03.06 戰鬥機突破音障的時候,飛行員聽不到嗎?

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hello!你好,我來回答這個問題。

1、突破音障

當飛行器的速度越來越快(約950公里時),超過了聲音的速度那就會遇到音障,會追上自己發出的聲波造成震波,進而對加速產生障礙的現象。機身上也會常生白色的氣錘。

世界上最早突破音障的國家是美國,1947年10月14日,美國試飛員耶格爾駕駛的X-1實驗飛機在美國加利福尼亞州南部上空脫離B-29母機。之後飛行到了一千千米每小時的速度,首次突破音障。

一般來講,如果發動機性能不足,速度就會衰減,由於局部激波的產生,空氣受到壓縮,阻力急劇增加。就需要更好的發動機,和飛行器更好的氣動佈局來配合,現在的大部分戰機都可以突破音障,進行超音速巡航,或者短暫飛行。有的甚至達到了幾倍音速,如美蘇的米格-25和SR-71。他們憑藉發動機的只接平飛推力,便可以達到三倍音速M3.0。

2、破音障時飛行員能不能聽到

當飛機突破音障後,對於飛行員來說整個世界是安靜的,超過了聲音的速度,外面的一切聲音全被拋在了身後!但是也不能代表飛行員就聽不到聲音,座艙裡面是全密封的,它的氣壓也是相對不變的,座艙的聲音是可以聽到的。而座艙外面的聲音是聽不到的,因為飛機前頭的空氣會被壓縮,外面的聲音也會被壓縮,超過了耳朵聽到的頻率。所以飛機外的聲音是聽不到的,但是座艙裡面的聲音和正常的通訊是沒有問題的。

以上為個人觀點,圖片源自網絡,歡迎指導。


武器洞察者


當飛機突破音障瞬間飛行員是聽不到音爆聲的,原因有兩個,一是飛行員的座艙是密封的加壓艙,音爆聲很難傳播到座艙內;二是當飛機突破音障時飛機已經處於超音速飛行狀態,聲音的傳播速度已經趕不上飛機的飛行速度了。

需要特別指出的是,這裡所說的“聽不見”並不是絕對的,而是說音爆聲在機艙內聽起來並不是那麼的震耳欲聾,畢竟飛機在突破音障時是從機頭開始的,當引爆雲在機身上形成時即意味著音爆從機頭作用到機身,這就意味著飛行員多多少少是能聽到一些動靜的。

這麼說是不是有什麼依據支撐呢?答案是肯定的,我們來舉個例子:噴氣式飛機在起飛狀態下外部噪聲在75~105分貝之間,當加速至高亞音速時噪聲上升到120分貝,如果飛行速度突破音速,那麼在突破瞬間將會產生180分貝的巨大噪聲。

處於密封環境的駕駛艙對外部噪聲的過濾能力約為27.5%,如果再加上耳機的降噪功能,那麼噪聲將會再次被過濾掉14.1%,假設飛機正在以320米/秒的高亞音速飛行,那麼飛機外部產生的120分貝噪聲只有87分貝傳入駕駛艙,而飛行員耳朵裡的噪聲則只剩下74.7分貝,這個噪音水平只相當於有人當著你的面在大聲唱歌。

相同的道理,180分貝的音爆聲相當於AK-47自動步槍在距離耳朵1米處開槍的噪聲,當它被機艙和耳機降噪過濾後,傳到飛行員耳朵裡時只剩下105分貝,這個噪音值相當於大貨車距離人耳10米處鳴笛,而對於飛行員而言,這個噪音值是瞬間附加在原有噪音上然後即刻消失的聲音。

所以飛機的飛行速度在突破音速瞬間飛行員還是感受得到這個噪聲變化的,只不過飛機在超音速飛行時機身將會劇烈顛簸,與飛機的飛行狀態明顯的變化相比,這個瞬間消失附加噪聲基本可以忽略了。

