临界马赫数和音障
飞机速度史话――突破音障
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。
音障
音障声障又称音障。
大展弦比的直机翼飞机，在飞行速度接近声速时，会出现阻力剧增，操纵性能变坏和自发栽头的现象，飞行速度也不能再提高，因此人们曾以为声速是飞机速度不可逾越的障碍，故有此名。
中文名音障外文名Sound barrier目录1共振瞬间2音障解释3接近音障4早期尝试5突破音障1共振瞬间人们在实践中发现，在飞行速度达到音速的十分之九，即马赫数M0.9空中时速约950公里时，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。
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。
这就是所谓“音障”问题。
由于声波的传递速度是有限的，移动中的声源便可追上自己发出的声波。
当物体速度增加到与音速相同时，声波开始在物体前面堆积。
如果这个物体有足够的加速度，便能突破这个不稳20g钢管定的声波屏障，冲到声音的前面去，也就是冲破音障。
一个以超音速前进的物体，会持续在其前方产生稳定的压力波(弓形震波)。
当物体朝观察者前进时，观察者不会听到声音；物体通过后，所产生的波(马赫波)朝向地面传来，波间的压力差会形成可听见的效应，也就是音爆。
当飞机的飞行速度比音速低时，同飞机接触的空气好像“通信员”似的，以传递声音的速度向前“通知”前面即将遭遇飞机的空气，使它们“让路”。
但当飞机的速度超过音速时，飞机前面的空气因来不及躲避而被紧密地压缩在一起，堆聚成一层薄薄的波面——激波，激波后面，空气因被压缩，使压强突然升高，阻止了飞机的进一步加速，并可能使机翼和尾翼剧烈振颤而发生爆炸。
而音障不单单仅有声波，还有来自空气的阻力，当飞行物体要接近1马赫（声速单位）飞行时，前方急速冲来的空气不能够像平常一样通过机身扩散开，于是气体都堆积到了飞行体的周围，产生极大的压力，也会引发出一种看不见的空气旋涡，俗称“死亡漩涡”，这也被叫做音障，如果机身不作特殊加固处理，那么将会被瞬间摇成碎片。
航空概论课后作业答案
航空概论作业第一章绪论1、什么是航空？什么是航天？航空与航天有何联系？航空是指载人或不载人的飞行器在地球大气层中的航空活动。
航天是指载人或不载人的航天器在地球大气层之外的航行活动，又称空间飞行或宇宙航行。
航天不同于航空，航天器主要在宇宙空间以类似于自然天体的运动规律飞行。
但航天器的发射和回收都要经过大气层，这就使航空航天之间产生了必然的联系。
2、飞行器是如何分类的？按照飞行器的飞行环境和工作方式的不同，可以把飞行器分为航空器、航天器及火箭和导弹三类。
3、航空器是怎样分类的？各类航空器又如何细分？根据产生升力的基本原理不同，可将航空器分为两类，即靠空气静浮力升空飞行的航空器（通常称为轻于同体积空气航空器，又称浮空器），以及靠与空气相对运动产生升力升空飞行的航空器（通常称为重于同体积空气的航空器）。
轻于同体积空气的航天器包括气球和飞艇。
重于同体积空气的航天器包括固定翼和旋转翼两类，旋翼航空器包括直升机与旋翼机。
4、航天器是怎样分类的？各类航天器又如何细分？航天器分为无人航天器和载人航天器。
根据是否环绕地球运行，无人航天器可分为人造地球卫星和空间探测器。
载人航天器可分为载人飞船、空间站（又称航天站）和航天飞机。
5、熟悉航空发展史上的第一次和重大历史事件发生的时间和地点。
1783．11．21 法国的罗齐尔和达尔朗德乘蒙特哥菲兄弟发明的热气球第一次升上天空，开创了人类航空的新时代。
1783．12．01 法国的查尔斯和罗伯特首次乘氢气球升空。
1785．06．15 法国的罗齐尔和罗曼乘氢气和热气的混合气球在飞越英吉利海峡时，气球着火爆炸，二人成为第一次航空事故的牺牲者。
1852．09．24 法国的季裴制成第一艘软式飞艇。
1900．07．02 德国的齐伯林“LZ-1号”硬式飞艇首次在博登湖上空试飞成功。
1903．12．17 美国的莱特兄弟发明的带动力装置的飞机第一次试飞成功，在五十九秒内飞行了二百六十米。
