【簡(jiǎn)介:】運(yùn)載火箭是用來推動(dòng)飛船升空用的,一般分三級(jí),會(huì)在火箭發(fā)射過程中逐級(jí)分離。如在阿波羅計(jì)劃中使用的大力神5號(hào)運(yùn)載火箭,中國(guó)的則是長(zhǎng)征系列。
航天飛機(jī)是美國(guó)制造的一種航天器,其
運(yùn)載火箭是用來推動(dòng)飛船升空用的,一般分三級(jí),會(huì)在火箭發(fā)射過程中逐級(jí)分離。如在阿波羅計(jì)劃中使用的大力神5號(hào)運(yùn)載火箭,中國(guó)的則是長(zhǎng)征系列。
航天飛機(jī)是美國(guó)制造的一種航天器,其特點(diǎn)在于可以像飛機(jī)一樣滑翔降落,升空也不用運(yùn)載火箭,而是采用專用的推進(jìn)器。如美國(guó)的奮進(jìn)號(hào)、亞特蘭蒂斯號(hào)等。
宇宙飛船和人造衛(wèi)星差不多,就是發(fā)射到軌道運(yùn)行的,發(fā)射時(shí)位于運(yùn)載火箭頂端。不過宇宙飛船一般是載人的,有艙體;人造衛(wèi)星無可無艙體。如神州七號(hào)宇宙飛船。
絕密飛行里鏡頭里發(fā)生的情況是什么
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,在旁觀者聽來這股震波有如爆炸一般,故稱為音爆或聲爆(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,周圍壓力將會(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(huì)形成可聽見的效應(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)的速度超過音速時(shí),飛機(jī)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(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)_來的空氣不能夠像平常一樣通過機(jī)身擴(kuò)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(huì)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(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,已超過每小時(shí)700公里。要進(jìn)一步提高速度,就碰到所謂“音障”問題。
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),最早感覺到空氣的壓縮性效應(yīng)。也就是說,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?,?jiǎn)稱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)。