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空中突然一声巨响!音爆是怎么回事?为什么会如此之响?

2022-05-10 16:16:57 来源:快科技

杭州萧山又突然发生巨响了,居民楼的窗户都在震动,许多人表示自己被吓到了,而且几乎差不多时间绍兴的部分区域也听到了巨响。

大自然中最常见的巨响便是火山喷发、地震和打雷时发出的声音,但是气象局已经明确表示并没有观察到打雷和地震现象。

所以,这个声音很可能是“人造”的,在人造声音中能够让杭州萧山和绍兴这种跨度区域内都听到的情况很可能就是飞机突破音障时引发的音爆。

音爆是非常有趣的现象,可它为什么必须突破音障才会产生呢?它的声音又为什么会这么巨响呢?还有我看到很多人在问,飞机突破音障时那个“音爆云”是怎么回事呢?

音爆是怎么回事?

音爆是物体速度超过音速时产生的声音,我们时看到的甩鞭子,鞭子顶部会发出“啪”的一声巨响,这个声音其实就是因为鞭子顶部的速度超音速运行产生的。

在日常生活中音爆的案例有很多,有许多东西可以轻易在一个瞬间超过音速,毕竟音速只是一个速度而已,也不是很快。

音速指的是振动源在特定介质中的传播速度,当这个介质是空气时,大气压、湿度、温度都会影响音速快慢,在标准大气压,15℃的情况下,这时候的音速是我们熟悉的值——340m/s。

按道理飞机的飞行速度要超过340m/s不难才是,但其实还挺难的,甚至在1947年人类飞行器第一次超音速飞行前,许多保守的工程师认为音速就是人类飞行的极限。

这是因为要超过音速需要突破一个阻力急剧增加的屏障,这个被称为音障或者声障。

飞机在穿过这个屏障的时候,由于空气压力和流体力学发生变化,所以很容易出现失控现象,甚至最不好的情况飞机还会自然解体。

所以,要突破音障的话,对飞机结构的材料,以及对飞机动力系统和衡系统都需要做很大的改进才行。

空中突然一声巨响!音爆是怎么回事?为什么会如此之响?

为什么存在音障?

很多人想不明白,为什么飞机在超过音速前需要突破音障,这个音障是怎么产生的呢?

其实原因很简单,物体在空气中移动的时候,它的前后都会产生压力波,当速度越快的时候,物体前面的波会被压缩得越来越厉害,从而形成阻力。

这个过程非常像快艇在湖面划过时的情景,快艇行径时水波是前后都有的,只是前面的水波被压缩得很厉害而已。

当飞机到达音速的时候,前面的波被压缩到极限,空气密度和阻力都非常大,所以再往前就变得非常困难。

上面这张照片是美国海军少尉约翰·盖伊(John Gay)在1999年拍摄的,它可能最有名,也是最好的飞机穿过音障时的照片之一。

当然,我们的注意力很容易被飞机机翼的“音爆云”所吸引,这个“音爆云”其实是空气中水分在低压下凝结的缘故。

机翼处是最容易出现“音爆云”的,这是因为机翼提供升力时会制造一个低压区域,当飞机加速到音速的时候,飞机周围也会进入低压状态(空气被压缩到机头处),最终两者叠加,降低的压力使空气中的水凝结,形成蒸汽云。

但是,当飞机继续加速并突破音障时,低压区域空气被产生的冲击波局部干扰,蒸汽云也就消失了,取而代之的是音爆。

考虑到飞机的快速飞行,要拍到这张照片是非常不容易的,必须天时地利人和才行。

据说,当时约翰·盖伊是听到音爆瞬间按下快门的,不仅如此,当天测试超音速飞行的天气也有很大关系,当天是一个非常潮湿的日子,水分子含量充足。

那么还有最后一个问题,为什么音爆是在突破音障时产生,是什么让它的声音如此响亮?

当飞机飞行的时候,它前面的压力波阻碍了飞行并导致压缩,而当飞机速度超过超音速时,压缩到了极限值并被冲破,从而产生冲击波(空气的不断膨胀和收缩都会产生冲击波)。

超音速飞机音爆产生的冲击波一般能达到200分贝左右,它向后推进一段距离后,以声音的极限值——194分贝继续推进并减弱,直到完全消失。

由于飞机存在一段距离,当出现音爆的时候,实际上它有两个爆音,一个是飞机压缩前面的压力波形成的,另一个是在飞机离开波时形成的。

只是由于两个爆音间隔十分短暂,所以我们可能分辨不出来。

两个音爆共同形成一个圆锥状的形式向外辐射,任何在辐射范围之内的人都会听到声音。

由于飞机在超音速行驶的时候,冲击波一直在持续产生,所以实际上它飞过的地方都会产生音爆,覆盖范围会非常广。

从这次杭州巨响的情况来分析——萧山和绍兴部分区域的人都听到了,它是超音速飞行产生的声音的可能是非常大。

最后

有些人还会好奇,超音速飞行的飞行员能不能听到声音。

他们确实听不到音爆的巨响,但是他们可以听到发动机的声响,因为发动机声波是在驾驶舱里传播的。

标签: 音爆是怎么回事 音爆为什么会如此之响 杭州萧山 萧山发生巨响

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