什麼是音障？_大眾科普網

什麼是音障？

音障是一種物理現象，當物體（通常是航空器）的速度接近音速時，將會逐漸追上自己發出的聲波。聲波疊合累積的結果，會造成震波（shockwave）的產生，進而對飛行器的加速產生障礙，而這種因為音速造成提升速度的障礙稱為音障。突破音障進入超音速後，從航空器最前端起會產生一股圓錐形的音錐，在旁觀者聽來這股震波有如爆炸一般，故稱為音爆或聲爆（sonicboom）。強烈的音爆不僅會對地面建築物產生損害，對於飛行器本身伸出沖擊面之外部分也會產生破壞。

除此之外，由於在物體的速度快要接近音速時，周邊的空氣受到聲波疊合而呈現非常高壓的狀態，因此一旦物體穿越音障後，周圍壓力將會陡降。在比較潮濕的天氣，有時陡降的壓力所造成的瞬間低溫可能會讓氣溫低於它的露點（dewpoint）溫度，使得水汽凝結變成微小的水珠，肉眼看來就像是雲霧般的狀態。但由於這個低壓帶會隨著空氣離機身的距離增加而恢復到常壓，因此整體看來形狀像是一個以物體為中心軸、向四周均勻擴散的圓錐狀雲團。

音障是飛機的飛行速度接近音速時，進一步提高速度所遇到的障礙。空氣是可以壓縮的。飛機在飛行過程中，不斷對空氣產生新的擾動，這些擾動引起的壓強變化會在飛機前方積累，從而導致空氣密度發生變化。密度增加的幅度在不同的飛行速度下是不同的。在0.3倍音速以下，它的增加約在5%左右，因此可忽略不計。當速度進一步提高以至於接近音速時，由於飛機對前方空氣擾動導致的壓強變化會層層積累，於是在飛機前面，空氣密度會急劇增大。而當飛機以音速飛行時，由於擾動的傳播與飛機運動速度相同，這樣每一個擾動相對飛機來說就不再向前傳播，而是依次疊加在飛機頭部，造成擾動波的集中，形成一個波面。這時飛機與前面的空氣驟然相遇，引起劇烈的碰撞，空氣遭到強烈的壓縮，密度急劇增大，仿佛一面致密的空氣牆壁擋在飛機的面前。這就是所謂的激波。空氣在通過激波時，會產生一種特別的阻力，即激波阻力。
飛行速度在音速附近時，激波阻力最大，它可能消耗發動機全部功率的3/4，這時再提高飛行速度就十分困難。當飛機超過音速時，這些阻力便會大大衰減。為了突破音障，人們采取了後掠翼、面積律等先進的氣動布局；同時噴氣發動機的改進也獲得了更大的推力。1947年，美國的x-1火箭飛機首次實現了超音速飛行。20世紀50年代初，美國、前蘇聯、英國等研制出了實用超音速戰斗機。

飛行器在速度達到音速左右時，會有一股強大的阻力，使飛行器產生強烈的振蕩，速度衰減,這一現象被俗稱為音障。當飛行器突破這一障礙後，整個世界都安靜了，一切聲音全被拋在了身後！
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當物體速度增加到與音速相同時，聲波開始在物體前面堆積。如果這個物體有足夠的加速度，便能突破這個不穩定的聲波屏障，沖到聲音的前面去，也就是沖破音障。

第二次世界大戰後期，戰斗機的最大速度，已超過每小時700公裡。要進一步提高速度，就碰到所謂"音障"問題。聲音在空氣中傳播的速度，受空氣溫度的影響，數值是有變化的。飛行高度不同，大氣溫度會隨著高度而變化，因此當地音速也不同。在國際標准大氣情況下，海平面音速為每小時1227.6公裡，在l1000米的高空，是每小時1065.6公裡。時速700多公裡的飛機，迎面氣流在流過機體表面的時候，由於表面各處的形狀不同，局部時速可能出700公裡大得多。當飛機再飛快一些，局部氣流的速度可能就達到音速，產生局部激波，從而使氣動阻力劇增。

這種"音障"，曾使高速戰斗機飛行員們深感迷惑。每當他們的飛機接近音速時，飛機操縱上都產生奇特的反應，處置不當就會機毀人亡。第二次世界大戰後期，英國的"噴火"式戰斗機和美國的"雷電"式戰斗機，在接近音速的高速飛行時，最早感覺到空氣的壓縮性效應。也就是說，在高速飛行的飛機前部。由於局部激波的產生，空氣受到壓縮，阻力急劇增加。"噴火"式飛機用最大功率俯沖時，速度可達音速的十分之九。這樣快的速度，已足以使飛機感受到空氣的壓縮效應。為了更好地表達飛行速度接近或超過當地音速的程度，科學家采用了一個反映飛行速度的重要參數：馬赫數。它是飛行速度與當地音速的比值，簡稱m數。m數是以奧地利物理學家伊·馬赫的姓氏命名的。馬赫曾在19世紀末期進行過槍彈彈丸的超音速實驗，最早發現擾動源在超音速氣流中產生的波陣面，即馬赫波的存在。m數小於1，表示飛行速度小於音速，是亞音速飛行；m數等於1，表示飛行速度與音速相等；m數大於1，表示飛行速度大於音速，是超音速飛行。

音障是一種物理現象，當物體（通常是航空器）的速度接近音速時，將會逐漸追上自己發出的聲波。聲波疊合累積的結果，會造成震波（shockwave）的產生，進而對飛行器的加速產生障礙，而這種因為音速造成提升速度的障礙稱為音障。

突破音障進入超音速後，從航空器最前端起會產生一股圓錐形的音錐，在旁觀者聽來這股震波有如爆炸一般，故稱為音爆或聲爆（sonicboom）。強烈的音爆不僅會對地面建築物產生損害，對於飛行器本身伸出沖擊面之外部分也會產生破壞。

除此之外，由於在物體的速度快要接近音速時，周邊的空氣受到聲波疊合而呈現非常高壓的狀態，因此一旦物體穿越音障後，周圍壓力將會陡降。在比較潮濕的天氣，有時陡降的壓力所造成的瞬間低溫可能會讓氣溫低於它的露點（dewpoint）溫度，使得水汽凝結變成微小的水珠，肉眼看來就像是雲霧般的狀態。但由於這個低壓帶會隨著空氣離機身的距離增加而恢復到常壓，因此整體看來形狀像是一個以物體為中心軸、向四周均勻擴散的圓錐狀雲團。