1908．09．17 美国的塞普里金乘坐威尔伯．莱特驾驶的飞机坠落，成为第一次飞机事故的牺牲者，威尔伯．莱特身负重伤。
[声音,前面,飞行]跑在声音的前面 飞行原理与战斗机的划代(3)
![[声音,前面,飞行]跑在声音的前面 飞行原理与战斗机的划代(3)](https://img.taocdn.com/s3/m/2961f0e4ee06eff9aff8077f.png)
跑在声音的前面飞行原理与战斗机的划代(3)跑在声音的前面飞行原理与战斗机的划代(3)为什么说超“音”速自从人类发明飞机以来，总是希望它能飞得更快。
但是，飞得越快，空气给飞机的阻力也就越大。
在飞行速度较低的情况下，阻力的大小和速度的平方成正比(这和升力的情况类似)。
但在飞机速度增大到接近声音的速度时，阻力就会和速度的五次方成正比。
如果速度超过音速，会出现一种特殊的阻力——波阻，即激波阻力，阻力增加得更快。
例如，将一块1米见方的平板插在自行车上，以13千米／小时的速度向前，平板上的阻力只有10牛；将这块平板插在时速41千米／小时的卡车上，板上的阻力将增加到100牛，如果将它插在时速1300千米／小时的超音速飞机上，平板上的阻力高达100千牛以上。
由此可见，速度的增减对于阻力的变化所引起的作用非常巨大，为了飞得更快，人类要利用智慧克服更多的阻力。
那么，为什么是超音速飞机而不是普通的低速飞机产生波阻呢?为什么形容飞机快，说其速度是超音速，而不是超其它速度呢? 飞机或者其它物体在空气中运动时，也会压缩前面的空气，使临近空气发生膨胀和压缩，形成疏密波。
由于音速是空气可压缩程度的量度，所以，音速越大，空气越难被压缩。
同时，飞机的飞行速度越大，飞机加给空气的压力就越大，空气被压缩得越厉害。
由此可见，空气被压缩的程度，与音速成反比，与飞机飞行速度成正比。
衡量空气被压缩程度的大小，可以把两个因素结合起来，它们的比值称为马赫数(M)。
马赫数越大，飞机前面的空气被压缩得越厉害，对空气动力特性的影响就越大。
一般认为，当马赫数小于0.5时，即飞机作低速飞行时，空气压缩性影响不大，可以把空气密度看作是不变的：当马赫数大于0.5时，就要考虑空气的压缩特性，从而增加了研究高速飞行时的复杂性。
高速飞行的阻力墙激波阻力20世纪30年代后期，活塞发动机螺旋桨式飞机的速度，几乎已经达到这种飞机的极限，平飞时700多千米，小时，俯冲时在重力的作用下有加速效果会接近音速。
飞机音障的原理
飞机音障的原理飞机音障（sonic boom）是指飞机突破音障速度产生的一种低频声波现象。
一般飞行中的商业喷气式飞机速度约为音速的0.8-0.9倍，当速度超过音速时就会发生音障。
以下将详细介绍飞机音障产生的原理。
音速是介质（如空气）中声波传播的速度上限。
在常温下，音速约为343米/秒。
当飞机的速度接近音速时，空气分子的压缩和膨胀会形成“膨胀波”和“压缩波”，这些波的集合就形成了音障。
当飞机突破音障速度时，这些波会在飞机周围形成一个弧形震波，即我们通常所说的音障。
音障本质上是由于飞机速度超过了空气传播声音的速度，导致紧密相连的声波波峰和波谷在空气中迅速传播。
这些声波在传播过程中不断放大和融合，最终形成一个大而强烈的震波。
音障产生的主要因素是飞机的速度，较大的飞机速度会导致较强的音障。
由于音障产生的冲击力较大，会引起许多负面影响。
首先，音障会产生非常高的声压级，造成巨大的噪音扰动，对地面和建筑物造成严重的干扰。
其次，音障也会引起空气的压力变化，导致突然的气流扰动，可能对地面上的物体和建筑物造成损坏。
此外，飞机突破音障产生的压缩波和反射波还会对飞机自身产生一定的压力和阻力，影响飞机的稳定性和燃油消耗。
为了降低音障的影响，飞机设计师采取了一系列的措施。
首先，改善飞机外型，减少外部的尖锐部分，减小飞机前沿的锥角，使得音波在飞机表面的膨胀波和压缩波之间更平滑地传播。
其次，降低飞机的速度，尽量避免超过音速。
例如，超音速飞行器如喷气式战斗机在市区飞行时通常限制速度在音速以下。
此外，飞机的尾喷口设计也对减小音障的产生起到一定的作用。
值得注意的是，飞机音障的强度和传播范围与飞机的型号、速度、高度等因素有关。
