飞行基础知识②航空器的特性详解(图文)

帅哥

飞机的飞行性能 在对飞机进行介绍时，我们常常会听到或看到诸如“活动半径”、“爬升率”、“巡航速度”这样的名词，这些都是用来衡量飞机飞行性能的术语。简单地说，飞行性能主要是看飞机能飞多快、能飞多高、能飞多远以及飞机做一些机动飞行（如筋斗、盘旋、战斗转弯等）和起飞着陆的能力。 速度性能 最大平飞速度：是指飞机在一定的高度上作水平飞行时，发动机以最大推力工作所能达到的最大飞行速度，通常简称为最大速度。这是衡量飞机性能的一个重要指标。 最小平飞速度：是指飞机在一定的飞行高度上维持飞机定常水平飞行的最小速度。飞机的最小平飞速度越小，它的起飞、着陆和盘旋性能就越好。 巡航速度：是指发动机在每公里消耗燃油最少的情况下飞机的飞行速度。这个速度一般为飞机最大平飞速度的70%～80%，巡航速度状态的飞行最经济而且飞机的航程最大。这是衡量远程轰炸机和运输机性能的一个重要指标。 　　当飞机以最大平飞速度飞行时，此时发动机的油门开到最大，若飞行时间太长就会导致发动机的损坏，而且消耗的燃油太多，所以一般只是在战斗中使用，而飞机作长途飞行时都是使用巡航速度。 高度性能 最大爬升率：是指飞机在单位时间内所能上升的最大高度。爬升率的大小主要取决与发动机推力的大小。当歼击机的最大爬升率较高时，就可以在战斗中迅速提升到有利的高度，对敌机实施攻击，因此最大爬升率是衡量歼击机性能的重要指标之一。 理论升限：是指飞机能进行平飞的最大飞行高度，此时爬升率为零。由于达到这一高度所需的时间为无穷大，故称为理论升限。 实用升限：是指飞机在爬升率为5m/s时所对应的飞行高度。升限对于轰炸机和侦察机来说有相当重要的意义，飞得越高就越安全。 飞行距离 航程：是指飞机在不加油的情况下所能达到的最远水平飞行距离，发动机的耗油率是决定飞机航程的主要因素。在一定的装载条件下，飞机的航程越大，经济性就越好（对民用飞机），作战性能就更优越（对军用飞机）。 活动半径：对军用飞机也叫作战半径，是指飞机由机场起飞，到达某一空中位置，并完成一定任务（如空战、投弹等）后返回原机场所能达到的最远单程距离。飞机的活动半径略小于其航程的一半，这一指标直接构成了歼击机的战斗性能。 续航时间：是指飞机耗尽其可用燃料所能持续飞行的时间。这一性能指标对于海上巡逻机和反潜机十分重要，飞得越久就意味着能更好地完成巡逻和搜索任务。 　　飞机起飞着陆的性能优劣主要是看飞机在起飞和着陆时滑跑距离的长短，距离越短则性能优越。
	作者：蓝色流★ 2007-1-13 00:32 　 回复此发言

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	飞机的操纵性 　　 　　飞机的操纵性又可以称为飞机的操纵品质，是指飞机对操纵的反应特性。操纵则是飞行员通过驾驶机构改变飞机的飞行状态。 　　操纵主要通过驾驶杆和脚蹬等驾驶机构来实现的。驾驶员推拉驾驶杆和踩脚蹬的力量被视为操纵的“输入量”，驾驶杆和脚蹬所产生的位移也可以被视为“输入量”，而飞机的反应，如迎角、侧滑角、过载、角速度、飞行速度的变化量等则视为操纵的“输出量”。 　　飞机操纵品质的好坏是一个与飞行员有关的带一定主观色彩的问题，但是仍然有一些基本的标准来衡量飞机的操纵品质。操纵品质常以输入量和输出量的比值(操纵性指标)来表示，这些比值不宜过小，也不易过大。如果比值太小，则操纵输入量小，输出量大，这种飞机对操纵过于敏感，不仅难于精确控制，而且也容易因反应量过大而产生失速或结构损坏等问题；如果比值过大，则操纵输入量大，输出量小，飞机对操纵反应迟钝，容易使飞行员产生错误判断，也可能造成飞机的大幅度振荡，同样导致失速或结构破坏。