聲爆

聲爆

聲爆徠(sonic boom)亦稱“轟聲”。飛行器在超聲速飛行時產生的衝擊波傳到地面形成的爆炸聲。飛行器在飛行時,擠壓並排開前方的空氣。當飛行速度超過聲速時,飛行器頭部在空氣中形成衝擊波,同時在尾部由於被排開的空氣重新匯合也形成衝擊波。首尾衝擊波一起隨飛行器以相同的速度前進。衝擊波的壓力分佈前沿最大,高於正常氣壓,然後經正常值而到達尾部時的負值,尤如英文字母N形,故衝擊波有時也叫做N波。轟聲會對社會環境帶來負效應。在超聲速飛機的航線下會形成一個地面轟聲污染區,其寬度約80公里~160公里,長度從啟程機場的航向後方160公里起,至降落機場的航向前方的160公里止,在這一大片範圍內可產生130分貝左右的雜訊。當然轟聲的實際強度和污染範圍還與飛機飛行高度、速度、重量和氣象條件等有關。由於轟聲的壓力波是突然到達地面的,所以人們聽到的是驟然的巨響。轟聲的突然性,會使人們受驚,並影響睡眠、交談、思考、休息和工作。改進飛機空氣動力性能,規定轟聲的超壓容許值,限制超聲速飛機的飛行,提高飛機飛行高度,以及選擇適當的航線使轟聲遠離居民區等,都可消除或減少轟聲對人體的危害。

詞語解釋


當飛機以超過音速的速度飛行,飛機所發出的聲音的密度波無法跑在飛機前方,所以就全部疊在機身後方,形成了圓錐形狀的音錐。當這種 爆震波傳到時,我們就聽到所有累積起來的聲音,在聽覺上,這就是一聲轟然巨響的音爆。
在飛機正好要加速穿過音障 (sound barrier)時,在飛機的周圍,有時候會有一團雲霧形成。不過,這團雲霧的成因是什麼,仍然頗有爭議。目前最風行的理論認為,在那瞬間四周空氣壓力驟降,發生了普朗特-格勞爾奇點 (Prandtl-Glauert Singularity)效應,因此,空氣中的水氣就凝結成小水滴形成一團雲霧。
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音暴形成的原因
徠在平靜的水面上,如果投一塊石頭,水面上立刻會出現一圈一圈的水波向四周傳播,波及整個水面,也就是我們常常說的“一石激起千層浪”。但如果是在水面上運動的物體在水中激起的水波就不是這樣了,例如一艘快艇在水中高速前進時,我們看到它激起的水波就不是一圈一圈地向外傳,而是從艇前開始,呈一楔形向外傳播。同時我們可以看到前緣密集,波浪很大,而後面波浪就很小。這種波我們稱為楔形水波。此波隨同快船一道前進,波及的範圍始終在楔形之內。
同樣地,對於空氣來說,也有這種現象,如果給空氣一個擾動,聲音也會象水一樣通過波的形式向外傳播,這就是聲波。我們平時聽見的聲音就是聲波傳入耳內刺激鼓膜產生的。當飛機在空中作超音速飛行時,在機頭或突出部分,也會象水中前進的快艇一樣出現一種楔形或錐形波,這就是激波。當它們向外傳播時便互相干擾和影響,然後彙集成一道包羅機頭的前激波和一道尾隨機尾的后激波。這種波雖然可以用上述的楔形水波來比擬,但有著迥然不同的性質。激波的厚度很小,經過波后空氣的壓強、密度、溫度都突然升高,速度立即下降。當這兩道激波波及到無論哪個空間和物體時,均會感到這種強烈的變化,反映到人的耳朵里,使耳鼓膜受到突然的空氣壓強變化,就感覺是兩聲雷鳴般的巨響。這種響聲就稱之為“音爆”。