临界马赫数和音障
飞机速度史话――突破音障
突破音障第二次世界大战后期，战斗机的最大速度，已超过每小时700公里。
要进一步提高速度，就碰到所谓“音障”问题。
声音在空气中传播的速度，受空气温度的影响，数值是有变化的。
飞行高度不同，大气温度会随着高度而变化，因此当地音速也不同。
在国际标准大气情况下，海平面音速为每小时1227.6公里，在l1000米的高空，是每小时1065.6公里。
时速700多公里的飞机，迎面气流在流过机体表面的时候，由于表面各处的形状不同，局部时速可能出700公里大得多。
当飞机再飞快一些，局部气流的速度可能就达到音速，产生局部激波，从而使气动阻力剧增。
这种“音障”，曾使高速战斗机飞行员们深感迷惑。
每当他们的飞机接近音速时，飞机操纵上都产生奇特的反应，处置不当就会机毁人亡。
第二次世界大战后期，英国的“喷火”式战斗机和美国的“雷电”式战斗机，在接近音速的高速飞行时，最早感觉到空气的压缩性效应。
也就是说，在高速飞行的飞机前部。
由于局部激波的产生，空气受到压缩，阻力急剧增加。
“喷火”式飞机用最大功率俯冲时，速度可达音速的十分之九。
这样快的速度，已足以使飞机感受到空气的压缩效应。
为了更好地表达飞行速度接近或超过当地音速的程度，科学家采用了一个反映飞行速度的重要参数：马赫数。
它是飞行速度与当地音速的比值，简称M数。
M数是以奥地利物理学家伊·马赫的姓氏命名的。
马赫曾在19世纪末期进行过枪弹弹丸的超音速实验，最早发现扰动源在超音速气流中产生的波阵面，即马赫波的存在。
M数小于1，表示飞行速度小于音速，是亚音速飞行；M数等于1，表示飞行速度与音速相等；M 数大于 1，表示飞行速度大于音速，是超音速飞行。
第二次世界大战后期，飞行速度达到了650－750公里/小时的战升机，已经接近活塞式飞机飞行速度的极限。
例如美国的P-5lD“野马”式战斗机，最大速度每小时765公里，大概是用螺旋桨推进的活塞式战升机中，飞得最快的了。
若要进一步提高飞行速度，必须增加发动机推力但是活塞式发动机已经无能为力。
音障
音障声障又称音障。
大展弦比的直机翼飞机，在飞行速度接近声速时，会出现阻力剧增，操纵性能变坏和自发栽头的现象，飞行速度也不能再提高，因此人们曾以为声速是飞机速度不可逾越的障碍，故有此名。
中文名音障外文名Sound barrier目录1共振瞬间2音障解释3接近音障4早期尝试5突破音障1共振瞬间人们在实践中发现，在飞行速度达到音速的十分之九，即马赫数M0.9空中时速约950公里时，局部气流的速度可能就达到音速，产生局部激波，从而使气动阻力剧增。
要进一步提高速度，就需要发动机有更大的推力。
更严重的是，激波能使流经机翼和机身表面的气流，变得非常紊乱，从而使飞机剧烈抖动，操纵十分困难。
同时，机翼会下沉、机头往下栽；如果这时飞机正在爬升，机身会突然自动上仰。
这些讨厌的症状，都可能导致飞机坠毁。
这就是所谓“音障”问题。
由于声波的传递速度是有限的，移动中的声源便可追上自己发出的声波。
当物体速度增加到与音速相同时，声波开始在物体前面堆积。
如果这个物体有足够的加速度，便能突破这个不稳20g钢管定的声波屏障，冲到声音的前面去，也就是冲破音障。
一个以超音速前进的物体，会持续在其前方产生稳定的压力波(弓形震波)。
当物体朝观察者前进时，观察者不会听到声音；物体通过后，所产生的波(马赫波)朝向地面传来，波间的压力差会形成可听见的效应，也就是音爆。
当飞机的飞行速度比音速低时，同飞机接触的空气好像“通信员”似的，以传递声音的速度向前“通知”前面即将遭遇飞机的空气，使它们“让路”。
