破音障 如何突破音障

一、突破音障是什么概念

1、所谓突破音障就是，人们在实践中发现，在飞行速度达到音速的十分之九，即马赫数MO.9空中时速约 950公里时，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。要进一步提高速度，就需要发动机有更大的推力。更严重的是，激波能使流经机翼和机身表面的气流，变得非常紊乱，从而使飞机剧烈抖动，操纵十分困难。同时，机翼会下沉、机头往下栽；如果这时飞机正在爬升，机身会突然自动上仰。这些讨厌的症状，都可能导致飞机坠毁。这就是所谓“音障”问题。由于声波的传递速度是有限的，移动中的声源便可追上自己发出的声波。当物体速度增加到与音速相同时，声波开始在物体前面堆积。如果这个物体有足够的加速度，便能突破这个不稳定的声波屏障，冲到声音的前面去，也就是突破音障。

2、1947年，查理耶格尔驾驶火箭发动机推进的贝尔X-1机首次突破声障。

二、如何突破音障

音障是一种物理现象，当物体（通常是航空器）的速度接近音速时，将会逐渐追上自己发出的声波。声波叠合累积的结果，会造成震波（Shock Wave）的产生，进而对飞行器的加速产生障碍，而这种因为音速造成提升速度的障碍称为音障。突破音障进入超音速后，从航空器最前端起会产生一股圆锥形的音锥，在旁观者听来这股震波有如爆炸一般，故称为音爆或声爆（Sonic Boom）。强烈的音爆不仅会对地面建筑物产生损害，对于飞行器本身伸出冲击面之外部分也会产生破坏。

除此之外，由于在物体的速度快要接近音速时，周边的空气受到声波叠合而呈现非常高压的状态，因此一旦物体穿越音障后，周围压力将会陡降。在比较潮湿的天气，有时陡降的压力所造成的瞬间低温可能会让气温低于它的露点（Dew Point）温度，使得水汽凝结变成微小的水珠，肉眼看来就像是云雾般的状态。但由于这个低压带会随着空气离机身的距离增加而恢复到常压，因此整体看来形状像是一个以物体为中心轴、向四周均匀扩散的圆锥状云团。

们在实践中发现，在飞行速度达到音速的十分之九，即马赫数MO.9空中时速约950公里时，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。要进一步提高速度，就需要发动机有更大的推力。更严重的是，激波能使流经机翼和机身表面的气流，变得非常紊乱，从而使飞机剧烈抖动，操纵十分困难。同时，机翼会下沉、机头往下栽；如果这时飞机正在爬升，机身会突然自动上仰。这些讨厌的症状，都可能导致飞机坠毁。这就是所谓“音障”问题。由于声波的传递速度是有限的，移动中的声源便可追上自己发出的声波。当物体速度增加到与音速相同时，声波开始在物体前面堆积。如果这个物体有足够的加速度，便能突破这个不稳定的声波屏障，冲到声音的前面去，也就是冲破音障。

一个以超音速前进的物体，会持续在其前方产生稳定的压力波(弓形震波)。当物体朝观察者前进时，观察者不会听到声音；物体通过后，所产生的波(马赫波)朝向地面传来，波间的压力差会形成可听见的效应，也就是音爆.

当飞机的飞行速度比音速低时，同飞机接触的空气好像“通信员”似的，以传递声音的速度向前“通知”前面即将遭遇飞机的空气，使它们“让路”。但当飞机的速度超过音速时，飞机前面的空气因来不及躲避而被紧密地压缩在一起，堆聚成一层薄薄的波面——激波，激波后面，空气因被压缩，使压强突然升高，阻止了飞机的进一步加速，并可能使机翼和尾翼剧烈振颤而发生爆炸。

而音障不单单仅有声波，还有来自空气的阻力，当飞行物体要接近1马赫（声速单位）飞行时，前方急速冲来的空气不能够像平常一样通过机身扩散开，于是气体都堆积到了飞行体的周围，产生极大的压力，也会引发出一种看不见的空气旋涡，俗称“死亡漩涡”这也被叫做音障，如果机身不作特殊加固处理，那么将会被瞬间摇成碎片。

