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比声音还快(一) (完) 自从莱特兄弟为人类插上翅膀以来, 人们一直梦想着飞得更高更快。英国人 Frank Whittl e 于 1930 年申请了第一个喷气式发动机的专利,德国人 Hans Von Ohain 在不知情的情况下,于 1936 年也独立申请了自己的专利。两者的基本原理相近, 但具体细节不同。 Whittl e 的发动机到 1941 年才在 Gloster Pioneer 上试飞,而 Ohain 的发动机在 39 年就首先在 Henkel 178 轰炸机上试飞了。在第二次世界大战还在如火如荼的 1942 年, 英国的迈尔斯飞机公司( Miles Aircraft Co ) 就受命开始秘密设计 M52 超音速飞机, 但由于战事紧张和国力衰竭,英国政府下令迈尔斯将所有设计数据移交给美国,贝尔飞机公司接手之后, 于 1948 年成功地将 X-1 实验型飞机飞上天,在著名的试飞员 Chuck Yeager 的操控下, 于 1947 年 10 月 14 日首次在平飞中突破音速。在 1948 年 10 月的试验中, M52 的 30% 比例模型也达到 ,证明英国人原来的计算和设计是正确的。 Miles M52 超音速研究机, 后来首先突破音障的贝尔 X-1 用的是火箭发动机, M52 用的可是货真价实的涡喷发动机贝尔 X-1 火箭飞机,历史上首次在平飞中突破音障的有人驾驶飞机为了最大限度地节约燃料, X-1 是用 B-29 带到空中投放后再点火飞行的,据说 X-1 的火箭发动机点火成功率不怎么样, 万一点火失败, 飞行员只有很短的时间决定跳伞, 滑翔是不可能的美国历史上最著名的试飞员 Chuck Yeager ,早年曾参加二战的欧洲空战,在法国上空被击落后, 借道西班牙逃回英国。当时条令规定, 逃回的飞行员不再到占领区上空作战, 大概是担心飞行员有心理障碍,但 Yeager 直接向艾森豪威尔请求重返欧陆上空,获得特许,以后曾在一天内连续击落 5 架敌机,战争结束时总战绩 架,包括一架 Me262 。在 75 年从空军退役时,官拜准将, 30 年后,获国会特别推荐,于 2005 年晋升少将 Chuck Yeager 和他的 X-1 。按二战时就开始的老规矩,命名为 Glamorous Glennis , Glennis 那时还是女朋友,后来成为妻子。 Glennis 死后 13 年, Yeager 和小他 36 岁的 Victoria D’ Angelo 结婚, 子女把后妈告上法庭, 说她纯粹是为了名利, Yeager 一世英雄, 到老了反而摊上这么一摊烂事除了从事研究性试飞外, Yeager 也是美国空军作战飞机试飞和评估的主力,在 1947-5 4 年期间,平均每月要飞 100 小时以上,有一个月竟然飞了 27 种不同型号的飞机 Chuck Yeager 后来离开试飞员的行当, 担任一线战斗机部队的中队长、联队长,在 67 年北朝鲜扣押美国情报船“普韦布洛”号事件中,负责空中行动。在 62-64 年担任试飞员学校校长期间,训练了第一批宇航员,小说和电影 The Right Stuff 就是讲的这一段。 Yeage r 的最后职务是驻德国拉姆斯坦茵的第 17 航空队副司令老家伙现在还不闲着,时不时上天遛一圈。左面的 Bob Hoover ,二战中在欧洲被击落被俘,逃出集中营,偷了一架 FW190 战斗机自己飞回来了。右面的是 Frank Borman ,双子星 7 号飞船的指令长, 首次实现太空对接, 后任阿波罗 8 号指令长, 首次飞出地球轨道, 绕月飞行。人们很早就知道, 推力只是实现超音速飞行的一部分。物体以接近音速飞行时, 空气的性质变了。飞机飞行时,对前方空气产生压缩,形成的压力波以音速传播。在 倍音速以下的亚音速飞行时, 压力波跑在飞机前面, 在一定程度上起到把前方空气推开的作用。但以音速飞行时,前方的压力波“躲闪不及”,叠在一起,阻力急剧增加,阻力比亚音速时增加 3 倍, 飞机就像一头撞到一堵墙上一样, 这就是“音障”( sound barrier ) 之说的来源。然而, 速度继续增加至 倍音速以上时, 飞机跑到压力波前面去了, 飞机的机头形成锥形激波, 空气压力沿激波前锋急剧升高。激波前锋之后的压力急剧下降, 到机尾压力达到负压, 在机尾后压力急剧恢复到常压, 整个压力分布呈骤升- 缓降- 骤升的 N形, 所以常被称为 N 形波。由于 N 形波前锋的拖带和后缘的推动,超音速飞行的飞机所在的 N 形波中间部分的气流反而是亚音速的。激波在正好音速的时候,几乎是垂直于飞机前进方向的平面;随速度增加, 激波呈越来越尖锐的锥形, 速度增加, 锥形的“后掠角”也增加, 所以超音速飞行的