但当飞机的速度超过音速时，飞机前面的空气因来不及躲避而被紧密地压缩在一起，堆聚成一层薄薄的波面——激波，激波后面，空气因被压缩，使压强突然升高，阻止了飞机的进一步加速，并可能使机翼和尾翼剧烈振颤而发生爆炸。
而音障不单单仅有声波，还有来自空气的阻力，当飞行物体要接近1马赫（声速单位）飞行时，前方急速冲来的空气不能够像平常一样通过机身扩散开，于是气体都堆积到了飞行体的周围，产生极大的压力，也会引发出一种看不见的空气旋涡，俗称“死亡漩涡”，这也被叫做音障，如果机身不作特殊加固处理，那么将会被瞬间摇成碎片。
航空概论课后作业答案
航空概论作业第一章绪论1、什么是航空？什么是航天？航空与航天有何联系？航空是指载人或不载人的飞行器在地球大气层中的航空活动。
航天是指载人或不载人的航天器在地球大气层之外的航行活动，又称空间飞行或宇宙航行。
航天不同于航空，航天器主要在宇宙空间以类似于自然天体的运动规律飞行。
但航天器的发射和回收都要经过大气层，这就使航空航天之间产生了必然的联系。
2、飞行器是如何分类的？按照飞行器的飞行环境和工作方式的不同，可以把飞行器分为航空器、航天器及火箭和导弹三类。
3、航空器是怎样分类的？各类航空器又如何细分？根据产生升力的基本原理不同，可将航空器分为两类，即靠空气静浮力升空飞行的航空器（通常称为轻于同体积空气航空器，又称浮空器），以及靠与空气相对运动产生升力升空飞行的航空器（通常称为重于同体积空气的航空器）。
轻于同体积空气的航天器包括气球和飞艇。
重于同体积空气的航天器包括固定翼和旋转翼两类，旋翼航空器包括直升机与旋翼机。
4、航天器是怎样分类的？各类航天器又如何细分？航天器分为无人航天器和载人航天器。
根据是否环绕地球运行，无人航天器可分为人造地球卫星和空间探测器。
载人航天器可分为载人飞船、空间站（又称航天站）和航天飞机。
5、熟悉航空发展史上的第一次和重大历史事件发生的时间和地点。
1783．11．21 法国的罗齐尔和达尔朗德乘蒙特哥菲兄弟发明的热气球第一次升上天空，开创了人类航空的新时代。
1783．12．01 法国的查尔斯和罗伯特首次乘氢气球升空。
1785．06．15 法国的罗齐尔和罗曼乘氢气和热气的混合气球在飞越英吉利海峡时，气球着火爆炸，二人成为第一次航空事故的牺牲者。
1852．09．24 法国的季裴制成第一艘软式飞艇。
1900．07．02 德国的齐伯林“LZ-1号”硬式飞艇首次在博登湖上空试飞成功。
1903．12．17 美国的莱特兄弟发明的带动力装置的飞机第一次试飞成功，在五十九秒内飞行了二百六十米。
1908．09．17 美国的塞普里金乘坐威尔伯．莱特驾驶的飞机坠落，成为第一次飞机事故的牺牲者，威尔伯．莱特身负重伤。
[声音,前面,飞行]跑在声音的前面 飞行原理与战斗机的划代(3)
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跑在声音的前面飞行原理与战斗机的划代(3)跑在声音的前面飞行原理与战斗机的划代(3)为什么说超“音”速自从人类发明飞机以来，总是希望它能飞得更快。
但是，飞得越快，空气给飞机的阻力也就越大。
在飞行速度较低的情况下，阻力的大小和速度的平方成正比(这和升力的情况类似)。
但在飞机速度增大到接近声音的速度时，阻力就会和速度的五次方成正比。
如果速度超过音速，会出现一种特殊的阻力——波阻，即激波阻力，阻力增加得更快。