如果飞机在作机动飞行时，不需要飞行员复杂的操纵动作，驾驶杆力和杆位移都适当，并且飞机的反映也不过快或者过分的延迟，那么就认为该飞机具有良好的操纵性。 　　按运动方向的不同，飞机的操纵也分为纵向、横向和航向操纵。 　　改变飞机纵向运动(如俯仰)的操纵称为纵向操纵，主要通过推、拉驾驶杆，使飞机的升降舵或全动平尾向下或向上偏转，产生俯仰力矩，使飞机作俯仰运动。 　　使飞机绕机体纵轴旋转的操纵称为横向操纵，主要由偏转飞机的副翼来实现。当驾驶员向右压驾驶杆时右副翼上偏、左副翼下偏，使右翼升力减小、左翼升力增大，从而产生向右滚转的力矩，飞机向右滚；向左压杆时，情况完全相反，飞机向左滚转。 　　改变航向运动的操纵称为航向操纵，由驾驶员踩脚蹬，使方向舵偏转来实现。踩右脚蹬时，方向舵向右摆动，产生向右偏航力矩，飞机机头向右偏转；踩左脚蹬时正相反，机头向左偏转。实际飞行中，横向操纵和航向操纵是不可分的，经常是相互配合、协调进行，因此横向和航向操纵常合称为横航向操纵。 　　飞机操纵性的好坏与飞机的稳定性之间存在着一定的排斥关系。如果飞机的焦点位置过于靠后，飞机的稳定性很好，因此飞机抵抗飞行状态变化的力和力矩会很大，飞机对飞行员操纵的响应就会很慢，飞机的操纵性也就不好。反之，飞机的焦点靠前，稳定性变差，飞机对操纵的响应变得灵敏，操纵特性变好。现代先进战斗机为了获得优良的操纵性和机动性，都将飞机设计称为气动不稳定的，而采用主动控制技术来控制飞机的稳定，从而实现好的操纵性。
	作者：蓝色流★ 2007-1-13 00:33 　 回复此发言

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	飞机的稳定性 　　 　　飞机的稳定性是飞机设计中衡量飞行品质的重要参数，它表示飞机在受到扰动之后是否具有回到原始状态的能力。如果飞机受到扰动（例如突风）之后，在飞行员不进行任何操纵的情况下能够回到初始状态，则称飞机是稳定的，反之则称飞机是不稳定的。 　　飞机的稳定性包括纵向稳定性，反映飞机在俯仰方向的稳定特性；航向稳定性，反映飞机的方向稳定特性；以及横向稳定性，反映飞机的滚转稳定特性。 　　关于稳定与不稳定的概念可以形象的加以说明。例如，我们将一个小球放在波浪型表面的波峰上然后轻轻的推一下，小球就会离开波峰掉入波谷，我们将小球处在波峰位置的状态称为不稳定状态。反之，如果我们将小球放在波谷并且轻轻地推一下，球在荡漾一段时间之后，仍然能够回到谷底，我们称小球处在波谷的状态为稳定状态。 　　飞机的稳定与否对飞行安全尤为重要，如果飞机是稳定的，当遇到突风等扰动时，飞行员可以不用干预飞机，飞机会自动回到平衡状态；如果飞机是不稳定的，在遇到扰动时，哪怕是一丁点扰动，飞行员都必须对飞机进行操纵以保持平衡状态，否则飞机就会离初始状态越来越远。不稳定的飞机不仅极大地加重了飞行员的操纵负担，使飞行员随时随地处于紧张状态，而且飞行员对飞机的操纵与飞机自身运动的相互干扰还容易诱发飞机的振荡，造成飞行事故。从现代飞机设计理论来看，莱特兄弟发明的飞机是纵向不稳定的。然而他们却成功了，这主要是因为当时飞机的速度低，飞行员有足够的时间来调整飞机的平衡。莱特兄弟曾经说过他们在试飞时曾多次失控，飞机不住地振荡，最后以滑橇触地而结束。随着飞行速度越来越快，飞行员越来越难以控制不稳定的飞机，所以一般在飞机设计中要求将飞机设计成稳定的，飞机稳定性设计也变得越来越重要了。 　　虽然越稳定的飞机对于提高安全性越有利，但是对于操纵性来说却越来越不利。因为越稳定的飞机，要改变它的状态就越困难，也就是说，飞机的机动性越差。所以如何协调飞机的稳定性和操纵性之间的关系，对于现代战斗机来说是一个非常值得权衡的问题。实际上为了获得更大的机动性，目前最先进的战斗机都已经被设计成不稳定的飞机。当然这样的飞机不能再通过飞行员来保持平衡，而是通过一系列其他的增稳措施，比如电传操纵等主动控制手段来自动实现飞机的稳定性。
