超音速飛機機頭一般都是尖的,而亞音速飛機機頭為什麼通常做成圓的?

時間 2021-05-10 19:51:52

1樓:

大佬解釋很清楚。

選擇題的話一句話,亞音速下壓差阻力佔主導,圓頭可以減少壓差阻力;超音速下激波阻力佔主導,尖頭可以減少激波阻力。(如何分別減小阻力見下圖,至於各種阻力的變化如果沒學過流力記住定性結論就可以,解釋不同速度不同模型下的流場很難)

亞音速下採用圓頭的定性解釋見下圖:

(不是同一頁的截圖,中間差了十多頁)

超音速下解釋見下:

如果沒學過流力又對氣動外形有興趣的話可以看下《航空航天概論》(北京航空航天大學出版社),這本書對物理和數學基礎要求不高但是涵蓋範圍大。

2樓:無名一世

亞音速飛機的圓頭在超音速時會導致產生脫體激波,而尖頭飛機在超音速時會產生附體激波。附體激波的波阻(阻力)比脫體激波小。水中聲速很高,水中物體的速度一般都很小所以不考慮壓縮性,也就沒有激波的事情了。

馬赫數乙個物體的速度除以無限遠處流場的聲速,這個比例值叫做這個物體的馬赫數。比如聲速是300m/s時 ,如果你跑600m/s 就叫2馬赫。

壓縮性流體可以分為可壓縮和不可壓縮,比如空氣是容易壓縮的,水是難以壓縮的。

流動也可分為可壓縮的和不可壓縮的。一般來說小於0.3倍聲速(0.

3馬赫)的是不可壓縮的比如你走路的時候,身前的空氣會很容易被推開,密度不太變化。但是接近音速的流動,流體不會輕易被推開,就會被壓縮,這時候區域性的密度是很大的。流動壓縮性和流體壓縮性不是乙個概念。

空氣的聲速在340m/s左右,高鐵大概剛剛到30%,密度變化大概在10%以內。現代客機巡航速度在80%左右,協和客機的巡航速度是音速的2倍,太空飛船再入時會更高。

水中聲速是空氣的三倍以上,而水下物體很少有達到100m/s的速度,所以水的流動一般視為不可壓縮的,也就不需要考慮激波的事情。外形上,錐型空間小,平頭阻力大,相比之下梭型有較小的流動阻力,同時有不錯的容積,所以水下航行器一般是梭型的。

激波試想一下,如果乙個人以音速向你跑來,你能聽到他喊你多開嗎?

答案是不能的,所以聲波會在乙個面上積壓,這個面外面是聽不到裡面的聲音的,面外面的流體也不知道裡面有個東西在衝過來。這個面上的波動很劇烈,會導致一系列物理現象,這個面就叫激波。

脫體激波與附體激波

比如你有一根超音速的針,針尖角度趨於無限小時,那麼很明顯,激波角度會趨於乙個存在的定值,這個角是馬赫角。這時候激波的尖和針尖是在一起的,這種激波叫附體激波。如果這個針尖可以變粗,那麼隨著針尖角度的增加,激波的角度也會越來越大,直到針尖達到某乙個臨界角度(跟流動的馬赫數相關),激波會變成乙個臨界面,再之後,激波最前面就不再和物體相接觸,變成了脫體激波。

