音速又称声速,即声波在媒质中的传播速度。音速的快慢与媒介的性质与状态有关。例如通常声波在空气中德船必速度为每秒340米左右。所谓超音速飞行,通俗的说就是速度超过声音速度的飞行,科学上的定义是马赫数大于1(M>1)的飞行。
轰炸机
第二次世界大战期间,活塞式歼击机发展很快,到20世纪40年代中期,最大飞行速度已达760公里/小时。但是活塞式飞机的速度再想提高已经十分困难了。1945年6月,英国在试飞一种高速飞机时,因飞行速度接近音速(每小时1224公里/小时),造成机身破裂,机毁人亡。
还有些人用活塞式飞机进行过一些超音速飞行试验,均告失败。当时检查高速飞机飞行失败的原因,都是由于速度太快引起的。而这个速度的限度又和音速相接近。于是当时从事研制飞机的一些人们,把音速(340米/秒)看作是一种天然不可逾越的障碍,称为“音障”。
后来,经过多次研究发现,由于飞机的飞行速度在接近音速时,飞机的机身、机翼、尾翼等部位上会产生激波,增大了阻力,这就是波阻。由于波阻的影响,飞机在进行超音速飞行时,阻力大为增加。此外,螺旋桨在高速旋转时,也由于同样的原因效率大大降低。因此,必须有一种新的动力装置,才能克服“音障”。
为了突破“音障”,美国兰利研究中心曾做过一些空气动力试验,从高空投掷装备了仪器的流线型物体,测出升力和速度,还作了一些分析。但是,根据这些试验的结果,还不足以得出结论,要想精确地得到跨音速的数据,需要制造全尺寸的飞机,进行飞行试验。
1943年兰利研究中心提出了一个“研究机”的方案,并把“研究机”命名为X-1.为了减少阻力,这架飞机的外形设计就像一枚炮弹,这是为了减小由于波阻产生的阻力,机身外壳大部分仍采用铝合金,但结构大为加强。为了充分发挥燃料的作用,这架飞机采用空中投放方式,以节省起飞时要消耗的燃料。
为了进行X-1飞机的试飞,美国精心挑选试飞员。最后选中了年仅24岁的查尔斯·耶格上尉。耶格上尉在第二次世界大战中,共参战61次,击落敌机13架。糟糕的是,在试飞的前3天,耶格上尉月夜骑马,竟被摔断了两根肋骨。但为了X-1的试飞,为了独享试飞的殊荣,他仍然坚持试飞。
1947年10月14日,一架桔红色的X-1试验机,缓缓地装进一架B-29轰炸机的炸弹舱中。耶格精神抖擞地出现在机场上,医生又对他进行了最后一次体检,他满怀信心地登机起飞。当B-29爬升到3000多米的高度时,耶格才由B-29炸弹舱坐进X-1的座舱。当时B-29的速度已达322公里/小时,由于肋骨骨折及腰胸之间重厚包扎,使得他无法伸手抓住舱盖下方的闩锁,幸亏机械员给他装了一根两尺多长的把手,才使他能够进行操纵。
当B-29爬高到7620米时,飞行员切断连接器并投放X-1.同时,耶格立刻起动火箭发动机,并把X-1飞机拉起来,向上爬升。以前一些飞机突破“音障”都采用由高空向低空俯冲的办法,达到音速飞行。但由于低空空气密度大,微波的强度增大,造成极严重的“爆击”。为了避免这种情况,耶格操纵X-1爬升到11580米的高度,才改平飞,然后关掉火箭发动机,开始俯冲。当飞行速度达到M0.8时,飞机产生强烈振动。M数继续增大,振动不断加强。飞行速度继续增大到M0.97、M0.98……突然,飞机停止了强烈振动,它变得驯服了。X-1突破了“音障”!从此,人类的飞行再也不受“音障”的限制了。