音障和热障

 

  音障是怎么回事?

    空气中扰动压力是以声音的速度从扰动源向四周传播的。当飞机速度比声音速度小得多时,飞机对空气的扰动来得及向前传播,也就是空气来得及为飞机让道;但当 飞机速度达到音速时,飞机前面的空气来不及让开,形成堆积在一起的正激波,使飞机的阻力骤增。在没有喷气发动机和薄后掠翼的气动布局的情况下,飞机过不了 音速,因此称为“音障”。

    为了衡量飞机遇到音障的程度,飞机的飞行速度往往以它与空气中音速的比值来表示。此值为纪念奥地利弹道学家,称为“马赫数”——M。M<1称为亚音 速;M=0.8-1.4,称为跨音速;M≥1.4,称为超音速。飞机速度超过音速后,机头正激波变成斜激波,飞机的波阻还会降低些。

    音障

    自飞机出现以来,人们就一直设法提高飞机的速度,但到40年代中期,当飞机的速度提高到快接近音速时(在海平面状态下,声音的速度为340米/秒或者 1224千米/小时)却遇到人类航空史上第一个难以逾越的障碍。所有曾把飞机速度接近到音速的飞行员都有一种可怕的经历,飞机似乎撞到一堵无形的墙上,飞 机突然激烈抖动,完全失去控制,并出现了几次飞机在空中解体的惨剧。

    世界上第一架冲击音障的试验机是美国制造的X-1试验机。它设计成尖尖的机头、薄薄的机翼,干干净净的外形,结构极其结实,用4台火箭发动机作为动力。飞 行时,先被挂在一架B-29轰炸机的机腹下,带到高空后投放,再由飞行员启动火箭发动机加速到音速。1947年10月14日X-1向音障冲击,获得成功, 飞行马赫数达到1.015。但真正实用的超过音速的作战飞机出现还在50年代。

  真正实用的超过音速的战斗机-F-100

     热障

  当飞机突破音障进入超音速飞行后又遇到了第二个拦路虎。由空气和飞机表面摩擦产生的热量在低速飞行时较低,在周围空气中容易耗散,但在超音速长 时间飞行时热量急剧增加,不仅飞行员受不了,机内许多设备无法工作,飞机结构和材料也无法承受。这种由气动加热引起的危险障碍称为“热障”。通常对马赫数 超过2.2的飞机必须采取防热措施,设计人员不仅要考虑使用一些昂贵的耐高温材料,还要采取大量隔热措施,这又使飞机重量和复杂性大大增加,因此,热障是 超音速飞机设计中最头疼的障碍。

  SR-71飞机,其机体的93%采用钛合金,因而顺利地越过了热障,创造了音速3.3倍的世界纪录。

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