弹弹丸的超音速实验,最早发现扰动源在超音速气流中产生的波阵面,即马赫波的存在。M数小于1,表示飞行速度小于音速,是亚音速飞行;M数等于1,表示飞行速度与音速相等;M数大于1,表示飞行速度大于音速,是超音速飞行。
第二次世界大战后期,飞行速度达到了650-750公里/小时的战斗机,已经接近活塞式飞机飞行速度的极限。例如美国的P-51D“野马”式战斗机,最大速度每小时765公里,大概是用螺旋桨推进的活塞式战斗机中,飞得最快的了。若要进一步提高飞行速度,必须增加发动机推力。但是活塞式发动机已经无能为力。航空科学家们认识到,要向音速冲击,必须使用全新的航空发动机,也就是喷气式发动机。
二战末期,德国研制成功Me-163和Me-262新型战斗机,投入了苏德前线作战。这两种都是当时一般人从未见过的喷气式战斗机,具有后掠形机翼。前者装有1台液体燃料火箭发动机,速度为933公里/小时;后者装2台涡轮喷气发动机,最大速度870公里/小时,是世界上第一种实战喷气式战斗机。它们的速度虽然显著超过对手的活塞式战斗机,但是由于数量稀少,又不够灵活,它们的参战,对挽救法西斯德国失败的命运,实际上没有起什么作用。
德国喷气式飞机的出现,促使前反法西斯各国加快了研制本国喷气式战斗机的步伐。英国的“流星”式战斗机很快也飞上蓝天,苏联的著名飞机设计局,例如米高扬、拉沃奇金、苏霍伊和雅科夫列夫等飞机设计局,都相继着手研制能与德国新式战斗机相匹敌的飞机。 推荐你看
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