	作者：蓝色流★ 2007-1-13 00:33 　 回复此发言

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	飞机的机动性 　　飞机的机动性是飞机的重要战术、技术指标，是指飞机在一定时间内改变飞行速度、飞行高度和飞行方向的能力，相应地称之为速度机动性、高度机动性和方向机动性。显然飞机改变一定速度、高度或方向所需的时间越短，飞机的机动性就越好。在空战中，优良的机动性有利于获得空战的优势。 　　为了提高飞机的机动性，就必须在最短的时间内改变飞机的运动状态，为此就要给飞机尽量大的气动力以造成尽量大的加速度。因此可以说，飞机所能承受的过载越大，机动性就越好。 　　飞机为在短时间内尽快改变运动状态所实施的飞行动作称为飞机的机动动作。飞机的机动动作包括盘旋、滚转、俯冲、筋斗、战斗转弯、急跃升等。为获得尽量大的升力，飞机在机动过程中应该尽量增加迎角。然而正常飞机的极限迎角是有限的，飞机不能超过极限迎角飞行，否则就会失速。 　　为了实现更大的机动性，人们通过不懈的努力，通过使用推力矢量技术等途径，已经能够克服失速迎角的限制，进行过失速机动了。例如眼镜蛇机动、钟摆机动、钩子机动、榔头机动、赫布斯特机动。
	作者：蓝色流★ 2007-1-13 00:33 　 回复此发言

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	放宽静稳定度 　　所谓静稳定度是指气动中心到飞机重心的距离，气动中心在重心之后静稳定度为正，飞机是静稳定的；气动中心在重心之前静稳定度为负，飞机是静不稳定的。 　　在亚音速飞行状态，普通飞机的翼身组合体的升力中心在重心稍后的某个距离（静稳定），这时翼身组合体的升力所产生的负俯仰力矩（机头向下的力矩），由平尾的下偏，以产生向下的升力来平衡，尾翼的升力从翼身组合体升力中减去，因而使总的升力减少。而且由于飞机的静稳定特性，飞机有保持原有飞行状态的趋势，使飞机的操纵也不灵活。而放宽静稳定度的飞机，气动中心可以很靠近重心也可以重合，甚至在重心的前面，飞机的稳定度变得很小甚至不稳定，飞行中主要靠主动控制系统（即自动增稳系统）主动控制相应舵面，保证飞机的稳定性。这时为保持平衡只需要较小的甚至向上的平尾升力去平衡翼身组合体的正俯仰力矩（机头向上的力矩）。 　　在超音速状态，无论普通构形的飞机还是放宽静稳定性的飞机，都具有作用在重心之后的翼身组合体升力矢量。因为放宽静稳定度的飞机的重心比普通飞机的重心更靠后，这样为配平由于翼身组合体升力升起的负俯仰力矩所需要的尾翼向下载荷比普通飞机要小，因而就可以大大减少尾翼足寸和重量，使其在超音速状态也具有较高的升力。 　　由此我们可以看出，采用放宽静稳定性的手段，可以大幅提高飞机的性能。首先，使飞机的平尾用于平衡所需的面积可以大大减小，因此平尾的重量可以减轻，阻力可以减小，另外对于静不稳定的飞机，尾翼的升力和翼身组合体升力方向一致，这样飞机的总升力也得到了提高。 　　研究表明，放宽静稳定度为战斗机带来的效益是当静稳定裕度取为-12%平均气动弦长时，飞机的起飞总重可减少8%，所需发动机推力可减少20%，如果再加上控制机动载荷的效果可使设计总重减少18%。 　　在轰炸机上采用这种技术效果也是很明显的，如CCV B-52试验机平尾面积从84平方米降到46平方米，在原发动机和起飞总重条件下，结构重量减少6.4%，航程增大4.3%，如果原载重、航程不变，起飞总重可以减少 10-15%，B-l轰炸机如果在设计初期阶段就采用放宽静稳定度要求的话，其起飞总重可减少36吨，用2台发动机就可以完成原来4台发动机的任务。