第八十七章 风雨兼程（1 / 2）

“由于我们研究的项目已经超出了当前我们对大气物理『性』质的了解程度，当飞行速度超过一定程度的时候，我们相信一切都有所改变，而且我们必须对这些改变加以重视，否则无法实现超音速飞行，没有这样的飞行能力，研究喷气式飞机又有何用？所以我们在研究的开始，就非常重视飞行环境、飞行条件等方面的研究。”

大气的状态参数是指其压强、温度和密度，这些参数随着飞行高度的变化而变化，它们作用在飞机上的空气动力大小有影响，也对飞机喷气式发动机所产生推力大小有很大程度的影响。

每一个大气分子都有着自己的位置、速度和能量。分子之间的联系非常微弱，且没有自己固定外形。然而当飞行器在这种介质中运动时，其外形尺寸远远大于分子的自由行程，所以研究飞行器与大气之间的相对运动时，可将分子之间的距离看似为零，也就是说把气体看成连续的介质。

相邻大气层之间相互运动时所产生的牵扯作用力，叫做大气的内摩擦力，也叫做大气的粘着力。这种大气的粘『性』是空气在流动中所表现出来的一种常见物理『性』质，而大气流过物体时所产生的摩擦阻力恰恰与大气粘『性』有关，像飞机这样在空气中快速运动的物体，空气粘『性』作用在飞机外表面的摩擦阻力就不再是一个可以忽略不计的小数字，必须加以重视和考虑。

气体的可压缩『性』是指气体的压强改变时，它的密度和体积改变的『性』质。一般都认为『液』体是不可压缩的，而气体对这种变化的反应很大，所以认为气体都是可压缩的。当大气流过飞行器表面的时候，由于飞行器对大气的压缩作用，大气压强会产生变化，密度也随之产生波动。当气流的速度较小时，压强的变化量不大，密度的变化也很小，所以研究大气低速流动有关问题时，可以不考虑大气的可压缩『性』。而气流速度快的时候，则应该大加考虑了。[]大国无疆87

声速是指声波在物体中传播的速度，一个振动的声源在介质中传播时产生的疏密波，即压缩与膨胀相间的波。人能听到空气中传来的各种声音，也就是因为空气被压缩和膨胀的结果。飞机在空气中飞行时会把前进中所碰到的空气微团推开，并把这些微团压缩，物体继续向前运动，被推开、压紧的微团将膨胀开来，回到原来的位置。所以飞机飞行时，围绕它的空气将一直产生振动的疏密波。

声速是考虑空气压缩程度的一个重要因素，声速越大空气就越来被压缩。另一个因素就是飞行器的速度，运动速度越快，则施加给空气的压力越大，空气被压缩得救越厉害。将这些因素综合起来，就是一个很特别的数学方程。

马赫数等于飞行器在一定高度的速度除以该处的声速，马赫数越大则表示空气被压缩地越厉害。当马赫数小于等于0.4的时候，空气压缩『性』影响并不大，即可认为空气是不可压缩的。而当马赫数大于0.4之后，研究飞行器的动力大小就必须考虑到空气的可压缩『性』影响，尤其是在进入跨音速飞行之后，因为压缩『性』会产生一种称之为激波的独特流动现象，这将对飞行器的空气动力和外形设计带来重大影响。

“低速飞行，飞机与空气之间的相互影响是一个渐进的过程，视空气为不可压缩。而高速飞行时，飞机突然来到跟前，空气无法让开，只能突然地遭到强烈的压缩，其压力、密度和温度都会陡然升高，相对于飞机的流速则突然降低。这种从无变化到有变化的分界面，就叫做激波。”

“激波又分为正激波、斜激波、圆锥激波。然而在超音速飞行时，气流因阻滞而产生激波，因膨胀而产生膨胀波。激波可以说是超音速气流减速时通常产生的现象，膨胀波是其加速时所必然产生的现象。激波使波前、波后参数发生突跃式变化，气流穿过，激波时受到突然的压缩，压强和密度温度都升高，速度和马赫数下降。然而膨胀波波前、波后参数发生的却是连续『性』变化。”

