人類在探索宇宙過程中，會遇到?jīng)_擊波現(xiàn)象。沖擊波是自然界中普遍存在的一種物理化學(xué)現(xiàn)象，與人類有著密切的關(guān)系。2022年12月31日，中科館大講堂邀請到中國科學(xué)院力學(xué)研究所研究員、中國科學(xué)院大學(xué)教授張德良，和我們一起解鎖沖擊波的“密碼”。

什么是沖擊波？它是如何形成的？

在介質(zhì)中如果在某個很小的空間中具有巨大能量、并在很短的時間內(nèi)被釋放出來，瞬時釋放的巨大能量壓縮周圍介質(zhì)，將其瞬時壓縮形成一個間斷的界面，這個間斷面就是沖擊波。

超音速飛機是如何產(chǎn)生沖擊波的？

飛機在超音速飛行時，機頭前部空氣就會被嚴重擠壓，形成一個空氣間斷面。間斷面后面的空氣溫度壓力升高、能量堆聚，形成一堵高溫、高壓的“空氣墻”——沖擊波。這時飛機的氣動性能發(fā)生急劇變化，阻力突增、升力驟降。隨著飛行速度不斷增加，形成的沖擊波會越來越強。

超新星爆發(fā)也會產(chǎn)生沖擊波嗎？

超新星爆發(fā)是某些恒星在演化接近末期時會經(jīng)歷的一種劇烈爆炸過程。恒星通過爆炸會將大部分物質(zhì)以1/10的光速向外拋散，并向周圍的星際物質(zhì)發(fā)射巨大能量，形成類似于“沖擊波”的現(xiàn)象。中國科學(xué)家曾觀測到最強超新星爆發(fā)，它的亮度是太陽的5700億倍。

如何利用沖擊波解決火箭和飛行器的防熱問題？

當飛行器飛行速度超過聲速3倍時，表面溫度可達400攝氏度以上，這時飛行器必須考慮防熱問題，因為這會引起飛行器發(fā)生災(zāi)難性事故，導(dǎo)致機毀人亡。長征系列運載火箭發(fā)射過程中在整流罩外面必須有一層特殊材料的防熱層來防熱，否則運載火箭發(fā)射會發(fā)生事故。此外，現(xiàn)在還在研究新概念的氣動防熱新方法

沖擊波地面反射會產(chǎn)生音爆嗎？

超聲速飛機在1.6萬米高空飛行時產(chǎn)生的沖擊波傳播到地面時會在地面上反射，這種反射會產(chǎn)生很強的音爆，音爆引起的壓強可達到100帕以上。100帕壓強大約相當于133分貝聲強，它會引起很強的噪聲，音爆產(chǎn)生的噪聲對人體傷害是很嚴重的。

（責任編輯 / 高琳? ?美術(shù)編輯 / 韋英章）