音爆可以殺死多少人?揭秘飛機音爆的巨大威力!

2018-07-23 16:14:57TOP數碼網編輯:小白評論

音爆的威力可以殺死人!冷知識:何為“音爆”?

2009年的2月某日,中國中部某小城,嚴冬尚未過去,大地蕭條,人們忙著各種生計,突然,轟隆一聲,窗玻璃和卷簾門嘩嘩作響。汶川地震尚未從人們的記憶中淡出,恐慌隨之而來。當夜,數十萬人露宿街頭,躲避傳說中的地震。

當然,地震并未來臨。

1947年10月14日上午,美國西部鳥不拉屎的莫哈維沙漠。這是晴朗的一天,除了風吹過裸露的山丘外,只有幾條響尾蛇懶懶的在沙地上畫著S。

超音速客機

突然,一聲巨響,真正的晴天霹靂,大地為之顫抖,不知道從哪兒冒出來一群奇怪的人,他們歡呼雀躍,把帽子扔上了天。

不久之后,一架有著炮彈般外形的橙色小飛機翩然降落在一座荒漠中盄機場,從駕駛艙里鉆出來一位英俊的小伙子,此人名叫耶格爾(C. Yeager),綽號“大塊頭”的他因為這一聲巨響永留史冊——他是第一個把聲音拋在身后的人,剛剛駕駛貝爾X-1型飛機超過了音速。

“音爆”從何而來?

讓我們把視線從天空轉向水面,把一粒石子投入水中,水面便會出現一圈圈漣漪,這是石子擾動水面形成的波。再看看航行的船,船頭激起了倒V字型的楔形波紋。在空氣中運動的物體與水上行船相似,只不過二維的水面變成了三維的空間,任何在空氣中運動的物體都會擾動空氣形成波。

這看起來沒什么,但當物體運動的速度越來越快時,問題就出現了。空氣中波的運動速度是有限的,也就是音速,當物體的速度達到音速時,它激起的那些波就被物體本身趕上了,堆積起來。換句話說,就是空氣分子來不及逃開,被擠壓在了一起。

此時被壓縮到極致的空氣被穿透,產生了激波。激波是什么你大可不必詳細了解,因為它涉及到“熵、信息、介質、場、紊流”等一系列玄而又玄的概念。你只需知道這激波可以造成壓力的劇烈波動。這就是莫哈維沙漠上神秘巨響的來源,更通俗的名稱叫做音爆。

如果你有幸聽過音爆,你會注意到它實際上是由緊鄰的兩聲巨響組成的,這分別代表了空氣被飛機前部撞開和空氣在飛機尾部閉合形成的激波。當然,由于地面和建筑物的反射,那聲音更像是打雷,綿延不絕。

音爆-戰斗機

上圖為一架美國海軍航空兵藍天使飛行表演隊的F/A-18戰斗機低空超音速掠過海面。超音速形成的激波引起空氣壓力的迅速變化,導致水氣凝結,形成所謂P-G奇點效應(Prandtl–Glauert singularity)。同時,沖擊波在海面上犁出了一條白浪。

“音爆”能殺死人?

音爆的能量巨大,一架低空超音速飛行的戰斗機產生的音爆足以震碎門窗玻璃。有一個未經證實的傳說,上世紀五六十年代一家開在美國某空軍基地附近的養雞場老板曾經投訴過空軍,因為他的上萬只雞都被耍酷的飛行員用音爆震死了。

音爆-協和號客機

圖:協和號客機

音爆有多可怕?目前投入運營的只有兩種超音速客機,前蘇聯圖-144和協和號,都已退役!有人測算過,一架在 16000米高空以兩倍音速飛行的協和客機產生的音爆對地面產生的壓強高達100帕,相當于給一塊一平米左右的窗玻璃上施加10公斤的力。

我們把壓強換算成更直觀的聲強,100帕大約相當于133分貝,如果你恰好身處某重金屬搖滾音樂會的大音箱旁邊,就知道133分貝的聲音會對 你產生什么樣的影響了。

美國研發超音速客機

自15年前超音速客機協和式飛機退役以來(法國航空4590號班機空難),業內不時有聲音稱要將商業航班再次實現超音速。現在美國媒體報道稱,該國正在發力超音速航空技術,最快會在2025年上市運營。

不得不說的是,超音速客機回歸的關鍵還是消除音爆,這個關鍵在于機身的設計。在傳統的超音速噴氣式飛機中,沖擊波隨著它們從鼻子和尾部向外擴展并聚結,從而產生兩種截然不同的音爆。

推進超音速客機的好處當然是明顯,大大縮短你在旅途中的時間,比如從上海到洛杉磯的飛行時間能從目前大約12小時,縮短到6個多小時。

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