飞机在突破音障时,为什么会在机尾形成一个圆锥型的云?_飞机引擎为什么在机翼上

由网友 离炜诚哥 提供的答案：

当飞机以超音速飞行并突破音障时,会形成一个圆锥型的云,被称为"音爆云"或"锥形云"。这是由于飞机的机身在超过音速时所产生的激波效应引起的。

当飞机加速到接近音速时,周围的空气开始受到压缩,形成压缩波。当飞机突破音障时,飞机前方的压缩波会以声速向外传播,形成一个锥形区域,其中空气密度和压力突然增加。这种压缩波的效应在飞机尾部形成一个压力低的区域,空气被拉伸并迅速冷却,导致水蒸气凝结成云。这个圆锥形的云就是由飞机尾迹产生的。

这个圆锥形的云通常是可见的,因为其中的水蒸气在空气中凝结形成微小的水滴。这种现象在湿度较高的条件下更容易观察到（音爆云的形状和大小取决于飞机的速度、高度和气候条件）。

随着技术的进步和发展,现代飞机设计已经采用了一些特殊措施来减少音爆云的形成,可以减少对地面的噪音和环境的影响。

由网友 军武数据库 提供的答案：

谢邀,有锥形的云雾并不能代表战机突破了音障。这只是一种水汽凝聚的现象而已。

如果具体说的话 这个现象叫做"普朗特-格劳尔奇点"是空气动力学上的一个奇点。

当飞机飞行的时候会压迫飞机前面的空气,使之密度变大。然而这些密度变大的气体越过了飞机形状-运动方向的一个界限点后会失压。这时,空气中的水蒸气露点下降,一下子就凝结出很多的小液滴。这就是我们看到的激波云。

但是这个"云"的形成,其实是和飞机的飞行速度、空气温度、空气湿度有很大关系的,并不一定是要在飞机超音速的时候才会出现。

而且,要注意到的是——这个云的形状和超音速所产生的激波没有任何相似性。

这是典型的超音速激波,咱们对比一下所谓的激波云是不是发现出现的位置以及形状有太多的不同了呢？

只不过,飞机出现"激波云"是因为在接近音速（注意不是超音速也不是跨音速）的时候"普朗特-格劳尔奇点"所表现的可见性是相对较大的。

由网友 战情速递 提供的答案：

文/战情解码

飞机在突破音障时,机尾会形成一个锥形的云,而这个云就是我们通常所说的"音爆云"。音爆俗称音障,是指飞行器在接近音速时,因阻力过大使飞行器发生剧烈震荡,进而导致速度衰减的现象。在飞机突破音障的瞬间,由于被机身压缩的空气难以迅速传播,所以会在飞机的迎风面上累积,并最终形成一个激波面。激波面上的能量相当高,而这些能量在释放时,就会出现一种极其强烈的"爆炸"现象,这就是我们所说的音爆现象。

（F18战斗机穿越音障）

音爆云的正式名为普朗特-格劳厄脱凝结云,它形成于音爆击波面的后方。当飞机由亚音速进入到超音速时,总会伴随着激波面后方气压和温度的骤降,而这会引起空气中水气的凝结,最终在飞机四周就形成了均匀扩散的圆锥状云团,这就是学术上所说的普朗特-格劳厄脱凝结云效应。通俗点说的话,就是飞机在接近音速飞行,同自己发出的声波逐渐接近的过程中,机身迅速挤压空气,导致空气被压缩并在飞机的迎风面并逐渐积累,最终产生一个激波面。当飞机超过音速时,在这个击波面的后侧会因为气压和温度降低使空气中的水汽液化形成液滴,随着音爆激波扩散的时候,这些液滴就形成了凝结云,也就是音爆云。

（飞机加速过程中会产生激波）

然而有一点需要说明的是,并不是所有音爆现象都会产生音爆云,因为音爆云的产生需要满足三个条件。一、要有跨越音速的阶段。二、空气密度高,而且大气温度越高越容易形成激波面压力和温度差,这就意味着低空更容易出现音爆云。三、空气湿度要足够大。基于这三点,在海平面低空飞行的飞机突破音障时更容易形成音爆云。