如果把放宽静稳定度要求和控制机动载荷结合起来，可使轰炸机设计重量减少20%以上。 　　放宽静稳定度要求对战斗机性能的提高主要体现在提高战斗机的机动性方面以及完成任务的效率方面。如一架重心位置处于25%平均气动弦和一架重心位置处于38%平均气动弦的放宽静稳定度的飞机相比，在中等空载重量、最大推力、900米高度的条件下，后者转弯速度增加0.75度/秒（M＝0.9时）～1.1度/秒（M＝1.2时）；M数从0.9增加到1.6的加速时间减少1.8秒左右；空战燃油节省180公斤；承受机动过载的能力也提高了，在M数为0.6，0.9，1.2时过载系数分别提高0.2g，0.4g，0.8g；此外还可以提高升阻比：在M＜l时可提高8%，M＞l时可提高15%。这些就使战斗机的机动性大大提高。 　　如果拿F-16战斗机和法国战斗机“幻影”Fl，瑞典的Saab-37，苏联歼击机米格-21相比，性能就很突出，除高空最大速度，F-16稍低于其他三种飞机外，其他性能均比它们优越。其原因之一就是F-16采用了主动控制技术。
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	突破“失速障”——过失速机动 　　过失速机动就是飞机在超过失速迎角之后，仍然有能力完成可操纵的战术机动。它主要用在为占据有利位置的机动飞行中。 　　为什么战斗机需要过失速机动能力呢？因为战斗机主要的任务就是空战，而现代的几次局部战争的经验告诉我们，空战中最频繁发生的是低空和超低空近距空战。近距空战中最重要的作战品质就是迅速瞄准敌机的能力，即在攻击中不仅能快速地改变自身的速度矢量，还能使自己始终处于对手转弯半径的内侧，这样就能使自己更快速地进入攻击位置，先敌开火。过去的空战由于作战飞机的剩余功率较小，因而十分强调抢占高度的机动能力，以达到以高度获取速度的目的。现代战斗机在中等速度下剩余功率都很大，加速性都很好，爬升率都很高，速度上已经没有多大的差距，因此通过过失速机动获取更有力的角度优势，就成为了捷径。 　　为什么过失速机动可以提高飞机的机动能力呢？因为在进入目视格斗状态之后，攻击机要使目标机尽快进入自己允许的发射区，目标机则要摆脱攻击机并伺机反击。这种情况下，飞机最重要的性能是最大瞬时盘旋角速度。一般说来飞机的最大瞬时盘旋角速度在马赫数0.4-0.6之间最大，所以要在格斗中争取角度优势，就要求飞机能从最大马赫数尽快地减速至中、低速度。飞机在进行过失速机动时，由于大迎角下自身受到的气动阻力较大，飞机的速度可以迅速降低，有利于偏转机头实施快速对敌指向，或在转弯中尽快减速和改变方向是敌机冲过目标，这在近距格斗中具有很高的空战效能。 　　然而，在传统的飞行理论中，飞机的迎角是不能够超过失速迎角的，否则就会失速，进入尾旋甚至坠毁。随着现代航空科技的发展，通过采用推力矢量技术等方法，已经使飞机有可能超过失速迎角飞行了。 　　美国和德国联合研制的X-31，就是用于进行过失速机动技术验证的验证机。它已经完成过飞行迎角达74度的赫布斯特（Herbst）机动。 　　最著名的过失速机动则应该是俄罗斯的苏-27飞出的眼镜蛇机动，它曾经让全世界的人震惊。 　　当人们从螺旋桨时代进入喷气时代时，曾经为突破音速而欢欣鼓舞，这被称作突破“音障”；当人们将飞行速度提高到马赫数大于3之后，克服了高速带来的高热问题，被称为突破“热障”；于是，当我们成功的超越了曾被认为不能超越的失速迎角时，我们也就突破了“失速障”。
