超音速飞行_在线百科全书查询
超音速飞行
超音速飞行（transonic flight）：指飞行器以马赫数(见飞行速度）为1.2～5.0的速度飞行。
相关概念
音速是指声音在空气中传播的速度。高度不同，音速也就不同。在海平面，音速约为1224公里/小时。在航空上，通常用M(即马赫)来表示音速，M=1即为音速的1倍；M=2即为音速的2倍。
音速：是温度的函数，15摄氏度时的音速约为每秒钟340米。马赫：超高速单位，物体运动的速度与音速的比值为马赫或马赫数。亚音速：速度小于1马赫。超音速：速度在1至5马赫间。高超音速：速度在5马赫以上。
发展历史
人类首次超声速飞行是1947年美国用X-1飞机实现的。现代的军用机大多在这个速度区内飞行。这时波阻成为阻力的主要部分。因此把翼面做成平滑、薄而短的后掠形或三角形，机身做成尖头细长形。超声速飞行的特点是：气动中心后移，纵向静稳定性增大；飞机阻尼随马赫数增大而减小。二者都导致飞机扰动衰减缓慢，操纵性变坏，航向稳定性差，故需加大垂直尾翼面积或采用自动化装置。高速飞行导致的气动加热在飞行马赫数小于2.5时，铝合金强度尚可维持。马赫数达3.0后，气动加热加剧，须采用耐热材料。为防止声爆和噪声危害，许多国家禁止在居民区上空作超声速飞行。当飞机飞行速度接近音速时，周围的流动态会发生变化，出现激波或其它效应，会使机身抖动、失控，甚至空中解体，并且还可产生极大的阻力，难以突破M=1的速度。人们把这种现象称之为音障。
在第二次世界大战期间，一些活塞式战斗机在加速俯冲速度达到M=0.9时，就曾强烈感受到了音障，并有的飞机因此而失事。当喷气式飞机出现后，使飞机速度有可能大幅度提高时，能否突破音障就成为航空界注视的一大焦点。英国首先开始对超音速飞机进行研究。迈尔斯公司受官方委托于1943年研制M。52型喷气式飞机，目标是速度达到M=1.6。但由于当时有人在驾驶其它飞机接近音速时失事遇难，官方认为载人的超音速飞行太危险，后来终止了这一计划。美国于1944年开始了同样研究，它采用以火箭发动机为动力。贝尔公司于1945年制造出X—1火箭实验机，C—1的机翼很薄，平直翼型。它需由一架B—29型重型轰炸机挂在机身下带到空中，然后在空中点火，脱离轰炸机单独飞行。1947年10月14日，空军上尉查尔斯耶格驾驶X—1在12800米的高空飞行速度达到1078公里/小时，M=1.1015，人类首次突破了音障。1953年，试飞员道格拉斯驾驶着 “流星烟火”号飞机，在喷气发动机和火箭的双重推力下，首次以音速2倍以上的速度飞行。这说明，只要突破M=1，就不会再有音障存在。人们通过研究发现，采用向后倾斜的机翼可以延缓或消除音障现象的出现，并减少飞行的阻力，有利于提高飞行速度，所以后来的亚音速和超音速飞机大都采用有向后倾斜角度的后掠翼、三角翼或梯形机翼。
首个超音速飞行人
美国罗斯威尔
当地时间3月15日，美国罗斯威尔，高空极限跳伞运动员、奥地利“跳伞狂人”费利克斯鲍姆加特纳从距离地面21800米高空跳下并安全着陆。据介绍，这是今年8月份超高空极限跳伞前的热身，届时他将从3.7万米的高空跳下，进入超音速飞行状态。
按计划，鲍姆加特纳将爬进8英尺的“太空梭”，乘坐充满氦气的气球上升至3.7万米的超高空，然后一跃而下，直到跌至约1500米才打开降落伞。从跳伞到抵达地面仅需10分钟，预计其中的35秒钟将处于超音速飞行状态。如果成功，他将仅仅依靠重力加速度打破音障，成为第一个真正意义上超音速飞行的人类
