一马赫是多少

知识普及：飞行器的“三障”之一“音障”

人类在探索飞行器的过程中，曾遇上三个拦路虎，就是人们常说的“三障”，

即“音障”、“热障”和“黑障”。所谓“障”就是在技术上遇到的障碍。

自美国人莱特兄弟1903年发明飞机以后，人们逐渐认识到航空技术将对人

类的未来产生巨大影响。因此，一些国家不惜投入大量人力物力，对航空技术进行

探索和开发。这期间有无数航空先驱者不惜牺牲自己的生命换来了一个又一个技术

进步，使航空技术纪录一再打破，才形成了今天的航空技术水平。在整个航空技术

发展中，突破“音障”是一项重大的技术进步。

第二次世界大战期间，活塞式发动机、螺旋桨飞机的速度已经发展到顶峰。

但由于技术上的需要，还要把速度再提高，因为当时的空战主要是以机炮和机枪作

为空战武器，谁的速度快，谁就能抢到有利空域赢得胜利。所以当时的飞机设计师

和飞行员一再努力追求飞行速度。美国飞行员耶格尔驾驶时速700多千米的“野马”

式战斗机与德国飞机作战时，还感到速度低，所以他经常采用先把战机拉高，然后

俯冲，借助重力加速度提高飞机速度的战术与敌机作战。可是当飞机出现800千米

/时的速度时，飞机便产生了失控的感觉。飞机震动得特别厉害，难以驾驭。后来

人们认识到，当飞机速度超过800千米/时，空气会产生一种“压缩效应”。这种

效应会使机头前部的空气被压缩成密度很高的“空气墙”，使飞机难以逾越。产生

这种现象时，飞机刚好接近于音速，后来人们管这种现象叫“音障”。

很多人试图突破“音障”，但当时受技术条件限制，都没能成功。著名的

英国飞行员德哈维兰在1946年9月27日驾驶D·11·108试验飞机作飞行试验。

当飞行速度达到0.815马赫时，由于飞机产生强烈震颤造成空中解体，付出了机毁

人亡的代价。虽然经过多次试图突破“音障”都没有成功，但通过实践人们认识到

“音障”形成的原因，也初步设想出突破“音障”的方法。直到1947年美国做了

一架向“音障”冲刺的试验飞机—X-1飞机。这是一架以火箭发动机作动力的试验

机，这架飞机生来就是为了挑战“音障”的。机身外形像一颗机枪子弹的弹头。机

头尖尖的，薄形机翼，尽量做到减小飞机的迎流面积，以减小飞机的阻力。采用酒

精和液氧的火箭发动机，用B－29轰炸机作母机将其带到6400米高空投放，由查

尔斯·耶格尔驾驶，经过多次试验，终于在1947年10月14日的第九次试验中突

破了“音障”，飞行速度达到1.015马赫。查尔斯·耶格尔成为世界上超音速飞行

的第一人。

查尔斯·耶格尔驾驶X－1试验机突破“音障”的壮举，意义非常重大，它为现

代军事航空和航天技术的开发铺平了道路。

什么是马赫数？

飞行器的飞行速度常用马赫数表示，马赫其人是奥地利的物理学家，为了

纪念他在超音速弹丸研究作出的贡献，把飞行器的飞行速度v与当地音速a之比值

称为马赫数，即马赫＝v/a（马赫也可写成Mａ或M）。公式中当地音速a是个变量，

它随大气高度的变化（空气密度变化）而变化，比如在15ºC的海平面a为341米

／秒。在50ºC的1万米高空a为300米/秒。

飞行器的飞行速度与马赫数的关系：

在人们考量飞行器的速度时，常说某飞行器是亚音速飞行或超音速飞行。

究竟亚音速或超音速的马赫数是多少？国际上还没有统一标准，但一般认为：

低速飞行区马赫数为0.4

亚音速飞行区马赫数为0.4－0.75

跨音速飞行区马赫数为0.75－1.2

超音速飞行区马赫数为1.20－5.0

高超音速飞行区马赫数为5.0以上。

什么是“音障”？怎样突破“音障”？

，当飞机用亚音速（M＜0.75）以下的速度飞行时，在机头前方的空气受到的冲

击压力不大，空气微团可避让飞行。音波也能向机头前方传播，飞机能顺利飞行。

若把飞机速度提高到接近音速（M≥0.8）时，机头前部（包括机翼前缘）的空气来

不及避让飞机，此时飞机的迎流面对空气的压力加大，空气密度即随之增大，飞机

要消耗更多的能量推开机头前方的高压空气，待飞机的速度达到音速时，音波就不

能向前传播，产生很大的激波阻力。这些现象出现后，使机头前部的空气温度升高，

能量迭聚，形成一堵高温高压的空气墙，使飞机难以逾越，这种现象就叫作“音障”。

一旦加大飞机的动力，改进飞机的结构外形就可以突破“音障”。出现物极必反的

形势，飞机可轻易地飞行在音波的前方。

突破“音障”对飞机结构有什么要求？

“音障”是飞机的飞行速度与音速相近时，产生阻碍飞机飞行速度的能量

“墙”，由高温、高压及高密度的空气和声波的能量迭聚而成。人们认识到“音障”

形成的原由，也就不难突破了。

早于飞机发明以前就有人对音障问题进行研究了。大家都知道最早的炮弹

都是圆球形的。球形的物体飞行阻力大，射程远不了。经过研究把炮弹做成尖锥的

流线体。这样的弹头射出炮口就能在几倍音速下飞行。若把飞机也做成像炮弹一样

的尖锥形，不是就容易突破“音障”了吗？于是人们就根据这一想法先做了X－1

的试验机，果然成功地突破了音障。后来就把所有的超音速飞机都做成尖锥形的流

线体机身和薄形机翼，最典型的高速飞机要数SR－71高空高速侦察机了，它能在

24000米的高空飞到马赫数3.2的速度。

另外，“音障”既然是一堵“墙”，若突破它，除把飞机做成流线体之外，还

要加大发动机的动力，活塞发动机／螺旋桨时代的飞机绝没有能力突破“音障”。

当航空技术进入喷气式发动机时代，有了喷气式发动机强大的动力，突破“音障”

也就轻而易举了。

再有一种有利于飞机突破“音障”的方法，是把机翼做成像燕子翅膀一样

的后掠翼形，所示的几种翼形：

这样翼形的飞机如同箭头一般，以锐角冲向“音障”形成的阻力“墙”，能大

大减低阻力，便于飞机突破“音障”高速飞行。

音爆是怎么回事？

飞机突破“音障”时所产生的爆炸声称谓“音爆”。在飞机的飞行速度达

到音速时，受到“音障”的阻碍，这个阻碍实际上是飞机头部的压缩空气幕给飞机

一个反作用力，若此时飞机加大油门提高动力，嘭的一声就穿过了这层阻力层，实

际上是飞机冲刺“音障”时的动能和受到飞机对压缩空气势能在突破“音障”的一

瞬间变成声能释放出的声响。但这个能量很大，若飞机在城市上空做突破“音障”

飞行，“音爆”的冲击波可能造成对建筑物的破坏。从图片中可以看出飞机在突破

“音障”时，是有声有色的。