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-l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-l飞机的翼型很薄，没有后掠角。它采用液体火箭发动机做动力。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-l的座舱内坐好。轰炸机飞到高空后，象投炸弹那样，把X-l投放开去。X-l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-l的2号原型机。

又过了大约一年，X-l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岁的查克·耶格尔从此成为世界上第一个飞得比声音更快的人，使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-l在12800米的高空，使飞行速度达到1078公里/小时，相当于M1.015。

在人类首次突破“音障”之后，研制超音速飞机的进展就加快了。美国空军和海军在竞创速度记录方面展开了竞争。1951年8月7日，美国海军的道格拉斯 D.558-II型“空中火箭”式研究机的速度，达到M1.88。有趣的是，X-l型和D.558-II型，都被称为“空中火箭”。 D.558-II也是以火箭发动机为动力，由试飞员威廉·布里奇曼驾驶。8天之后，布里奇曼驾驶这架研究机，飞达22721米的高度，使他成为当时不但飞得最快，而且飞得最高的人。接着，在1953年，“空中火箭”的飞行速度，又超过了M2.0，约合2172公里/小时。

人们通过理论研究和一系列研究机的飞行实践，包括付出了血的代价，终于掌握了超音速飞行的规律。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，前苏联的米格-19和美国的F-100“超佩刀”问世，这是两架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又将这一记录提高到了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。

超音速飞机的机体结构，同亚音速飞机相当不同：机翼必须薄得多；关键因素是宽高比，即机翼厚度与翼弦的比率。以亚音速的活塞式飞机来说，轰炸机的宽高比为17%，歼击机是14%；但对超音速飞机来说，厚弦比就很难超过5%，即机翼厚度只有翼弦的二十分之一或更小，机翼的最大厚度可能只有十几个厘米。超音速飞机的翼展(即机翼两端的使离)不能太大，而是趋向于较宽较短，翼弦增大。设计师们想出的办法之一，是将机翼做成三角形，前缘的后掠角较大，翼根很长，从机头到机尾同机身相接(如幻影-2000)。另一个办法，把超音速机翼做得又薄又短，可以不用后掠角(如F-104)。

由上可以知道，根据一架飞机的外形，我们就基本上可以判断出它是超音速还是亚音速的飞机了。

飞行器在速度达到音速左右时，会有一股强大的阻力，使飞行器产生强烈的振荡，速度衰减。这一现象被俗称为音障。当飞行器突破这一障碍后，整个世界都安静了，一切声音全被抛在了身后！那个白的东西，就是在突破音障的一瞬间，由于空气气流的不均衡搅动产生的，一般情况下是看不到的，所以才珍贵。

现代飞机结构牢固音障已经不是障碍了

三、怎么样才能破除音障

音障成了提高飞机速度的一大难题。科学家们为了对付音障想出了许多方法，做了许多次试飞，最后才发现要克服音障就必须提高发动机功率，增加各部件强度，使飞机表面尽可能变得光滑，改进飞机的外形，采用后掠式三角翼，前端做成针状。

根据这些理论将飞机各方面进行了改进，并做了多次实验，最后终于实验成功了第一架突破音障的实验飞机X-1。这架飞机体积很小，身长只有9.45米，却装有4台喷气发动机。整个机身呈光滑的流线型，像一个海豚，前端呈针状。

1947年10月17日，这架飞机开始试飞。实验开始时，先将X-1装于一架巨型轰炸机下方，让巨型轰炸机将其带到一定高度和速度后，将其投出，同时X-1立刻开启自己的4台喷气式发动机，独立飞行，速度不断增大，这时仪表已显示出1125千米／小时的速度，紧握操纵杆的试飞员非常紧张，这架飞机能不能冲破音障？

试飞员又慢慢地提起操纵杆，使飞机的速度慢慢地提高，仪表显示飞机的速度继续提高，达到音速了！飞机运行平稳，并未出现异常情况。飞机速度又缓慢超过音速，成功了！X-1试验机胜利返航，人们欢呼拥抱，音速是可以超越的！音障被克服了。

OK，本文到此结束，希望对大家有所帮助。

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