较小的飞机在超音速飞行时产生的音障比较轻微，而超音速飞行器如喷气战斗机产生的音障则较为明显。
此外，音障的传播范围也受到目标地形和大气条件的影响。
总结起来，飞机音障的产生是由于飞行速度超过了空气中声音传播的速度。
过高的声压级和气流扰动会对地面和建筑物造成噪音和损害。
音障浅谈
音障原理
除此之外，由于在物体的速度快要接近音速时， 周边的空气受到声波叠合而呈现非常高压的状态， 因此一旦物体穿越音障后，周围压力将会陡降。 在比较潮湿的天气，有时陡降的压力所造成的瞬 间低温可能会让气温低于它的露点（Dew Point） 温度，使得水汽凝结变成微小的水珠，肉眼看来 就像是云雾般的状态。但由于这个低压带会随著 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。
突破音障
涡轮喷气发动机的研制成功，冲破了活塞式发动机和 螺旋浆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．
“美丽”的音障现象
参考资料
维基百科 《力学》，杨维纮，中国科学技术大学出 版社 图片突破音障
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．
跨越音障，突破音速
跨越音障，突破音速展开全文飞机在超音速飞行前，必须突破音障。
音障是指飞机高速飞行接近声音速度时，由于前方的空气来不及散开而受到压缩，致使空气密度、温度增加，阻力增大，飞行速度不能再提高的现象。
自1901年莱特兄弟的“飞行者一号”诞生以来，人们就不断探索、尝试，研制更高速的飞行器，试图跨越音障，突破音速。
一、人类首次突破音障世界上第一次超音速飞行是美国飞行员耶格尔驾驶X-1飞机完成的。
X-1由贝尔飞机公司制造，拥有流线型机身，机长9.45米、机高3.35米：翼展8.54米、总重5.9吨，采用常规的平直机翼，并安装有火箭發动机。
1947年10月14日，X-1由B-29轰炸机携带至高空。
空投后，耶格尔启动火箭发动机，在万米高空进行水平飞行，终于突破了音障。
X-2验证机也是一款为高速飞行而生的飞机。
它由贝尔飞机公司、美国陆军航空队和美国国家航空咨询委员会（美国国家航空航天局前身）共同研制，机长13.84米，机高3.60米，翼展11 .55米。
与X-1不同的是，它采用后掠翼布局，并配有逃生舱。
1956年4月25日，试飞员埃伯依斯特驾驶X-2飞到了1.4马赫（1马赫相当于1倍音速），首次实现超音速。
7月23日，埃伯依斯特在20800米高空达到了2.87马赫。
9月27日，X-2在阿普特的驾驶下达到了3.196马赫。
但不幸的是，在返航途中X-2失控进入螺旋，阿普特牺牲。
二、探索高超音速飞行通常来讲，马赫数小于0.8称为亚音速，0.8-1.2为跨音速，1.2-5为超音速，马赫数大于5的为高超音速。
X-15是高超音速试验机的典范。
它是由美国航空航天局（NIASA）牵头，美国空军、海军和北美航空公司共同研制的。
1959年6月8日，X-15进行了首次滑翔飞行，同年9月17日，进行了真正的动力飞行。
在近十年的时间里，X-15先后创造了6.72马赫和107900米的速度与高度世界记录。
自1967年X-15飞行器创造了6.72马赫的高超音速后，人类一直没有停止对高超音速的探索。
突破音障
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１１０００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。
音障和热障是阻碍飞机提高速度的因素
音障和热障是阻碍飞机提高速度的因素当飞行速度快接近音速时，飞机的性能急剧变化，操纵困难，飞行速度再也上不去了。
这就是所谓的“音障”。
造成“音障”的原因，主要是因为飞机上出现了局部超音速区，出现了激波，使气流严重分离，阻力剧增。
解决这一问题的办法，一是采用后掠翼等先进气动布局，二是进一步加大发动机推力。
飞机在空中飞行，会与空气发生磨擦，空气受到阻滞和压缩，流速降低，动能转化为热能，使飞机表面加热。
