秦皇岛再次传来不明巨响!震感明显,市应急管理局:飞机音爆所致

2022年2月24日和3月27日这两天,秦皇岛不论是在家中的、公司的还是在大马路上的居民们,都听到了“嗙嗙”两声巨响。这响声像雷电、像巨炮、像地震前兆,还有人以为是谁家厨房炸了。甚至很多居家的居民都感受到了明显的震感,家中的窗户玻璃都在抖动。

秦皇岛再次传来不明巨响!震感明显,市应急管理局:飞机音爆所致

对此,秦皇岛市应急管理局在第一次巨响出现时就已现身说法:这是由于山海关机场的超音速飞机在飞行时速度过快造成了“音爆”现象。那这个让居民们两次受到惊吓的“音爆”到底是什么呢?这和超音速飞机又有什么关系?

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如果无色无味的空气可以用一个有形的东西来指代的话,那就是水。声音的传播是会对它周围的环境产生一定冲击的,而这种冲击就像在平静的湖面中投下一颗石子,周边会荡出一圈一圈的波纹,称作“声波”。

声音在空气中的传播速度是340m/s,而超音速顾名思义就是比声音的速度还快。就像水波会随时间的延长慢慢消弭一样,声波也需要时间让它渐渐消散,传播速度在340m/s及以下时,留给它消散的时间是足够的。

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但一旦一样物体的移动速度超过了音速,那来不及完全消散的声波圈就会撞上重新产生的声波圈,且只要这个超音速的物体持续移动,声波圈就会不断产生,不断交叠撞击

由于声音频率的增加,声波会被不断挤压,每一波新产生的声波都会以更快的速度撞击旧的声波。

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超音速飞机因为飞行速度太快,声波始终来不及消耗,就会在飞机后部累积形成一道圆锥一样的“音锥”,而在机身前部形成一道声波墙,称作“音障”。

在飞机加速穿过音障时,能量高度集中,这些累积的能量在那一瞬间被突破引起的爆震波传到我们的耳朵里时,我们听到的短暂而强烈的爆破声就是“音爆”。

且在音爆产生的同时,可能会同时产生一股像散开的裙摆一样的音爆云,它像是具象化的音爆现象,不过并不是每次音爆都会引发音爆云,且目前音爆云的形成还未有一个最具权威的解释。

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音爆波可以对半径160公里以内的范围造成影响,所以当飞机的飞行高度较低时,秦皇岛的居民们就听到了那两声巨大的爆破声。音爆发出的声音在130分贝左右,比规定的装修最高分贝60都高出一倍多,远超人类能接受的阈值。

且低空空气阻力大,飞机易解体,如遇危险飞行员的回旋余地小,有一定危险性,也容易对地面建筑物造成伤害。

所以为了居民和城市的安定、飞机本身的安全考虑,低空超音速飞行很久以前就已经被禁止了,以现在音爆发生的频率和影响,对人们的生活不会有太大影响。

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其实在我们的生活中,音爆现象还是很常见的,比如自然界中的雷鸣声、流星坠落的声音。广场上精神奕奕拿着鞭子的大爷们甩下鞭子时,鞭子最末端那一刻突然的爆破声也是音爆现象。

而有音爆现象的超音速飞机,早在20世纪40年代就出现了。

通常人们将飞机的速度是音速的多少倍数称作“马赫数”,飞行速度低于1马赫数的飞机称作亚音速飞机,高于1马赫数的称作超音速飞机

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当时围绕超音速飞机的两个最大的问题是“音障”“热障”,当时的人们只有低速飞行的经验,在超音速方面只有枪药、炮弹的制作经验。可是这些弹药在一出枪膛的时候就已经是超音速了,对于如何将物体由低速渐渐加到超高速来突破“音障”科学家们是研究了好久。

直到后来他们把机翼做成向后倾斜的状态并减薄它的厚度,让机身尽可能地变得更光滑,同时头部也由传统的圆头做成了尖头以确保飞机的阻力降到最低,这种飞机被称作“掠翼式飞机”

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同时飞机在做超音速飞行时,由于与空气剧烈摩擦而产生大量的热,使飞机表面的温度非常高,很容易造成飞机的外形损坏,舱内温度升高,甚至引起灾难性的颤振等后果,这种现象称为热障。

为了克服热障,人们通过光滑的机身减少与空气的摩擦,在飞机内装入冷却系统吸收一部分热量,在飞机表面涂上特殊的材料以起到隔热的作用。

1947年,第一架世界上的超音速飞机X-1冲破了音障,运行平稳,成功落地。

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之后的超音速技术就被广泛应用在了运输机、战斗机上,甚至还有一段时间被用在了客机上。

上世纪70年代时,英国和苏联就开发了自己的超音速客机,但当时超音速飞机2300万英镑的单价实在太昂贵,英国只造出了20个原型机,其中16个被投入运营,苏联也只生产了16架超音速飞机。

这些飞机的客室都较小,每架飞机仅能乘坐100名左右的乘客,后来推出的更平稳的轻型飞机仅能乘坐40名乘客。

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虽然路程用时缩短了一倍以上,可乘客花费却提高了一倍不止,1万美元一张的机票让大部分人都望票兴叹。

不过这并不是它作为客机短短几年寿命终结的原因,毕竟要价高、速度快且票数少反而更受到上流社会人士的追捧,甚至很多人的毕生梦想就是买一张超音速机票。

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但它速度快带来的最大的弊病就是噪音实在太大,很多机场都不愿意接收它,也基本只能航行在远离人群密集区的线路上,但它的最大航程又只有5000公里,能飞的航线实在太少,盈利价值不高

且它燃油量大,不仅受到环保人员的抵制,也极大地增加了它的运营维护成本,航空公司几乎无法从它身上牟利

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而促使它2003年匆匆退场的骆驼身上的最后一根稻草就是2000年的空难,整艘飞机109人全部遇难,在民众心中的超音速飞机已从“最安全飞机”变成了“最危险飞机”。

而在航空公司花费了一年时间对所有飞机进行了高额检修后,又迎来了史上最可怕的航空袭击—“911事件”

种种原因使得这批超音速客机再也无法坚持下去,于2003年在千余人的注目中退场。

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不过虽然超音速客机在这十几年的时间里都一直沉寂着,但世界各国想要它复兴的心思一直没有停歇,仍在继续对超音速飞机的探索,在前两年已经做了静音式超音速客机的飞行试验。

我国也一样在探索中,或许在可以看得见的将来,超音速飞机真的可以普及,成为我们日常出行的选择。

参考资料:

《超音速飞机的发展历史》—2019.1.29 新知网

《再现超音速客机》—2020.10.23 陈灵进、唐军伟 中国军网国防部网

《航空器高超音速飞行的主要障碍是什么?它们分别是音障、热障、黑障。》–2021.11.18 Nelson

《45年前就有超音速客机,怎么现在没有了》—2019.6.24 笑谈古今

《航空科普 | 协和式超音速客机的前世今生,一个成真但最终飘逝的梦》—2017.9.11 翼搜天下

作者:言束 校稿编辑:小宛

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