而對於地面上的人來說就不一樣了,因為人相對於飛機而言是靜止的,音爆聲除了爆發瞬間猛烈刺激人耳以外還會在空氣中持續擴散,直到隨著傳播距離的增加而逐漸減弱,地面上的人對音爆聲的感受是持續不斷的,如果音爆聲在500米的低空發生,假設此時的聲能損耗為20%,那麼地面上的人耳將會受到144分貝的噪聲衝擊。

這個噪音值相當於70米以外1噸TNT炸藥爆炸產生的聲音,人耳有明顯的刺痛感,所以說相對於地面的人而言,機艙裡的飛行員可以算得上“聽不見”音爆聲了。

▼下圖為僚機視角下突破音障瞬間的F-15戰鬥機,後排飛行員的位置正好處於音爆發生的界限,此時飛行員是能聽到一絲轉瞬即逝的音爆聲的。

飛機在突破音障時形成音爆的原理

物體移動速度接近音速時會產生一股強大的阻力,使物體發生強烈的振盪,從而導致速度衰減,這一現象被俗稱為音障。

當物體移動速度突破音障時,由於物體本身對空氣的壓縮無法迅速傳播,逐漸在物體的迎風面積累而終形成激波面,在激波面上聲學能量高度集中,這些能量傳到人們耳朵裡時,會讓人感受到短暫而極其強烈的爆炸聲,這種爆炸聲便是音爆,而物體超過音障的移動速度則稱超音速。

聲音是一種以聲波的形式在介質中傳播並能被人或動物聽覺器官所感知的波動現象,聲音在正常大氣壓下的傳播速度約為340米/秒,當物體在空氣中發生了超過340米/秒這個速度的行為時,便會產生音爆聲。

比如說TNT炸藥被引爆時會產生巨大的爆炸聲,其實這種爆炸聲就是音爆的一種表現形式,因為TNT炸藥的爆速約為6920米/秒,速度是音速的20.35倍,這就意味著它在爆炸時所產生的能量將會這個速度瞬間擠壓空氣,所以就產生了巨大的響聲,被擠壓的空氣則以衝擊波的形式向外擴散,因此音爆的本質是在物質膨脹速度變得大於局域聲速時發生的現象,同時也是音爆產生的基本原理。

那麼飛機在飛行速度突破音障時所產生的音爆跟炸藥爆炸時發出的爆炸聲有什麼關係呢?不得不說飛機產生的音爆雖然沒有炸藥爆炸聲響大,但是兩者同屬爆炸聲!我們先來了解飛機音爆產生的過程:

飛機產生音爆現象與激波有關,當飛機在空中達到超音速飛行時,在機頭或突出部分會出現一種切割空氣的楔形或錐形波,這就是激波。

此時飛機的飛行速度已經超過聲音在空氣中的傳播速度,而飛機身上所發出的疏密狀的音波無法跑到飛機前方,所以就會全部疊加在機身後方,形成了圓錐形狀的音錐。

當它們向外傳播時便互相干擾和影響,然後彙集成一道包羅機頭的音爆前激波和一道尾隨機尾的後激波。

激波的厚度很小,經過波後空氣的壓強、密度、溫度都突然升高,速度立即下降,當這兩道激波相互波及到時就會產生強烈的變化,這種變化就以空氣膨脹速度變得大於局域聲速的形態發出雷鳴般的巨響,即爆炸,這就是飛機在飛行速度突破音障時發出音爆的原理。

由於這種形態下的速度僅為340米/秒,因此音爆聲不會超過180分貝,而TNT炸藥爆炸時爆速超過了6000米/秒,所產生的響聲接近大氣層內理論最大值,即190.2分貝(原子彈的爆炸聲為194分貝)。

飛機的音爆噪聲值遠遠超過了槍炮聲,接近炸藥的爆炸聲,所以它們同屬“爆炸噪聲”(爆炸波的峰值壓力約為174分貝,凡是達到這個噪聲值的脈衝噪聲均被視為爆炸,槍炮聲僅為120分貝,因此不能視為真正意義上的爆炸,而是爆燃),所以簡單來講,飛機的音爆是爆炸引發的。

