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当你被告知有一个障碍物挡住了你的去路时，你想到什么，我相信大部分人想到的是某种物理上的障碍使你无法通过或更难通过。 如果你是航空学的爱好者，或者需要速度的人（比如超人），那么你可能会遇到“音障”这个词。基本上，任何速度超过音速的物体或人都有效地“越过”了音障。 这些似乎是相当抽象的区别，所以让我们进入具体的细节分析。什么是音障?如何打破音障?更具体地说，它需要额外的力量或努力来跨越吗? 什么是音障? 音障是任何物体在接近音速时所受到的越来越大的阻力的俗称。音速，更确切地说，是振动作为声音在空气中传播的最大速度。 当一个物体在空中移动时，它会产生声波，声波会向各个方向传播，包括在飞机前方。一个物体运动得越快，它就越接近音速，所以它本质上是在追赶它产生的噪音! 音障是指在如此快的速度下存在的更高水平的阻力和摩擦力，它是可以被超越的，但它需要很大的努力。 为了更容易想象这种现象，我们打个比方，比如一个物体穿过湖面时形成的波浪。如果你扔下一块石头，它会产生以同心圆向外运动的波。 然而，如果你在驾驶一艘船，你会注意到船会产生波浪，在它运动的方向，即在船的前面传播。 同样，当飞机或任何其他物体在空中飞行时，飞机前面的声波会移开，在物体前面形成紧密的“波”。 现在，当速度在这些情况下增加时，会发生非常不同的事情。当快艇在平静的湖面上行驶时，船前的水无法及时离开，所以波浪无法传播;相反，它们结合在一起，能量表现为船经过后留下的一个大尾流。 将这种情况转化为空气，当一架飞机超过音速(一般约700英里每小时，视高度、温度、气压等而定)时，收紧的声波壁(称为风墙)就会留在运动物体后面，就像尾流一样。 就像船后的尾流通常比组成它的单个小波更强大一样，飞机后的声波尾流也以音爆的形式出现。 穿过音障难吗? 如上所述，“屏障”这个词在讨论音速时有点用词不当，但要跨越这个屏障可能相当困难。事实上，在过去，人们认为音速是人类飞行的终点。 在早期的飞机模型中，高速飞行时的极端压力变化，以及移动空气的巨大力量，会导致事故，失去飞行控制，甚至是对飞机的物理破坏。 基本上，如果你飞得足够快，你的飞机就会开始解体。 然而，随着更坚固的材料的出现，以及对航空工程和流体力学更精确的了解，制造出一种更耐用的飞机成为可能，这种飞机可以超过音速，因此，人类对音爆的迷恋就这样诞生了。 有趣的是，人类几百年来一直听到微小的音爆，比如鞭子的爆裂声，它尖端的运动速度实际上比音速还快，因此产生了一种微小的声波“爆裂”，我们听到的是一种可怕的“爆裂声”。 那么这个问题的答案很明显了，要越过音障确实很难，但是有足够强大的引擎驱动飞行，有足够坚固的材料，打破音障是很正常的。 自20世纪40年代末以来，人类就经常在各种飞机上突破音障。即便如此，当一架空军飞机飞过你的城市时，听到一个音爆的回声仍然会让你感到震惊! 当你超过音速时会发生什么? 当飞行员超过声速时，因为飞机移动速度太快，他实际上无法听到它正在发出的“爆裂声”！ 尽管飞机产生了音爆——听起来像一场悲剧的爆炸!但对于飞机来说，从亚音速到超音速的转变实际上是相当平稳的。 然而，当你越过这个屏障时，空气压力和流体力学的作用略有不同;压力中心会向后移动，如果它不能与质心保持平衡，就会失去控制。 超音速飞行的飞行员明白，即使是最小的错误也可能导致灾难。幸运的是，考虑到这些天价飞机在空中纵横交错，人为失误的可能性已经被尽可能地消除了。 超音速飞行的不可预测性降低了超音速飞行对大众市场的吸引力。有几家公司已经尝试以这种速度销售商业航班，但它的成本仍然高得令人望而却步，而且风险过高。 在人体超音速旅行的风险方面，在飞机内部，会体验到不同马赫速度的影响，但大多数人可以承受在4-6G的任何地方，这个加速度基本是音数任何情况下的4-6倍。 没有飞机的保护，例如费利克斯鲍姆加特纳（Felix Baumgartner）这样的人，他们成功地从地球上方128,000英尺的破纪录高度中跳下，危险更加真实。 如果身体不能稳定地下降，而是开始以音速围绕中心轴旋转，就可能导致血液在头部和脚部淤积，导致意识丧失。 如果这两种极端的血液压力得不到补救，那么这种巨大的压力实际上会压垮大脑。幸运的是，人类没有飞机就没有多少机会打破音障，而鲍姆加特纳是历史上第一个。 最后 突破音障听起来可能是一个巨大而艰巨的挑战，但在空气动力学领域和军事和航空工业中，这是一个相当常见的边界。 达到这样的速度和随之而来的音爆背后的科学是相当有趣的，并继续推动我们朝着越来越快的飞行形式前进。 当谈到速度，下一个伟大的发现是达到光速! 当然，这需要彻底打破已知的宇宙物理定律，但它肯定会成为一个伟大的故事! |
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