十大奇特音爆瞬間：超音速飛機突破音障
2020-10-22 環球低空物體運行速度接近音速時，會有一股強大的阻力，使物體產生強烈的振蕩，速度衰減。這一現象被俗稱為音障(Sound Barrier)。
突破音障時，由於物體本身對空氣的壓縮無法迅速傳播，逐漸在物體的迎風面積累而終形成激波面，在激波面上聲學能量高度集中。
這些能量傳到人們耳朵裡時，會讓人感受到短暫而極其強烈的爆炸聲，稱為音爆(Sonic Boom)。
「音爆」只有在飛機作超音速飛行時才會出現。
飛機在超音速飛行時產生的強壓力波，傳到地面上形成如同雷鳴的爆炸聲。在突破音障時伴隨的一個奇特現象便是「音爆雲」，這是由於在激波面後方由於氣壓增加而壓縮周圍空氣，使水氣凝結形成微小的水珠，看上去就像雲霧一般。
這種雲霧通常只能持續幾秒鐘，激波現身，轉瞬即逝。音爆雲是國內對這種現象的一個俗稱，較為嚴肅一點的描述為Prandtl-Glauert condensation clouds(普朗特-格勞厄脫凝結雲)。
因此，音爆雲常見於戰鬥機和艦載機。在海面上空氣非常溼潤，激起的雲霧更大更漂亮。就像給飛機套上一件天鵝裙，不過沒有優雅的感覺，反而是近乎瘋狂。
如果能親眼看到，場面一定很壯觀。以下即是十個最令人不可思議的音爆瞬間。
01
F-22「猛禽」戰鬥機超音速飛行
F-22「猛禽」戰鬥機超音速飛行
這張照片是美空軍F-22「猛禽」戰鬥機以超音速從美國核動力航空母艦「約翰·斯坦尼斯」號上空低空掠過的瞬間。「約翰·斯坦尼斯」號當時正在參加「北方利刃-2009」聯合軍事演習。
音爆是自然界的奇蹟之一，即便這種現象之所以出名，完全歸功於噴氣式飛機。儘管如此，不要忘了，當你聽到雷聲時，那也是音爆，有人在甩牛鞭時，同樣會產生這種現象。太空梭和火箭發射時也會產生音爆，有些科學家認為音爆最早出現在距今1.5億年前，由恐龍尾巴以音速甩動時產生的。
02
普朗特-格勞厄脫奇點
普朗特-格勞厄脫奇點
這張照片顯示的是「超級大黃蜂」戰鬥機低空飛行的瞬間，是因飛行中衝擊波導致水汽凝結的最佳例證。用專業術語講，這種現象亦稱「普朗特-格勞厄脫奇點」(Prandtl–Glauert singularity)。最早駕駛這些飛機突破音速的男女飛行員都是勇敢的英雄。
查克·葉格(Chuck Yeager)駕駛火箭發動機驅動的「貝爾」實驗型飛機成功突破音速，成為人類飛行歷史上首位突破音速的人。1953年，一位名叫傑姬·科克倫(Jackie Cochran)的女飛行員，駕駛F-86「佩刀」噴氣式戰鬥機突破音障，這也是人類飛行歷史上首次由投入生產的飛機突破音障的例子。葉格是科克倫的僚機和密友。
科克倫是一位傑出的女性，除了是第一位突破音障的女飛行員外，她還創造了多項飛行記錄：第一位駕機在航母上起降的女飛行員，第一位飛行速度達到2馬赫的女飛行員，第一位駕駛轟炸機穿越北大西洋的女飛行員，第一位成功實施盲降(儀表著陸)的女飛行員，第一位駕駛固定翼噴氣式飛機穿越大西洋的女飛行員，國際航空聯合會歷史上第一位女掌門人(1958–1961)，第一位戴著氧氣面罩駕機飛行高度超過2萬英尺的女飛行員。
她還保持著飛行距離和飛行速度兩項世界記錄，值得一提的是，這些成就大多是在女人被認為不能從事男人事情的年代取得的。
03
F/A-18F「超級大黃蜂」
F/A-18F「超級大黃蜂」
在從菲律賓海低空掠過時，一架F/A 18F「超級大黃蜂」戰鬥機在「小鷹」號航母上方突破音障。
如果不是「超音速飛行之父」馮·卡門，我們或許永遠別想看到這張F/A 18F「超級大黃蜂」戰鬥機挑戰音障的照片。
馮·卡門發明的數學工具是設計如何突破音速的飛機細節所必需的。正如我們所知，許多在先進戰機問世前便已離開人世的先驅者確實改變了世界。
04
FA-18「超級大黃蜂」超音速飛行
FA-18「超級大黃蜂」超音速飛行
這張照片是詹姆斯·蒙哥馬利少校駕駛F/A-18戰鬥機從美國「企業」號航母低空掠過時突破音障的瞬間。
縱然你可以在駕駛艙後面看到迷你音爆，但一個有趣的事實是，駕駛員根本聽不到。
