【簡(jiǎn)介：】音障現(xiàn)象
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(shí)，將會(huì)逐漸追上自己發(fā)出的聲波。聲波疊合累積的結(jié)果，會(huì)造成震波（Shock Wave）的產(chǎn)生，進(jìn)而對(duì)飛行器的加速產(chǎn)生障

音障現(xiàn)象
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(shí)，將會(huì)逐漸追上自己發(fā)出的聲波。聲波疊合累積的結(jié)果，會(huì)造成震波（Shock Wave）的產(chǎn)生，進(jìn)而對(duì)飛行器的加速產(chǎn)生障礙，而這種因?yàn)橐羲僭斐商嵘俣鹊恼系K稱(chēng)為音障。突破音障進(jìn)入超音速后，從航空器最前端起會(huì)產(chǎn)生一股圓錐形的音錐，在旁觀者聽(tīng)來(lái)這股震波有如爆炸一般，故稱(chēng)為音爆或聲爆（Sonic Boom）。強(qiáng)烈的音爆不僅會(huì)對(duì)地面建筑物產(chǎn)生損害，對(duì)于飛行器本身伸出沖擊面之外部分也會(huì)產(chǎn)生破壞。

除此之外，由于在物體的速度快要接近音速時(shí)，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?chē)鷫毫?huì)陡降。在比較潮濕的天氣，有時(shí)陡降的壓力所造成的瞬間低溫可能會(huì)讓氣溫低于它的露點(diǎn)（Dew Point）溫度，使得水汽凝結(jié)變成微小的水珠，肉眼看來(lái)就像是云霧般的狀態(tài)。但由于這個(gè)低壓帶會(huì)隨著空氣離機(jī)身的距離增加而恢復(fù)到常壓，因此整體看來(lái)形狀像是一個(gè)以物體為中心軸、向四周均勻擴(kuò)散的圓錐狀云團(tuán)。


飛機(jī)音障共振瞬間
人們?cè)趯?shí)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)MO.9空中時(shí)速約950公里時(shí)，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(dòng)阻力劇增。要進(jìn)一步提高速度，就需要發(fā)動(dòng)機(jī)有更大的推力。更嚴(yán)重的是，激波能使流經(jīng)機(jī)翼和機(jī)身表面的氣流，變得非常紊亂，從而使飛機(jī)劇烈抖動(dòng)，操縱十分困難。同時(shí)，機(jī)翼會(huì)下沉、機(jī)頭往下栽；如果這時(shí)飛機(jī)正在爬升，機(jī)身會(huì)突然自動(dòng)上仰。這些討厭的癥狀，都可能導(dǎo)致飛機(jī)墜毀。這就是所謂“音障”問(wèn)題。由于聲波的傳遞速度是有限的，移動(dòng)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(shí)，聲波開(kāi)始在物體前面堆積。如果這個(gè)物體有足夠的加速度，便能突破這個(gè)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(gè)以超音速前進(jìn)的物體，會(huì)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(shí)，觀察者不會(huì)聽(tīng)到聲音；物體通過(guò)后，所產(chǎn)生的波(馬赫波)朝向地面?zhèn)鱽?lái)，波間的壓力差會(huì)形成可聽(tīng)見(jiàn)的效應(yīng)，也就是音爆.

當(dāng)飛機(jī)的飛行速度比音速低時(shí)，同飛機(jī)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(jī)的空氣，使它們“讓路”。但當(dāng)飛機(jī)的速度超過(guò)音速時(shí)，飛機(jī)前面的空氣因來(lái)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(qiáng)突然升高，阻止了飛機(jī)的進(jìn)一步加速，并可能使機(jī)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(lái)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(shí)，前方急速?zèng)_來(lái)的空氣不能夠像平常一樣通過(guò)機(jī)身擴(kuò)散開(kāi)，于是氣體都堆積到了飛行體的周?chē)a(chǎn)生極大的壓力，也會(huì)引發(fā)出一種看不見(jiàn)的空氣旋渦，俗稱(chēng)“死亡漩渦”這也被叫做音障，如果機(jī)身不作特殊加固處理，那么將會(huì)被瞬間搖成碎片。