如马赫数3时，机头温度可上升到360摄氏度。
它造成的危害会使蒙皮和结构变形，使仪表设备失灵，燃料蒸发或易燃等，从而成为影响飞机速度提高的一个障碍。
这种现象就是“热障”。
为了突破“音障”，一是采用推力足够大的喷气式发动机；二是采用后掠翼，尽量让局部超音速区延迟发生。
此外，还采用蜂腰形的机身，因为跨音速飞机的横截面积分布与阻力有关，这样可以尽量减小飞机阻力。
这些就是跨音速飞机的主要特点。
超音速飞机的速度已经超过音速，产生激波已不可避免，所能采取的办法就是如何降低激波强度，减小波阻。
为此，超音速飞机通常采用三角翼或小展弦比梯形机翼，这种机翼高速飞行时波阻小；一般采用细长机身，发动机均埋装在机身之内或翼身之间。
但超音速飞机的速特性不好，起落时必须仰头，所以有的采用折叠机头，改善飞行员视野。
飞机结构十分重要，因为在飞行时承受的外力可能导致飞机的机体发生各种各样的变形飞机结构又称飞机构造，其实就是飞机的骨架。
如果把飞机的发动机、油箱、各种设备、所有工作系统和电缆等等比做飞机的内脏的话，剩下的外壳就是结构部分。
它包括两部分：蒙皮和骨架，两者结合起来才能算是完整的结构。
另外，飞机身体内的操纵系统的零构件，它们横竖穿过飞机内部，有传动拉杆，摇臂和支撑座等，也都包括在结构之内。
这是一个复杂的构造。
飞机结构也被称为承力结构，因为在飞行过程中，特别是在作机动飞行时，飞机要承受很大的力。
这些力都要作用在结构的各个构件上，所以这些构件又称为受力件。
第四代战机的重要标准之一突破声障
第四代战机的重要标准之一突破声障1740年，罗宾斯在进行炮弹实验时，发现当炮弹时速超过820英里，即大于声波在空气中的传播速度约760英里/小时，炮弹受到的阻力突然增加，远远偏离牛顿的平方阻力公式。
但是，超过声速以后，阻力又开始下降，逐渐趋向正常。
这种阻力在声速附件突然上升的现象就称为“声障”（sound barrier）。
现在已经知道，声障实际上是：当飞行器的速度接近声速时，飞行器将会逐渐追上自己发生的声波，造成声波叠合累积，会造成激波（shock wave）的产生，进而对飞行器的加速产生障碍的物理现象。
激波的出现，还将导致飞行器升力骤降，头重尾轻，甚至机翼、机身发生强烈振动。
因此，如何突破声障就成为摆在力学家和航空工程师面前的一个难题。
突破声障，使飞机器，尤其是战斗机进行超音速飞行甚至巡航成为了可能。
下图是一架“超级大黄蜂”战斗机在纽约航空展上，表演突破音障的精彩瞬间。
可以明显的看到在机身周围的蒸汽不断堆积，形成了圆锥般的云雾，通常被称为“冲击波项圈”或“蒸汽锥”。
这种现象之所以发生，是因为当物体的速度快要接近音速时，周边的空气受到声波叠合而呈现非常高压的状态，因此一旦物体穿越音障后，周围压力将会陡降。
空气中的水蒸气，因压力陡降所造成的瞬间低温可能会让气温低于它的露点温度，使得水汽凝结变成微小的水珠，肉眼看来就像是云雾般的状态。
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。
目前的主流战机突破声障实现超音速飞行，已不是难事。
但是要进行超音速巡航却不易。
超音速巡航能力，是要求飞机具有在发动机不开加力的情况下，能在M1.5（1.5马赫数，即1.5倍声速）以上做超过30分钟的超音速飞行。
是否拥有此能力已经成为第四代战机的重要标准。
目前只有美国的F-22, F-35, 俄罗斯的T-50具有超音速巡航能力。
中国目前最先进的战斗机歼-10被称作第三代战斗机，它应该与F-16属于同一技术等级。
空气动力学复习题
空气动力学复习题第一章大气物理学复习题1．粘度系数是衡量流体粘性的指标，不同的流体具有不同的粘度系数，一般液体的粘度系数随温度的升高而_______，气体的粘度系数随温度的升高而________。
2．音速大小用公式表示是什么？物理意义是什么？3．在同一介质中，音速的大小随介质温度的升高而_______。
4．什么叫做相对湿度？湿度对飞机起飞有什么影响？5．根据大气的物理性质，大气从地表向上依次分为5层：_______、_______、_______、_______、_______，普通客机飞行在_______层。
