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突破音障的超音速飞机（第1页）

突破“音障”的超音速飞机

第二次世界大战后期，战斗机的最大速度已超过每小时700千米。要进一步提高速度，就会碰到所谓“音障”

问题。声音在空气中传播的速度，受空气温度的影响，数值是有变化的。飞行高度不同，大气温度会随着高度而变化，因此音速也不同。在国际标准大气情况下，海平面音速为每小时1227。6千米，在11000米的高空为每小时1065。6千米。时速700多千米的飞机，迎面气流在流过机体表面的时候，由于表面各处的形状不同，局部时速可能比700千米大得多。当飞机再飞快一些，局部气流的速度可能就达到音速，产生局部激波，从而使气动阻力剧增。

为了更好地表达飞行速度接近或超过当地音速的程度，科学家采用了一个反映飞行速度的重要参数：马赫数。它是飞行速度与当地音速的比值，简称M数。M数是以奥地利物理学家伊·马赫的姓氏命名的。马赫曾在19世纪末期进行过枪弹弹丸的超音速实验，最早发现扰动源在超音速气流中产生的波阵中，即马赫波。

这种“音障”，曾使高速战斗机飞行员们深感迷惑。每当他们的飞机接近音速时，飞机操纵上都产生奇特的反应，处置不当就会机毁人亡。第二次世界大战后期，采用喷气式发动机的英国“喷火”战斗机和美国“雷电”战斗机，在接近音速的高速飞行时，最早感觉到空气的压缩性效应。

空气动力学家和飞机设计师们密切合作，进行了一系列飞行试验。结果表明：要进一步提高飞行速度，飞机必须采用新的空气动力外形，如后掠形机翼要设法减薄。苏联中央茹科夫斯基流体动力研究所的专家们曾对后掠翼和后掠翼飞机的配置形式进行了大量的理论研究和风洞试验。由奥斯托斯拉夫斯基领导进行的试验中，曾用飞机在高空投放装有固体火箭加速器的模型小飞机。模型从飞机上投下后，在滑翔下落过程中，火箭加速器点火，使模型飞机的速度超过音速。专家们据此探索超音速飞行的规律性。苏联飞行研究所还进行了一系列研究，了解在空气可压缩性和气动弹性作用增大下，高速飞机所具有的空气动力特性。

美国对超音速飞机的研究，主要集中在贝尔X-1型“空中火箭”式超音速火箭动力研究机上。研制X-1最初的意图，是想制造出一架飞行速度略微超过音速的飞机。X-1飞机的翼型很薄，没有后掠角。它采用**火箭发动机做动力。由于飞机上所能携带的火箭燃料数量有限，火箭发动机工作的时间很短，因此不能用X-1自己的动力从跑道上起飞，而需要把它挂在一架B-29型“超级堡垒”重型轰炸机的机身下，升入天空。

飞行员在升空之前，已经在X-1的座舱内坐好。轰炸机飞到高空后，像投炸弹那样，把X-1投放开去。X-1离开轰炸机后，在滑翔飞行中，再开动自己的火箭发动机加速飞行。X-1进行第一次空中投放试验是在1946年1月19日。而首次在空中开动其火箭动力试飞，则要等到当年12月9日才进行，使用的是X-1的2号原型机。

又过了大约一年，X-1的首次超音速飞行才获得成功。完成人类航空史上这项创举的，是美国空军的试飞员查尔斯·耶格尔上尉。他是在1947年10月14日完成的。24岁的查尔斯·耶格尔从此成为世界上第一个飞得比声音更快的人，他的名字载入航空史册。那是一次很艰难的飞行。耶格尔驾驶X-1在12800米的高空，使飞行速度达到1078千米／小时，相当于M1。015。

高速飞行研究的成果首先被用于军事上，各国竞相研制超音速战斗机。1954年，苏联的米格-19和美国的F-100“超佩刀”问世，这是两种最先服役的仅依靠本身喷气发动机即可在平飞中超过音速的战斗机。很快，1958年F-104和米格-21又将这一纪录提高到了M2。0。尽管这些数据都是在飞机高空中加力全开的短时间才能达到，但人们对追求这一瞬间的辉煌还是乐此不疲。将“高空高速”这一情结发挥到极致的是两种“双三”飞机，米格-25和SR-71，它们的升限高达30000米，最大速度则达到了惊人的M3。0，已经接近了喷气式发动机的极限。

随着近年来实战得到的经验，“高空高速”并不适用，这股热潮才逐渐冷却。

拓展阅读

◎马赫（英文Mach）是表示速度的量词，又叫马赫数。一马赫即一倍音速，马赫小于1为亚音速，马赫大于5为超高音速。

马赫是飞行的速度和当时飞行的音速之比值，大于1表示比音速快。同理，小于1是比音速慢。马赫一般用于飞机、火箭等航空航天飞行器。由于声音在空气中的传播速度随着不同的条件而不同，因此马赫也只是一个相对的单位，每“一马赫”的具体速度并不固定。在低温下声音的传播速度低些，一马赫对应的具体速度也就低一些。因此相对来说，在高空比在低空更容易达到较高的马赫。