跨越音障，突破音速

趙二剛

飛機在超音速飛行前，必須突破音障。音障是指飛機高速飛行接近聲音速度時，由于前方的空氣來不及散開而受到壓縮，致使空氣密度、溫度增加，阻力增大，飛行速度不能再提高的現象。自1901年萊特兄弟的“飛行者一號”誕生以來，人們就不斷探索、嘗試，研制更高速的飛行器，試圖跨越音障，突破音速。

一、人類首次突破音障

世界上第一次超音速飛行是美國飛行員耶格爾駕駛X-1飛機完成的。X-1由貝爾飛機公司制造，擁有流線型機身，機長9.45米、機高3.35米：翼展8.54米、總重5.9噸，采用常規(guī)的平直機翼，并安裝有火箭發(fā)動機。1947年10月14日，X-1由B-29轟炸機攜帶至高空?？胀逗?，耶格爾啟動火箭發(fā)動機，在萬米高空進行水平飛行，終于突破了音障。

X-2驗證機也是一款為高速飛行而生的飛機。它由貝爾飛機公司、美國陸軍航空隊和美國國家航空咨詢委員會（美國國家航空航天局前身）共同研制，機長13.84米，機高3.60米，翼展11 .55米。與X-1不同的是，它采用后掠翼布局，并配有逃生艙。

1956年4月25日，試飛員埃伯依斯特駕駛X-2飛到了1.4馬赫（1馬赫相當于1倍音速），首次實現超音速。7月23日，埃伯依斯特在20800米高空達到了2.87馬赫。9月27日，X-2在阿普特的駕駛下達到了3.196馬赫。但不幸的是，在返航途中X-2失控進入螺旋，阿普特犧牲。

二、探索高超音速飛行

通常來講，馬赫數小于0.8稱為亞音速，0.8-1.2為跨音速，1.2-5為超音速，馬赫數大于5的為高超音速。

X-15是高超音速試驗機的典范。它是由美國航空航天局（NIASA）牽頭，美國空軍、海軍和北美航空公司共同研制的。1959年6月8日，X-15進行了首次滑翔飛行，同年9月17日，進行了真正的動力飛行。在近十年的時間里，X-15先后創(chuàng)造了6.72馬赫和107900米的速度與高度世界記錄。

自1967年X-15飛行器創(chuàng)造了6.72馬赫的高超音速后，人類一直沒有停止對高超音速的探索。20世紀90年代后，包括推進技術、結構材料、空氣動力和飛行控制在內的各種高超音速關鍵技術得到了重大突破，進入先期技術開發(fā)階段。X-43、X-51A、HTV-2等都是有名的超高音速飛行器。

三、客機的超音速飛行

目前為止，世界上只有兩款超音速客機——英法聯合研制的“協和”號和前蘇聯的圖-144。兩款客機不但研制、試飛時間接近，而且外形、性能也很相似。

“協和”號研制于1962年，1969年初首飛，1976年1月投入航線飛行，設計巡航速度2-2.2馬赫。它的機身細長，安裝有4臺加力式渦輪噴氣發(fā)動機，采用下單翼布局，機體主要材料為鋁合金，僅在某些特殊部位使用鈦合金和不銹鋼。

由于油耗高、航程短、噪音污染嚴重，“協和”號在商業(yè)上很失敗。2004年4月，最后一架“協和”號客機退役，標志著“協和”飛機退出歷史舞臺。

圖-144是前蘇聯圖波列夫設計局研制的超音速客機，于1968年12月31日首飛，1973年投入量產。

1973年6月3日，圖-144參加巴黎航展時突，然墜毀，機上人員全部遇難。為此，前蘇聯不得不推遲該機交付民航的時間。1976年12月，圖-144開始在國內航線上用于貨運和郵運。1977年1 1月，圖-144開始定期運載旅客，大約百余次后，又發(fā)生事故，不得不暫停飛行。

1979年，前蘇聯研制出改進機型——圖-144D，采用渦輪風扇發(fā)動機，經濟性和噪音等都有很大改進，美國也曾與圖波列夫設計局合作進行改良，取得過重大突破，但從總體來說，圖-144算不上一款成功的客機。