▼下圖為炸藥在爆炸時產生的衝擊波,它的形成原理與飛機突破音障時發出的音爆是一樣的原理,區別僅在於衝擊波傳播的速度。

音爆對飛行員的影響

我國家曾經做過關於音爆的試驗:飛機在低空發生音爆的那一刻,方圓30公里以內都聽到爆炸聲音。實驗還得到這樣的結果:發生音爆時伴飛在突破音障的飛機周圍的其它飛機以及試驗飛機的本身都會受到影響,音爆以衝擊波的形式傳導到地面時建築物也受到了不同程度的。

音爆那麼大威力會不會對飛行員產生影響呢?我們來重新梳理一下音爆發生的過程:引起音爆之前,從飛機的機頭向機身不斷疊加激波,當機頭的前激波與機身的後激波相互干擾後引爆就發生了,而發生音爆的標誌就是位於機身後方形成的音爆雲。

這就說明引爆始終是在發生在飛機的後半身,飛機的前半身則是產生和傳導激波,而飛行員所在的駕駛艙正好位於飛機的前半身,這意味著什麼呢?相信很多讀者已經猜到了——坐在駕駛艙的飛行員已經遠離了音爆發生的中心!

音爆所產生的以衝擊波形式傳播的音爆聲速度不會超過340米/秒,而此時飛機的移動速度已經超過了這個速度,聲音已經追不上飛行員了,所以音爆威力再大也不會對飛行員產任何具有傷害性的影響,頂多是在激波疊加過程中會聽到一個瞬間消失的附加噪聲。

那麼是不是說音爆就絕對不會影響到飛行員呢?很顯然答案是否定的,雖然音爆所產生的噪聲不會影響到飛行員的聽覺器官但是從上述中我們已經得知音爆的本質是爆炸,因此音爆對飛行員的影響已經達到了生與死的高度。

我們先來講一個跟飛機突破音障有關的故事:1973年巴黎航展,蘇聯排出圖-144型超音速客機參展,在飛行表演中,圖-144客機憑藉比法國“協和”超音速客機更大更重的外形,一上場就引起了觀眾的沸騰。

就在圖-144客機開始加速準備表演超音速飛行時,一架伴飛的法國“幻影”戰鬥機卻在慢慢靠近這架正在加速的大型飛機(戰鬥機上載著一位負責拍照的記者),當圖-144客機加速到突破音障的飛行速度時音爆聲對伴飛的戰鬥機產生了嚴重影響。

戰鬥機向塔臺呼救,塔臺立即要求圖-144客機停止超音速飛行,然而此時的圖-144客機已經突破音速,為了救這架戰鬥機,飛行員只能減速來拯救這架近乎失控的“幻影”戰鬥機,然而災難卻在這個時候降臨了——由於圖-144客機在剛剛突破音速的情況下又立即減速,導致機身在同一時段承受兩次音爆(加速時的音爆和減速時的音爆),最後這架超音速客機的機體無法承受兩次音爆的震顫,在空中解體了。

受此次事故的教訓,至此以後各國的各型飛機均不允許在同一時段進行超音速飛行和突然減速,F-22如此,J-20也如此!這才是飛機音爆對飛行員最大的影響。

▼下圖為準備進行超音速飛行的圖-144型超音速客機,幻影戰鬥機中的記者在拍下這張照片40秒以後,這架大型超音速客機就在空中解體了。

綜上所述我們可以得出這樣的結論:第一、當戰鬥機突破音障的時候飛行員時聽不到音爆聲的,因為此時聲音的傳播速度已經趕不上飛機的飛行速的,因為飛行員的座艙位於飛機的前端,而音爆是發生在飛機的後半部分,這表示飛行員的位置始終處於音爆的前面,音爆聲傳不到飛行員的耳朵裡。

第二、假設飛行員的座艙位於飛機的後半部分,那麼飛行員在承受飛機正常的噪聲的基礎上將會在音爆發生瞬間將聽到一個轉瞬即逝的附加噪聲值,因為飛機的座艙是密封的加壓艙,而且飛行員在飛行過程中始終戴著具有降噪功能的耳機,這兩個因素會明顯減弱噪聲值,音爆不會對飛行員本身產生任何有害影響。

