當你被告知有一個障礙物擋住了你的去路時，你想到什么，我相信大部分人想到的是某種物理上的障礙使你無法通過或更難通過。
如果你是航空學的愛好者，或者需要速度的人（比如超人），那么你可能會遇到“音障”這個詞?；旧?，任何速度超過音速的物體或人都有效地“越過”了音障。
這些似乎是相當抽象的區(qū)別，所以讓我們進入具體的細節(jié)分析。什么是音障?如何打破音障?更具體地說，它需要額外的力量或努力來跨越嗎?
什么是音障?
音障是任何物體在接近音速時所受到的越來越大的阻力的俗稱。音速，更確切地說，是振動作為聲音在空氣中傳播的最大速度。
當一個物體在空中移動時，它會產(chǎn)生聲波，聲波會向各個方向傳播，包括在飛機前方。一個物體運動得越快，它就越接近音速，所以它本質(zhì)上是在追趕它產(chǎn)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。
為了更容易想象這種現(xiàn)象，我們打個比方，比如一個物體穿過湖面時形成的波浪。如果你扔下一塊石頭，它會產(chǎn)生以同心圓向外運動的波。
然而，如果你在駕駛一艘船，你會注意到船會產(chǎn)生波浪，在它運動的方向，即在船的前面?zhèn)鞑ァ?/p>
同樣，當飛機或任何其他物體在空中飛行時，飛機前面的聲波會移開，在物體前面形成緊密的“波”。
現(xiàn)在，當速度在這些情況下增加時，會發(fā)生非常不同的事情。當快艇在平靜的湖面上行駛時，船前的水無法及時離開，所以波浪無法傳播;相反，它們結(jié)合在一起，能量表現(xiàn)為船經(jīng)過后留下的一個大尾流。
將這種情況轉(zhuǎn)化為空氣，當一架飛機超過音速(一般約700英里每小時，視高度、溫度、氣壓等而定)時，收緊的聲波壁(稱為風墻)就會留在運動物體后面，就像尾流一樣。
就像船后的尾流通常比組成它的單個小波更強大一樣，飛機后的聲波尾流也以音爆的形式出現(xiàn)。
穿過音障難嗎?
如上所述，“屏障”這個詞在討論音速時有點用詞不當，但要跨越這個屏障可能相當困難。事實上，在過去，人們認為音速是人類飛行的終點。
在早期的飛機模型中，高速飛行時的極端壓力變化，以及移動空氣的巨大力量，會導致事故，失去飛行控制，甚至是對飛機的物理破壞。
基本上，如果你飛得足夠快，你的飛機就會開始解體。
然而，隨著更堅固的材料的出現(xiàn)，以及對航空工程和流體力學更精確的了解，制造出一種更耐用的飛機成為可能，這種飛機可以超過音速，因此，人類對音爆的迷戀就這樣誕生了。
有趣的是，人類幾百年來一直聽到微小的音爆，比如鞭子的爆裂聲，它尖端的運動速度實際上比音速還快，因此產(chǎn)生了一種微小的聲波“爆裂”，我們聽到的是一種可怕的“爆裂聲”。
那么這個問題的答案很明顯了，要越過音障確實很難，但是有足夠強大的引擎驅(qū)動飛行，有足夠堅固的材料，打破音障是很正常的。
自20世紀40年代末以來，人類就經(jīng)常在各種飛機上突破音障。即便如此，當一架空軍飛機飛過你的城市時，聽到一個音爆的回聲仍然會讓你感到震驚!
當你超過音速時會發(fā)生什么?
當飛行員超過聲速時，因為飛機移動速度太快，他實際上無法聽到它正在發(fā)出的“爆裂聲”！
盡管飛機產(chǎn)生了音爆——聽起來像一場悲劇的爆炸!但對于飛機來說，從亞音速到超音速的轉(zhuǎn)變實際上是相當平穩(wěn)的。
然而，當你越過這個屏障時，空氣壓力和流體力學的作用略有不同;壓力中心會向后移動，如果它不能與質(zhì)心保持平衡，就會失去控制。
超音速飛行的飛行員明白，即使是最小的錯誤也可能導致災(zāi)難。幸運的是，考慮到這些天價飛機在空中縱橫交錯，人為失誤的可能性已經(jīng)被盡可能地消除了。
超音速飛行的不可預(yù)測性降低了超音速飛行對大眾市場的吸引力。有幾家公司已經(jīng)嘗試以這種速度銷售商業(yè)航班，但它的成本仍然高得令人望而卻步，而且風險過高。
在人體超音速旅行的風險方面，在飛機內(nèi)部，會體驗到不同馬赫速度的影響，但大多數(shù)人可以承受在4-6G的任何地方，這個加速度基本是音數(shù)任何情況下的4-6倍。
沒有飛機的保護，例如費利克斯鮑姆加特納（Felix Baumgartner）這樣的人，他們成功地從地球上方128,000英尺的破紀錄高度中跳下，危險更加真實。
如果身體不能穩(wěn)定地下降，而是開始以音速圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)，就可能導致血液在頭部和腳部淤積，導致意識喪失。
如果這兩種極端的血液壓力得不到補救，那么這種巨大的壓力實際上會壓垮大腦。幸運的是，人類沒有飛機就沒有多少機會打破音障，而鮑姆加特納是歷史上第一個。
最后
突破音障聽起來可能是一個巨大而艱巨的挑戰(zhàn)，但在空氣動力學領(lǐng)域和軍事和航空工業(yè)中，這是一個相當常見的邊界。
達到這樣的速度和隨之而來的音爆背后的科學是相當有趣的，并繼續(xù)推動我們朝著越來越快的飛行形式前進。
當談到速度，下一個偉大的發(fā)現(xiàn)是達到光速!
當然，這需要徹底打破已知的宇宙物理定律，但它肯定會成為一個偉大的故事!
聯(lián)系客服