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	过失速解决办法：推力矢量技术 　　简而言之，推力矢量技术就是通过偏转发动机喷流的方向,从而获得额外操纵力矩的技术。我们知道，作用在飞机上的推力是一个有大小、有方向的量，这种量被称为矢量。然而，一般的飞机上，推力都顺飞机轴线朝前，方向并不能改变，所以我们为了强调这一技术中推力方向可变的特点，就将它称为推力矢量技术。 　　不采用推力矢量技术的飞机，发动机的喷流都是与飞机的轴线重合的，产生的推力也沿轴线向前，这种情况下发动机的推力只是用于克服飞机所受到的阻力，提供飞机加速的动力。 　　采用推力矢量技术的飞机，则是通过喷管偏转，利用发动机产生的推力，获得多余的控制力矩，实现飞机的姿态控制。其突出特点是控制力矩与发动机紧密相关，而不受飞机本身姿态的影响。因此，可以保证在飞机作低速、大攻角机动飞行而操纵舵面几近失效时利用推力矢量提供的额外操纵力矩来控制飞机机动。第四代战斗机要求飞机要具有过失速机动能力，即大迎角下的机动能力。推力矢量技术恰恰能提供这一能力，是实现第四代战斗机战术、技术要求的必然选择。 　　我们可以通过图解来了解推力矢量技术的原理。
	作者：蓝色流★ 2007-1-13 00:34 　 回复此发言

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	★普通飞机的飞行迎角是比较小的，在这种状态下飞机的机翼和尾翼都能够产生足够的升力，保证飞机的正常飞行。当飞机攻角逐渐增大，飞机的尾翼将陷入机翼的低能尾流中，造成尾翼失速，飞机进入尾旋而导致坠毁。这个时候，纵然发动机工作正常，也无法使飞机保持平衡停留在空中。 　　然而当飞机采用了推力矢量之后，发动机喷管上下偏转，产生的推力不再通过飞机的重心，产生了绕飞机重心的俯仰力距，这时推力就发挥了和飞机操纵面一样的作用。由于推力的产生只与发动机有关系，这样就算飞机的迎角超过了失速迎角，推力仍然能够提供力矩使飞机配平，只要机翼还能产生足够大的升力，飞机就能继续在空中飞行了。而且，通过实验还发现推力偏转之后，不仅推力能产生直接的投影升力，还能通过超环量效应令机翼产生诱导升力，使总的升力提高。 　　装备了推力矢量技术的战斗机由于具有了过失速机动能力，拥有极大的空中优势，美国用装备了推力矢量技术的X-31验证机与F-18做过模拟空战，结果X-31以1:32的战绩遥遥领先于F-18。 　　使用推力矢量技术的飞机不仅其机动性大大提高，而且还具有前所未有的短距起落能力，这是因为使用推力矢量技术的飞机的超环量升力和推力在升力方向的分量都有利于减小飞机的离地和接地速度，缩短飞机的滑跑距离。另外，由于推力矢量喷管很容易实现推力反向，飞机在降落之后的制动力也大幅提高，因此着陆滑跑距离更加缩短了。 　　如果发动机的喷管不仅可以上下偏转，还能够左右偏转，那么推力不仅能够提供飞机的俯仰力矩，还能够提供偏航力矩，这就是全矢量飞机。 　　推力矢量技术的运用提高了飞机的控制效率，使飞机的气动控制面，例如垂尾和立尾可以大大缩小，从而飞机的重量可以减轻。另外，垂尾和立尾形成的角反射器也因此缩小，飞机的隐身性能也得到了改善。 　　推力矢量技术是一项综合性很强的技术，它包括推力转向喷管技术和飞机机体/推进/控制系统一体化技术。推力矢量技术的开发和研究需要尖端的航空科技，反映了一个国家的综合国力，目前世界上只有美国和俄罗斯掌握了这一技术，F-22和Su-37就是两国装备了这一先进技术的各自代表机种。
	作者：蓝色流★ 2007-1-13 00:34 　 回复此发言