（在海平面上低空超音速飞行的飞机）

大部分音爆云通常在超越音速的过程中产生,但根据以上条件,在接近音速、条件合适的情况下,也可以产生音爆云,这也就解释了为何一些亚音速飞机在飞行时也可以产生音爆云现象。音爆云与音爆之间并没有必然的联系,音爆云是由于跨音速阶段的温度差引起空气中水蒸汽液化的现象。只要条件合适,就会出现音爆云,待飞机加速完成后,随着压差的降低,音爆云就会消失,这一过程可以用肉眼观察。而音爆的产生却是肉眼不可见的,在这一过程中释放的能量很强,低空音爆还可能会损伤地面上的建筑或人员。当年,苏军的图22M轰炸机对阿富汗游击队进行轰炸的过程中,在低空进行超音速飞行时,就曾将地面犁出了两道5米左右的深沟。

（亚音速的A10攻击机也会有结云现象产生）

音爆云给了战机的飞行过程中增添了一分浪漫的景色,这引得无数摄影师为之着迷,但是要想好好欣赏音爆云的话,最好还是离远一些的好。

由网友 思货时间 提供的答案：

飞机在突破音障时,由于飞机速度大,在接近音速时,飞机表面流动的空气已经超音速了。因飞机前面的空气来不及躲避而被紧密地压缩在一起,堆聚成一层薄薄的波面,从而形成激波,这就是大家所看到的圆锥型的云。

音障一词最早出现于20世纪40年代初期。第二次世界大战中,战斗机的设计已经相当成熟,虽然还沿用直机翼,但暴露在机外的零件已经很少,飞机外形十分"干净"。当时单台发动机的动力已超过一千马力,飞机的平飞速度已达音速的一半；俯冲时,可以超过0.7倍音速。正是在后一情况下发现飞机有自发栽头和尾翼强烈抖振现象,使整个飞机有破碎的危险。在后来的验证实验中,人们慢慢的发现飞机在接近音速时,机体表面空气流动发生的不同变化。

第二次世界大战后期,战斗机的最大速度已超过每小时700公里。要进一步提高速度,就会碰到所谓"音障"问题。这种"音障",曾使高速战斗机飞行员们深感迷惑。因为每当他们的飞机飞行速度接近音速时,飞机操纵上都会产生奇特的反应,处置不当就会机毁人亡。科学家采用了一个反映飞行速度的重要参数：马赫数。它是飞行速度与当地音速的比值,简称M数。M数是以奥地利物理学家伊·马赫的姓氏命名的。

为了掌握这一规律,空气动力学家和飞机设计师们密切合作。进行了一系列飞行试验,结果表明：要进一步提高飞行速度,飞机必须采用新的空气动力外形,例如后掠形机翼要设法减薄,为此进行了大量的理论研究和风洞试验。了解在空气可压缩性和气动弹性作用增大下,高速飞机所具有的空气动力特性。这些基础研究,对超音速飞机的诞生,都起到了重要作用。
第一个吃螃蟹的人是美国空军的试飞员查克·耶格尔上尉。他是在1947年10月14日完成的。耶格尔驾驶X-l在12800米的高空,使飞行速度达到1078公里/小时,相当于M1.015。那年24岁的查克·耶格尔从此成为世界上第一个飞得比声音还快的人,他的名字也因此载入航空史册。在人类首次突破"音障"之后,研制超音速飞机的进展就加快了。人们通过理论研究和一系列研究机的飞行实践,包括付出了血的代价,终于掌握了超音速飞行的规律。

由网友 哨兵ZH 提供的答案：

额,其实这就是一种水蒸气的凝结现象,我们平时习惯于把这种圆锥形的云称为"音爆云"是不怎么恰当的,因为这种圆锥形的云的出现,跟飞机是否准备跨音速或者超音速飞行的关系不大,也就说跟音爆并没有太大的关系,能否出现这种物理现象反而是取决于空气的温度和湿度,这两个因素才是决定这种圆锥形的云能不能产生的关键所在,因为当飞机亚音速飞行时,只要条件满足（比如空气湿度较高）,同样也是可以产生这种所谓的"音爆云"的。
▲产生圆锥形"音爆云"的F / A-18C战机

