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飞机速度史话――突破音障
飞机速度史话――突破音障
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突破音障
第二次世界大战后期,
战斗机的最大速度,
已超过每小
时
700
公里。
要进一步提高速度,
就碰到所谓
“音障”
问题。
声音在空气中传播的速度,
受空气温度的影响,
数值是有变
化的。飞行高度不同,大气温度会随着高度而变化,因此当
地音速也不同。
在国际标准大气情况下,
海平面音速为每小
时
1227.6
公里,
在
l1000
米的高空,
是每小时
1065.6
公里。
时速
700
多公里的飞机,
迎面气流在流过机体表面的时候,
由于表面各处的形状不同,
局部
时速可能出
700
公里大得多。
当飞机再飞快一些,
局部气流的速度可能就达到音速,
产生局
部激波,从而使气动阻力剧增。
这种“音障”
,曾使高速战斗机飞行员们深感迷惑。每当他们的飞机接近音速时,飞机
操纵上都产生奇特的反应,处置不当就会机毁人亡。第二次世界大战后期,英国的“喷火”
式战斗机和美国的“雷电”式战斗机,在接近音速的高速飞行时,最早感觉到空气的压缩性
效应。也就是说,在高速飞行的飞机前部。由于局部激波的产生,空气受到压缩,阻力急剧
增加。
“喷火”式飞机用最大功率俯冲时,速度可达音速的十分之九。这样快的速度,已足
以使飞机感受到空气的压缩效应。
为了更好地表达飞行速度接近或超过当地音速的程度,
科
学家采用了一个反映飞行速度的重要参数:
马赫数。
它是飞行速度与当地音速的比值,
简称
M
数。
M
数是以奥地利物理学家伊·马赫的姓氏命名的。
马赫曾在
19
世纪末期进行过枪弹弹
丸的超音速实验,最早发现扰动源在超音速气流中产生的波阵面,即马赫波的存在。
M
数小
于
1
,表示飞行速度小于音速,是亚音速飞行;
M
数等于
1
,表示飞行速度与音速相等;
M
数大于
1
,表示飞行速度大于音速,是超音速飞行。
第二次世界大战后期,
飞行速度达到了
650
-
750
公里
/
小时的战升机,
已经接近活塞式
飞机飞行速度的极限。例如美国的
P-5lD
“野马”式战斗机,最大速度每小时
765
公里,大
概是用螺旋桨推进的活塞式战升机中,
飞得最快的了。
若要进一步提高飞行速度,
必须增加
发动机推力但是活塞式发动机已经无能为力。
航空科学家们认识到,
要向音速冲击,
必须使
用全新的航空发动机,也就是喷气式发动机。
二战末期,德国研制成功
Me-163
和
Me-262
新型战斗机,投入了苏德前线作战。这两
种都是当时一般人从未见过的喷气式战斗机,
具有后掠形机翼。
前者装有
1
台液体燃料火箭
发动机,速度为
933
公里
/
小时;后者装
2
台涡轮喷气发动机,最大速度
870
公里
/
小时,是
世界上第一种实战喷气式战斗机。
它们的速度虽然显著超过对手的活塞式战斗机,
但是由于
数量稀少,又不够灵活,它们的参战,对挽救法西斯德国失败的命运,实际上没有起什么作
用。
德国喷气式飞机的出现,
促使前反法西斯各国加快了研制本国喷气式战斗机的步伐。
英
国的“流星”式战斗机很快也飞上蓝天,苏联的著名飞机设计局,例如米高扬、拉沃奇金、
苏霍伊和雅科夫列夫等飞机设计局,都相继着手研制能与德国新式战斗机相匹敌的飞机。
米高扬设计局研制出了伊
-250
试验型高速战斗机,它采用复合动力装置,由一台活塞
式发动机和一台冲压喷气发动机组成。在高度
7000
米时,这种发动机产生的总功率为
2800
马力,
可使飞行速度达到
825
公里
/
小时。
1945
年
3
月
3
日,
试飞员杰耶夫驾驶伊
-250
完成
了首飞。伊
250
在苏联战斗机中,是飞行速度率先达到
825
公里
/
小时的第一种飞机。它进
行了小批量生产。
涡轮喷气发动机的研制成功,
冲破了活塞式发动机和螺旋桨给飞机速度带来的限制。
不
>
>
>
>
过,尽管有了新型的动力装置,在向音速迈进的道路上,也是障碍重重。当时,人们在实践
中发现,在飞行速度达到音速的十分之九,即马赫数
MO.9
空中时速约
950
公里时,出现的
局部激波会使阻力迅速增大。
要进一步提高速度,
就需要发动机有更大的推力。
更严重的是,
激波能使流经机翼和机身表面的气流,
变得非常紊乱,
从而使飞机剧烈抖动,
操纵十分困难。
同时,机翼会下沉、机头往下栽;如果这时飞机正在爬升,机身会突然自动上仰。这些讨厌
的症状,都可能导致飞机坠毁。
空气动力学家和飞机设计师们密切合作。
进行了一系列飞行试验,
结果表明:
要进一步
提高飞行速度,
飞机必须采用新的空气动力外形,
例如后掠形机翼要设法减薄。
前苏联中央
茹科夫斯基流体动力研究所的专家们,
曾对后掠翼和后掠翼飞机的配置型式,
进行了大量的
理论研究和风洞试验。
由奥斯托斯拉夫斯基领导进行的试验中,
曾用飞机在高空投放装有固
体火箭加速器的模型小飞机。模型从飞机上投下后,在滑翔下落过程中,火箭加速器点火,
使模型飞机的速度超过音速。
专家们据此探索超音速飞行的规律性。
苏联飞行研究所还进行
了一系列研究,
了解在空气可压缩性和气动弹性作用增大下,
高速飞机所具有的空气动力特
性。这些基础研究,对超音速飞机的诞生,都起到了重要作用。
本文来源:
https://www.2haoxitong.net/k/doc/0ced7167773231126edb6f1aff00bed5b9f373c3.html
《飞机速度史话――突破音障.doc》
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