战神火箭一身“仙气”是咋产生的？
“战神1-X”火箭有一张酷炫到可以当桌面和头像的“写真”，这就是它在高空飞行时，一抹圆锥形的雾气，如新娘身上的纯白婚纱，套在“战神1-X”火箭身上。
很多人好奇，这些白色的雾气是怎么产生的？其实，不光“战神1-X”火箭飞行时会产生这样的雾气，很多战斗机如“F-14D”雄猫喷气式战斗机，“F-22”猛禽战斗机，还有“FA-18”大黄蜂战斗机等等，这些战斗机在高速飞行时也会产生这样的雾气。
通常，我们把战神火箭和战机产生的这种现象称为“音爆云”，更学术更准确的叫法是“普朗特-格劳厄脱凝结云”。
这些如“仙气”一般缠绕在飞行器周围的雾气，它们到底是怎么产生的？对于这个问题，很多资料都有解读。然而，不少人，甚至某些文章，容易把音爆云同另一种现象相混淆，比如下图中这种：
同样是战斗机，产生的现象也类似，但却是两种截然不同的物理现象，像战斗机穿白裙子的那张叫音爆云，而第二张，是超级大黄蜂战斗机做大转弯时，形成的涡流，即大黄蜂在转弯时，在机翼上方快速形成一个低压带，水蒸气在低压带里面凝结而成的缘故。
大家常把涡流和音爆云混淆的一个原因是，它们常常同时发生。比如下面这张图：
上图中，机翼两侧，很对称的白雾，就像 F-22“猛禽”新多出了一双翅膀，这属于音爆云现象。而猛禽尾部，两条细长的白雾，则属于涡流现象，通常叫翼尖涡流。（在前几期的“知道日报”中，这篇文章对其做了详细解释：飞机凭啥玩弄云？）
那么，音爆云到底是怎么产生的呢？其实，对于这个现象，学术界还没有非常明确的定论，主流的看法是，这是飞行器跨越音速时产生的现象，跨越音速？怎讲？
如神一般存在的爱因斯坦，其年轻的时候，就整天思考一些神问题：假如我追上了光的速度，会怎样？
因为这想法，爱因斯坦创立了相对论，一举颠覆了人类的时空观。
现在，咱们偷偷地模仿一下，假如追上了声音的速度，又会怎样？
飞行器在空气中飞行时，会对空气造成一种扰动，就像你往平静的湖面扔一块石头产生涟漪一样。
飞行器对空气的这种扰动，它在空气中的传播速度是声速，当飞行器的速度越来越高，达到声速时，那么显然，飞行器在空气中产生的扰动不会再远远地跑到飞行器的前面，而是在飞行器周围层层累积，形成激波。
不难理解，大量的扰动累积在一起会对空气造成挤压，形成一个锥形的高压带，当这个高压带得到释放后，气压瞬间变低，这会带来温度的骤降，于是，在潮湿的空气里，出现水汽凝结现象，这就是我们看到的“普朗特-格劳厄脱凝结云”。
只有在气候条件合适的时候，飞行器在跨越音速飞行时才会产生普朗特-格劳厄脱凝结云，但是另一种现象，只要是在大气层中飞行，则必然发生，这就是“音爆”。
上文我们说，飞行器在空气中飞行时，会对空气造成一种扰动，这种扰动传到我们的耳朵里时，其实就是飞机轰隆隆的声音，也就是说，扰动以声波的形式传播。为什么我们不直接说声波？这是因为，当飞行器越来越快时，后来产生的扰动逐渐追上了之前产生的扰动，扰动叠加在一起，就形成了所谓的激波，激波跟声波就不一样了，激波是声学能量的高度集中面，传到我们的耳朵里时，不再是连续不断轰隆隆的声音，而是类似于枪声那样的爆炸声。
名垂一时的超音速“协和”客机就是因为音爆扰人，遭到很多地方的政府和民众反对，结果，一些重要的航线迟迟得不到开通，导致运营不善，最终走向末路的。
如今，在城市很难听到飞机产生的音爆，但是在野外的时候，如果头顶有飞机飞过，就有可能听到。小时候，笔者就听到过不少次，尽管飞机飞得很高，但声音依然很响，那时不解，大人解释，说这是飞机在空中放炮，实际上，这就是音爆。虽然现在听到飞机音爆的机会很少，但没关系，因为我们自己就可以制造出小音爆。
影视中，大家常会看到野外一人骑马飞奔，同时传来清脆的马鞭声，啪！啪！
这个马鞭声就是音爆声，原理是，鞭子在空中快速弯折时，鞭子末端的运动速度有可能超过声速。如果力气稍大，掌握技巧后，用一条湿毛巾，也可以造出音爆。
刚才，我们对“普朗特-格劳厄脱凝结云”进行了解释，然而，这种现象极其复杂，确切的机制还没有完全弄清楚。
有观点认为，产生“普朗特-格劳厄脱凝结云”不一定非得跨越音速，也就是说，就算飞行器没有跨越声速，普朗特-格劳厄脱凝结云也有可能会产生。这个观点来自一个工程科学和力学的教授M.S. Cramer。
很多事实证明，他的观点是正确的，“B2隐形轰炸机”的巡航速度是0.85倍声速，最高速度是0.95倍声速（也就是0.95马赫），虽然B2没有超过声速，但它也产生了普朗特-格劳厄脱凝结云。
对此，有一种解释是，就算飞行器的速度没有达到音速，但空气流过飞行器时，空气的流速也可能是音速，这是等效的。
怎么理解呢，风洞大家都知道，就是把飞行器固定不动，然后让高速气流吹向飞行器，以试验飞行器的空气动力学。也就是说，飞行器在空气中高速飞行，和空气高速通过飞行器，效果是等效的。
可是为何，飞行器速度低于音速，气流通过飞行器时，气流速度却能达到音速呢？一个原因是，这是飞机的形体决定的。
从B2头部的形状可以看出，B2的机体，不光上面凸，下面也凸，于是，当水平气流吹向B2时，会产生，类似于水流从宽宽的河面突然进入两条窄窄的小河，导致水流速度突然大增一样的效果。
以上，是我对“普朗特-格劳厄脱凝结云”形成原因的粗浅解释，由于本人能力有限，加上，学术界未能对这种现象盖棺定论，导致不能很好地说清楚，如有解释不恰当的地方，请多谅解。
参考资料：
- 发表于 2014-10-10 00:00
- 阅读 ( 607 )
- 分类：其他类型
