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问题很好，但是要纠正一点，音障≠音爆，下次用词注意准确哦。 音障，由其“障”字可知，其实是大展弦比飞机在速度(表速)达到或接近当地音速的时候，会出现阻力剧增，飞机操纵性能急剧下降，速度也不能再提升，乃至飞机失控、机身解体等等现象。 在我们开始讨论音障之前，首先要强调一点，在飞机自身速度还没达到音速时，其部分表面气流可能已达到音速，一些机体部件如螺旋桨的外侧也可能已经达到或者超过音速。
↑顺带一提，上次去看珠海航展的时候有人问我，飞机身上这些“水雾”都是什么，是不是飞机表面喷水降温?其实不是，这是飞机刻意设计的空气动力学的一大瑰宝——涡流增升。即是用特殊设计的机身形状或翼面组合，在升力面上产生各种低压涡流，除了有效提升升力，个别的还能提升飞机飞行的稳定性。如图中歼-20，其前鸭翼翼尖拉出的两条低压涡流，一方面在机翼上表面产生低压区增加升力，另一方面阻碍机身上表面展向气流的运动，起到虚拟翼刀的作用，增加了飞机有效升力以及横向稳定性。 ↑我们发现，“音爆云”多产生在飞机机身中段或中后段，而不是机头。就不得不借“音爆云”谈谈音障的本质了。飞机在飞行时，其发出的巨大声波会将机身周围的空气推开。我们不妨设当地音速为u,飞机速度为v,当v＜u时，声波在飞机前方以比飞机快的速度前进，并不影响飞机自身；当v＞u时，飞机产生的音波在飞机后以比飞机小的速度传播，也不影响飞机自身。
↑科学家想了许多方法缓解音障带来的巨大阻力。观察许多超音速飞机我们可以发现他们身上的两大共同点:采用蜂腰机身，应用跨音速面积率减小跨音速阻力；“平头变尖头”，采用锥形机头，辅以三角翼等小展弦比翼型，将整个机身都“藏”在机头产生的激波里。 而音爆，就是前后数个激波叠加在一起，机体本身对空气的压缩让空气无法迅速传播，从而逐渐在机体的迎风面上累积产生一个激波面，而在这个激波面上，声学能量高度集中，就产生了震耳欲聋的音爆现象。 至于说，音爆在多大高度对地面影响多大，无论是军机亦或是当年的“协和”超音速客机，都是有必要去统计的，只是我们一介草民，能够搜集到的资料不多。以协和客机为例，在16000m以M 2.0飞行的时候，其对地面产生压强约为100Pa。换言之，如果一块1m²大小的玻璃单侧受到100Pa压强，即相当于受到10kg的压力，那么当协和飞机以此速度、高度掠过时，地面的玻璃沙沙作响是不难解释的。而如果将100Pa换算为更直观的声强，则约为133dB。这是什么概念呢?想象一下方圆数公里都能听到声音的大型演唱会吧，133dB就相当于你正坐站在硕大的音响设备面前。这可就不仅仅是震耳欲聋了，震心啊💔。因此协和飞机被禁止在陆地上空做超音速飞行。 如果是低空超音速飞行，由声波随距离而衰减的特性不难想象，其对地面的影响只会比在高空更严重，不仅人畜会听到震耳欲聋的巨响，窗户沙沙作响，曾经也出现过军方飞机训练失误超低空超音速掠过居民区，其音爆震碎玻璃、乃至掀翻不结实的小屋等案例。 前些年“黑丝带”歼-20处于试飞阶段的时候，许多成都网友反映能够听到天空中“打炮”的声音，可见音爆影响范围之广。事实上，飞机轨迹下的一片区域都能听到音爆。当飞机在3000m以M 1.5速度飞行时，“音爆区”可达40km宽。而高度10000m，M 2.0时，“音爆区”甚至可以扩大到60km宽。 至于对人的具体影响，声音低不低沉，咱也没有亲身体验过。不过根据亲历者的描述，音爆声应该和雷声、炮声类似，低沉而贯穿力强大。在叙利亚，政府军曾使用米格21战斗机夜间低空超音速盘旋，让叛军兄弟一晚没睡……可见音爆对人的实际影响应该不小。 |
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