大家先看上图,是一架在高速飞行时产生了圆锥形的云的F / A-18C战斗机,然后再注意一下产生这种云的是飞机的哪些部位,分别是座舱顶部、进气道附近、主翼和尾翼处,其实大家还可以注意一下,看是不是大部分战机产生的这种圆锥形云基本上都是出现在机体的这几个部位,那么为什么偏偏就是在战机的这几个地方会产生这种水汽凝结的现象呢？因为不管是座舱顶部、机翼处还是进气道附近,都是战机在飞行时速度最快、气流温度最低、压力最小的几个部位,而这几个地方有个相同点就是相对于整体的机身更加突出,而当物体高速运动时,突出部分气流就会加速,从而温度和压力都会更低（能量守恒,粒子内能转换为动能）,看下图,为飞机飞行时机体气流速度分布图,注意看战机的前座舱和机翼的尖端两侧部分颜色（图中圆圈标记处）,很明显可以看到这几处的气体流速是最快的：

▲机身气体流速分布图

所以,如果空气中的湿度够高,那么水气在遇到低温和低压环境时就会凝结成小水滴（空气中的水气遇到低温会凝结是一个常见的物理现象,大家可以想想,冬天开车时,汽车的玻璃内侧上是不是也会出现一层水雾,原因就是车内温度高,当温暖的空气接触到冰冷的玻璃时,空气中的水气就会遇冷凝结,这原理是一样的）,从而在战机的机体的中后部周围产生这种圆锥形的水雾,看起来就跟云一样,因为当战机高速飞行时,机体的中后部是气流扰动最明显的区域,也就更加容易出现因为气体的流速改变而出现低压低温区域,因此,这就是为什么我们见到的战机飞行时产生的所谓"音爆云"基本上都出现在机体的中后部等突出部位的原因。

▲亚音速飞行也可产生"音爆云"的B2轰炸机

也就是说,我们不能根据这种圆锥形的云的出现就直接判断飞机即将要突破音障或者已经超音速,因为当飞机的速度达到0.7~0.73马赫时,机体的某些突出部位,比如机翼翼尖的气流速度就已经可以超音速了,而此时只要空气的湿度满足条件,那么就可能产生这种由水气凝结雾化产生的圆锥形的云,而此时飞机整体的速度可能还没有达到接近音速即将突破音障的程度,比如上图中B2,典型的亚音速轰炸机,但是同样也可以产生这种圆锥状的所谓"音爆云",而当战机继续加速到0.95马赫时,此时战机的速度已经很接近音速了,机体的气流扰动会更加剧烈,流体的低压、低温区域中出现的温度扰动也会变得更加明显,所以,战机即将突破音障时,会产生更大氛围的这种水气凝结现象。

由网友 甜甜向上精心创作 提供的答案：

浏览了一下朋友们的回答,感觉专业术语太多,不太容易理解。

如何才能通俗的说明这个问题,先看一个实验吧！

道理很简单,初中生都明白。双手反向拧紧塑料瓶,瓶中气体被压缩。当气体将瓶盖冲开,并冲出瓶口时,对外做功,内能减小,温度降低,其中的水蒸气遇冷液化成小水滴,飘浮在空气中,出现白雾。

飞机突破音障时,形成的圆锥形云（是不是叫音爆云）的现象,与上述现象似乎很相似。当飞机速度接近声速时,就会强烈压缩前方空气,形成一层密度很大的空气墙,使飞机受到的阻力骤增,就是所谓的"音障"。一旦飞机突破了音障,被压缩的空气墙就会迅速膨胀,对外做功,内能减小,温度降低,空气中的水蒸气遇冷液化成小水滴,漂浮在飞机周围,就是我们看到的音爆云。

由网友 哒哒香123 提供的答案：

很简单,其实就是压力差问题引起的,当飞机速度接近音速时候,飞机前后压力差很大。有了这个压力差,飞机前方高压空气就会向飞机后面快速扩散。家里空调的原理知道吧,飞机尾部形成低压区,飞机前面的高压空气就像空调的压缩气一样,压缩空气体积膨胀要吸热,因为吸热导致飞机尾部温度骤降,空气中的水分预冷凝结成水滴成雾。

由网友 C时光安然 提供的答案：

飞机在高速飞行（包括突破音障）时,身后形成的圆锥形的云,准确的应该叫普朗特-格劳厄脱凝结云,"音爆云"是通俗的一种叫法,并不准确。为什么这么说呢？因为音爆是突破音障时的特有现象,但却不是产生普朗特-格劳厄脱凝结云的必须条件,也就是说没有突破音障（也就是没有音爆）时也有可能出现题目所说的"圆锥形的云",即普朗特-格劳厄脱凝结云；而突破音障会出现音爆,但不一定会出现普朗特-格劳厄脱凝结云,所以把飞机飞行时产生的"云"叫"音爆云"是不准确的。