主要特点
超音速飞行的特点是：气动中心后移，纵向静稳定性增大；飞机阻尼随马赫数增大而减小。二者都导致飞机扰动衰减缓慢，操纵性变坏（见扰动运动模态），高空中尤甚。故驾驶动作应柔和，杆、舵要协调。由于水平尾翼、垂直尾翼效率降低，铰链力矩剧增，且变化规律复杂，需用全动水平尾翼和不可逆助力器。尾翼效率的降低使飞机的航向稳定性和横向稳定性（见飞行器动态特性）都随马赫数的增加而下降。特别是高空飞行，航向稳定性更差，故需加大垂直尾翼面积或采用自动化装置或限制飞行马赫数。因高空空气稀薄，大气温度低，使飞行速度范围小，加速慢和爬升率降低。当高度剧变时，高度表和速度表指示将产生较大的延迟误差，真速和表速指示值差别加大。高速飞行导致的气动加热在飞行马赫数小于2.5时,铝合金强度尚可维持。马赫数达3.0后，气动加热加剧,须采用耐热合金材料（见热强度分析）。为防止音爆和噪声危害，许多国家禁止在居民区上空作超音速飞行。
应用设备
冲压喷气发动机
音速：是温度的函数，20摄氏度时的音速约为每秒钟340米。马赫：超高速单位，物体运动的速度与音速的比值为马赫或马赫数。亚音速：速度小于1马赫。超音速：速度在1至5马赫间。高超音速：速度在5马赫以上。
高超音速飞机采用的是超音速燃烧冲压发动机，它类属于冲压发动机。冲压发动机的原理由法国人雷恩?洛兰于1913年提出，1939年首次被德国用于V－1飞弹上。冲压发动机由进气道、燃烧室、推进喷管三部分组成，它比涡轮喷气发动机简单得多。冲压是利用迎面气流进入发动机后减速、提高静压的过程。该过程不需要高速旋转的、复杂的压气机。高速气流经扩张减速，气压和温度升高后，进入燃烧室与燃油混合燃烧，温度为2000—2200℃，甚至更高，经膨胀加速，由喷口高速排出，产生推力。
冲压喷气发动机目前分为亚音速、超音速、超音速燃烧（或高超音速）三类。亚音速冲压发动机以航空煤油为燃料，采用扩散形进气道和收敛形喷管，飞行时增压比不超过1.89。速度在小于0.5马赫时一般无法工作。超音速冲压发动机采用超音速进气道，燃烧室入口为亚音速气流，采用收敛形或收敛扩散形喷管。用航空煤油或烃类作为燃料。推进速度为2至5马赫，可用于超音速靶机和地对空导弹。超音速燃烧（高超音速）发动机是一种使用碳氢燃料或液氢燃料新颖的发动机，空气在发动机内的流速始终保持为超音速，飞行速度高达5至16马赫。
设备区别
今天喷气式飞机使用的最普通的喷气发动机是涡扇喷气发动机。带有外涵道的喷气发动机的早期设计出现在20世纪30年代。40和50年代，人们对早期的涡扇发动机进行了试验。然而，由于对风扇叶片设计制造的要求非常高，因此直到60年代，人们才得以制造出符合涡扇发动机要求的风扇叶片，从而揭开了涡扇发动机实用化的阶段。涡扇喷气发动机由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成，发动机利用气压机先对进入发动机的空气进行压缩，压缩的空气和燃料混合并被点燃，随后气体爆炸推动飞机前进，后面的涡扇和前面的压缩机处在同一根轴承上。
超音速燃烧发动机同涡扇喷气发动机存在不同。其实，它也有别于火箭发动机。虽然，多级火箭的速度极高，可达20多马赫，但是它携带着全部的燃料，因而在相同体积的情况下，其有效负载低于安装有超音速燃烧冲压发动机的飞行器。
