「音障」美如畫，那它是哪來的呢

根據評論的建議，在文首再發幾張福利，感受航空之美，爭取拉更多的人入坑

關鍵詞：

超音速流體：Supersonic flow

激波：Shock wave

在我以前一篇《空客Blade層流翼型飛行實驗平台首飛了》文章里已經介紹過了升力的來源，我們再來複習一下。

如圖所示，機翼升力的來源是機翼下面（壓面）和上面（吸面）的壓力差，而壓力差來源於機翼的翼型對氣流的減速（壓力上升）或加速（壓力降低）。

而和上篇文章不同的是，這篇涉及到的都是可以超音速飛行的飛機，例如麥道F15。如下圖所示，它的大部分機翼都是上下都彎，也就是上下面都會對氣流加速。但是壓面對氣流加速比較少，吸面加速比較多，所以還是可以產生足夠的升力。因為是超音速戰鬥機，這種機翼是有向超音速飛行需求的優化。

當飛機接近音速飛行時，本來就非常快的氣流再被機翼加速成為超音速氣流（Supersonic flow），而在這部分超音速氣流內的壓力會驟降，露點驟降到氣流溫度以下，空氣中的水蒸氣會快速析出形成一片凝結霧。（換種說法就是，總壓力驟降，水分子的分壓也跟著同比例下降，相對濕度達到100%以後壓力再降，水就會被析出形成霧滴。）

而當氣流速度超過音速以後就無法再溫柔的回到亞音速了，這時候會形成一道正激波（Normal shock wave），氣流被劇烈壓縮和減速，壓力驟增，剛剛被析出的霧滴會瞬間回到氣態。（正激波為激波的一種，經過正激波壓縮的氣流就變成了亞音速，此外還有斜激波（oblique shock），經過斜激波壓縮的氣流會被減速但依舊是超音速狀態）所以凝結霧會形成錐狀的，從機頭到機尾直徑漸漸變大直到正激波處瞬間消失。

當然此外形成這種奇觀的條件比較苛刻，需要溫度和濕度剛剛好。

下面我試著解釋一下這流場是怎麼回事，別慌，文末還有大量GIF福利

如圖所示，從1到6飛行速度逐漸加快。

1為低於臨界速度的亞音速飛行，全局不存在超音速流體。

2為飛行速度達到了臨界馬赫數0.8（馬赫數為速度和音速之比），在速度最快的一點也就是翼型最厚處形成了只有一個點的超音速流體。

3為速度達到0.85馬赫，不光在機翼吸面形成了超音速區而且形成了一個正激波。

4為速度達到0.9馬赫，不光吸面的超音速區擴大，正激波變強且向後移動，而且在壓面也形成了超音速區和正激波。

5為速度達到0.95馬赫，壓面和吸面的激波都達到了翼面尾部，幾乎整個機翼都被包在了超音速區內。

6為超音速飛行，這個流場稍微複雜了一些，此時飛行速度超過音速，在機翼前緣會形成一個彎曲的正激波，在激波和機翼之間形成了一個亞音速流場，在這之外到機翼最厚處超音速流體被漸漸壓縮，從機翼最厚處到機翼尾部又漸漸膨脹，最終又被一個斜激波壓縮，尾流也是超音速的，說的這麼熱鬧其實這時是看不到美麗的凝結霧。

其實第三種情況在大家平時坐客機出門時候也能遇到，只是在高空無法形成凝結霧，下面兩張照片就是一台767在巡航時，發動機外罩上方形成了局部超音速流場和一個正激波，還有一台737在巡航時主翼吸面產生的正激波。

此外在2-6的情況內，因為機翼被超音速流體部分包圍或者全部包圍，產生了波阻，而超臨界機翼翼型就是讓吸面氣流加速更緩，局部超音速出現在更大的飛行速度時，實現了保持低阻力的更高速飛行相比傳統機翼。下圖為傳統翼型和超臨界翼型的對比。

這是一台美國海軍的F-18F，可見不光是機翼部分出現了凝結霧，而且因為座艙的隆起，座艙蓋上也形成了凝結霧。下圖也是F18

當然不光是飛機可以拉出錐狀凝結霧，火箭也可以。下圖為阿波羅11號登月任務，土星五號運載火箭的發射，下下圖為太空梭亞特蘭蒂斯號的發射。

此外還有一種凝結霧經常被誤認為是「音障」，如下圖。其實這是因為飛機在高過載時，因為飛機背面的壓力太低了，形成了凝結霧，而不是因為超音速，這時戰鬥機的飛行速度其實非常慢。下面有個GIF，就是這種過載凝結霧的形成過程，雖然這台蘇30的兩個翼尖都在拉煙，但是能看到它在大過載的時候機背產生了大量的凝聚霧。

而客機在潮濕天氣下起飛時經常會拉出凝結霧，因為發動機的吸氣讓氣流變快，和機翼吸面對氣流的加速，壓力降低，水分子的分壓降低而析出形成一片霧。如下圖的這台新航波音777。

來幾個各種凝結霧的GIF，大家來分辨一下是哪種

再加幾張吧

歡迎補充，指正！

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