微信朋友圈流傳了一篇圖集，里面是一幅幅飛機突破音障瞬間的照片。各種不同型號的飛機被一團云霧包裹著在空中飛行。當前，能夠突破音障飛行的大部分是戰斗機?？蜋C有可能突破音障嗎？
空氣中有一堵無形的墻，墻那邊是什么
人們在實踐中發現，當飛機在飛行速度超過聲速的十分之九，即馬赫數0.9，空中時速約950千米時，流經飛機的氣流開始大范圍達到聲速，這時，空氣對飛機飛行的阻力會增加近一倍，在原有的動力條件下，航空器如果想進一步提升速度必然會遇到阻礙。也就是說，所謂的音障即飛機的飛行速度接近聲速時，進一步提高速度所遇到的障礙。飛機突破音障等于是飛機從高亞聲速加速到了超聲速這個過程，那么，為什么在這個過程中飛機的阻力會大幅度增大呢？
戰斗機突破音障
眾所周知，空氣是可以被壓縮的。飛機在飛行過程中，不斷對空氣產生新的擾動，這些擾動引起的壓強變化會在飛機前方積累，從而導致空氣密度發生變化。當速度進一步提高以至于接近聲速時，由于飛機對前方空氣擾動導致的壓強變化會層層積累，于是在飛機前面，空氣密度會急劇增大。而當飛機以聲速飛行時，由于擾動的傳播與飛機運動速度相同，這樣每一個擾動相對飛機來說就不再向前傳播，而是依次疊加在飛機頭部，造成擾動波的集中，形成一個波面。這時飛機與前面的空氣驟然相遇，引起劇烈的碰撞，空氣遭到強烈的壓縮，密度急劇增大，仿佛一面致密的空氣墻壁擋在飛機的面前。這就是所謂的激波?？諝庠谕ㄟ^激波時，會產生一種特別的阻力，即激波阻力。
由于飛機是個外形獨特的三維物體，其表面各處氣流速度并不一樣，導致了飛行中某個階段機體一些部位達到超聲速，一些位置暫時還沒達到。超聲速的地方會產生激波，阻力會突增，且激波會干擾機體表面氣流附面層，甚至導致附面層發生分離，這樣發生分離的機體部分升力也會下降，即發生局部失速。而沒超聲速的機體部分一般較少發生分離失速，因此升力阻力增長平緩。
可見飛機在突破音障過程中機體各部分受到的升力、阻力會不一致，這個過程中整個機身的升力、阻力和力矩會發生許多突變，使飛機振動（稱之為抖動）。這種劇烈的抖動，令飛機的操縱變得困難。隨著速度的繼續增加，飛機的阻力增加直到發動機推力等于阻力，飛機勻速運動，讓飛機機體各個結構幾乎都達到超聲速，機體表面激波系也達到飛機所設計的激波系，阻力和升力的變化也趨于穩定，飛機便不再抖動。
這么一個突破音障的過程，我們肉眼所能見到的就是飛機周圍環繞的一圈水霧，有點像夾帶著一團云在飛行。而在突破音障的過程中，這一圈水霧會首先出現在機體外形較為突出的部分。所以，大家會發現，在眾多飛機突破音障的圖片中，那一團圓錐形狀的云霧出現的位置并不相同。
“帶著翅膀的子彈”投入商業運營
了解了音障就會發現如果需要突破音障，一方面著重在飛機動力上進行突破，也就是讓發動機擁有更大的推力；另一方面則是通過飛機氣動布局的設計，來減少激波阻力。對于飛機來說，這兩方面的變化都需要大量的研究和試驗。一個比較形象的說法是突破音障飛行的飛機就好像帶著翅膀的子彈。要達到這種效果可不是件簡單的事，我們先來看看戰斗機是怎么做的。
戰斗機突破音障原理
當前的超聲速戰斗機在發動機設計時在尾噴口內部有一個補充燃燒裝置（稱之為加力燃燒室），當飛機飛行中接近聲速時，通過飛行員的操作會在發動機尾部進行噴油點火，使得發動機的尾噴流再次進行燃燒，以增加發動機的推力，獲得速度的突破。
但是戰斗機的這種設計方式并不適用于民航客機。姑且不說在尾噴管噴油點火以增加推力的耗油量巨大，其持續時間不長，戰斗機的超聲速飛行一般只能夠持續10-20分鐘，且噪音也十分大，因此無法直接搬到民航客機的設計上。
回到開頭的問題，客機有可能突破音障嗎？答案其實是肯定的。上世紀60年代末期，英法聯合研制的協和客機和前蘇聯研制的圖-144客機其實都已經實現了突破音障進行超聲速飛行。