音障的解釋
物體與流體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)流體產(chǎn)生擾動(dòng)。
下面，以飛機(jī)與大氣的擾動(dòng)為例，當(dāng)飛機(jī)引起大氣的擾動(dòng)之后，這個(gè)擾動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)原理，在1時(shí)刻飛機(jī)在地點(diǎn)1引起球面波1，之后飛機(jī)以v的速度前行，球面波以u(píng)的速度擴(kuò)散，在2時(shí)刻飛機(jī)在地點(diǎn)2引起球面波2，兩者速度不變。如此積累，因?yàn)轱w機(jī)始終在向前，則若干波的疊加后形狀。
以上是飛機(jī)勻速飛行的情況，若飛機(jī)加速，則情況更加明顯。 如果飛機(jī)速度沒(méi)有超音速，即v<u，則波始終在飛機(jī)之前。但當(dāng)v＝u時(shí)，則飛機(jī)與波開(kāi)始保持靜止。飛機(jī)繼續(xù)加速，v>u時(shí)，第一次引起的擾動(dòng)波將與以后引起的擾動(dòng)波疊加，并始終處于飛機(jī)前部不遠(yuǎn)處。這個(gè)不斷疊加的波就是我們通常所謂的激波了。

接近音障
第二次世界大戰(zhàn)后期，戰(zhàn)斗機(jī)的最大速度，已超過(guò)每小時(shí)700公里。要進(jìn)一步提高速度，就碰到所謂“音障”問(wèn)題。

聲音在空氣中傳播的速度，受空氣溫度的影響，數(shù)值是有變化的。飛行高度不同，大氣溫度會(huì)隨著高度而變化，因此音速也不同。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣情況下，海平面音速為每小時(shí)1227.6公里，在11000米的高空，是每小時(shí)1065.6公里。時(shí)速700多公里的飛機(jī)，迎面氣流在流過(guò)機(jī)體表面的時(shí)候，由于表面各處的形狀不同，局部時(shí)速可能出700公里大得多。當(dāng)飛機(jī)再飛快一些，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(dòng)阻力劇增。

這種“音障”， 曾使高速戰(zhàn)斗機(jī)飛行員們深感迷惑。每當(dāng)他們的飛機(jī)接近音速時(shí)，飛機(jī)操縱上都產(chǎn)生奇特的反應(yīng)，處置不當(dāng)就會(huì)機(jī)毀人亡。第二次世界大戰(zhàn)后期，英國(guó)的噴火式戰(zhàn)斗機(jī)和美國(guó)的“雷電”式戰(zhàn)斗機(jī)，在接近音速的高速飛行時(shí)，最早感覺(jué)到空氣的壓縮性效應(yīng)。也就是說(shuō)，在高速飛行的飛機(jī)前部，由于局部激波的產(chǎn)生，空氣受到壓縮，阻力急劇增加?！皣娀稹笔斤w機(jī)用最大功率俯沖時(shí)，速度可達(dá)音速的十分之九。這樣快的速度，已足以使飛機(jī)感受到空氣的壓縮效應(yīng)。為了更好地表達(dá)飛行速度接近或超過(guò)當(dāng)?shù)匾羲俚某潭?，科學(xué)家采用了一個(gè)反映飛行速度的重要參數(shù)：馬赫數(shù)。它是飛行速度與當(dāng)?shù)匾羲俚谋戎担?jiǎn)稱(chēng)M數(shù)。M數(shù)是以?shī)W地利物理學(xué)家伊·馬赫的姓氏命名的。馬赫曾在19世紀(jì)末期進(jìn)行過(guò)槍彈彈丸的超音速實(shí)驗(yàn)，最早發(fā)現(xiàn)擾動(dòng)源在超音速氣流中產(chǎn)生的波陣面，即馬赫波的存在。M數(shù)小于1，表示飛行速度小于音速，是亞音速飛行；M數(shù)等于1，表示飛行速度與音速相等；M數(shù)大于1，表示飛行速度大于音速，是超音速飛行。

第二次世界大戰(zhàn)后期，飛行速度達(dá)到了650-750公里/小時(shí)的戰(zhàn)升機(jī)，已經(jīng)接近活塞式飛機(jī)飛行速度的極限。例如美國(guó)的P-5lD“野馬”式戰(zhàn)斗機(jī)，最大速度每小時(shí)765公里，大概是用螺旋槳推進(jìn)的活塞式戰(zhàn)升機(jī)中，飛得最快的了。若要進(jìn)一步提高飛行速度，必須增加發(fā)動(dòng)機(jī)推力但是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)無(wú)能為力。航空科學(xué)家們認(rèn)識(shí)到，要向音速?zèng)_擊，必須使用全新的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，也就是噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。