神奇的音障

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），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。

音障解释

物体与流体发生相对运动时，会对流体产生扰动。

下面，以飞机与大气的扰动为例，当飞机引起大气的扰动之后，这个扰动将以波的形式向空间传播。理想的形式为球面波。但根据相对运动原理，在1时刻飞机在地点1引起球面波1，之后飞机以v的速度前行，球面波以u的速度扩散，在2时刻飞机在地点2引起球面波2，两者速度不变。如此积累，因为飞机始终在向前，则若干波的叠加后形状。

以上是飞机匀速飞行的情况，若飞机加速，则情况更加明显。如果飞机速度没有超音速，即v<u，则波始终在飞机之前。但当v=u时，则飞机与波开始保持静止。飞机继续加速，v>u时，第一次引起的扰动波将与以后引起的扰动波叠加，并始终处于飞机前部不远处。这个不断叠加的波就是我们通常所谓的激波了。

音障现象是一个统计结果。

如果仅仅是因为在音速附近，所以出现音障现象，那么飞机整体均应出现音障现象，因为飞机整体是一个速度。如果说音障造成了液化，那么整个飞机都应在液化环境中。所以用音障来介绍飞机周围的液化现象是不合适的。尽管在音速的时候出现了空气液化的情况，液化应该从其自身的产生条件来考虑。当湿度大的空气受到压缩时，空气中的水就会液化。当飞机速度很高的时候，将在迎风面形成高压，高压下空气中水汽沸点升高，就会出现液化现象。这也可以解释为什么飞机后半部分没有雾的现象。因为飞机后部压力低，甚至出现负压，即使前方的水颗粒进入该区域，也会汽化而看不出来。

关于飞机周围压力变化，可以看做飞机不动，空气吹飞机，迎风面会出现高压，背部负压，这在流体力学里面是有结果的。

振瞬间

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M0.9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

接近音障

第二次世界大战后期，战斗机的最大速度已超过每小时700公里。要进一步提高速度，就碰到所谓“音障”问题。

声音在空气中传播的速度，受空气温度的影响，数值是有变化的。飞行高度不同，大气温度会随着高度而变化，因此音速也不同。在国际标准大气情况下，海平面音速为每小时1227.6公里，在11000米的高空，是每小时1065.6公里。时速700多公里的飞机，迎面气流在流过机体表面的时候，由于表面各处的形状不同，局部时速可能出700公里大得多。当飞机再飞快一些，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。

这种“音障”，曾使高速战斗机飞行员们深感迷惑。每当他们的飞机接近音速时，飞机操纵上都产生奇特的反应，处置不当就会机毁人亡。第二次世界大战后期，英国的喷火式战斗机和美国的“雷电”式战斗机，在接近音速的高速飞行时，最早感觉到空气的压缩性效应。也就是说，在高速飞行的飞机前部，由于局部激波的产生，空气受到压缩，阻力急剧增加。“喷火”式飞机用最大功率俯冲时，速度可达音速的十分之九。这样快的速度，已足以使飞机感受到空气的压缩效应。为了更好地表达飞行速度接近或超过当地音速的程度，科学家采用了一个反映飞行速度的重要参数：马赫数。它是飞行速度与当地音速的比值，简称M数。M数是以奥地利物理学家伊·马赫的姓氏命名的。马赫曾在19世纪末期进行过枪弹弹丸的超音速实验，最早发现扰动源在超音速气流中产生的波阵面，即马赫波的存在。M数小于1，表示飞行速度小于音速，是亚音速飞行；M数等于1，表示飞行速度与音速相等；M数大于1，表示飞行速度大于音速，是超音速飞行。

第二次世界大战后期，飞行速度达到了650-750公里/小时的战斗机，已经接近活塞式飞机飞行速度的极限。例如美国的P-5lD“野马”式战斗机，最大速度每小时765公里，大概是用螺旋桨推进的活塞式战斗机中，飞得最快的了。若要进一步提高飞行速度，必须增加发动机推力但是活塞式发动机已经无能为力。航空科学家们认识到，要向音速冲击，必须使用全新的航空发动机，也就是喷气式发动机。

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”并不实用，这股热潮才逐渐冷却。