例如，将一块1米见方的平板插在自行车上，以13千米／小时的速度向前，平板上的阻力只有10牛；将这块平板插在时速41千米／小时的卡车上，板上的阻力将增加到100牛，如果将它插在时速1300千米／小时的超音速飞机上，平板上的阻力高达100千牛以上。
由此可见，速度的增减对于阻力的变化所引起的作用非常巨大，为了飞得更快，人类要利用智慧克服更多的阻力。
那么，为什么是超音速飞机而不是普通的低速飞机产生波阻呢?为什么形容飞机快，说其速度是超音速，而不是超其它速度呢? 飞机或者其它物体在空气中运动时，也会压缩前面的空气，使临近空气发生膨胀和压缩，形成疏密波。
由于音速是空气可压缩程度的量度，所以，音速越大，空气越难被压缩。
同时，飞机的飞行速度越大，飞机加给空气的压力就越大，空气被压缩得越厉害。
由此可见，空气被压缩的程度，与音速成反比，与飞机飞行速度成正比。
衡量空气被压缩程度的大小，可以把两个因素结合起来，它们的比值称为马赫数(M)。
马赫数越大，飞机前面的空气被压缩得越厉害，对空气动力特性的影响就越大。
一般认为，当马赫数小于0.5时，即飞机作低速飞行时，空气压缩性影响不大，可以把空气密度看作是不变的：当马赫数大于0.5时，就要考虑空气的压缩特性，从而增加了研究高速飞行时的复杂性。
高速飞行的阻力墙激波阻力20世纪30年代后期，活塞发动机螺旋桨式飞机的速度，几乎已经达到这种飞机的极限，平飞时700多千米，小时，俯冲时在重力的作用下有加速效果会接近音速。
飞机音障的原理
飞机音障的原理飞机音障（sonic boom）是指飞机突破音障速度产生的一种低频声波现象。
一般飞行中的商业喷气式飞机速度约为音速的0.8-0.9倍，当速度超过音速时就会发生音障。
以下将详细介绍飞机音障产生的原理。
音速是介质（如空气）中声波传播的速度上限。
在常温下，音速约为343米/秒。
当飞机的速度接近音速时，空气分子的压缩和膨胀会形成“膨胀波”和“压缩波”，这些波的集合就形成了音障。
当飞机突破音障速度时，这些波会在飞机周围形成一个弧形震波，即我们通常所说的音障。
音障本质上是由于飞机速度超过了空气传播声音的速度，导致紧密相连的声波波峰和波谷在空气中迅速传播。
这些声波在传播过程中不断放大和融合，最终形成一个大而强烈的震波。
音障产生的主要因素是飞机的速度，较大的飞机速度会导致较强的音障。
由于音障产生的冲击力较大，会引起许多负面影响。
首先，音障会产生非常高的声压级，造成巨大的噪音扰动，对地面和建筑物造成严重的干扰。
其次，音障也会引起空气的压力变化，导致突然的气流扰动，可能对地面上的物体和建筑物造成损坏。
此外，飞机突破音障产生的压缩波和反射波还会对飞机自身产生一定的压力和阻力，影响飞机的稳定性和燃油消耗。
为了降低音障的影响，飞机设计师采取了一系列的措施。
首先，改善飞机外型，减少外部的尖锐部分，减小飞机前沿的锥角，使得音波在飞机表面的膨胀波和压缩波之间更平滑地传播。
其次，降低飞机的速度，尽量避免超过音速。
例如，超音速飞行器如喷气式战斗机在市区飞行时通常限制速度在音速以下。
此外，飞机的尾喷口设计也对减小音障的产生起到一定的作用。
值得注意的是，飞机音障的强度和传播范围与飞机的型号、速度、高度等因素有关。
较小的飞机在超音速飞行时产生的音障比较轻微，而超音速飞行器如喷气战斗机产生的音障则较为明显。
此外，音障的传播范围也受到目标地形和大气条件的影响。
总结起来，飞机音障的产生是由于飞行速度超过了空气中声音传播的速度。
过高的声压级和气流扰动会对地面和建筑物造成噪音和损害。
音障浅谈
音障原理
