战机超音速飞行时，机身产生的“白雾”是什么？详解战机音爆原理

很多人认为，当飞机飞行的速度超过音速时，就会产生类似于雷声的脉冲噪声，也就是“音爆”，同时飞机后面还会有一团白色呈锥形的冲击波。那么，你有没有想过，为什么飞机速度超过音速会产生“音爆”呢？“音爆”到底是什么？我们看不见声音，为何却又能看见飞机超音速飞行时所产生的白雾？

什么是“音爆”？

简单来说，就是当飞机行进通过空气，它产生的声波。如果飞机的行进速度比声音的速度慢（声音的速度有所变化，但通常是通过空气的速度为700 mph），则声波可以在飞机前方传播。如果飞机突破了声障并且以比音速更快的速度飞行，则飞机飞越时会产生音爆。

音爆就是飞机在空中飞行时，会在飞机前面和后面产生一系列压力波，类似于船上产生的船首海浪和船尾海浪。这些波以声音的速度传播，并且随着对象速度的增加，这些波被迫聚集或压缩，最终合并成一个冲击波，该冲击波以声速传播，该临界速度被称为马赫数1，在海平面和20°C（68°F）时大约为1,235 km / h（767 mph）。

为什么我们能听见“音爆声”？

在小学时，我们就学过，声音是一种通过空气，水和固体之类为传播介质的，而我们人类可感知的声音的频率约为20 Hz至20,000 Hz。

音爆的能量范围集中在0.1-100Hz的频率范围，大大低于亚音速飞机的频率范围。音爆的持续时间很短，通常不到一秒，但也有例外，例如对于大多数战斗机而言，是100毫秒，对于航天飞机或协和飞机而言，则是500毫秒。

此外，音爆的强度往往取决于飞机的物理特性及其运行方式。通常情况下，飞机的高度越大，地面上的过压越小，但任何高度的声速都会因温度的降低或升高导致声速相应的降低或升高。

在标准大气条件下，空气温度随着海拔的升高而降低。例如，当海平面温度为58℉时，30,000英尺处的温度下降至-49℉。此温度梯度有助于将声波向上弯曲。因此，为了使音爆声到达地面，飞机必须大于地面的声速。例如，在30,000英尺处的声速约为每小时670英里，但是飞机必须每小时至少飞行750英里（1.12马赫，其中1马赫等于声速）才能在地面上听到音爆声。

飞机超音速飞行时产生的锥形白雾是什么？

当飞机以超音速的速度飞行时，飞机周围的空气压力接近无穷大，此时，在飞机周围的蒸汽不断堆积，最终形成了呈锥形的白雾，这就是蒸汽锥，也被称为冲击波项圈。

这是可见的云状冷凝水在围绕对象以高速通过潮湿空气移动所发生的现象，当物体周围的局部气压下降时，气温也会下降。如果此时的温度降至饱和温度以下，则会形成肉眼可见的“云团”。 但由于这个低压带会随着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。

音爆可以达到多大？

一架低空飞行的超音速战机所产生的音爆，其能量可轻松震碎门窗玻璃。美国航天局曾做过这样一个实验，将一架协和客机以两倍音速分别飞行在16000米和10000的高空中，测试它对地面所产生的压强。

最终实验结果显示，协和客机在16000米的高空超音速飞行所产生的音爆对地面产生的压强达100帕，相当于给一块一平米左右的玻璃施加10公斤的力，而当协和客机在10000米的高空时，所产生的音爆对地面的压强高达300多帕，由此可见，音爆的强弱与飞机的飞行高度有着直接关系，因为，激波与水波一样，距离越远，其波的强度也越弱。