随着飞行高度的上升,飞机周围空气的密度会逐渐变小,可以在很大程度上减少空气阻力。那如果要飞得更快,是不是只要不断往高飞就可以了呢?
事情没有那么简单,因为当速度接近声速的时候,新的阻力来源就出现了。这也是为什么对于飞机,尤其是战斗机来说,超声速是一个重要的节点,就是因为超声速这件事情非常难,要突破声障(sonic barrier)的掣肘。
首先要理解什么是超声速。仅仅把超声速理解为运行速度超过声速是不到位的。我们知道,声速大约是342m/s,这个速度指的是声音在一个标准大气压和室温条件下,相对于空气介质的传播速度。
而我们说的超声速,实际上是指飞机相对于空气介质的速度要超声速,而不是相对于地面。那二者有什么区别呢?因为空气是会流动的,飞机在飞行的时候会带动周围的空气向前运动。飞机必须相对于周围的空气运动速度超过声速,才叫作超声速。
由于高空空气稀薄气压低,声音在这种情况下的传播速度还不到342m/s。综合计算下来,飞机真要超声速,相对于地面的速度大约要接近400m/s,才算真正意义上的超声速。
图3-3 飞机速度超过声速
飞机在速度接近声速的时候,会出现新的阻力来源,那就是声障。顾名思义,就是声音产生的障碍,那要如何理解声障呢?空气中传播的声音其实是空气介质所传递的机械波。既然是波,它就携带能量。
飞机在飞行的时候,有非常多的声音发出。比如跟空气的摩擦、发动机的噪声,这些都是声波能量的发射源。当飞机速度没有达到声速的时候,这些噪声都以声速相对于飞机周围的空气向四面八方发射出去。
但是飞机的速度一旦超过声速,就会迎面撞上自己刚刚发射出去的机械波的能量块。这种撞击,就是声障。声障的产生,会让飞机承受比在声速以下飞行的时候高3—4倍的阻力。
因此,超声速并非一件容易的事情,当交通工具的运行速度接近声速的时候,它的加速就变得异常困难了。