沖刺超音速

1946年10月，英國人德#8226;哈維蘭決定挑戰飛行極速，他駕駛著與父親共同設計的DH-108噴氣戰斗機，很快飛到了1200千米/時的速度，這已經非常接近標準條件下的音速（折合1224千米/時）。父子二人欣喜若狂，一個月后再次試飛沖刺超音速，結果飛機凌空爆炸，機毀人亡。

導致哈維蘭喪生的罪魁禍首是誰？不完全是燃油泄漏，也不完全是飛機強度不足，而是一面已經困擾航空界幾十年的墻——音障。那么音障是怎么一回事？它與飛行速度又有什么關系？這就要從航空競速說起。

超音速攔路虎

從萊特兄弟發明飛機到1914~1918年一戰期間，飛機極速不過100千米/時上下，但戰爭已經廣泛驗證的是，在以機槍機炮為武器的年代，飛機的速度越高，先行開火的優勢越大，追擊和撤退時也就更有勝算，速度成為飛機的核心指標。

一戰結束后，由于和平主義思潮影響，各國展示航空工業成就時都有意避免談及武器，著重強調飛行速度，由此誕生了一系列競速飛機，提速手段五花八門：增強發動機性能，改善飛機外形和表面的流線程度，降低摩擦阻力，減輕結構重量……在一戰到二戰之間的20年內，飛機極速提高了近5倍，還由競賽機改進出英國“噴火”、加拿大“蚊”式、美國P-47“雷電”等一系列二戰名機。

但人們提升飛行速度的努力很快遇到了瓶頸。英國“噴火”和美國P-51“野馬”戰斗機的最大平飛速度達到600千米/時左右，俯沖時速度可以進一步增大，但此時飛機會發生劇烈抖動，甚至令駕駛員難以控制。據遇險生還的飛行員報告：“仿佛有一只巨手在搖晃飛機，什么控制都失效了。”美國1939年試飛的P-38“閃電”戰斗機最大飛行速度超過了670千米/時，但也發現只要飛機俯沖加速，立即難以控制，連續損失數名試飛員。以致設計師不得不為機體安裝減速板，大量飛機回廠改裝，對二戰初期戰局造成了很大的消極影響。經過長期的航空實踐，人們總結出：當飛機速度接近所在高度的音速時（音速又稱聲速，也就是聲音傳播的速度），飛機就會出現“反常”——飛行員會感到飛機遇到了強大的障礙，嚴重抑制飛機進一步提高速度。

德國科學家馬赫最早以子彈為載體，研究了該現象，指出物體在空氣中飛行時，前端會壓縮空氣，使其呈波動狀態，該波動以音速傳播。如果物體的飛行速度接近音速（通常為音速的0.7~0.8），引發的空氣波動就無法及時傳出，使得空氣在物體前方堆積，最終形成“激波”，這就是進一步提升飛行速度的主要阻力源，被形象地稱為“音障”。人們為了紀念馬赫的研究發現，將物體飛行速度與音速的比值稱為“馬赫數”，該數小于1為“亞音速”，大于1為“超音速”。

盡管發現并以理論解釋了音障，挑戰超音速的努力仍然時常伴隨著鮮血而受挫，一時間超音速變成了很多人心中的禁忌，甚至有人提出：“音障就像一堵實體的墻，可以讓任何企圖沖撞的家伙粉身碎骨！”但很多航空愛好者和科研人員卻不信“邪”，繼續堅持著探索之路。

夢想成真

美國航空技術研究機構“航空咨詢委員會”設計了一架以火箭為動力的飛機，命名為X-1，機體材料為鋼制。由于火箭發動機作用時間短，X-1由B-29轟炸機懸掛帶到空中，然后讓B-29拋下，此時X-1啟動火箭發動機，目標是“在音障上打出一個洞來”。光榮承擔“打洞”重任的是24歲的試飛員查爾斯#8226;耶格爾，之前在美軍飛行時數超過1100小時，在飛行試驗中心飛過25種機型，還從事過飛機維修，具備較好的工程學知識。

1947年10月14日早晨，耶格爾由妻子駕車到愛德華空軍基地，原來他前兩天休假時騎馬摔傷了胳膊，卻向領導隱瞞了信息，以免自己停飛，導致試飛計劃可能耽擱，這于公于私“絕對不可容忍”。

上午8時，耶格爾看著X-1被掛到B-29炸彈艙下，登上B-29升空。當天試飛計劃是馬赫數0.97，但耶格爾之前已經飛過8次X-1，逐漸熟悉了該機的高速特性，而且估算出X-1設計強度足夠，私下決定直闖音障。

B-29到達試驗高度和空域，耶格爾從狹窄的通道進入X-1座艙，強忍住胳膊和肋下疼痛，向B-29飛行員發出脫離請求。B-29在6000米高度拋下X-1，下降一段距離后，耶格爾啟動火箭發動機的4個燃燒室，以馬赫數0.92爬升到13000米高度，將X-1改平飛，再打開1個發動機燃燒室，加速到馬赫數0.96平穩飛行。X-1座艙內的馬赫表最大刻度只有1，然而隨著X-1繼續加速，指針沒有緩慢地跟隨。突然，指針顫動偏離出刻度……

這時我們要計算一下。前文總結音障規律時有一句“飛機速度接近所在高度的音速”，特別強調高度，是因為音速不僅根據傳播介質的差別而不同（通常固體中音速大于液體中音速，進一步大于氣體中音速，真空中聲音無法傳播，音速為零），而且即便是在地球大氣環境中，音速也隨著空氣密度的不同而改變：在所謂標準條件下，即1個標準大氣壓和15攝氏度（正常海平面溫度）下，音速為340.4米/秒。這主要根據一個在干燥空氣中的經驗公式：音速u=331.3+(0.606c)（單位：米/秒，c即氣溫，攝氏度單位)。潮濕空氣中的音速略有增加，但增幅微弱，大多數場合（尤其早期飛機的機械控制和測量手段不夠精確）可以忽略不計。而海拔每升高1000米，氣溫隨之下降6.5攝氏度。根據這個規律，我們就可以計算出X-1在13000米高度平飛時，附近氣溫約為零下69.5攝氏度（15-13×6.5）。假定美國試驗期間通過精確監控天氣狀況，排除了濕度干擾，那么根據前述干燥空氣中的音速經驗公式，在13000米高度的音速值就約為289.2米/秒（331.3-0.606×69.5），折合1041.12千米/時。

耶格爾立刻向地面報告異常現象，地面觀察站的人卻心存疑慮：“不是幻覺吧？”正在這時，空中傳來一聲震耳欲聾的爆鳴，地面不少人不假思索地抱怨：“不是說天氣很好嗎？怎么打雷……”話沒說完，突然激動狂叫。原來，這是X-1突破音障時發出的“音爆”，當堆積在飛機前方的空氣聚集的能量高度集中時，能量隨聲波傳遞到人耳內，就會感到類似爆炸的轟鳴，這是在地球上第一次由飛機發出！事后處理數據表明，耶格爾駕駛X-1的最大速度達到了1114千米/時，大致相當于該高度馬赫數1.07，持續了20分鐘。

后記

帶傷飛行的耶格爾成為超音速第一人，之后美國航空工業繼續努力，到1964年就升空了火箭推進的X-15試驗機，速度達到馬赫數7。以后更高的速度在技術上依舊可能，但考慮到經濟性、實用性等因素，大氣層內航空領域不再將超高速作為研究重點，不過X-37B空天飛機等又將超高速研究向航天領域推進，可見沖刺極限速度仍然是人類的不懈追求。

（摘編自《翼海擷英——航空趣聞軼事》）