空中突然一声巨响!音爆是怎么回事?为什么会如此之响?
,居民樓的窗戶都在震動(dòng),許多人表示自己被嚇到了,而且?guī)缀醪畈欢鄷r(shí)間紹興的部分區(qū)域也聽到了巨響。
大自然中最常見的巨響便是火山噴發(fā)、地震和打雷時(shí)發(fā)出的聲音,但是氣象局已經(jīng)明確表示并沒有觀察到打雷和地震現(xiàn)象。
所以,這個(gè)聲音很可能是“人造”的,在人造聲音中能夠讓杭州蕭山和紹興這種跨度區(qū)域內(nèi)都聽到的情況很可能就是飛機(jī)突破音障時(shí)引發(fā)的音爆。
音爆是非常有趣的現(xiàn)象,可它為什么必須突破音障才會(huì)產(chǎn)生呢?它的聲音又為什么會(huì)這么巨響呢?還有我看到很多人在問,飛機(jī)突破音障時(shí)那個(gè)“音爆云”是怎么回事呢?
音爆是物體速度超過音速時(shí)產(chǎn)生的聲音,我們平時(shí)看到的甩鞭子,鞭子頂部會(huì)發(fā)出“啪”的一聲巨響,這個(gè)聲音其實(shí)就是因?yàn)楸拮禹敳康乃俣瘸羲龠\(yùn)行產(chǎn)生的。
音速指的是振動(dòng)源在特定介質(zhì)中的傳播速度,當(dāng)這個(gè)介質(zhì)是空氣時(shí),大氣壓、濕度、溫度都會(huì)影響音速快慢,在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,15℃的情況下,這時(shí)候的音速是我們熟悉的值——340m/s。
按道理飛機(jī)的飛行速度要超過340m/s不難才是,但其實(shí)還挺難的,甚至在1947年人類飛行器第一次超音速飛行前,許多保守的工程師認(rèn)為音速就是人類飛行的極限。
這是因?yàn)橐^音速需要突破一個(gè)阻力急劇增加的屏障,這個(gè)被稱為音障或者聲障。
所以,要突破音障的話,對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的材料,以及對(duì)飛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)都需要做很大的改進(jìn)才行。
很多人想不明白,為什么飛機(jī)在超過音速前需要突破音障,這個(gè)音障是怎么產(chǎn)生的呢?
其實(shí)原因很簡(jiǎn)單,物體在空氣中移動(dòng)的時(shí)候,它的前后都會(huì)產(chǎn)生壓力波,當(dāng)速度越快的時(shí)候,物體前面的波會(huì)被壓縮得越來越厲害,從而形成阻力。
這個(gè)過程非常像快艇在湖面劃過時(shí)的情景,快艇行徑時(shí)水波是前后都有的,只是前面的水波被壓縮得很厲害而已。
當(dāng)飛機(jī)到達(dá)音速的時(shí)候,前面的波被壓縮到極限,空氣密度和阻力都非常大,所以再往前就變得非常困難。
當(dāng)然,我們的注意力很容易被飛機(jī)機(jī)翼的“音爆云”所吸引,這個(gè)“音爆云”其實(shí)是空氣中水分在低壓下凝結(jié)的緣故。
機(jī)翼處是最容易出現(xiàn)“音爆云”的,這是因?yàn)闄C(jī)翼提供升力時(shí)會(huì)制造一個(gè)低壓區(qū)域,當(dāng)飛機(jī)加速到音速的時(shí)候,飛機(jī)周圍也會(huì)進(jìn)入低壓狀態(tài)(空氣被壓縮到機(jī)頭處),最終兩者疊加,降低的壓力使空氣中的水凝結(jié),形成蒸汽云。
但是,當(dāng)飛機(jī)繼續(xù)加速并突破音障時(shí),低壓區(qū)域空氣被產(chǎn)生的沖擊波局部干擾,蒸汽云也就消失了,取而代之的是音爆。
據(jù)說,當(dāng)時(shí)約翰·蓋伊是聽到音爆瞬間按下快門的,不僅如此,當(dāng)天測(cè)試超音速飛行的天氣也有很大關(guān)系,當(dāng)天是一個(gè)非常潮濕的日子,水分子含量充足。
那么還有最后一個(gè)問題,為什么音爆是在突破音障時(shí)產(chǎn)生,是什么讓它的聲音如此響亮?
當(dāng)飛機(jī)飛行的時(shí)候,它前面的壓力波阻礙了飛行并導(dǎo)致壓縮,而當(dāng)飛機(jī)速度超過超音速時(shí),壓縮到了極限值并被沖破,從而產(chǎn)生沖擊波(空氣的不斷膨脹和收縮都會(huì)產(chǎn)生沖擊波)。
只是由于兩個(gè)爆音間隔十分短暫,所以我們可能分辨不出來。
兩個(gè)音爆共同形成一個(gè)圓錐狀的形式向外輻射,任何在輻射范圍之內(nèi)的人都會(huì)聽到聲音。
由于飛機(jī)在超音速行駛的時(shí)候,沖擊波一直在持續(xù)產(chǎn)生,所以實(shí)際上它飛過的地方都會(huì)產(chǎn)生音爆,覆蓋范圍會(huì)非常廣。
從這次杭州巨響的情況來分析——蕭山和紹興部分區(qū)域的人都聽到了,它是超音速飛行產(chǎn)生的聲音的可能性是非常大。
有些人還會(huì)好奇,超音速飛行的飛行員能不能聽到聲音。
他們確實(shí)聽不到音爆的巨響,但是他們可以聽到發(fā)動(dòng)機(jī)的聲響,因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)聲波是在駕駛艙里傳播的。
總結(jié)
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