【音速的类别】
音速
音速就是指声音的速度,标准速度是在15℃(气温)的海平面测试声音在空气中传播的速度(在水中或其他介质中速度不同)。在15℃的空气中的速度是340米每秒,大约是1224千米每小时。
亚音速
指小于340米每秒的速度。
亚音速进气道的构造比较简单,只起到进气口的作用,特点是进气通道短,进气效率高。因为来流速度较低,空气可直接引用,不需要进行预压缩,进气口面积也不需要调节,所以不需要设置气流调节和预压缩装置,结构简单,维修方便。
跨音速
跨音速也称穿音速,指等于340米每秒的速度。
跨音速是邻近音速的速度。通常指0.8~1.2倍音速的速度范围。在跨音速范围内,流场中同时存在亚音速区和超音速区。飞机、直升机旋翼、螺旋桨周围都可能出现跨音速气流。其特点是常在局部超音速区的下游出现激波,以及由于激波与附面层相互干扰而引起气流分离。在飞机上,这种现象使作用在机翼上的气动力出现剧烈而不规律的变化,引起操纵反常,甚至导致激波失速和抖振等。
超音速
指大于340米每秒的速度。
超音速进气道就比较复杂,相对于亚音速进气道,超音速进气道除了基本的进气功能外,还有一个重要功能是调节气流速度。因为不管进气口的来流速度是超音速还是亚音速,进入到发动机进气口的气流速度必须是亚音速的,否则就会导致发动机喘振甚至停车,所以超音速进气道都在入口处装有把气流速度由超音速降低为亚音速的调节装置。
高超音速
指大于340米每秒的五倍速度,(约合每小时移动6000公里)以上。
高超音速武器是指以高超音速飞行技术为基础、飞行速度超过6倍音速的武器。高超音速在军事上具有很重要的意义,高超音速武器航程远、速度快、结构简单、性能超卓,能够快速打击远程目标,被军事专家称为继螺旋桨、喷气推进器之后航空史上的第三次革命性成果。
高超音速武器主要包括高超音速制导炮弹、侦察机、巡航导弹、钻地弹、轰炸机等。
【计算方法】
马赫是表示速度的量词。一马赫即一倍音速(音波可以在固体、液体或是气体介质中传播,介质密度愈大,则音速愈快,所以马赫的大小不是固定的):马赫数小于1者为亚音速,马赫数大于5左右为超高音速;马赫数是飞行的速度和当时飞行的音速之比值,大于1表示比音速快,同理,小于1是比音速慢。
其中Ma为马赫数,V为飞行速度,a为飞行器所在位置的音速。故,当Ma>1时为超音速。
【应用领域及特性】
亚音速飞行对飞行器飞行具有不可替代的重要作用。纵然超音速飞行是对飞行器性能的重要要求,但在超音速飞行器中亚音速巡航依然是必不可少的环节,超音速客机只有协和超音速客机及俄罗斯图-144,其它客机均为亚音速飞机,由此可见亚音速飞行对于飞行器的重要性。
相较于超音速飞行,亚音速飞行具有省油、噪音小及对飞行器结构强度要求小等特点。在研究飞机的运动规律时,通常也把低于临界速度的飞行速度称为亚音速,实际指0.6~0.8倍音速以下速度,此时,流过飞机表面各点的局部气流速度都低于各该点的音速。
飞行器在作亚音速飞行时无激波产生,这时影响其空气动力特性的主要因素是粘性和气流分离。当马赫数大于 0.3时,必须考虑空气压缩性的影响,在M=0.3~0.8的飞行区内,雷诺数和马赫数都影响飞机的空气动力特性,因此需要作压缩性修正。飞机作小迎角飞行时,表面摩擦阻力是飞机阻力的主要部分,为了减小阻力,希望翼面上的气流保持层流流动。作大迎角飞行时,则要求延迟气流的分离和防止失速。亚音速飞机的最大飞行速度一般以临界马赫数(飞机表面最大流速达到当地音速的来流M数)为限。对飞机性能的主要要求是升阻比大,最大升力系数高。在高亚音速(M=0.8~0.9)飞行时,降低最小阻力系数的要求就更加突出。超音速飞机进行亚音速飞行时,除某些动作受到性能限制外,主要是为了省油,并可用于起飞、爬升、巡航、待机、下滑返航、着陆、编队和某些特技飞行等。