6．完全气体的状态方程为：_________。
7．大气温度随高度的变化关系是什么？8．大气中短时间强烈对流产生的扰动称为阵风，阵风分为水平阵风和垂直阵风，哪一种阵风对飞机飞行的影响比较大？如何克服？9．为了飞行安全，飞机应该_______（顺风，逆风）起飞和着陆。
10．大气污染物中_______、_______两种气体对飞机的腐蚀比较大。
第二章空气动力学复习题1．何谓连续介质？为什么要作这样的假设？连续介质——把空气看成是由空气微团组成的没有间隙的连续体。
作用——把空气压强（P）、密度（ρ）、温度（T）和速度(V)等状态参数看作是空间坐标及时间的连续函数，便于用数学工具研究流体力学问题。
2．何谓流场？举例说明定常流动与非定常流动有什么区别。
流场——流体所占居的空间。
定常流动——流体状态参数不随时间变化。
非定常流动——流体状态参数随时间变化。
3．何谓流线？流线谱？流管？流线——在定常流动中，空气微团流过的路线（轨迹）。
流线谱——用流线组成的描绘流体微团流动情况的图画。
流管——在流场中取一封闭曲线，通过曲线上各点的流线所形成的管形曲面，流体不会穿越管壁流动。
4．流体的连续性方程(B )A) 只适用于理想流动B) 适用于可压缩和不可压缩流体的稳定管流C) 只适用于不可压缩流体的稳定管流D) 只适用于可压缩流体的稳定管流5．写出不可压缩流体和可压缩流体定常流动的连续方程。
简述马赫数的定义及飞行速度区域划分
简述马赫数的定义及飞行速度区域划分下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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亚音速、跨音速和超音速飞行以及气动力系数的变化
3.6.6 亚音速、跨音速和超音速飞行以及气动力系数的变化1亚音速、跨音速和超音速飞行图3-40所示为随着飞行马赫数的提高，机翼翼表面上激波变化的情况，从图中可以看出，当M a=0.72时，翼型上表面首次出现了等音速点，这个翼型的临界马赫数M a临=0.72。
当M a=0.77时，在翼型上表面首次出现了局部超音速区和局部激波，激波分离也可能在这时出现。
随着M a数继续提高，等音速点向前移，局部激波向后移。
超音速区逐渐扩大。
当M a=0.82时，下翼面开始出现局部激波。
随着Ma数的继续提高，翼型表面的超音速区继续扩大，直到M a=1.05 ，局部激波移到了翼型的后缘，在翼型的前缘形成了脱体正激波，这时，只有在正激波的后面有一块亚音速区，其他流场已全部变成超音速了。
如果继续提高Ma数，亚音速区会进一步缩小，大约在M a=1.3时，就可以认为气流在翼型表面全部都是超音速流动了。
图3-40 随着马赫数M a的增加，激波逐渐产生（1）亚音速飞行：在飞行M a《M a临（一般为0.7左右）时，气流流过机翼表面的流场全部都是亚音速流场，在这个范围内，飞机的飞行是亚音速飞行。
（2）跨音速飞行：在飞行M a>M a临,在机翼表面出现了局部超音速区和局部激波后，直到机翼流场全部称为超音速流场之前（M a临<M a≤1.3），这个范围内飞机的飞行是跨音速飞行。
飞机进行跨音速飞行时，机翼表面的流场既有亚音速流场又有超音速流场。
（3）超音速飞行：到飞行M a>1.3 以后，机翼表面的流场全部成为超音速流场，飞机的飞行就是超音速飞行了。
2.随着飞行M a数的提高，气动力系数的变化随着飞行飞行M a数的提高，翼型表面的流场发生着剧烈的变化，翼型的空气动力也着发生变化。
图2-41所示为升力系数C L、阻力系数C D以及交点X随着M a数提高而变化的情况。
从图中可以看到，从M a>M a临开始，位置FX约为25%左右，并基本保持不变。
临界马赫数名词解释
临界马赫数名词解释摘要：本文首先解释了什么是临界马赫数，然后讨论了它的物理含义，并介绍了航天器如何利用临界马赫数开展航行。
最后，讨论了未来的航天技术将如何建立在临界马赫数之上。
临界马赫数是一个物理学术语，用于描述物质在宇宙中的行为。
