【簡介:】渦旋(Vortex)有時也稱旋渦。是指一種半徑很小的圓柱在靜止流體中旋轉(zhuǎn)引起周圍流體作圓周運動的流動現(xiàn)象。
一般旋渦內(nèi)部有一渦量的密集區(qū),稱渦核,其運動類似剛體旋轉(zhuǎn)。上述圓柱
渦旋(Vortex)有時也稱旋渦。是指一種半徑很小的圓柱在靜止流體中旋轉(zhuǎn)引起周圍流體作圓周運動的流動現(xiàn)象。
一般旋渦內(nèi)部有一渦量的密集區(qū),稱渦核,其運動類似剛體旋轉(zhuǎn)。上述圓柱體即相似于旋渦的渦核。
在它的外部,流體的圓周速度與半徑成反比;在它內(nèi)部,則與半徑成正比,在渦心上圓周速度為零。旋渦是飛行器繞流中的重要流動現(xiàn)象,對飛行器的空氣動力特性有重要影響(見機翼空氣動力特性和機身空氣動力特性)。
一般來說,流水形成的渦旋被稱做漩渦,大氣形成的渦旋則有可能形成熱帶氣旋或者龍卷風(fēng)。
飛機在空中的時速是怎樣測量出來的?什么是音障?音障會對人體造成損害嗎?
音障是指飛行器速度接近音速時,會追上自己發(fā)出的聲波造成震波,進(jìn)而對加速產(chǎn)生障礙的現(xiàn)象。進(jìn)入超音速后,航空器前端起會產(chǎn)生一股圓錐形的音錐,在旁觀者聽來有如爆炸一般,稱為音爆或聲爆。
音障是一種物理現(xiàn)象,當(dāng)物體(通常是航空器)的速度接近音速時,將會逐漸追上自 音障
己發(fā)出的聲波。聲波疊合累積的結(jié)果,會造成震波(Shock Wave)的產(chǎn)生,進(jìn)而對飛行器的加速產(chǎn)生障礙,而這種因為音速造成提升速度的障礙稱為音障。突破音障進(jìn)入超音速后,從航空器最前端起會產(chǎn)生一股圓錐形的音錐,在旁觀者聽來這股震波有如爆炸一般,故稱為音爆或聲爆(Sonic Boom)。強烈的音爆不僅會對地面建筑物產(chǎn)生損害,對于飛行器本身伸出沖擊面之外部分也會產(chǎn)生破壞。 除此之外,由于在物體的速度快要接近音速時,周邊的空氣受到聲波疊合而呈現(xiàn)非常高壓的狀態(tài),因此一旦物體穿越音障后,周圍壓力將會陡降。在比較潮濕的天氣,有時陡降的壓力所造成的瞬間低溫可能會讓氣溫低于它的露點(Dew Point),使得水汽凝結(jié)變成微小的水珠,肉眼看來就像是云霧般的狀態(tài)。但由于這個低壓帶會隨著空氣離機身的距離增加而恢復(fù)到常壓,因此整體看來形狀像是一個以物體為中心軸、向四周均勻擴散的圓錐狀云團(tuán)。人們在實踐中發(fā)現(xiàn),在飛行速度達(dá)到音速的十分之九,即馬赫數(shù)M0.9空中時速約950公里時,局部氣流的速度可能就達(dá)到音速,產(chǎn)生局部激波,從而使氣動阻力劇增。要進(jìn)一步提高速度,就需要發(fā)動機有更大的推力。更嚴(yán)重的是,激波能使流經(jīng)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 超音速
然自動上仰。這些討厭的癥狀,都可能導(dǎo)致飛機墜毀。這就是所謂“音障”問題。由于聲波的傳遞速度是有限的,移動中的聲源便可追上自己發(fā)出的聲波。當(dāng)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(wěn)定的聲波屏障,沖到聲音的前面去,也就是沖破音障。 一個以超音速前進(jìn)的物體,會持續(xù)在其前方產(chǎn)生穩(wěn)定的壓力波(弓形震波)。當(dāng)物體朝觀察者前進(jìn)時,觀察者不會聽到聲音;物體通過后,所產(chǎn)生的波(馬赫波)朝向地面?zhèn)鱽?,波間的壓力差會形成可聽見的效應(yīng),也就是音爆. 當(dāng)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(dāng)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,激波后面,空氣因被壓縮,使壓強突然升高,阻止了飛機的進(jìn)一步加速,并可能使機翼和尾翼劇烈振顫而發(fā)生爆炸。 而音障不單單僅有聲波,還有來自空氣的阻力,當(dāng)飛行物體要接近1馬赫(聲速單位)飛行時,前方急速沖來的空氣不能夠像平常一樣通過機身擴散開,于是氣體都堆積到了飛行體的周圍,產(chǎn)生極大的壓力,也會引發(fā)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。
編輯本段音障的解釋
物體與流體發(fā)生相對運動時,會對流體產(chǎn)生擾動。 下面,以飛機與大氣的擾動為例,當(dāng)飛機引起大氣的擾動之后,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(jù)相對運動原理,在1時刻飛機在地點1引起球面波1, 相對運動
之后飛機以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,則若干波的疊加后形狀。 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vu時,第一次引起的擾動波將與以后引起的擾動波疊加,并始終處于飛機前部不遠(yuǎn)處。這個不斷疊加的波就是我們通常所謂的激波了。 音障現(xiàn)象是一個統(tǒng)計結(jié)果。 如果僅僅是因為在音速附近,所以出現(xiàn)音障現(xiàn)象,那么飛機整體均應(yīng)出現(xiàn)音障現(xiàn)象,因為飛機整體是一個速度。如果說音障造成了液化,那么整個飛機都應(yīng)在液化環(huán)境中。所以用音障來介紹飛機周圍的液化現(xiàn)象是不合適的。盡管在音速的時候出現(xiàn)了空氣液化的情況,液化應(yīng)該從其自身的產(chǎn)生條件來考慮。當(dāng)濕度大的空氣受到壓縮時,空氣中的水就會液化。當(dāng)飛機速度很高的時候,將在迎風(fēng)面形成高壓,高壓下空氣中水汽沸點升高,就會出現(xiàn)液化現(xiàn)象。這也可以解釋為什么飛機后半部分沒有霧的現(xiàn)象。因為飛機后部壓力低,甚至出現(xiàn)負(fù)壓,即使前方的水顆粒進(jìn)入該區(qū)域,也會汽化而看不出來。 關(guān)于飛機周圍壓力變化,可以看做飛機不動,空氣吹飛機,迎風(fēng)面會出現(xiàn)高壓,背部負(fù)壓,這在流體力學(xué)里面是有結(jié)果的。