除此之外，由于在物体的速度快要接近音速时， 周边的空气受到声波叠合而呈现非常高压的状态， 因此一旦物体穿越音障后，周围压力将会陡降。 在比较潮湿的天气，有时陡降的压力所造成的瞬 间低温可能会让气温低于它的露点（Dew Point） 温度，使得水汽凝结变成微小的水珠，肉眼看来 就像是云雾般的状态。但由于这个低压带会随著 空气离机身的距离增加而恢复到常压，因此整体 看来形状像是一个以物体为中心轴、向四周均匀 扩散的圆锥状云团。
突破音障
涡轮喷气发动机的研制成功，冲破了活塞式发动机和 螺旋浆给飞机速度带来的限制．不过，尽管有了新型的动 力装置，在向音速迈进的道路上，也是障碍重重．当时， 人们在实践中发现，在飞行速度达到音速的十分之九，即 马赫数MO.9空中时速约950公里时，出现的局部激波会使 阻力迅速增大．要进一步提高速度，就需要发动机有更大 的推力．更严重的是，激波能使流经机翼和机身表面的气 流，变得非常紊乱，从而使飞机剧烈抖动，操纵十分困 难．同时，机翼会下沉、机头往下栽；如果这时飞机正在 爬升，机身会突然自动上仰．这些讨厌的症状，都可能导 致飞机坠毁．
“美丽”的音障现象
参考资料
维基百科 《力学》，杨维纮，中国科学技术大学出 版社 图片突破音障
空气动力学家和飞机设计师们密切合作．进行了一系 列飞行试验，结果表明：要进一步提高飞行速度，飞机必 须采用新的空气动力外形，例如后掠形机翼要设法减 薄．前苏联中央茹科夫斯基流体动力研究所的专家们，曾 对后掠翼和后掠翼飞机的配置型式，进行了大量的理论研 究和风洞试验．由奥斯托斯拉夫斯基领导进行的试验中， 曾用飞机在高空投放装有固体火箭加速器的模型小飞 机．模型从飞机上投下后，在滑翔下落过程中，火箭加速 器点火，使模型飞机的速度超过音速．专家们据此探索超 音速飞行的规律性．苏联飞行研究所还进行了一系列研究， 了解在空气可压缩性和气动弹性作用增大下，高速飞机所 具有的空气动力特性．这些基础研究，对超音速飞机的诞 生，都起到了重要作用．
跨越音障，突破音速
跨越音障，突破音速展开全文飞机在超音速飞行前，必须突破音障。
音障是指飞机高速飞行接近声音速度时，由于前方的空气来不及散开而受到压缩，致使空气密度、温度增加，阻力增大，飞行速度不能再提高的现象。
自1901年莱特兄弟的“飞行者一号”诞生以来，人们就不断探索、尝试，研制更高速的飞行器，试图跨越音障，突破音速。
一、人类首次突破音障世界上第一次超音速飞行是美国飞行员耶格尔驾驶X-1飞机完成的。
X-1由贝尔飞机公司制造，拥有流线型机身，机长9.45米、机高3.35米：翼展8.54米、总重5.9吨，采用常规的平直机翼，并安装有火箭發动机。
1947年10月14日，X-1由B-29轰炸机携带至高空。
空投后，耶格尔启动火箭发动机，在万米高空进行水平飞行，终于突破了音障。
X-2验证机也是一款为高速飞行而生的飞机。
它由贝尔飞机公司、美国陆军航空队和美国国家航空咨询委员会（美国国家航空航天局前身）共同研制，机长13.84米，机高3.60米，翼展11 .55米。
与X-1不同的是，它采用后掠翼布局，并配有逃生舱。
1956年4月25日，试飞员埃伯依斯特驾驶X-2飞到了1.4马赫（1马赫相当于1倍音速），首次实现超音速。
7月23日，埃伯依斯特在20800米高空达到了2.87马赫。
9月27日，X-2在阿普特的驾驶下达到了3.196马赫。
但不幸的是，在返航途中X-2失控进入螺旋，阿普特牺牲。
二、探索高超音速飞行通常来讲，马赫数小于0.8称为亚音速，0.8-1.2为跨音速，1.2-5为超音速，马赫数大于5的为高超音速。
X-15是高超音速试验机的典范。
它是由美国航空航天局（NIASA）牵头，美国空军、海军和北美航空公司共同研制的。