“马赫”是单位，用于表示物体移动的速度，以英里/小时为单位，一个马赫等于公里/小时。
一个“临界”马赫数是指物体以特定空气压力和温度行使时，在此之上和下物体能够移动的最大速度。
当物体超过这个数字时，物体就不再以线性速度移动，而是沿着曲线移动。
临界马赫数对于航天有着重要的意义，它可以帮助航天器在最短的时间内从地面到达目的地。
通常，宇宙飞船以极低的速度开始他们的子弹头段，他们朝着目的地的高速飞行行进，然后他们慢慢加速到临界马赫数，这实现了火箭燃料的有效利用。
正是由于临界马赫数，使得航天器进行了大幅度的加速，从而在最短的时间内达到目的地。
同时，临界马赫数也有助于航天器逃脱地球引力，进入太空，完成外层太空飞行。
由于航天器必须维持一定的速度才能逃脱地球的引力，它必须超越临界马赫数，实现高速穿越太空。
临界马赫数对于未来航天技术的发展来说也非常重要，因为它可以用于突破太空速度墙。
人工智能飞船可以利用计算机分析最优飞行路径，找到最适合飞越的空间，并用最少的燃料来实现，最高可以达到临界马赫数的最佳状态。
当今的航天技术正在不断地发展，未来的技术将建立在临界马赫数之上，实现航天器的更快速、更高效的行驶。
比如，未来可能的应用可能是采用先进的燃料来满足航天飞行的最高速度，从而实现穿越太空的梦想。
总之，临界马赫数提供了独特的物理意义，它是航天技术日渐成熟的一个里程碑，未来将决定未来航天发展的走向。
什么是音障和热障？
什么是音障和热障？
音障也叫“声障”，是飞机接近音速飞行时引起的一系列不正常现象，如飞机阻力剧增，升力减小，螺旋桨效率下降，机体强烈振动，操纵失灵等。
音障是40年代后期出现的一个名词。
1945年6月，英国试飞DH-106“燕子”时，因飞机速度接近音速，造成机身破裂，机毁人亡。
事故发生后，英国的一个科学家说:“音速像是面前的一堵障碍墙。
”于是，“音障”这个术语诞生并流行开来。
“音障”究竟是一个不可逾越的障碍，还是可以突破的一道烟幕?为解开这个谜，很多科学家开始了不懈的努力。
以后的研究发现，所有这些现象都是跨音速飞行时所特有的。
后因改进了飞机的空气动力外形，如采用后掠翼，按面积律设计机翼—机身组合体等，并发展了大推力喷气发动机，超音速飞行随即实现。
热障是飞行器作超音速飞行时，因气动加热而引起的一系列不利现象。
主要包括:因飞行器本体温度升高导致材料性能下降，使结构强度和刚度降低;在结构中产生热应力，使结构应力、反应力和应变增大;过高的升温会使金属蒙皮熔化或烧毁;环境温度升高，使乘员和飞行器内设备不能正常工作。
为克服热障，可采用耐热性能较好的材料和结构形式;在蒙皮处设隔热层;用冷却剂散热;用传热性能好的材料吸热;进行吸收式热防护、辐射式热防护等。
1956年9月27日，美国研制的X-2研究机率先突破“热障”。
以后，一些航空发达国家竞相向3倍音速甚至更高倍音速进军并取得成功。
临界温度下马赫数
临界温度下马赫数马赫数是衡量物体在流体中运动速度的无量纲指标，它表示物体运动速度与流体中声速的比值。
而临界温度则是指物体在该温度下达到声速的临界点。
临界温度下的马赫数是指物体在临界温度下运动时所达到的马赫数。
马赫数的定义是由奥地利物理学家恩斯特·马赫于19世纪末提出的。
在当时，飞行速度已经达到了音速的附近，人们开始关注物体在超音速下的行为。
马赫数的命名是为了纪念马赫的贡献。
马赫数的计算公式是：M = v / c，其中M表示马赫数，v表示物体的速度，c表示流体中的声速。
当物体的速度等于声速时，马赫数为1；当物体的速度大于声速时，马赫数大于1，表示超音速运动；当物体的速度小于声速时，马赫数小于1，表示亚音速运动。
在临界温度下，物体运动的马赫数达到了临界点。
临界温度一般与物体的材料性质和形状有关，不同的物体具有不同的临界温度。
当物体温度达到临界温度时，物体运动的马赫数将会达到临界值。
临界温度下的马赫数对于物体的运动行为有重要影响。
当物体的马赫数超过1时，会产生震波和冲击波，对物体和周围环境造成巨大压力和破坏。
而在临界温度下，物体的马赫数达到临界值，使得物体的运动变得极为复杂和不稳定。