下图为美制"B-52"战略轰炸机,为高亚音速飞机。

1,普朗特-格劳厄脱凝结云是飞机高速飞行时产生的一种特殊现象。当飞机高速飞行时,所产生的声音和周围的空气不断被压缩向前平推,形成一个"幕墙",随着飞机速度越来越高,前方被压缩的空气密度越来越大,这个"墙"也被压缩得越来越厚实,机身中后部气压骤降导致温度急剧降低,引起水气凝结形成微小的水珠,这就是我们所说的普朗特-格劳厄脱凝结云。如果飞机动力减弱,则速度会降低,一切恢复到常态；如果动力足够强大,便会在某个瞬间刺破音障,被压缩到极限的声音和空气产生强烈的激波,发出巨大的声响,形成音爆。

2,不是所有的高速飞行都可以产生普朗特-格劳厄脱凝结云。产生这样的奇观需要一定条件。首先,飞行速度要合适。飞机较高速度飞行时,才可以有效压缩空气,才有可能引起气压骤降,从而导致空气中的水分加速凝结。速度过低、超音速或者高向低跨音速时都不能出现,因为减速飞行或速度过低时空气压力不够或者处于衰减之中,水分不能有效凝结；超音速时则把包括声音在内所有的东西都甩在了

身后,凝结云当然就看不见了,只有高亚音速或低向高跨音速时容易出现。其次,空气密度要够大。这很好理解,空气密度越大,被压缩的效率就越高,越容易产生凝结云,也就是距离地面越近越容易出现凝结云。这也是为什么普朗特-格劳厄脱凝结云往往发生在低空超低空飞行时的原因了。第三,空气湿度要够大。湿度越大,空气中含水份就越多,从而凝结成水气的可能就越大。因而,在干旱的沙漠很少有这种现象的出现（音爆倒是不少）,更常见于海面上飞行的舰载机。人们之所以会有"音爆云"的错觉,那是因为飞机的速度很快,产生普朗特-格劳厄脱凝结云的时间与产生音爆的时间相差无几,持续时间又很短,所以会把突破音障和产生普朗特-格劳厄脱凝结云联系起来,而这两者产生的条件太过相似了,都是在加速阶段,在跨音速区间出现的,有这样的错觉也在所难免。

伴随普朗特-格劳厄脱凝结云而来的音爆也同样是一大奇观。人类历史上第一次突破音障、产生音爆是在1947年10月14日,是由美国空军试飞员查尔斯·耶格尔上尉驾驶X-l火箭试验飞机在12800米的高空完成的,成为世界上第一个飞得比声音更快的人,当时的飞行速度为1078公里/小时,1.015马赫。至于有没有产生音爆云并不清楚,不过我想即使是产生了音爆云,将近13000米的高度在地面也很不容易看到。音爆的能量巨大,一架低空超音

速飞行的战斗机产生的音爆可以震碎门窗玻璃。有人测量过,一架在 16000米高空以两倍音速飞行的协和客机产生的音爆对地面产生的压强高达100帕,相当于给一块一平米左右的玻璃窗上施加10公斤的力,这也许是压跨"协和"式的最后一根稻草吧！以色列空军战机在某次穿越加沙上空时,曾经制造了多次音爆,当时巴勒斯坦有很多妇女流产,是不是因为音爆的原因,不得而知,但音爆带来的惊悚是显而易见的,利用巨大的声响恐吓敌人不知道算不算一种战法？不过对于网传某国曾利用超音速飞机产生的音爆解救人质的事,我表示严重怀疑,即使是真的,那也要算是草菅人命了。

最后想说的是,飞机在飞行时身后形成的圆锥形的云到底是叫普朗特-格劳厄脱凝结云还是叫"音爆云",按照约定俗成的叫法并无不妥,重要的是普朗特-格劳厄脱凝结云和音爆都是在人类不断探索自然征服自然中发现的,可以肯定的是,随着人类科技进步的不断加速,各种奇观也将会越来越多。