在飛機提速的過程中,又一種現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)了。實踐中駕駛員注意到每當(dāng)飛行速度增大到800千米/小時以上時,飛機就像撞上一堵無形的墻,速度就再也提不上去。這種特殊現(xiàn)象就是音障。
聲音的速度為什么和飛行速度有關(guān)連?學(xué)過物理的人都知道聲音是靠空氣分子振動產(chǎn)生的波來傳播的。如果一架飛機以低于音速的速度飛行時,由它所引起的空氣分子的振動,也就是聲音以一個分子推動下一個分子的方式,以音速向四面八方形成層層波動傳播。當(dāng)飛機到來時,飛機前方的空氣分子已處于運動狀態(tài),飛機就很容易從其中穿過。但如果飛機的飛行速度和聲音的速度一樣的話,那么位于飛機前方的空氣分子都處于靜止?fàn)顟B(tài)。飛機到來時,這些空氣分子被迫移動,可這些分子前方的分子同樣也是靜止的,于是飛機前方的空氣就被一層又一層地壓縮到一起,形成一堵無形的墻。此處空氣密度增大,壓力也大,溫度也增高,在航空術(shù)語中稱其為激波。飛機如想沖破這堵墻必須耗費成倍的能量,飛機機身所使用的材料也必須更加結(jié)實和耐熱,否則飛機結(jié)構(gòu)就可能遭到破壞。
音速隨著高度和溫度的不同而變化。近地面的音速高,在高空中音速低,在溫度為l5℃的海平面上的音速為l227千米/小時,而在萬米高空,音速只有1080千米/小時。飛機研制者們還發(fā)現(xiàn)當(dāng)飛機飛行速度接近800千米/小時的時候,雖然此時的速度遠(yuǎn)低于音速,但活塞式飛機的螺旋槳會先折斷,機翼也會因為抵抗不了巨大的阻力而折斷。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)原來這仍然是激波在作怪。螺旋槳在正在飛行中的飛機上旋轉(zhuǎn),雖然飛機的飛行速度并未達(dá)到音速,可是在螺旋槳上運動最快的槳尖部分,它的運動速度是飛機飛行速度與旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的速度之和,它已經(jīng)超過了音速。于是在槳尖上就產(chǎn)生了激波,被稱為局部激波。在局部激波產(chǎn)生的部位就會受到巨大的阻力,這就可以解釋螺旋槳為什么會在這種情況下斷裂。對于機翼情況也是一樣的。機翼上表面氣流流動的速度比其他部分氣流的流動速度快,當(dāng)飛機飛行時,盡管其他部分尚未達(dá)到音速,可是機翼上部卻已達(dá)到了音速。由于阻力迅速增加,機翼就受到嚴(yán)重?fù)p壞甚至完全折斷。現(xiàn)實提出了挑戰(zhàn),如果不能有效地解決局部激波,飛機的飛行速度甚至連800千米/小時也達(dá)不到。
用噴氣發(fā)動機去掉了螺旋槳,解決了它所帶來的問題;把機翼改進(jìn)為后掠翼,使在機翼上表面垂直于機翼方向的空氣流速降低了,局部激波發(fā)生的時問被推遲了,解決了機翼產(chǎn)生激波的問題。噴氣飛機的飛行速度提高到1000千米/小時,活塞式發(fā)動機的飛機速度則超不過600千米/小時。
截止目前,民航客機只有TU144客機和已退役的協(xié)和飛機突破音障。因為民航客機設(shè)計是以安全和經(jīng)濟性為第一前提。