音障，这个听起来像科幻故事中的概念，其实是真实存在的。音障是指飞行器在高速飞行时，其速度达到或超过声音在空气中的传播速度时所产生的现象。这一现象在航空史上具有里程碑意义，它标志着人类航空技术的重大突破。那么，飞机是如何突破音障的呢？接下来，我们就来揭秘临界发散马赫数的飞行奥秘。
什么是音速和马赫数？
首先，我们需要了解两个概念：音速和马赫数。
- 音速：指的是声音在空气中的传播速度，在标准大气压和15℃的条件下，音速约为每秒340米。
- 马赫数：是飞行器速度与音速的比值，用Ma表示。例如，当飞行器的速度是音速的1.5倍时，其马赫数为1.5。
突破音障的挑战
要突破音障，飞行器需要克服以下几个挑战：
- 空气阻力剧增：当飞行器速度接近音速时，空气阻力会急剧增加，对飞行器的结构强度提出了更高的要求。
- 激波和压力波：飞行器高速飞行时，会形成激波，激波会导致空气压力剧增，这对飞行器的气动布局和结构强度都是极大的考验。
- 热防护问题：高速飞行时，飞行器表面会产生极高的温度，这需要特殊的材料和技术来保护飞行器。
临界发散马赫数
为了突破音障，飞行器需要达到一个特定的速度，这个速度被称为临界发散马赫数（Mach number at critical divergence）。当飞行器的速度达到或超过这个值时，飞行器将发生临界发散现象。
临界发散现象是指飞行器在达到临界发散马赫数时，其气动外形发生变化，导致飞行器周围的空气流动变得不稳定。此时，飞行器表面会产生激波，激波会导致空气压力剧增，从而产生巨大的空气阻力。
如何突破音障
为了突破音障，飞行器需要采取以下措施：
- 气动设计：采用流线型气动设计，减少空气阻力。
- 材料技术：使用高强度、耐高温的材料，提高飞行器的结构强度和热防护能力。
- 发动机技术：提高发动机的推力，使飞行器能够达到更高的速度。
- 飞行控制技术：采用先进的飞行控制技术，保持飞行器的稳定飞行。
临界发散马赫数的飞行奥秘
临界发散马赫数的飞行奥秘在于，当飞行器达到这个速度时，其气动外形发生变化，导致空气流动变得不稳定。此时，飞行器周围会产生激波，激波会导致空气压力剧增，从而产生巨大的空气阻力。
为了克服这个阻力，飞行器需要具备以下特点：
- 高强度结构：承受激波带来的压力和温度。
- 流线型气动外形：减少空气阻力。
- 先进的飞行控制技术：保持飞行器的稳定飞行。
总结
突破音障是人类航空史上的重要里程碑，它标志着人类航空技术的巨大进步。通过气动设计、材料技术、发动机技术和飞行控制技术的不断创新，飞行器能够克服音障带来的挑战，实现更高的速度和更远的飞行距离。临界发散马赫数的飞行奥秘，揭示了高速飞行背后的科学原理，为人类探索宇宙提供了新的可能。