為什麼以亞音速飛行的飛行器,其局部就可以出現超音速氣流?

飛行器飛到多快(Ma數)就可以出現這種現象?戰鬥機做飛行表演時高速通場(如0.95Ma)時可以在局部產生明顯的激波,那民航飛機在相對較低的速度正常飛行時也會嗎?

+++++補充:我說的就是激波而非蒸汽錐,見下圖,這架F-18C在飛行表演中以高亞音速通場,因為有背景所以可以被拍攝下來+++++


第一,這是用紋影法觀測到的激波,厚度如下圖所示,你確定厚度只有幾個分子平均自由程的薄層能在千米數量級的距離上用肉眼或者簡單的成像設備觀察到?

第二,來流遇到物體要繞流,繞流會有流速變化,簡單一點說,流速越快壓強越低,機翼的上表面必然有流速高於來流的區域,如下圖所示。翼型附近不出現激波的馬赫數被稱為臨界馬赫數

第三,如圖一所示,臨界馬赫數必然是一個小於1的數,具體的數值與外形相關。圓柱的臨界馬赫數就只有0.4左右綜上所述,民航機的巡航馬赫數大約在0.85左右,而且翼型是針對高亞音速進行優化設計的,機翼上出現穩定的正激波的可能性幾乎為0。但是個人認為不能排除在以較高速度高速巡航過程中會短暫出現舷波的可能性


現代噴氣客機採用超臨界翼型,在最高巡航速度時機翼上表面處於已經出現超音速氣流但尚未形成明顯激波(有點反直覺)的特殊過渡狀態。

大型飛機超臨界機翼設計技術

在大型客機氣動設計過
程中,機翼設計直接影響著飛機的巡航性能、起飛著陸性能、失速特性、操縱品質及全航段氣動效率,所以機翼設計技術是決定飛機經濟性、安全性、舒適性和環保
性的關鍵技術。
目前,世界上先進客機普遍採用了具有良好氣動特性的超臨界機翼,包括新一代客機的代表波音787和空客A380。中國大飛機項目也將超臨界機翼技術確定為
必須攻克的上百項關鍵技術之首。
超臨界機翼由於其基本翼型採用超臨界翼型而得名,此翼型的巡航馬赫數高於臨界馬赫數,即在巡航馬赫數下,翼型表面最大馬赫數已經超過了聲速。超臨界翼型的
發展超臨界翼型最早是在1967年由NASA蘭利研究中心的惠特科姆博士提出的。在此之前,研究人員一直探索一種適用於高亞聲速飛機的中等厚度翼型,它同
時具備優異的高速特性和良好的低速特性。惠特科姆博士經過近三年的研究終於發現超臨界翼型可以兼顧跨聲速與低速要求。這是因為超臨界翼型頭部比較豐滿,降
低了前緣的負壓峰值使氣流較晚達到聲速;吸取了平頂翼型設計的優點,翼型上表面中部比較平坦,有效控制了上翼面氣流的進一步加速,並將其一直保持在較低的
超聲速(馬赫數&<1.3)直到產生激波,從而大大降低了激波強度;後(本文共計3頁)

詳細資料:

NASA超臨界翼型的發展


氣流會在上表面加速


氣流會在機翼表面加速,並形成相對低壓、低溫的區域。如果飛行速度進一步提高,該區域內會出現超聲速氣流,超聲速區的後部出現激波。一般來說,機翼上表面首先出現超聲速區。

目前主流的大型商用飛機,巡航飛行時機翼上表面都有激波。超臨界翼型只是推遲了激波產生的位置,減弱了激波強度。

但航空攝影中機翼上表面的蒸汽錐絕大多數都不代表激波,因為低空超低空的飛行速度都不高。但如果空氣濕度足夠大,機翼表面的低壓低溫區的水蒸氣就會凝結產生可見的蒸汽錐。

下圖來自空軍之翼(傅前哨解讀運-20運輸機(2)),展示了常規翼型和超臨界翼型的超聲速區及激波的位置


0.95Ma表演通場……

我怎麼覺得這是打算弄死一批觀眾啊……


來做個簡單的幾何題


機翼是怎樣產生升力的?靠的是上翼面氣流與下翼面氣流的流速差產生的壓強差。其他狀態相同的氣體流速越大動壓越大,靜壓越小,而垂直於機翼表面的壓強為靜壓。因此,機翼為了產生升力,其上表面要比下表面突起一點,使得相同飛行速度下機翼上表面氣流速度大於下表面氣流,而此時機翼上表面氣流一定是大于飛行速度的。這樣一來,即使飛機本身飛行速度並沒有超過音速,其機翼上表面卻已經產生了局部超聲速氣流與局部激波。產生這個現象的最低馬赫數被稱為臨界馬赫數。為了增大臨界馬赫數民航和軍機都做了很大的努力,其中最普遍的就是採用後掠翼,適當選擇薄翼型,某些飛機還會採用超臨界翼型。民航因為經濟性的考慮(激波阻力很大,對經濟性要求較高的民航對這玩意帶來的耗油量是難以接受的),一般不會飛到臨界馬赫數以上,所以民航機翼上一般是不會產生局部激波的。 ps:題主的圖片那玩意看起來確實不太像激波啊。。。。 這個角度太蛋疼了。。。可能和曝光什麼的有關吧。。。。去問問攝影專業的吧。。。。


戰鬥機高速通場的時候出現的一團迷の霧在近音速的情況下就可以出現, wiki上管這個叫做

Vapor cone, 這種霧的出現不需要氣流超音速, 近音速就可以出現, 同時跟空氣的濕度有很大關係。


當速度超過臨界馬赫數的時候,所謂臨界馬赫數就是開始產生局部超音速的那個值,大約在0.8左右,超過臨界馬赫數後,由於局部超音速,會產生波阻,導致阻力急劇增大。現在大部分飛機用的是超臨界翼型,其特點就是臨界馬赫數與1非常接近,削弱激波強度,降低波阻


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