飛機是如何超音速的

解白

很多記錄都是在軍事研究中被突破的，飛機的速度也一樣。第二次世界大戰期間，德軍戰斗機一看見美軍的“野馬”戰斗機就扭頭溜走。美軍決心讓他們永遠溜不走，想要追上他們，就必須要突破當時飛機制造的一個無人逾越的難題——“音障”。

“音障”是對飛行器嘗試跨越音速飛行遇到困難的稱呼。想要讓飛機突破音障，超越音速并非易事，而且十分危險。測試空中速度時往往會以馬赫為單位，1馬赫等于1倍音速。當飛機試圖接近1馬赫時會出現奇怪的狀況：飛行器追上了自己發出的聲波，而高速的機身對空氣的壓縮沒有辦法更快地傳播出去，就會導致壓縮的空氣在飛機的迎風面和附近積累，最終形成一個空氣的突變面，在這個突變面上，壓強、溫度、速度、密度都發生了巨大的改變，我們又稱為激波或者震波。激波的形成是超音速飛行的典型特征，它將增加空氣對飛行器的阻力，這也是“音障”一詞的由來：音速對飛機提升速度造成的障礙。

早期的飛機設計師并沒有考慮到這個問題，他們給飛機上了大量的燃料，試圖強行超越音速。這些普通的、沒有特別防御裝置的飛機加速到接近1馬赫時，前方的壓力累積，導致飛機像撞上了一道堅硬的墻，這種高速的撞擊很可能導致飛機解體隕落。

1947年6月，加利福尼亞州的空軍基地簽收了一架非常特別的試驗機，貝爾X-S1。字母“X”代表未知的試驗，字母“S”代表超音速。這架飛機的研究資金高達600萬美元，對外高度保密。橘色機身呈子彈形狀，有四枚綽號為“黑色貝特西”的火箭推動。

貝爾X-S1的機翼具有鋒利的前緣，以便于在接近音速時突破音障，這種機翼有一個綽號，稱為“吉列機翼”，意指它能鋒利地劃開空氣墻。貝爾X-S1很快就被改名為X-1，因為試驗的高級官員不想讓外界得知挑戰超音速的事實。他們開始尋找志愿者試飛X-1，最終選定了23歲的查爾斯·葉格爾。

葉格爾和作為候補的胡佛只有上尉軍銜，誰都不看好他們。但是，軍銜并不能代表一切，年輕的葉格爾和胡佛對飛機表現出了驚人的控制力，他們都是二戰的一線飛行員，對飛機的構造了如指掌。兩個年輕人閱讀完列出試驗危險的知情同意書，義無反顧地簽上了自己的名字。

X-1不具備起飛能力，而是由一架改裝過的轟炸機吊著它飛到空中。到達預定高度后，葉格爾必須在凜凜寒風的高空中爬下轟炸機，滑進X-1的駕駛座艙。

X-1脫離轟炸機之后，將點火，利用火箭進行推動?；鸺l動機使用的燃料是酒精和液氮，這是一種極其易爆的燃料，以至于在X-1攜帶燃料試飛時，整個基地都要關閉。萬一發生爆炸，葉格爾將與大威力的爆炸來個零距離接觸。他不可能跳傘逃生，因為就算他成功從駕駛艙的艙門跳出，也會瞬間被剃刀般鋒利的機翼截成兩段。

葉格爾一次又一次地試飛。開始的時候他只點燃了兩枚火箭，飛機的速度已經達到了0.7馬赫。第六次試飛時速度達到了0.86馬赫，飛機在高壓的空氣之中顛簸著穿行，震顫得就像一輛老爺車行駛在一條鋪滿了鵝卵石的小道上，操作裝置變得遲鈍。第七次試飛的結果更加不妙，到了0.94馬赫時，手控制器徹底失效。設計師只好安裝了一個獨立于手控制器的發動機，能夠使飛機橫尾翼改變構造，從而提升或者下降機頭。這一招見效了，飛機速度順利地達到了0.988馬赫。

但新的問題出現了：風擋玻璃上結了霜。葉格爾看不見導航儀表上指導返航的信號，無法判斷如何著陸。最后，是胡佛開著一架護航飛機，在旁邊指揮，他才成功落地。后來，這兩個小伙子用洗發水擦拭風擋，解決了這個問題。

1947年10月，葉格爾點燃了四只火箭。他看見速度計的指針已經跳出量程，剎那間，他眼前一黑，耳聽見一聲巨響。觀察人員甚至以為葉格爾失蹤了，因為他已經飛到了1.07馬赫的速度。實際上，那一聲就是突破音障時的第一聲音爆。在突破音障時，伴隨的一個奇特現象便是“音爆云”，這是由于在激波面后方由于氣壓降低而引起溫度降低，水汽凝結形成微小的水珠，看上去就像云霧一般。這種云霧通常只能持續幾秒鐘，激波現身，轉瞬即逝。

這一次的試飛是人類史上一次偉大的突破，不過葉格爾的工作并未完成。單純超越音障是不夠的，超音速飛機的研制需要更多經驗，尤其是針對飛行員如何從一輛失控的飛機中逃脫。飛機的時速一旦達到800千米，出于慣性，飛行員根本不可能從座艙里爬出來。飛機公司制造了彈射椅，利用炸藥爆破座艙罩，同時將飛行員連同座椅一并彈出。

但是飛行員被彈出飛機之后問題還沒完。飛行員高空跳傘時的頭一分鐘會因為缺氧而失去意識，無法拉動牽拉索，打開降落傘。設計師羅夫萊斯又給飛行員添置了氧氣裝置。為了驗證他設計的效果，他從12200米的高空跳了下去，那是他第一次跳傘。

按照羅夫萊斯的猜想，驟然打開降落傘的時候會有-4g的加速度，結果他打開降落傘的時候，瞬間減速的加速度達到了-33g。他的體重驟增32倍，使他昏厥過去。在凍得睜不開眼睛的高空，他的手套飛掉了，這令他立即生出了凍瘡。不過幸好，他忍受住了，僅在落地的時候扭傷了背部。

這就是突破“音障”的全程。也許我們認為這個領域非常高深，但實際上，整個設計過程并不復雜，早期的設計師和工程師們在毫無前車之鑒的條件下，一點一點大膽摸索，才獲得最后震驚世人的成果。

編輯/楊明珠