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2010年5月5日 星期三

超音速

通常男生對軍事武器都會比較有興趣,這幾天台灣和法國之間,就拉法葉艦採購佣金案賠償台灣的新聞炒得很熱鬧。其中還傳說法國方面想要私了,繼出售幻象戰鬥機給台灣之後,還要賣給台灣最新型的飆風戰機﹝Rafale﹞,我想這也不過是隨便說說而已,台灣想要購買武器的困難度很高。

第二次世界大戰末期,德國首先發展出噴射戰鬥機,但是還沒有發揮實戰效果,戰爭就結束了。韓戰期間美蘇雙方各自推出F-86戰鬥機和米格15噴射戰鬥機在戰場上空較量,展開了噴射戰鬥機的紀元。後來為了發展速度更快的戰鬥機,除了設計出威力更強的引擎之外,還要研究空氣力學以突破超音速飛行的障礙,最後終於解決問題,製造出能夠超速的戰鬥機。

美援給台灣的超音速戰鬥機以F-104星式戰鬥機的數量最多,台中清泉崗空軍基地就是F-104的主要基地。星式戰鬥機的機翼短小輕薄,整架飛機有如火箭一樣,在執行任務的時候,就是快速的升空攔截來犯的敵機,將響尾蛇飛彈射向敵機之後就要馬上趕回基地,重新加油掛彈再度起飛應戰,基本上這種戰鬥機並不是用來與敵機在空中纏鬥用的。由於星式戰鬥機在台灣的服役期間很長,到了後期台灣到全世界購買各種二手飛機,拆除零件維修台灣的戰鬥機群,駕駛F-14而失事墬機殉職的空軍健兒為數眾多。

F-104

中華民國空軍的 F-104 星式戰鬥機

音速

在這裡回味一下高中的物理課程,在海平面高度,空氣中的聲音行進的速度大約是每秒343公尺,每小時1,235公里。我們遇到閃電打雷的時候,會先看到天空中的閃電,然後才會聽到雷鳴的聲音。真空中的光速等於每秒 299,792,458 公尺,光線從地球到月球僅需 1.2 秒。如果我們看到閃電,再算一下隔多久才聽到雷聲,大概可以估出閃電與我們之間的距離。當我們在金門服役的時候,還有宣傳彈砲擊的情形,對岸的大砲鎖定射擊的地區,每個地區會發射三發砲彈。我們會先聽到大砲射擊的砲聲,然後聽到砲彈從頭上飛過的聲音,兩個聲音的間距較長,則砲彈射向遠方,兩個聲音的間距很短,則要立刻就地掩護趕快逃命,彈頭會落在你的左右。

超音速音爆

當行進的速度超過音速時就稱為超音速﹝supersonic﹞,每一個音速的度量單位稱為一馬赫﹝Mach﹞,美國的黑鳥偵察機最高的速度可達到3.3馬赫。聲音是在彈性介質中行進的振動(壓力波)。在氣體中,聲波是一種縱波,以不同速度行進,在固體中,聲波可以是縱波或橫波,而且傳播速度更快。聲音在水中也可以傳遞。

音爆(Sonic boom)是在空氣中運動的物體速度突破音障時產生衝擊波所引起的巨大響聲。通常聲爆是由超音速戰鬥機或其他超音速飛行器,如協和式客機,跨音速飛行時造成的,而另外槍械射擊時所產生的爆音亦同樣是一種音爆。

對於音速飛行的飛機,由於聲波是向各個方向傳播的,形成的就不是三角形,而是圓錐形,錐體的頂尖位於機身上。在這個錐體中,飛機的聲波被壓縮成單個脈衝,這個錐體被飛機「拖著」,並向四周擴散,直至飛機過去後,聲音才到達我們的耳朵,於是我們突然感到一個衝力,這就是音爆現象。

從前清泉崗的超音速戰鬥機翱翔在台中地區的天空上,每當進行超音速飛行的時候,就會產生音爆。我們會突然聽到一聲強大的爆炸聲,然後門窗都會震動,嚴重的時候還會震破門窗的玻璃。近幾年來比較少聽到音爆的聲音,不知道是飛到遠處去超音速,還是空軍已經沒有多少架戰鬥機可以進行超音速飛行。

當飛機突破音障的時候,有時會爆炸出不尋常的雲霧,這是由於衝擊波造成空氣壓力驟減,引起溫度的驟減,導致水蒸氣凝結成水滴、形成雲霧。

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各種超音速飛機在突破音障時,空氣中的水氣被速度擠壓凝結成雲霧狀,隨後在解除壓縮時便產生氣爆。