到音爆發生之時，他們已經身處音爆的前方，所以只能根據儀器判斷是否已經突破音速。你或許認為，鑑於駕駛員與音爆之間如此靠近，應該有些聲音，然而事實上沒有。
05
超音速飛機突破音障
超音速飛機突破音障
這張照片看上去就像是電影中的片段，實際上，它確實是為哥倫比亞電影公司視覺效果部門所拍攝，作為電影《絕密飛行》(Stealth)的一個場景。照片顯示，美國海軍陸戰隊第314戰鬥機攻擊中隊(VMFA-314)的一名機長駕駛超音速飛機在「卡爾·文森」號核動力航空母艦附近到達音速的瞬間。
音爆的聲音大小取決於距離聽到它的人的遠近。因為飛機距離我們十分遙遠，聽上去就像是兩聲巨響，以牛鞭為例，當我們在近前甩動時，它就會發出像爆竹一樣清脆的響聲。可以想像一下，如果上面的飛機像看上去那麼近，一定會產生震耳欲聾的巨響。
06
FA-18「超級大黃蜂」突破音障
FA-18「超級大黃蜂」突破音障
在這張照片中，音爆開始在一架FA-18戰鬥機的機翼邊緣形成。飛機在飛行過程中不斷將前面的空氣分子向兩邊推向兩邊，當飛機速度超過1馬赫，空氣被壓縮成圓錐狀，開始在機身前端形成，匯集為一個衝擊波。
07
F-16噴氣式戰鬥機
F-16噴氣式戰鬥機
這張照片顯示了一架F-16噴氣式戰鬥機機翼上方形成的水汽，看上去就像是彩虹在水汽中形成。
同船隻在從水面划過時，弓形波在船尾處產生一樣，當飛機從空氣中穿過時，也會產生同樣的壓力。
08
B-1B「槍騎兵」超音速戰略轟炸機
B-1B「槍騎兵」超音速戰略轟炸機
在這張照片中，一架B-1B「槍騎兵」戰略轟炸機突破音速時向左側傾斜飛行，接著再進行特技翻滾。這一幕發生在東南亞，當時，美國空軍、海軍和海軍陸戰隊舉行開放參觀日，向觀眾展示各型飛機。音爆是一個奇妙現象，當飛行器或其他物體的速度超過音速時，會產生衝擊波，而且強度逐漸加大，直至突破音障時發出巨大的響聲。
音爆的形成需要三個條件：
第一，以超過音速的速度飛行的物體(如飛機)；
第二，令速度傳播的媒介(空氣)；
第三，衝擊波。
09
F-14D「雄貓」戰鬥機
F-14D「雄貓」戰鬥機
這是一張在多雲天氣產生音爆的照片，F-14D「雄貓」噴氣式戰鬥機看上去就像是它從「西奧多·羅斯福」號航空母艦上方飛過時被暈輪包裹住一樣。我們先看到音爆，後聽到音爆的聲音，這是因為光的傳播速度快於音速。
想一想上面提到的閃電和雷聲的例子——我們先看到閃電，後聽到雷聲，這是同一個道理。
10
音爆雲
音爆雲
在這張照片中，看上去飛機尾部就像是發生爆炸一樣令人感到恐懼，但它其實是我們在聽到音爆以前，音障被突破的瞬間。相信我們每個人都聽說過音爆，即便我們不清楚這具體是什麼現象，即便我們沒有親眼見過。
照片中的飛機是音爆形成和出現的最佳例證。但是，最為常見的一個例證是由閃電產生的雷聲。在聽到雷聲以前，你會先看到閃電。另一個產生迷你音爆效應的物體是牛鞭，它在甩動時也能產生巨大的聲響。當然，還有太空梭以及我們最常與音爆聯繫起來的物體：飛行速度超過音速的飛機。
音爆的能量巨大，一架低空超音速飛行的戰鬥機產生的音爆足以震碎門窗玻璃。有人測量過，一架在 16000米高空以兩倍音速飛行的協和客機產生的音爆對地面產生的壓強高達100帕，相當於給一塊一平米左右的玻璃窗上施加10公斤的力，玻璃譁譁直響就不難解釋了。
我們把壓強換算成更直觀的聲強，100帕大約相當於133分貝，如果你恰好身處某重金屬搖滾音樂會的大音箱旁邊，就知道133分貝的聲音會對 你產生什麼樣的影響了。因此協和被禁止在陸地上進行超音速飛行，這與高昂的營運費用一起直接斷送了這種優雅的飛機的生命，2003年，所有的協和退出市場，從此天空中不再有超音速客機的身影。
「音爆」的強弱以及對地面影響的大小，與飛機飛行高度有著直接的關係。因為，激波和水波一樣，距離越遠，波的強度也越弱。
當飛機作低空超音速飛行時，不但地面的人畜能聽到震耳欲聾的巨響，影響人們的生活和工作，嚴重的還可以震碎玻璃，甚至損壞不堅固的建築物，造成直接的損失。隨著飛行高度的增加，這種影響越來越弱，當超過一定的高度後，地面基本不會受到影響。
來源：聲振之家
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