涵薏

在基礎(chǔ)物理學(xué)中，科學(xué)家們很早就測得了聲音在空氣中的傳播速度：在一個標準大氣壓和15℃的條件下聲速為340米/秒，大約是1224公里/小時（約760英里/小時）。大于這個速度就被稱為超聲速。

1740年，歐洲人羅賓斯在進行炮彈實驗時，發(fā)現(xiàn)當炮彈時速超過820英里，即大于聲波在空氣中的傳播速度時，炮彈受到的阻力會突然增加，遠遠偏離牛頓的平方阻力公式。但是，超過聲速以后，阻力又開始下降，逐漸趨向正常。這種阻力在聲速附近突然上升的現(xiàn)象，就稱為“聲障”。

二戰(zhàn)后期，戰(zhàn)斗機的最大速度已超過每小時700公里，聲障問題再次進入人類的視野中，這種情況曾使高速戰(zhàn)斗機飛行員們深感迷惑。因為每次當他們的飛機飛行速度接近聲速時，飛機操縱都會產(chǎn)生奇特的反應(yīng)，比如：會突然失去速度和升力，發(fā)生顫振和抖動。如果處置不當，飛機會散架，機毀人亡，且事故發(fā)生率很高。

后來，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了其中的原因，當飛機的飛行速度比聲速低時，同飛機接觸的空氣好像“通信員”一樣，它們會向前“通知”前面即將遭遇飛機的空氣，使它們主動“讓路”。但當飛機的速度超過聲速時，飛機前面的空氣因來不及躲避而被緊密地壓縮在一起，堆聚成一層薄薄的波面，這種波面的學(xué)術(shù)名詞叫“激波”。在激波后面，空氣因被壓縮，壓強會突然升高，這阻止了飛機的進一步加速，也可能使機翼和尾翼劇烈振顫而發(fā)生爆炸。

20世紀20～30年代，科學(xué)界持續(xù)進行著有關(guān)于跨聲速流動的理論研究，但是沒有產(chǎn)生重大突破，聲障難題阻礙著當時世界航空工業(yè)的發(fā)展，即便是世界頂尖物理學(xué)家，也很少有人敢挑戰(zhàn)聲障。

轉(zhuǎn)機出現(xiàn)在20世紀40年代，當時在航天工程學(xué)家馮·卡門的領(lǐng)導(dǎo)下，有一批科學(xué)家聚集在美國加州理工學(xué)院的古根海姆航空實驗室，為攻克這個堡壘進行了大量艱苦的研究工作。最后突破理論難題的是來自中國的科學(xué)家郭永懷，當時他廢寢忘食地花了4年時間，用最基礎(chǔ)的計算器解決了這個難題。郭永懷發(fā)現(xiàn)了跨越聲速的一些現(xiàn)象，提出了“上臨界馬赫數(shù)”概念并得到了實驗證實，這個概念的提出為解決跨聲速飛行問題奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。

郭永懷還進一步用穩(wěn)定性理論解釋了實際臨界馬赫數(shù)會介于上下臨界馬赫數(shù)之間的原因，這也是對高性能氣動外型設(shè)計的先驅(qū)性工作。他還對激波和邊界層進行了深入研究。邊界層是飛機飛行的時候表面上很薄的一層，在幾十米長的機翼上，邊界層厚度大概只有10厘米。在研究邊界層的過程中，郭永懷運用了一個特別棒的數(shù)學(xué)方法，這個方法后來被稱為“龐加萊—萊特希爾—郭永懷”方法，簡稱PLK方法，用處非常廣，解決的都是各種實際問題。

今天，郭永懷的長達100頁的博士論文還留在美國NASA，其中的研究成果依然在指導(dǎo)著美國的飛機制造。突破聲障的技術(shù)難題，使飛行器尤其是戰(zhàn)斗機進行超聲速飛行甚至巡航成為了可能。

聲障難題在實踐中的最終破解是在科學(xué)家、工程師、設(shè)計師攜手努力下完成的。在實際操作中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)飛機要突破聲障需要在其外形設(shè)計方面下功夫，將機翼設(shè)計得更薄，部分主制造商還將機翼做成了三角形等特殊形狀。

1947年10月14日，美國試飛員查爾斯·耶格爾駕駛X-1驗證機在12800米的高空飛行速度達到1278公里/小時，這是人類首次突破聲障。之后可以超過聲速的飛機也被稱為超聲速飛機。

超聲速客機出現(xiàn)在20世紀60年代末。1969年6月5日，前蘇聯(lián)研制的圖-144首次實現(xiàn)超聲速飛行。1973年6月3日英法聯(lián)合研制的“協(xié)和”號和前蘇聯(lián)研制的圖-144在巴黎航展上亮相，都進行了精彩表演，最終“協(xié)和”號安全著陸，但圖-144在空中解體，墜落在距離機場5公里外的古桑維爾村，飛機上6名機組人員和地面8人不幸罹難。

1976年，“協(xié)和”號實現(xiàn)了商業(yè)客運飛行。1977年11月，圖-144也迎來了史上第一次載客飛行，這架航班號為SU499的班機，執(zhí)飛了從莫斯科到阿拉木圖（當時的哈薩克斯坦首都）的航線，3000多公里的航程在兩個小時內(nèi)完成。

因為安全性問題，1983年7月1日，蘇聯(lián)政府下達了461-169號令，圖-144從此停產(chǎn)停運。2003年10月24日，“協(xié)和”號也步了圖-144的后塵，英國航空公司的一架“協(xié)和”號客機完成了人類歷史上最后一次超聲速客機載客飛行。

至此，人類歷史上第一個超聲速客機時代正式結(jié)束。下一個，目前尚未開啟?？梢钥隙ǖ氖?，人類的探索不會就此停步。