歼20飞不出音爆云,表明它不能超音速,不如美国F22?

歼20的音爆云是P出来的!

时间过得真快,当初“黑丝带”首飞引发无数军迷狂欢的场景犹在眼前,眨眼间这一幕已经过去十年了。十年间,歼20变了很多,尽管不再是昔日的“小甜甜”,却依然是咱中国军迷心中最痴迷的“牛夫人”。

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十年前的歼20

大家对歼20的期待比较高,处处都想跟美国的F22比高低。作为全球第一款五代战斗机,F22据说有“四超”:超音速巡航、超机动、超隐身和超视距攻击。许多人觉得F22有的歼20自然也应该有,然而几年过去了,歼20从未向世人展示它的任何一项超级性能,甚至连超音速飞行都没见过,于是有人开始不自信起来。

你可能会说,歼20可以超音速呀,我在网上看过它飞出过音爆云!没错,就下面这张图片,看起来很像那么回事。

歼20飞不出音爆云,表明它不能超音速,不如美国F22?

这张图片是网友P的

还有朋友拿出了另一张图,证明歼20飞超音速完全不在话下:

歼20飞不出音爆云,表明它不能超音速,不如美国F22?

这张图P得比较马虎

很遗憾,这两张图片都是军迷用软件P出来的,其中上面那张的原图正是F22战斗机,而第二张歼20音爆云的图P得很马虎。

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对比一下F22的图片

歼20能不能超音速?当然可以,早在歼六的年代,超音速飞行就已经不在话下,现代歼击机没有哪个做不到超音速,难的是超音速巡航,也就是长时间保持1马赫以上的高速度飞行。你不知道只能说明你没看见,并且,所谓的音爆云并非超音速飞行才有。

音爆云这个提法不准确

如果你问一个物理学家,他会告诉你这团出现在飞机周围的雾气叫“冷凝云”或者“蒸气锥”。

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F/A-18飞出“音爆云”

也许跨音速飞行能产生类似的现象,但只要条件合适,你达不到音速它也能产生冷凝云。冷凝云的形成与气压有关。

空气里有一些水蒸气,它们大多是分散的水分子,所以平时我们看不见它。空气中水分子比较少时我们会觉得空气很干燥,反过来就会感觉空气湿得能拧出水来,但这时候我们依然看不到它们——空气始终是透明的。一旦温度降低到结露点,同时空气中有一些微尘,这些水分子就会凝结在一起形成一个个小水滴,这就是我们常见的雾或者云。

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水蒸气冷凝形成云雾

飞机依靠机翼的升力飞行,机翼在高速向前运动的同时将周围的空气向下压,从而获得一个向上的反作用力。机翼向下挤压空气会产生一个局部高压区,这个区域的空气温度随之升高;而在机翼和机身的顶部和后方会形成一个短暂的低压区,这个区域的压力迅速释放会造成温度瞬间降低。

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机翼上下部分压力和温度差异

飞机机翼上下部分产生的压力差越明显,空气温度的变化会越剧烈,从而使得低压区空气中的水蒸气瞬间达到冷凝点。

空气中有多少水是关键

空气中的含水量并不均衡,夏天时由于地面蒸发量大,空气中含有更多水分子;而冬天空气就相对干燥一些。在森林、湖泊和海洋的上方,空气湿度比较大,一旦空气形成较大的压力差,水分子就很容易达到超饱和状态,从而凝结起来形成雾,这也是许多飞机在做超机动飞行时,它的背面出现浓密水雾的原因。

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F14、歼20和F22超机动飞行瞬间

战斗机超机动飞行时的速度远远达不到音速,否则强大的过载会令飞行员无法承受。之所以出现云,首先是因为空气中有足够多的水蒸气,同时机翼在超机动动作时制造了巨大的压力差。

在靠近海面的地方,空气中的水汽常常接近于饱和状态,超低空飞行的飞机很容易制造出凝结云,即便它的速度并不快。

一个胆大的战斗机飞行员在做掠海飞行时,他很容易制造类似音爆云的现象,实际上飞机此时的飞行速度并没有达到音速。

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F/A-18掠海飞行形成蒸汽锥

B2隐形轰炸机是亚音速飞机,它在以0.6马赫的速度超低空掠海飞行时也能制造出云,很显然这与音爆没有关系。

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B2低空飞行时也能制造出冷凝云

说到这里,你可能会产生这样一个疑问:

音爆云是不存在的吗?

答案同样的否定的。真正的音爆云除了要满足空气中有足够多水蒸气这一条件之外,它对飞机的速度要求也很严格。

音爆云实际产生于跨音速飞行的飞机翼面上,当飞机以0.95~1.05倍音速飞行时,机翼对气流的扰动会放大周围空气的压力和温度差,从而在飞机后部形成圆锥状的冷凝云团,随着压力的恢复,云滴会迅速蒸发化为无形。而如果飞机以音速的一半或两倍音速飞行都不能形成这种形状的云团。

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F/A-18跨音速飞行

音爆云与音爆本身没有关系

由于音爆云常常是在飞机跨音速飞行时产生,而飞机在达到音速时会产生声音冲击波,所以许多人将音爆云的产生归因为冲击波对空气的振动,认为音爆云是“可视化的冲击波”,其实这是错误的

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飞机在达到音速时产生冲击波

正如前文所述,音爆云的前端与冲击波没有半毛钱关系,它反应的是跨音速流动空气等温线的位置,是压力和温度变化曲线。而飞机造成的冲击波锥面始终在音爆云蒸汽锥的前方。飞机在接近音速的时候就能产生这种圆锥状的云,所以云的出现不是战斗机“突破音障”的结果。土星五号火箭跨越音速时在它的中部出现音爆云,但火箭的冲击波形成位置却在尖端,二者距离达到几十米。

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土星五号跨越音速前在中部形成蒸汽锥

为什么歼20没有音爆云?

歼20可以轻松完成超音速巡航,之所以我们没有拍到歼20的音爆云,一种可能的解释是它没有在贴近地面或海面做跨越音速的飞行,或者它做了但没有公布图像。

超低空超音速飞行产生的激波对地面建筑物的破坏力巨大,它不仅能震碎窗户玻璃,还可能损伤我们的听力,除非在远离城市的地区或海面,一般情况下飞行员不会在训练时这么做。

歼20飞不出音爆云,表明它不能超音速,不如美国F22?

歼20产生冷凝云