按道理飞机的飞行速度要超过340m/s不难才是,但其实还挺难的,甚至在1947年人类飞行器第一次超音速飞行前,许多保守的工程师认为音速就是人类飞行的极限。
这是因为要超过音速需要突破一个阻力急剧增加的屏障,这个被称为音障或者声障。飞机在穿过这个屏障的时候,由于空气压力和流体力学发生变化,所以很容易出现失控现象,甚至最不好的情况飞机还会自然解体。
所以,要突破音障的话,对飞机结构的材料,以及对飞机动力系统和平衡系统都需要做很大的改进才行。
为什么存在音障?
很多人想不明白,为什么飞机在超过音速前需要突破音障,这个音障是怎么产生的呢?
其实原因很简单,物体在空气中移动的时候,它的前后都会产生压力波,当速度越快的时候,物体前面的波会被压缩得越来越厉害,从而形成阻力。
这个过程非常像快艇在湖面划过时的情景,快艇行径时水波是前后都有的,只是前面的水波被压缩得很厉害而已。
当飞机到达音速的时候,前面的波被压缩到极限,空气密度和阻力都非常大,所以再往前就变得非常困难。
上面这张照片是美国海军少尉约翰·盖伊(John Gay)在1999年拍摄的,它可能最有名,也是最好的飞机穿过音障时的照片之一。
当然,我们的注意力很容易被飞机机翼的“音爆云”所吸引,这个“音爆云”其实是空气中水分在低压下凝结的缘故。
机翼处是最容易出现“音爆云”的,这是因为机翼提供升力时会制造一个低压区域,当飞机加速到音速的时候,飞机周围也会进入低压状态(空气被压缩到机头处),最终两者叠加,降低的压力使空气中的水凝结,形成蒸汽云。
但是,当飞机继续加速并突破音障时,低压区域空气被产生的冲击波局部干扰,蒸汽云也就消失了,取而代之的是音爆。
考虑到飞机的快速飞行,要拍到这张照片是非常不容易的,必须天时地利人和才行。
据说,当时约翰·盖伊是听到音爆瞬间按下快门的,不仅如此,当天测试超音速飞行的天气也有很大关系,当天是一个非常潮湿的日子,水分子含量充足。