“还有一点，激波虽然厚度很小，但气流流过激波时，在激波内部气体黏『性』引起的内摩擦却很强烈，气流的部分机械能会因为消耗于摩擦而变成热能，继而使自身温度急剧上升，此现象称之为气动力加热。但膨胀波却没有上述损失，这种损失类似于附面层，因气体黏『性』而让气体动能变为热能，造成了动能的损失，可将这一损失所引起的阻力称之为激波阻力，简称波阻。”

张宇很少过问王助他们的研究进度，他知道王助对喷气式飞机更感兴趣，肯定了解很多科恩达项目组的研究进度，不过难得有机会在中航里逗留，强烈的好奇心还是驱使他过问起了研究进度，不过在此之前王助还悉心的为他讲解了一些理论知识，估计是王助担心张宇一会儿听不懂，所以才说教了一番高速飞行相关知识理论。

“我想，如果不出意外，波阻出现在飞机发展的道路上，必然会成为一个巨大的、难以逾越的障碍。”

“所以我们才给它取了个特别的名字，叫声障。”王助看了看张宇，在偌大的会议室里此时已经只有俩人，能说的都可以说。“其实声障问题并不是在研究当前这个项目的时候出现的，我们当初对活塞式飞机进行研究的时候，就发现平飞时速达到了七百多之后，当飞机进入俯冲的时候，定然要接近于声速，这时候飞机必将会产生剧烈的抖振，飞行也变得极不稳定，几乎会让飞行员失去对飞机的『操』控能力，如果飞机做的不好，会有结构遭到大破坏，甚至临空解体的危险。”

“你不是说声障是有飞机在飞行中所产生的激波和波阻造成的吗？对这两个影响因素进行研究、解决，不就突破音障这个大难题了吗？”张宇此时真的是揣着明白装着糊涂，对于这些后世近乎科普类知识的问题，放到现在都堪称是高技术保密级别的东西，当然张宇是可以对这些问题发问的，不过外人可就不行了。

“刚才我们已经说到激波和波阻的产生，其实不同外形的物体在超音速条件下由于产生的激波不同，其波阻也不一样。物体的形状对气流的阻滞作用越强，产生的激波越强，自然波阻就越大。”

“类似于长方形的物体，常产生脱体激波，即在距离前端一定距离的地方产生强烈的正激波，脱体激波对气流的阻滞作用很强，因此会产生很大的波阻。而尖头的物体，在尖头前端常产生附体斜激波，该激波对气流的阻滞作用就比较弱。所以物体越尖，气流所受的阻滞越小，激波越倾斜，产生的波阻越小。所以我们对超音速飞机的机身、机翼等部分的前缘设计都应该呈尖锐状，这样便可减小激波强度，进而减小波阻阻力。”

“能说说你们对超音速空气动力外形的研究成果吗？”

“我们目前已经开始就飞机的气动布局展开研究，在飞机几何外形和参数上也有了一定考虑。”王助说到这儿，从自己的文件夹里抽出了几张纸递给张宇，让他边看边听自己讲述。“我们都知道，不同的飞机、不同的速度都有不同的气动布局。按照机翼与机身连接位置上下来分，即可分为上单翼、中单翼、下单翼。如果按照机翼弦平面有无上反角来分，就可分为上反翼、无上反翼、下反翼，当然按照立尾的数量来分，可分为单尾翼、双尾翼、无立尾翼，无立尾翼时平尾变成v字尾。”

“当然，如果按照气动布局一般是指平尾相对于机翼在纵向位置上的安排，即飞机的纵向启动布局形式，我们有正常式、鸭式和无平尾式。不同的布局型式，对飞机的飞行『性』能和稳定『性』、『操』控『性』都有重大影响。”

“这些我还是了解一点的，飞机的几何外形是由机身、机翼和尾翼等主要部件的外形共同组成，而其中机翼是产生升力、阻力的主要部件，机翼平面形状包括翼展、展弦、前后掠角。而影响飞机的气动特『性』的主要参数就是前后掠角、展弦比、梢根比和翼型的相对厚度……”