附體激波的優點是阻力小,但是附體激波阻力產生的熱量很大一部分會傳到到機體。

脫體激波的阻力大,但是由於距離機身有一定距離,所以傳到機體的熱量比例會更少,更多的熱量耗散在空氣中。

過高的溫度會導致前緣損壞,所以太空梭這種再入大氣的飛行器機頭反而是圓的,並且安裝需要頻繁更換的隔熱瓦。

3樓:kEKE

從左到右是低速、音速、超音速運動時壓縮前方空氣,產生的阻力引起的激波形狀

well,我給dalao們的答案補充一下空氣動力學方面的解釋,在空氣中前進速度越快,壓縮前方的空氣(介質),引起的空氣激波越尖,形成的激波越像錐型

當繞動源原地不動的時候,擾動介質引發的激波波浪是同心圓

當飛機用亞音速(M<0.75)以下的速度飛行時,在機頭前方的空氣受到的衝擊壓力不大,空氣微團可避讓飛行。音波也能向機頭前方傳播,飛機能順利飛行。

若把飛機速度提高到接近音速(M≥0.8)時,機頭前部(包括機翼前緣)的空氣來不及避讓飛機,如上圖所示,此時飛機的迎流面對空氣的壓力加大,空氣密度即隨之增大,飛機要消耗更多的能量推開機頭前方的高壓空氣,待飛機的速度達到音速時,音波就不能向前傳播,產生很大的激波阻力。

這些現象出現後,使機頭前部的空氣溫度公升高,能量迭聚,形成一堵高溫高壓的空氣牆,使飛機難以逾越,這種現象就叫作「音障」。

一旦加大飛機的動力,改進飛機的結構外形就可以突破「音障」。如上圖所示,出現物極必反的形勢,飛機可輕易地飛行在音波的前方。

突破音速的時候會產生音爆

所以亞音速運動的客機(0.7-0.8倍音速)、高鐵(300km/h,大概0.25倍音速)可以用鈍頭的造型。

而在空氣中會超過音速高速運動的比如子彈,火箭,戰鬥機,前頭就要做成尖尖的激波錐造型,來刺破前頭被壓縮的像牆壁一樣堅固的空氣團

f-104 "星"(starfighter)超音速輕型戰鬥機

衛星要達到第一宇宙速度7.9km/s,音速的23.5倍才能環繞地球

機頭進氣的公尺格系列超音速戰鬥機也要裝上尖尖的激波錐,以便減小超音速飛行時的激波阻力

唔,以上

補充一下,海水中的音速大概是1500m/s,換算過來時速是1500m/s×3600s≈5400km/h

美軍用的mk48魚雷應該已經很快了吧,55節的航速,大概是1.852km/h×55=101km/h,才海水中音速的1/54…

把mk48魚雷換算成空氣中運動的速度的話,音速340m/s≈1200km/h,除以54大概是22km/h,也就是個通勤自行車的速度…

所以mk48魚雷的頭部造型如圖

然後像輪船這種低航速的船艏設計也是啥都有

那個圓圓的球鼻船艏是為了減小海上航行時海浪帶來的興波阻力

4樓:thesocialman

現代戰鬥機普遍重視超音速的飛行能力,而尖頭在超音速下有比圓頭更低的阻力(火箭要考慮氣動加熱,另算),所以現代戰鬥機普遍採用尖頭的設計。

相對的,大多數客機並不為超音速飛行而生,就採用了在亞音速下阻力更低的圓頭設計。

5樓:Xi Yang

因為亞音速範圍鈍頭阻力小,超音速範圍尖頭阻力小。不光是機頭,戰鬥機在亞音速-超音速演進的過程中,機翼前沿、進氣道前沿也經歷了從圓鈍變尖的過程。

反過來看,工作範圍在亞音速的作戰飛機,頭依然是鈍的;超音速客機的頭也是尖的。

6樓:五星級殺手

首先是民航飛機一般都是空間較大,機身圓筒狀,並且駕駛室也有很多電子裝置面板操縱機構,兩名飛行員並肩排列的布局

如果是尖尖的話,像乙個削尖的鉛筆一樣,不僅難看,而且還有多少空間給雷達天線,駕駛室?

民航飛機雷達整流罩裡邊有雷達,上下兩個天線,並且雷達是可以上下左右移動的,這些都是需要空間的。

再看戰鬥機,一般是縱列布局,飛行員前後分開。追求高空速,不是載貨量,所以乙個是為了減小飛行阻力,乙個是也不需要像客機這樣的空間。

希望滿意

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