聲速,即聲波從其源頭穿過空氣的速度,在海平面上約為每小時768英里。直到第二次世界大戰之后,地球上的任何飛機,無論是火箭動力還是其他方式,都沒有突破過音障。即使是有史以來第一架噴氣式戰斗機 Messerschmitt Me262,也能達到每小時540英里的最高速度。1947年10月14日,查克·耶格爾準將登上他的貝爾 X-0火箭飛機,被稱為“迷人的格倫尼斯”,成為第一個打破音障并以超過音速飛行的人。
Yeager 和 X-0在43,000英尺(聲音在更高的高度以不同的速度傳播)以每小時700英里的速度飛行,從而在人類歷史上首次實現“超音速”。最終,這架飛機在1950年退役之前的多次飛行測試中達到了每小時957英里,當時它被捐贈給了史密森尼博物館。這架飛機現在在弗吉尼亞州的 Udvar-Hazy 中心公開展示。
超音速需要什么?
根據美國宇航局的說法,超音速速度被賦予了一個馬赫數。1馬赫是音速。2馬赫是音速的兩倍,依此類推。像 McDonnell-Douglas F-15Eagle這樣的戰斗機能夠以每小時1,875英里或大約2.5馬赫的速度飛行。SR-70黑鳥是冷戰時期的偵察機,速度可達3馬赫以上。
至于真正達到這些速度,需要一點空氣動力學的獨創性和大量的動力。第一架噴氣式戰斗機是第三帝國的 Me262,由雙容克 Jumo004發動機提供動力,總推力為3,940磅。這使它能夠達到每小時540英里。另一方面,Bell X-0的火箭發動機可產生6,000磅的推力。
還有空氣阻力的問題。在風平浪靜的日子里站在外面,周圍的空氣似乎并不是什么大障礙,但一旦你開始達到每小時700英里以上的速度,空氣就更像是一堵磚墻了。Bell X-0通過直接切入空氣克服了這個問題。它被設計成子彈的形狀,在這種情況下,是勃朗寧機槍 .50口徑子彈。它的形狀,加上當時聞所未聞的推力,使飛機真正突破了音障。
與汽車一樣,大多數與速度相關的問題都可以通過增加動力來解決。這就是為什么像 F/A-18超級大黃蜂這樣的超現代噴氣式飛機可以達到高達1.6馬赫的速度。它的形狀不僅可以切開空氣,而且34,000磅的推力也有很大幫助。
什么是音爆?
當飛機突破超音速時,它通常會發出響亮的爆裂聲(也稱為“音爆”),因為飛機在空氣中移動的絕對力會猛烈地置換空氣分子。這形成了電影中經常描繪的沖擊波,當事情發展得非??鞎r。這種響亮的爆裂聲也是大多數彈藥以超音速飛行時槍聲如此響亮的原因。
雖然像協和式客機及其蘇聯表親圖波列夫 Tu-144這樣的客機在運送乘客時經常超音速(協和式飛機可以以1.8馬赫的速度巡航)?,F在到2023年,像波音737-800這樣的普通客機只能以每小時525英里的速度巡航,與二戰時期噴氣式戰斗機的最高速度相差不遠。近年來,軍用飛機(主要是戰斗機)是唯一經常突破音障的飛機。
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