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	最著名的过失速机动则应该是俄罗斯的苏-27飞出的眼镜蛇机动，它曾经让全世界的人震惊。 眼镜蛇机动 　　眼镜蛇机动是著名的过失速机动动作，是由前苏联的Su-27战斗机首先试飞成功的。1989年6月在巴黎航展上，前苏联著名试飞员普加乔夫第一次在全世界面前表演了眼镜蛇机动，震惊全场，因此这一机动动作又被称为“普加乔夫眼镜蛇”机动。（请看眼镜蛇机动的动画） 　　机动过程中飞行员快速向后拉杆使机头上仰至110度～120度之间，形成短暂的机尾在前，机头在后的平飞状态，然后推杆压机头，再恢复到原来水平状态。机动时飞机进入的速度约为425公里/小时，飞机以超过每秒110公里/小时的速率减速，然后减速到148公里/小时，这个动作仅使飞机承受3.5～4g的过载，在整个机动过程中，飞机的飞行高度几乎没有什么变化。
	作者：蓝色流★ 2007-1-13 00:34 　 回复此发言

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	音爆 　　 当我们路过超音速飞机的机场附近时，有可能会听到“嘣嘣”两声巨响，犹如晴天霹雳，震耳欲聋。如果是你初次听到的话还会大吃一惊！以为是飞机在空中放炮，或者出了什么问题。其实不然，这就是超音速飞行中的所谓“音爆”（也称为“爆音”）。 　　那么，“音爆”究竟是怎么回事，为什么只有在超音速飞行时才会出现呢？要想了解这一点，我们可以从一种常见的自然现象谈起： 　　在平静的水面上，如果投一块石头，水面上立刻会出现一圈一圈的水波向四周传播，波及整个水面，也就是我们常常说的“一石激起千层浪”。但如果是在水面上运动的物体在水中激起的水波就不是这样了，例如一艘快艇在水中高速前进时，我们看到它激起的水波就不是一圈一圈地向外传，而是从艇前开始，呈一楔形向外传播。同时我们可以看到前缘密集，波浪很大，而后面波浪就很小。这种波我们称为楔形水波。此波随同快船一道前进，波及的范围始终在楔形之内。 　　同样地，对于空气来说，也有这种现象，如果给空气一个扰动，声音也会象水一样通过波的形式向外传播，这就是声波。我们平时听见的声音就是声波传入耳内刺激鼓膜产生的。当飞机在空中作超音速飞行时，在机头或突出部分，也会象水中前进的快艇一样出现一种楔形或锥形波，这就是激波。当它们向外传播时便互相干扰和影响，然后汇集成一道包罗机头的前激波和一道尾随机尾的后激波。这种波虽然可以用上述的楔形水波来比拟，但有着迥然不同的性质。激波的厚度很小，经过波后空气的压强、密度、温度都突然升高，速度立即下降。当这两道激波波及到无论哪个空间和物体时，均会感到这种强烈的变化，反映到人的耳朵里，使耳鼓膜受到突然的空气压强变化，就感觉是两声雷鸣般的巨响。这种响声就称之为“音爆”。 　　“音爆”只有在飞机作超音速飞行时才会出现。当飞机在一定高度下以超音速飞行时，由于激波引起的强烈的压力变化。使我们听到了“音爆”。那么，随同飞机一道前进的飞行员是不是也会有同样的感觉呢？其实飞行员是不会听到这种响声的，因为飞行员坐在座舱里，激波引起的压强、密度、温度的变化，飞行员是无法感觉到的。即使座舱不密封。由于飞行员始终处于前激波的后面、后激波的前面，也就是说，他是处在一个暂时的稳定的等压强的条件下，也是听不到的。 　　“音爆”的强弱以及即对地面影响的大小，与飞机飞行高度有着直接的关系。因为，激波和水被一样，距离越远，波的强度也越弱。当飞机作低空超音速飞行时，不但地面的人畜能听到震耳欲聋的巨响，影响人们的生活和工作，严重的还可以震碎玻璃，甚至损坏不坚固的建筑物，造成直接的损失。随着飞行高度的增加，这种影响越来越弱，当超过一定的高度后，地面基本不会受到影响。
	作者：蓝色流★ 2007-1-13 00:34 　 回复此发言

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	超音速时产生的击波导致机体周围的空气瞬时升温雾化，而产生的形状恰恰反映出实机看不到的击波的波形！！