马赫锥(突破音速时形成的锥形云)是怎么形成的?


超人也有:

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39个答案
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ZushiWongUWC世界联合书院在读

2013-04-03 11:49

马赫锥的定义是当波源(飞机)大于波速(声速)时,波面重叠形成锥状。你可以想象有一个可以每隔一段时间滴下一滴水的可移动水源,而当第二滴水滴落下时,它下落的位置比前一滴水滴的波面前,以此类推,每滴水滴的波面(wavefront)就形成了一个锥面。

而锥形云是由于当飞机高速飞过时,马赫锥的锥面上由于声波的密集,有着很大的压强,而水蒸气不光在温度变化下会液化成为水珠,在高压强下也会液化(这个应该不需要更多解释了吧~),于是在马赫锥面上,以及马赫锥面后方一些由于声波的密集程度产生的足够高压强区域产生锥形云。

【更正??】在超声速运动时,由于微扰动(如弱压缩波)的叠加而形成的强间断即激波。
当飞行器以超音速飞行时,扰动来不及传到飞行器的前面去,结果前面的气体受到飞行器突跃式的压缩,形成集中的强扰动,这时出现一个压缩过程的界面,称为激波。经过激波,气体的压强、密度、温度都会突然升高,流速则突然下降。压强的跃升产生可闻的爆响。飞机在较低的空域中作超音速飞行时,地面上的人可以听见这种响声,即所谓音爆。
而马赫波(体现为马赫锥)是一个位置固定的微弱扰源所发出的一系列扰动在超声(音)速气流中传播的波阵面;位置固定的扰源在速度超过音速(V>a)的气流中所发出的一个个扰动随气流以V的速度向下游移去,同时扰动本身又以音速a 向四面八方传播,而扰动所能播及的区域必限于一圆锥区域以内,这圆锥是一系列扰动球面的包络面,称为马赫锥;圆锥的半顶角μ=arcsin(1/M),称为马赫角。
激波又分为正激波和斜激波,激波除中间一小段是正激波(波正面与来流垂直),其余都是斜激波。而当激波斜角(波阵面与来流指向之间的夹角)小到等于马赫角时,激波就减弱到变成微弱扰动波或马赫波了。
飞机超音速飞行时,各部分产生的激波要汇合成 一前一后的两个激波向外传播,并传至地面。对地面某一点来说,激波经过时由于波面前后压力突变,将伴随着产生爆炸音响,称为超音速爆音。

感谢@特大号飞机 @木脑壳zz 的指正 以及@fu-80 @ halalia 的提问

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特大号飞机飞行器动力工程本科 发动机制造厂攻城狮=。=

2013-04-04 11:34

1L正解



并非所有在飞机上出现白色不明物质都能表明飞机超过音速

首先是不能超音速的B2童鞋,机翼上表面由于气流流速更快,使得空气中一部分水成液态析出,形成可见的白雾,坐飞机的时候我喜欢坐翼根靠窗的位置,有时候就能看见水汽析出是形成的清晰的空气流线

还有这货。。起落架都没收起来,更别说就是个民机了。。。民机没啥兴趣,不要问我是啥型号我也不知道。。 这种情况在空气比较潮湿的环境下容易发生。


然后用最著名的爱抚娘娘童鞋举例


第一张虽然已经开了加力,菊花红通通的,不过这种白色不明物质也不是由于跨音速时产生,三代机之后广泛采用脱体涡流的设计来提高气动水平,这些也是由于涡流流动产生的水汽,跟上面2位并无二致。


然后是这张照片,这里的白色不明物质不是由于飞机跨音速时导致的,而是由于飞机本体已经接近音速,这时飞机局部的气流就有可能超过音速了,这部分水汽析出是因为弹仓附近由于不平整,有微小的突起或凹陷,引起了气流流过时加速,使这一部分气流率先超过音速产生了激波锥。我们看飞机跨音速飞行表演的视频时,稍微注意一下可以发现飞机会不止一次射出白色不明物质,前几次就是因为局部气流率先超过音速产生的,最后最大的一次才是飞机本体跨过音速产生的。


这张就是正儿八经的跨音速了,有非常清晰的锥形的白雾产生,当然了,这张图稍微有点瑕疵。。。。。。。。。


这张更著名一点

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黑桃六闪电手从制药工程跳进肿瘤免疫的坑 // 现在又想爬出来...

2013-04-04 14:16

楼上说的太详细了……我就补两张火箭的图。

1. 航天飞机亚特兰蒂斯的最后一次飞行,起飞40秒后。

2. ATLAS某型火箭(好吧我认不出来)。

想给长征截个图来着,结果视频载入不了 =_=

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halalia自认为保守的万金油

2013-04-04 12:21
支持者: C-5XPO

压力骤然变化造成水气变为小液滴而已。
小实验:
用一支注射器针筒,不要针头,吸入一点空气、几滴水,拇指堵住注射器孔,反复的抽压,然后在抽拉的情况下突然松开,让负压的内部立即恢复常压,再推注射器,就看到水汽出来了。
调侃:
梅卡瓦兄?!是你么?好没节操!
最后的熊猫好大的一张甩饼,马赫锥的锋面可以这么平?
翼根靠窗的位置是很吵的……我才不坐呢

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首先马赫波是一种弱扰动,是因为飞机的速度超过了其对周围空气被扰动后扰动传播的速度(音速)。而要使空气中的水在高压情况下液化,弱扰动恐怕是做不到的。而飞机在超音速飞行时会出现高压液化空气里的水,我猜是因为激波的原因。不过我不清楚对不对,希望高手指正。

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在我学的知识里面,这个是激波。。。

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蓝色调丶c有机化学硕士

2013-06-29 00:07

我没看错吧 坦克飞起来了 还是超音速

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哈 看到tank 直接笑喷 其实最爱的是F14 熊猫的那张 这里没见

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坦克那张我默默的笑了半天。我的笑点到底是有多低啊。。

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brightwiz夕阳领域通信界

2013-10-14 15:15

好多帅图。B2真帅。

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肉身突破音障,怎么说也算是中武界面了

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支持者: theus

哈哈~坦克那张P得毫无痕迹

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迈扣硬件工程师、科学控、创业者

2013-04-04 00:46

顶楼上, 这就是传说中的破音障!

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科学不甩你男、人类、科幻控、电影迷、读者、路人

2013-04-04 02:32

可以自己喊自己了,偶也

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F1在雨中行驶的时候出现的也是这个原理么

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超音速坦克貌似早已被我景德镇研发量产并正式集团化装配我军!~

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传说中的声障.看来还是物理学.

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宏原子科幻迷 ACG爱好者

2013-04-04 20:38

Tank什么的。。!?!!

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JayHou计算机硕士

2013-04-04 22:18

坦克……正儿八经的恶搞..

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花纶奔跑的球鞋

2013-04-04 22:57

超音速坦克还帅。。。超音速巡航的时候后面一直都会有锥行云呢?

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laomao0000爱DIY的数学怪蜀黍

2013-04-04 23:38

做个记号,二楼图不错

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我勒个去。。2L最后一张图也太夸张了吧~~~

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Lee2.0情商为负工科男

2013-06-22 19:12

Wall.E里最后那个感人的突破音障

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