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。

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ma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……”

“的确是这样！”王助适时的拍一下马屁不过他没那个习惯继续拍下去，指着张宇手中的一张图纸说道：“在低速飞行中，大展弦比的平直机翼升力系数较大，诱导阻力小。在亚音速飞行中，后掠机翼可以延缓激波的产生并减弱激波的强度，继而减小波阻。当进入超音速飞行阶段后，激波已经是不可避免，可采用小展弦比、三角机翼和边条机翼等有利于减小不足的设计。”