突破音障（一）

    第二次世界大戰后期，戰斗機的最大速度，已超過每小時700公里。要進一步提高速度，就碰到所謂"音障"問題。聲音在空氣中傳播的速度，受空氣溫度的影響，數值是有變化的。飛行高度不同，大氣溫度會隨著高度而變化，因此當地音速也不同。在國際標準大氣情況下，海平面音速為每小時1227.6公里，在l1000米的高空，是每小時1065.6公里。時速700多公里的飛機，迎面氣流在流過機體表面的時候，由于表面各處的形狀不同，局部時速可能出700公里大得多。當飛機再飛快一些，局部氣流的速度可能就達到音速，產生局部激波，從而使氣動阻力劇增。

　　這種"音障"，曾使高速戰斗機飛行員們深感迷惑。每當他們的飛機接近音速時，飛機操縱上都產生奇特的反應，處置不當就會機毀人亡。第二次世界大戰后期，英國的"噴火"式戰斗機和美國的"雷電"式戰斗機，在接近音速的高速飛行時，最早感覺到空氣的壓縮性效應。也就是說，在高速飛行的飛機前部。由于局部激波的產生，空氣受到壓縮，阻力急劇增加。"噴火"式飛機用最大功率俯沖時，速度可達音速的十分之九。這樣快的速度，已足以使飛機感受到空氣的壓縮效應。 為了更好地表達飛行速度接近或超過當地音速的程度，科學家采用了一個反映飛行速度的重要參數：馬赫數。它是飛行速度與當地音速的比值，簡稱M數。M數是以奧地利物理學家伊·馬赫的姓氏命名的。馬赫曾在19世紀末期進行過槍彈彈丸的超音速實驗，最早發現擾動源在超音速氣流中產生的波陣面，即馬赫波的存在。M數小于1，表示飛行速度小于音速，是亞音速飛行；M數等于1，表示飛行速度與音速相等；M數大于 1，表示飛行速度大于音速，是超音速飛行。

　　第二次世界大戰后期，飛行速度達到了650－750公里/小時的戰升機，已經接近活塞式飛機飛行速度的極限。例如美國的P-5lD"野馬"式戰斗機，最大速度每小時765公里，大概是用螺旋槳推進的活塞式戰升機中，飛得最快的了。若要進一步提高飛行速度，必須增加發動機推力但是活塞式發動機已經無能為力。航空科學家們認識到，要向音速沖擊，必須使用全新的航空發動機，也就是噴氣式發動機。

　　二戰末期，德國研制成功Me-163和 Me-262新型戰斗機，投入了蘇德前線作戰。這兩種都是當時一般人從未見過的噴氣式戰斗機，具有后掠形機翼。前者裝有1臺液體燃料火箭發動機，速度為933公里/小時；后者裝2臺渦輪噴氣發動機，最大速度870公里/小時，是世界上第一種實戰噴氣式戰斗機。它們的速度雖然顯著超過對手的活塞式戰斗機，但是由于數量稀少，又不夠靈活，它們的參戰，對挽救法西斯德國失敗的命運，實際上沒有起什么作用。

　　德國噴氣式飛機的出現，促使前反法西斯各國加快了研制本國噴氣式戰斗機的步伐。英國的"流星"式戰斗機很快也飛上藍天，蘇聯的著名飛機設計局，例如米高揚、拉沃奇金、蘇霍伊和雅科夫列夫等飛機設計局，都相繼著手研制能與德國新式戰斗機相匹敵的飛機。

　　米高揚設計局研制出了伊-250試驗型高速戰斗機，它采用復合動力裝置，由一臺活塞式發動機和一臺沖壓噴氣發動機組成。在高度7000米時，這種發動機產生的總功率為2800馬力，可使飛行速度達到825公里/小時。1945年3月3日，試飛員杰耶夫駕駛伊-250完成了首飛。伊250在蘇聯戰斗機中，是飛行速度率先達到825公里/小時的第一種飛機。它進行了小批量生產。

　　蘇霍伊設計局研制出蘇-5試驗型截擊機，也采用了復合動力裝置。1945年4月，蘇-5速度達到800公里/小時。另一種型號蘇-7，除活塞式發動機外，還加裝了液體火箭加速器（推力300公斤），可短時間提高飛行速度。拉沃奇金和雅科夫列夫設計的戰斗機，也安裝了液體火箭加速器。但是，用液體火箭加速器來提高飛行速度的辦法并不可靠，其燃料和氧化劑僅夠使用幾分鐘；而且具有腐蝕性的硝酸氧化劑，使用起來也十分麻煩，甚至會發生發動機爆炸事故。試飛員拉斯托爾古耶夫，就在一次火箭助推加速器爆炸事故中以身殉職。在這種情況下，蘇聯航空界中止了液體火箭加速器在飛機上的使用，全力發展渦輪噴氣發動機。

　　渦輪噴氣發動機的研制成功，沖破了活塞式發動機和螺旋漿給飛機速度帶來的限制。不過，盡管有了新型的動力裝置，在向音速邁進的道路上，也是障礙重重。當時，人們在實踐中發現，在飛行速度達到音速的十分之九，即馬赫數MO.9空中時速約950公里時，出現的局部激波會使阻力迅速增大。要進一步提高速度，就需要發動機有更大的推力。更嚴重的是，激波能使流經機翼和機身表面的氣流，變得非常紊亂，從而使飛機劇烈抖動，操縱十分困難。同時，機翼會下沉、機頭往下栽；如果這時飛機正在爬升，機身會突然自動上仰。這些討厭的癥狀，都可能導致飛機墜毀。

　　空氣動力學家和飛機設計師們密切合作。進行了一系列飛行試驗，結果表明：要進一步提高飛行速度，飛機必須采用新的空氣動力外形，例如后掠形機翼要設法減薄。前蘇聯中央茹科夫斯基流體動力研究所的專家們，曾對后掠翼和后掠翼飛機的配置型式，進行了大量的理論研究和風洞試驗。由奧斯托斯拉夫斯基領導進行的試驗中，曾用飛機在高空投放裝有固體火箭加速器的模型小飛機。模型從飛機上投下后，在滑翔下落過程中，火箭加速器點火，使模型飛機的速度超過音速。專家們據此探索超音速飛行的規律性。蘇聯飛行研究所還進行了一系列研究，了解在空氣可壓縮性和氣動彈性作用增大下，高速飛機所具有的空氣動力特性。這些基礎研究，對超音速飛機的誕生，都起到了重要作用。

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