为什么飞机机翼的一部分以超音速飞行,而其他部分仍以亚音速飞行?
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发布时间：2022-05-01 10:13
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时间：2023-10-08 18:40
在以前的生活中，我曾在一所高中为有抱负的飞行员和飞行控制员简要地教授飞行力学。最难教的课题之一是超音速空气动力学，在这个课题中，是超音速失速现象。
商业飞行员很少有机会在超音速飞机上飞行，所以我的超音速空气动力学方法很简单。但是我花了更多的时间来描述超音速失速，因为这是一个可能发生的事件，并且有灾难性的后果，同样在亚音速飞行中。
事实上，随着海拔的升高，空气变冷，声速会降低。但是随着海拔的升高，空气也变得稀薄，这意味着飞机的失速速度(如果你允许我这么说的话，“传统的”失速)将会增加。最终会有一个高度和温度的组合，在这个高度和温度下，音速和失速速度会重合。这种情况是绝对不应该出现的，因为它让飞行员没有回旋余地:如果飞机减速，它就会陷入“传统的”失速。如果飞机飞得更快，它就会陷入“音速失速”。在任何一种情况下，它都将失去升力，落入地面。
超音速失速的事件发生在气流的罪过音速翼表面的一部分,和机翼不会再产生升力,它应该:机翼的上表面的压力增加,和下表面的压力不平衡是不够的飞机机载的重量。
此外，从亚音速流到超声速流，或者从亚音速流到超声速流的转变，并不是平稳连续的，而是在很短的距离内突然发生的。这就意味着形成了一个“冲击波”，气流既变成超音速，又变成亚音速。这些冲击波并不稳定:它们出现又消失，在机翼上来回移动。这意味着它们会产生振动和翅膀的震动，这可能导致空气动力控制失灵，甚至是破坏性的。
在我的课上，我总是试图帮助学生把我们讨论的现象形象化。但是，可视化冲击波和在空气中亚音速和超音速流动之间的过渡并不容易。
除非我能找到某种情况，这种转变发生在速度较慢的情况下，而且在比空气更容易看到的流体中....我需要洗脸……
打开水龙头,看看水池里的水流动的行为:它顺利流动的水射流冲击的表面下沉,直到到达一个“圈”,它突然变得动荡:你可以清楚地看到,水流在圈子里,但它不入侵“光滑圆”的中心。就好像它想要倒流但是有东西阻止了它。
发生了什么?随着水流表面的水槽,远离列从水龙头,它减慢,因为流的截面增加(流的截面在这种情况下,一个圆圈围绕着水柱,乘以层水流的厚度)。
水面被波浪穿过。这些表面波在空气等介质中的表现(几乎)就像声波一样，只不过它们是二维的，而且速度要慢得多。
当流体的流动速度慢于流过流体的波的速度时，那么流体的波就可以向各个方向传播，但是当流体的流动速度快于波的速度时，这些波就不能向上传播。这就是为什么水槽中的水最初是如此平滑和稀薄的原因:它是超音速流!
当水流减慢时会发生什么?突然之间，表面波可以逆着气流运动，但它们在超音速气流处被阻挡:它们在那里聚集，产生“冲击波”。
这并不完全是在机翼的上表面发生的但是已经足够想象这个现象了。我试图建立一个翼型的模型，并运行水流在它上面，使这个例子更适合。问题是机翼的曲率使水在接近后缘时加速，而我想让它减速。
最后，我做了一个“滑梯”，它是由两块连接不同斜坡的碎片组成的:在坡度较大的那块，水以“超音速”的速度流动，在坡度较小的那块，水以亚音速流动。在两个斜坡的交汇处，形成了“冲击波”，或多或少就像在运河中发生的那样。由于这个类比，我的学生们很好地理解了超音速失速的现象，或者至少他们告诉我的.
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时间：2023-10-08 18:40
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时间：2023-10-08 18:41
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