1959年6月8日，X-15进行了首次滑翔飞行，同年9月17日，进行了真正的动力飞行。
在近十年的时间里，X-15先后创造了6.72马赫和107900米的速度与高度世界记录。
自1967年X-15飞行器创造了6.72马赫的高超音速后，人类一直没有停止对高超音速的探索。
突破音障
突破音障第二次世界大战后期，战斗机的最大速度，已超过每小时７００公里。
要进一步提高速度，就碰到所谓“音障”问题。
声音在空气中传播的速度，受空气温度的影响，数值是有变化的。
飞行高度不同，大气温度会随着高度而变化，因此当地音速也不同。
在国际标准大气情况下，海平面音速为每小时１２２７．６公里，在１１０００米的高空，是每小时１０６５．６公里。
时速７００多公里的飞机，迎面气流在流过机体表面的时候，由于表面各处的形状不同，局部时速可能出７００公里大得多。
当飞机再飞快一些，局部气流的速度可能就达到音速，产生局部激波，从而使气动阻力剧增。
这种“音障”，曾使高速战斗机飞行员们深感迷惑。
每当他们的飞机接近音速时，飞机操纵上都产生奇特的反应，处置不当就会机毁人亡。
第二次世界大战后期，英国的“喷火”式战斗机和美国的“雷电”式战斗机，在接近音速的高速飞行时，最早感觉到空气的压缩性效应。
也就是说，在高速飞行的飞机前部。
由于局部激波的产生，空气受到压缩，阻力急剧增加。
“喷火”式飞机用最大功率俯冲时，速度可达音速的十分之九。
这样快的速度，已足以使飞机感受到空气的压缩效应。
为了更好地表达飞行速度接近或超过当地音速的程度，科学家采用了一个反映飞行速度的重要参数：马赫数。
它是飞行速度与当地音速的比值，简称M数。
M数是以奥地利物理学家伊·马赫的姓氏命名的。
马赫曾在１９世纪末期进行过枪弹弹丸的超音速实验，最早发现扰动源在超音速气流中产生的波阵面，即马赫波的存在。
M数小于１，表示飞行速度小于音速，是亚音速飞行；M数等于１，表示飞行速度与音速相等；M数大于１，表示飞行速度大于音速，是超音速飞行。
第二次世界大战后期，飞行速度达到了６５０－７５０公里／小时的战升机，已经接近活塞式飞机飞行速度的极限。
例如美国的P－５lD“野马”式战斗机，最大速度每小时７６５公里，大概是用螺旋桨推进的活塞式战升机中，飞得最快的了。
若要进一步提高飞行速度，必须增加发动机推力但是活塞式发动机已经无能为力。
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总之，这些特殊现象和问题是使亚声速飞机难以突破声速，实现安全飞行的真正原因。
提高飞机的界马赫数和改进飞机跨声速空气动力特性的方法有：（1）采用相对厚度较小的对称薄翼型；（2）采用超临界翼型；（3）采用后掠机翼；（4）采用小展弦比机翼；（5）采用涡流发生器；（6）采用跨声速面积律等。
亚声速飞机一旦平飞速度向声速逼近时，便发现飞机很难增速，也很难操纵，有时甚至发生自动低头俯冲而失去控制，造成飞行事故的惨剧。过去把这种现象称为“音障”，意思是指飞机平飞速度要超过声速遇到了不可超越的障碍。
临界马赫数和音障
当来流以亚声速度v∞（相应的流动马赫数Ma∞，比如小于0.6）流过翼型时，上翼面的最大速度点c的vc>v∞，因为有可压缩性的影响，点c处的温度最低，该点处的声速也最小，故点c的局部马赫数Mac是流场中最大的，比如说现在Mac<1.0。这时全流场都是亚声速流动。随着来流速度v∞或来流马赫数Ma∞的增加，Mac也会跟着增加。当Mac=1.0相应此时的来流马赫数Ma∞就称为该翼型的临界马赫数，用符号Macr表示。