临界温度下的马赫数还与物体的形状有关。
不同形状的物体在临界温度下的马赫数可能会有差异。
例如，弹头的形状对于临界温度下的马赫数有很大影响。
弹头的尖端形状能够减小空气阻力，使得马赫数相对较高。
而球形弹头由于阻力较大，临界温度下的马赫数相对较低。
临界温度下的马赫数不仅在航空航天领域有重要意义，在其他领域也有应用。
例如，在汽车工程中，研究汽车在临界温度下的马赫数可以帮助设计更加安全和稳定的车辆。
在建筑工程中，研究建筑物在临界温度下的马赫数可以帮助设计更加抗风和抗震的建筑结构。
临界温度下的马赫数是指在临界温度下物体运动所达到的马赫数。
它是衡量物体运动速度的重要指标，对于物体的运动行为和性能具有重要影响。
不同物体在临界温度下的马赫数可能会有差异，而临界温度下的马赫数也在航空航天、汽车工程和建筑工程等领域有广泛应用。
飞行器的“三障”之一“音障”
知识普及：飞行器的“三障”之一“音障”人类在探索飞行器的过程中，曾遇上三个拦路虎，就是人们常说的“三障”，即“音障”、“热障”和“黑障”。
所谓“障”就是在技术上遇到的障碍。
自美国人莱特兄弟1903年发明飞机以后，人们逐渐认识到航空技术将对人类的未来产生巨大影响。
因此，一些国家不惜投入大量人力物力，对航空技术进行探索和开发。
这期间有无数航空先驱者不惜牺牲自己的生命换来了一个又一个技术进步，使航空技术纪录一再打破，才形成了今天的航空技术水平。
在整个航空技术发展中，突破“音障”是一项重大的技术进步。
第二次世界大战期间，活塞式发动机、螺旋桨飞机的速度已经发展到顶峰。
但由于技术上的需要，还要把速度再提高，因为当时的空战主要是以机炮和机枪作为空战武器，谁的速度快，谁就能抢到有利空域赢得胜利。
所以当时的飞机设计师和飞行员一再努力追求飞行速度。
美国飞行员耶格尔驾驶时速700多千米的“野马”式战斗机与德国飞机作战时，还感到速度低，所以他经常采用先把战机拉高，然后俯冲，借助重力加速度提高飞机速度的战术与敌机作战。
可是当飞机出现800千米/时的速度时，飞机便产生了失控的感觉。
飞机震动得特别厉害，难以驾驭。
后来人们认识到，当飞机速度超过800千米/时，空气会产生一种“压缩效应”。
这种效应会使机头前部的空气被压缩成密度很高的“空气墙”，使飞机难以逾越。
产生这种现象时，飞机刚好接近于音速，后来人们管这种现象叫“音障”。
很多人试图突破“音障”，但当时受技术条件限制，都没能成功。
著名的英国飞行员德哈维兰在1946年9月27日驾驶D·11·108试验飞机作飞行试验。
当飞行速度达到0.815马赫时，由于飞机产生强烈震颤造成空中解体，付出了机毁人亡的代价。
虽然经过多次试图突破“音障”都没有成功，但通过实践人们认识到“音障”形成的原因，也初步设想出突破“音障”的方法。
直到1947年美国做了一架向“音障”冲刺的试验飞机—X-1飞机。
飞行器速度越快障碍越多：先音障再热障最后是黑障！
飞行器速度越快障碍越多：先音障再热障最后是黑障！人类科技的发展史就是在不断突破自我、认识自我并将先进技术合理运用的一个过程。
虽然现在人们掌握的科学技术已经够发达了，但是在人类航空和航天方面还有3大障碍在阻碍着技术的进步或者产品的大规模应用，这3大障碍就是音障、热障和黑障。
第二次世界大战后期不少螺旋桨战机的最大飞行速度达到700公里，如果从高空俯冲时速度就会接近音速，这时飞机的飞行阻力会非常大且会出现状态不稳的现象，如果操纵不好的话可能会造成机毁人亡。
在此之前人们曾一度以为音速是不可以突破的，但随着喷气式发动机的发明人类突破音障有了底气。
1947年10月14日美国试飞员耶格尔驾驶X-1实验飞机在12000米高空飞出了1278公里的时速成功突破音障。
1953年美国试飞员道格拉斯驾驶着装有喷气和火箭发动机的飞机突破2倍音速，人们也意识到了只要突破1倍音速之后就不会再有音障了。
1958年正式服役的F-104战机最大飞行速度达到了2马赫，成为了人类历史上第一款突破2马赫的战机，如今的战机突破2马赫飞行速度是再正常不过的事情了。
不过遗憾的是由于受到音爆、成本、安全等多方面因素影响人类目前没有一款大量投入民用领域的超音速客机，图-144和协和客机存在的时间都太短了。
