飞行员听得到“声爆”吗飞机音爆

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飞机突破声速时的“声爆云”
什么是声爆？
声爆，是飞机以超声速从上空掠过时，人们听到的类似于“开炮”的空中巨响。
在日常生活中，声爆并不罕见，尤其在军用机场附近。远的不说，近两年，浙江嘉兴、河北唐山、山东淄博等地都曾先后出现过“空中巨响”，事后当地政府确认“系飞机运行中提速产生的正常声响” 。用专业术语说，就是飞机在飞行中产生了声爆。
关于声爆，还得从声波说起。
就像朝水中投入石子会产生水波一样，物体对空气进行扰动也会产生声波，并且也像水波一样，会以波的形式向外传播，逐渐衰减，最终消失在远方。当声波传播到人们的耳中，引起耳膜振动，就让人们听到了声音。
飞机掠过人们的头顶时，人们会听到飞机的轰鸣。这种轰鸣不是声爆，只是飞机对空气的正常扰动。只有当飞机以超声速飞行时，人们才会听到声爆。
扰动，在空气中是以声速向四面八方传播的。如果扰动源是静止的，或者其运动速度小于声速，在传播中声波就会离扰动源越来越远，并最终消失。如果扰动源的运动速度等于声速，在传播中声波就会与扰动源同步前进。如果扰动源的运动速度大于声速，在传播中声波就会在扰动源的推动下，在其前进方向上形成堆积，如同水中快艇头部形成的楔形水波。当然，由于扰动源在空中运动，声波堆积所产生的是立体的锥形波，不是平面上的楔形波。这种扰动源以超声速运动时所产生的锥形声波，被称为激波。激波前方是未受扰动的大气，其压力、温度和密度等都保持大气压力、温度和密度等。激波是一层致密的空气薄层，也是未受扰动与受扰动的大气的分界面。由于声波的堆积，激波后方的空气的压力、温度和密度等都急剧升高，产生突变。因此，当飞机以超声速掠过人们头顶时，激波扫过地面，人的耳膜就会感受到波后空气压力的陡然变化，于是就“听到了”从空中传来的“爆炸声” 。这就是声爆！
顺便说一下“声障”问题。20世纪30年代末，螺旋桨飞机的飞行速度已经突破了700千米/时，但是人们要想进一步提高飞行速度却遇到了重重困难，突出表现在两个方面，一是任凭人们怎么加大油门，飞行速度就是止步不前；二是飞机时常陷入不稳定状态，难以操纵，甚至导致飞行事故。当时人们认为声速是飞机不可逾越的速度障碍，故称之为“声障” 。后来人们知道了这是激波在作祟，一是波后压力、温度和密度急剧升高，对飞机形成极大的激波阻力；二是激波的出现，使得波后气流陷入紊乱，变得不稳定。后来随着气动技术和发动机技术的突破，人们通过采用后掠式机翼、机身面积率和喷气式发动机，解决了上述问题，突破了声障，实现了超声速飞行。

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试飞英雄李中华
声爆的能量巨大。战斗机低空超声速飞行时产生的声爆足以震碎门窗玻璃，甚至震垮一些不结实的建筑物。当年，试飞英雄李中华驾驶歼十飞机试飞低空大表速的高风险科目时，在不到1000米的低空高度最大飞行速度达到了1250千米/时，开创了国内低空大表速试飞的先河。飞机着陆后，人们发现方圆5千米内的建筑物的玻璃全部都被震碎。数据表明，“协和”式客机在16000米高度以两倍音速飞行时产生的声爆对地面的压强高达100帕，相当于给一块一平方米面积的玻璃施加了10公斤的力，震得门窗玻璃哗哗直响也就不足为奇了。如果把压强换算成声强就更为直观，100帕大约相当于133分贝，类似于站在重金属摇滚音乐会的大音箱旁边。因此，西方各国始终禁止“协和”式客机在陆地上空进行超声速飞行，加之高昂的运营费用，2003年“协和”式客机被迫退出了民航市场，一代名机就此陨落。

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“协和”号超声速客机
声爆对地面的影响，与飞机的飞行高度有关。激波和水波一样，距离越远，波的强度也就越弱。当飞机作低空超声速飞行时，不但地面的人畜能听到震耳欲聋的巨响，影响人们的生活和工作，严重的还可以震碎玻璃，甚至摧毁不坚固的建筑物，造成财产损失。因此，通常不允许飞机在城市和其它人口密集地区做低空超声速飞行。随着飞行高度的增加，这种影响越来越弱。当超过一定的高度以后，对地面安全就没有什么影响了。
声爆，可以听得见，那么可以看得见吗？
很幸运，当飞机突破声速时，有时候会在飞机周围瞬间形成一团云雾，这团云雾就是“声爆云” 。参见题图照片。借助于声爆云，人们不仅可以听到声爆，而且还可以“看到”声爆，从而可以更直观地领略到飞机超声速飞行时的速度与力量。对于声爆云的产生，主流观点认为，是由于激波波后压力骤然增加，使得飞机周围空气中的水气瞬间凝结成了微小水滴，从而形成了雾团。
超声速飞行时，飞行员可以听到自己驾驶的飞机发出的声爆吗？
不可以。飞机以超声速飞行，声爆发出的声音只能以声速传播，因此声爆被远远地甩在了飞机的后面，飞行员自然就听不到了。经历过超声速飞行的人都有这样的体会，当飞机进入了超声速飞行以后，飞机的机舱内会突然变得安静了许多。当然，也不是像有些人们想象的那样，一片寂静。飞机超声速飞行时，声波在空气中以声速传播，同时飞机周围和飞机本身的许多扰动还可以通过飞机的机体结构进行传播，这些扰动在钢、铝等金属材料中的传播速度可以达到5000米/秒左右，因此飞行员还是可以听得到这些扰动的。
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