音爆的本質是爆炸,雖然不會對飛行員不產生太大的影響,但是對飛機的機體強度是一次重大考驗,如果飛機的機體強度不足以承受音爆,那麼飛機將會在突破音速或接近音速時發生空中解體事故。

這類事故不勝枚舉,比如美國的F-14“大熊貓”重型艦載戰鬥機就發生過與蘇聯圖-144超音速客機相同的空中解體事故:一次演習中,一架F-14在返航時應艦上記者的請求,分別做了一次突破音障飛行和突然減速飛行表演,結果在飛機突然降至音速以下時發生解體,所幸兩名飛行員都在飛機解體前2秒鐘成功彈射逃生,可見說音爆是飛行殺手一點也不為過。

所以現今包括戰鬥機在內的超音速飛機在沒有特殊需求的情況下是不允許進行超音速飛行的,倒不是害怕飛行員耳朵受不了,而是怕飛機受不了。

▼下圖為B-52轟炸機在減速至320米/秒的亞音速時產生的音爆雲,飛機不僅在突破音障時發生音爆,從超音速減速至接近音速時同樣會發生音爆,音障是飛機飛行速度的一道坎,而音爆則在飛機過坎時始終如影隨形。


兵器知識譜


聽不到。聲音是通過介質傳播的。聲爆是飛機在突破音速時,飛機表面產生的激波,傳到地面上像雷暴聲。也就是說聲音爆的成因是激波。激波是飛行器從亞音速向超音速加速時產生的邊界波。要有激波,首先你要達到音速。聲音追不上了。



音爆原理:當速度超過聲速(340m/s)會怎麼樣?在飛行速度達到音速的十分之九,即馬赫數M0.9空中時速約950公里時,局部氣流的速度可能就達到音速,產生局部激波,從而使氣動阻力劇增。要進一步提高速度,就需要發動機有更大的推力。


在飛機時速接近音速時,會有一股強大的阻力,使物體產生強烈的振盪,速度衰減。這一現象被俗稱為音障。而當速度進一步提高,飛機突破音障時,就會出現音爆現象。

在突破音障時伴隨的一個奇特現象便是“音爆雲”,這是由於在激波面後方由於氣壓增加而壓縮周圍空氣,使水氣凝結形成微小的水珠,看上去就像雲霧一般。

美國航天局(NASA)通過全新的技術手段拍攝到了兩架Northrop T-38飛機在突破音障時產生的氣壓變化。

高速飛機等飛行物體接近音速時,局部氣流的速度可能就達到音速,產生局部激波, 從而使氣動阻力劇增。

激波能使流經機翼和機身表面的氣流,變得非常紊亂,從而使飛機劇烈抖動,操縱十分困難。同時,機翼會下沉、機頭往下栽;如果這時飛機正在爬升,機身會突然自動上仰。這些討厭的症狀,都可能導致飛機墜毀。


突破音障後,飛機的抖動在突破音障後消失,超音速後,有一段時間增速反而快。突破音障後,由於氣動中心後移,飛機會突然低頭,早先的飛機需要飛行員使勁拉桿,現在有了電傳操縱,飛行員基本不用費勁了。


下雨啦16




Onlynewlovecamp


可惜沒有機會身臨其境啊,只能分析一下。突破音障應該是比對的空氣中的音速,聲音在液體固體中也會傳播,而且比空氣中快很多,所以聲音還是會借飛機機體傳來駕駛艙吧,只不過飛機應該有各方面的降噪設計,包括飛行頭盔,所以聲音會有,但減弱很多。


chocolateT


能聽得到,但是聲音很小,不是很刺耳,對飛行員沒有影響的。


蘇州的安徽人


聽不到、聲音傳輸速度追不上超音速飛機


手機磚家zzw


突破音障後會突然一下變得安靜很多,但是還是能聽到聲音的。音障的突破,隔絕的只是飛行員後部發動機和機身通過空氣傳遞過來的聲音,飛行員前部的聲音和通過機身傳過來的聲音還是有的。


龍旗秋點兵


飛行員聽到的是座艙內的聲音,外邊的聲音聽不到。


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