協和式客機采用了4臺羅羅公司的奧林巴斯（Olympus）渦噴發動機提供動力，這款發動機具備了一般在超聲速戰斗機上才使用的加力燃燒室，以使飛機快速突破音障，并能夠保證在飛機達到超聲速巡航速度后不需要開加力。協和式飛機的飛行速度能超過聲速的兩倍，最大飛行速度可達2.04馬赫，巡航高度18000米，巡航速度達到每小時2150千米。協和式客機在設計上把速度限制在2.2倍聲速以下，這一點十分重要，因為它保證了飛機只過“聲障”而不過“熱障”，排除了飛機蒙皮溫度急劇升高的影響，意味著飛機除了承受高溫的部位采用耐熱的鈦合金和不銹鋼外，主要材料仍為鋁合金。
突破音障的協和客機
除了動力，協和式客機在飛機的氣動設計上也適應了超聲速飛行。從外形上看，協和式飛機像一只巨大的鳥。它采用無水平尾翼布局，為了適應超聲速飛行，機翼采用三角翼，機翼前緣為S形。三角翼的特點為失速臨界點高，飛行速度可以更快，且能有效降低超高速抖動時的問題。前機身細長，這樣既可以獲得較高的低速仰角升力，有利于起降，又可以降低超聲速飛行時產生的阻力，有利于超聲速飛行。
超聲速飛機在飛行時產生的強壓力波，傳到地面上形成如同雷鳴的爆炸聲。這對于商業運行的民航客機來說不是一件好事。協和式客機由于音爆水平高，所以被限制不得在大陸上空進行超聲速飛行。此外，還有安全性和可靠性方面的顧慮，最終導致了協和式飛機的停飛。
然而，也有不少業內人士認為，協和飛機停飛主因是燃料消耗大及維修困難，推高營運成本。以發動機為例，相對于亞聲速客機，超聲速客機會把材料的性能使用到極限，這必然會增加成本。
超聲速客機要回來了，你會乘坐嗎
從飛機誕生起，人們就在追求飛行速度上的突破。超音速飛行自然早就受到科學家的關注。在最初的時候，飛機設計師并沒有意識到飛機在接近音速飛行時阻力會增加一倍。在突破這個速度的過程中，有不少飛行員獻出了寶貴的生命。
上世紀30年代，飛機設計師發現了接近音速的時候，飛行阻力會突然急劇增大。當時沒有任何飛機能夠超音速飛行，那么根據過往經驗，很容易推論出如果繼續提高速度，阻力也會繼續急劇增加到無窮大，而當時發動機的推力不足以應對阻力。這樣看來，可能永遠也無法做到超音速飛行，所以就把音速稱為高速飛行的終極障礙。
不過，科學家們并沒有放棄攻克這個障礙。1947年10月14日，美國試飛員耶格爾駕駛的X-1實驗飛機在美國加利福尼亞州南部上空脫離B-29母機。隨后，耶格爾駕駛X-1飛機上升到12000米高空，在此高度上達到1066千米/時的速度，成為人類突破音障的第一人。
X-1實驗機脫離B-29，首次突破音障
飛機激波阻力大小與飛機徑向截面積大小直接相關，美國科學家R.T.惠特科姆（Rechard T. Whitcomb)在1952年提出為了降低高速飛行的激波阻力，飛機徑向橫截面積應設計得大致相等。這就是跨音速面積律。跨音速面積律一經提出，立即應用到了美國康維爾F102戰斗機的原型機開發上，取得了立竿見影的效果。形象的說即讓飛機的截面積變化跟一枚子彈類似，這樣能夠大幅度降低超音速飛行的阻力。同時，發動機推力的不斷提升也為更高的飛行速度提供了動力。
經過近百年的技術發展，當前音障已經成為一個歷史概念，目前更多的研究在超音速飛行。事實上，當前人們旅行和商務的需求讓超音速客機有很大的市場。雖然飛機制造商在不斷提升飛機客艙的舒適度。然而在跨洋飛行中動輒10個小時在空中還是會讓人覺得不太容易忍受。因此，協和客機停止服役之后，航空科學家仍在繼續研究著超音速客機。而正因為有了協和的經驗，科學家們在降低噪音和油耗上也花費著更多的功夫。
今年3月，美國國家航空航天局（NASA）宣布，向洛克希德·馬丁公司撥款2000萬美元，研究“寧靜超音速技術”(QueSST)，以減弱超音速客機飛行所產生的音爆強度。NASA表示，項目進度受預算審批影響，目標是于2020年讓新客機投入服務。
我國目前也越來越關注超聲速客機，在前不久發布的《“十三五”國家科技創新規劃》中，專門提到“開展未來民機產品概念方案（新構型、新能源、超聲速）論證研究，突破氣動聲學與低噪聲設計、先進航電、飛控技術、先進多電、飛發一體化設計等技術，為提高民機產品競爭力提供支撐。”據了解，超音速客機前沿研究的任務主要由中國商飛北研中心承擔。
