突破音障时发出音爆的原因主要与物体在空气中接近音速时产生的物理现象有关。当物体(如飞行器)的速度接近音速时,会遇到一股强大的阻力,导致物体产生强烈的振荡,速度衰减。这一现象被称为音障(Sound Barrier)。
当物体突破音障时,由于物体本身对空气的压缩无法迅速传播,逐渐在物体的迎风面积累,最终形成激波面。在激波面上,声学能量高度集中。这些能量传到人们耳朵里时,会让人感受到短暂而极其强烈的爆炸声,这就是音爆(Sonic Boom)。
音爆的产生可以总结为以下几个关键点:
音障现象:
物体接近音速时,由于声波叠合累积,产生震波,形成音障。
激波形成:
物体突破音障时,空气压缩无法迅速传播,形成激波面。
能量集中:
激波面上的声学能量高度集中,传到耳朵里形成爆炸声。
音爆云:
在激波面后方,由于气压增加,水汽凝结形成微小的水珠,形成音爆云。
音爆不仅在飞行器超音速飞行时产生,枪械射击时也会产生类似的现象。音爆的产生及其伴随的音爆云是超音速飞行的重要特征之一。