而之所以大多数的战斗机的最大速度指标限制在2马赫左右是因为当飞行器在大气层中飞行速度在2马赫时表面温度会上升到100℃，如果飞行超过3 马赫的时候表面温度会高达350℃。
飞行速度越高的飞行器跟大气层摩擦产生的热量会更高，为了解决高速飞行产生的热障对飞行器造成损害的问题，飞行器在制造时不仅需要使用耐高温的钛合金/不锈钢等材料，还要为飞行器加装隔热设备和冷却设备。
这样的话飞行器的制造难度和成本都会大大提高，目前有人飞行器最大飞行速度基本上都保持在2马赫上下就是这个原因，只有米格-25、SR-71等极少数成熟战机突破了3马赫的飞行速度。
3马赫已经成了有人驾驶的战机的一个门槛，全面突破3马赫目前来看还是遥遥无期的。
飞行器音障波临界频率的AQP机制
飞行器音障波临界频率的AQP机制发布时间：2022-05-07T02:54:55.464Z 来源：《科技新时代》2022年2期作者： 1于丽 2黄天明3赵立武[导读] 超-高超声速飞行器进动中，在超声速瞬间，音爆戛止，能量波消失了吗？高超声速飞行器莫名失控原因何在？超声速飞行器航控频率黑障&音障发生机制？超声速中驾驶员瞬间至幻-失忆的成因？材料疲劳&程度&痕迹的机制？《应用量子物理学》（AQP）［2］六项重大科学发现［4］，在数学［8］&物理-材料学［6］基础理论［3］上的突破，由量子密码&量子模型［5］跨学科实现解决方法。
1于丽 2黄天明3赵立武中国广东省惠州市大亚湾区AQP课题组516000摘要：超-高超声速飞行器进动中，在超声速瞬间，音爆戛止，能量波消失了吗？高超声速飞行器莫名失控原因何在？超声速飞行器航控频率黑障&音障发生机制？超声速中驾驶员瞬间至幻-失忆的成因？材料疲劳&程度&痕迹的机制？《应用量子物理学》（AQP）［2］六项重大科学发现［4］，在数学［8］&物理-材料学［6］基础理论［3］上的突破，由量子密码&量子模型［5］跨学科实现解决方法。
关键词：音障波；能量波多普勒效应递增；材料结合能量子密码；音障波至幻；临界频率自激；临界频率幽灵计算跟踪；音爆；黑障；临界频率幽灵；前音障；后音障；衔体飞行器；融体飞行器；一进动中飞行器能量波多普勒效应递增进动中飞行器质量M在速度A递增为超声速A超中，进动动量E随着A→A超后，E（多普勒效应）递增为能量E超：E→E超；E=MA；E 超=M（A超）2；A超≯C（光速）。
E超=刀M1/2；临界恒量：刀=1.812188×10-15m.kg.s；刀，是恒量（刀：中文；发音dao）［1］。
以飞行器进动质点K形成自身量子自洽场多壳层［4］（多能级）结构场。
量子密码：（z↑E1飞）→（z↑E1壳层）+（z↑E2壳层）+（z↑E3壳层）+……+（z↑E8壳层）；二音障&黑障等一系列音障波负影响机制2.1音障：音障波多普勒效应递增为超声波：飞行器在速度A→A超后，声波由音爆多普勒效应递增为超声波，音爆戛然而止既音障。
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总之，这些特殊现象和问题是使亚声速飞机难以突破声速，实现安全飞行的真正原因。
提高飞机的界马赫数和改进飞机跨声速空气动力特性的方法有：（1）采用相对厚度较小的对称薄翼型；（2）采用超临界翼型；（3）采用后掠机翼；（4）采用小展弦比机翼；（5）采用涡流发生器；（6）采用跨声速面积律等。
亚声速飞机一旦平飞速度向声速逼近时，便发现飞机很难增速，也很难操纵，有时甚至发生自动低头俯冲而失去控制，造成飞行事故的惨剧。过去把这种现象称为“音障”，意思是指飞机平飞速度要超过声速遇到了不可超越的障碍。
临界马赫数和音障
当来流以亚声速度v∞（相应的流动马赫数Ma∞，比如小于0.6）流过翼型时，上翼面的最大速度点c的vc>v∞，因为有可压缩性的影响，点c处的温度最低，该点处的声速也最小，故点c的局部马赫数Mac是流场中最大的，比如说现在Mac<1.0。这时全流场都是亚声速流动。随着来流速度v∞或来流马赫数Ma∞的增加，Mac也会跟着增加。当Mac=1.0相应此时的来流马赫数Ma∞就称为该翼型的临界马赫数，用符号Macr表示。