突破聲障是1740年羅賓斯提出的，阻力在聲速附近突然上升的現象。
基本介紹
- 中文名：突破聲障
- 外文名：Break the sound barrier
- 提出時間：1740年
- 發現者：羅賓斯
- 實質：阻力在聲速附近突然上升的現象
簡介,目錄,
簡介
1740年，羅賓斯進行實驗時，炮彈的時速超過820英里。即大於空氣中的聲波傳播速度（約每小時760英里）,在實驗中他發現牛頓的平方阻力公式只適用於運動速度較低的情況。當運動速度比較高時，阻力的增加遠較此公式所給出的為快。有時甚至高達3-4倍，特別是在運動速度到達聲速之前，阻力出現一個非常突然的增加，過了聲速以後，阻力又開始下降，逐漸趨向正常值，這種阻力在聲速附近突然上升的現象就是所謂的”聲障”現象
目錄
1突破音障2音障的解釋
突破音障人們在實踐中發現，在飛行速度達到音速的十分之九，即馬赫數MO.9空中時速約950公里時，局部氣流的速度可能就達到音速，產生局部激波，從而使氣動阻力劇增。要進一步提高速度，就需要發動機有更大的推力。更嚴重的是，激波能使流經機翼和機身表面的氣流，變得非常紊亂，從而使飛機劇烈抖動，操縱十分困難。同時，機翼會下沉、機頭往下栽；如果這時飛機正在爬升，機身會突然自動上仰。這些討厭的症狀，都可能導致飛機墜毀。這就是所謂“音障”問題。由於聲波的傳遞速度是有限的，移動中的聲源便可追上自己發出的聲波。當物體速度增加到與音速相同時，聲波開始在物體前面堆積。如果這個物體有足夠的加速度，便能突破這個不穩定的聲波屏障，衝到聲音的前面去，也就是衝破音障。
一個以超音速前進的物體，會持續在其前方產生穩定的壓力波(弓形震波)。當物體朝觀察者前進時，觀察者不會聽到聲音；物體通過後，所產生的波(馬赫波)朝向地面傳來，波間的壓力差會形成可聽見的效應，也就是音爆.
當飛機的飛行速度比音速低時，同飛機接觸的空氣好像“通信員”似的，以傳遞聲音的速度向前“通知”前面即將遭遇飛機的空氣，使它們“讓路”。但當飛機的速度超過音速時，飛機前面的空氣因來不及躲避而被緊密地壓縮在一起，堆聚成一層薄薄的波面——激波，激波後面，空氣因被壓縮，使壓強突然升高，阻止了飛機的進一步加速，並可能使機翼和尾翼劇烈振顫而發生爆炸。
而音障不單單僅有聲波，還有來自空氣的阻力，當飛行物體要接近1馬赫（聲速單位）飛行時，前方急速衝來的空氣不能夠像平常一樣通過機身擴散開，於是氣體都堆積到了飛行體的周圍，產生極大的壓力，也會引發出一種看不見的空氣旋渦，俗稱“死亡漩渦”這也被叫做音障，如果機身不作特殊加固處理，那么將會被瞬間搖成碎片。
音障的解釋 物體與流體發生相對運動時，會對流體產生擾動。
下面，以飛機與大氣的擾動為例，當飛機引起大氣的擾動之後，這個擾動將以波的形式向空間傳播。理想的形式為球面波。但根據相對運動原理，在1時刻飛機在地點1引起球面波1，之後飛機以v的速度前行，球面波以u的速度擴散，在2時刻飛機在地點2引起球面波2，兩者速度不變。如此積累，因為飛機始終在向前，則若干波的疊加後形狀。
以上是飛機勻速飛行的情況，若飛機加速，則情況更加明顯。 如果飛機速度沒有超音速，即v<u，則波始終在飛機之前。但當v=u時，則飛機與波開始保持靜止。飛機繼續加速，v>u時，第一次引起的擾動波將與以後引起的擾動波疊加，並始終處於飛機前部不遠處。這個不斷疊加的波就是我們通常所謂的激波了。
接近音障
聲音在空氣中傳播的速度，受空氣溫度的影響，數值是有變化的。飛行高度不同，大氣溫度會隨著高度而變化，因此音速也不同。在國際標準大氣情況下，海平面音速為每小時1227.6公里，在11000米的高空，是每小時1065.6公里。時速700多公里的飛機，迎面氣流在流過機體表面的時候，由於表面各處的形狀不同，局部時速可能出700公里大得多。當飛機再飛快一些，局部氣流的速度可能就達到音速，產生局部激波，從而使氣動阻力劇增。
這種“音障”， 曾使高速戰鬥機飛行員們深感迷惑。每當他們的飛機接近音速時，飛機操縱上都產生奇特的反應，處置不當就會機毀人亡。第二次世界大戰後期，英國的噴火式戰鬥機和美國的“雷電”式戰鬥機，在接近音速的高速飛行時，最早感覺到空氣的壓縮性效應。也就是說，在高速飛行的飛機前部，由於局部激波的產生，空氣受到壓縮，阻力急劇增加。“噴火”式飛機用最大功率俯衝時，速度可達音速的十分之九。這樣快的速度，已足以使飛機感受到空氣的壓縮效應。為了更好地表達飛行速度接近或超過當地音速的程度，科學家採用了一個反映飛行速度的重要參數：馬赫數。它是飛行速度與當地音速的比值，簡稱M數。M數是以奧地利物理學家伊·馬赫的姓氏命名的。馬赫曾在19世紀末期進行過槍彈彈丸的超音速實驗，最早發現擾動源在超音速氣流中產生的波陣面，即馬赫波的存在。M數小於1，表示飛行速度小於音速，是亞音速飛行；M數等於1，表示飛行速度與音速相等；M數大於1，表示飛行速度大於音速，是超音速飛行。
