当飞机在空气中的速度在音速左右时会发生音障
爱因斯坦1905年在他关于狭义相对论的论文中提出一个推测:“不可能存在任何大于光速的运动”,现在被称为光障。航天技术的发展迫使人们细察和反思,为什么飞船不能超过光速。讨论这个问题不可避免地要牵涉到狭义相对论的基本假设和适用范围,以考察这个推测对未来宇航飞行的影响。
从技术科学来看光障,这个奇点的产生不是来自数学,而是来自以光学和电磁波手段测距的技术基础。用光学或雷达往返信号时间间隔之半去定义距离,用这种技术,由于光速的有限性,根本看不到运动速度等于和大于c的目标,所以它不可能成为研究和发展超高速宇航的基础。
宇航的光障问题使人回想起20世纪航空工程中出现过的关于声障问题的经历。...全部
爱因斯坦1905年在他关于狭义相对论的论文中提出一个推测:“不可能存在任何大于光速的运动”,现在被称为光障。航天技术的发展迫使人们细察和反思,为什么飞船不能超过光速。讨论这个问题不可避免地要牵涉到狭义相对论的基本假设和适用范围,以考察这个推测对未来宇航飞行的影响。
从技术科学来看光障,这个奇点的产生不是来自数学,而是来自以光学和电磁波手段测距的技术基础。用光学或雷达往返信号时间间隔之半去定义距离,用这种技术,由于光速的有限性,根本看不到运动速度等于和大于c的目标,所以它不可能成为研究和发展超高速宇航的基础。
宇航的光障问题使人回想起20世纪航空工程中出现过的关于声障问题的经历。超音速飞机出现以前,很多人曾设想,当飞机速度接近声速时,在空气中以常速传播的声波会聚集在前面成为密度很大的激波,飞机无法穿过。
硬要穿过,要么机毁人亡,要么失稳失控。
对于靠声波认识世界的某些生物如蝙蝠、白鱀豚等,声速是不能超过的。但是,航空科学家和工程师们为攻克音障而投入了战斗,经过数十年的理论分析和风洞实验,人们彻底弄清了激波的物理性质和结构。
当飞机速度接近声速时,前面的激波是流体方程的一个不连续解,形成很薄的一层高温高压气体(10-3mm),那里的压力(P)和温度(T)的升高大约正比于马赫数的平方。弄清了这些问题以后,航空界立即开始设计建造超音速飞机。
在人类第一次实现空中飞行的44年后,美国空军于1947年10月14日实现了首次超音速飞行。第二年,苏联的La-176飞机也超过了音速。从此,新的超音速军用飞机如雨后春笋,又有了协和号客机于1969年首飞,以2倍音速商业飞行了24年(1979-2003)。
因为人类就目前的科技水平飞行器还没有达到光速的可能,所以关于光障问题是否也会有类似的前景,目前还不得而知。
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