超音速客機(jī)，歸來(lái)可期

喻文州

你坐過(guò)這樣的飛機(jī)嗎？

巴黎的傍晚，太陽(yáng)已經(jīng)落山了，這時(shí)，一架飛往美國(guó)方向的班機(jī)起飛了。起飛不久，飛機(jī)追上了太陽(yáng)，乘客們看到太陽(yáng)冉冉升起。三個(gè)多小時(shí)后，飛機(jī)抵達(dá)紐約，這時(shí)紐約還沐浴在下午的陽(yáng)光中。

這架飛機(jī)就是著名的協(xié)和式飛機(jī)，它是一架超音速客機(jī)。法國(guó)航空公司之所以宣稱：飛機(jī)出發(fā)之前就已經(jīng)到達(dá)紐約，是因?yàn)榧~約時(shí)間比巴黎時(shí)間要晚六個(gè)小時(shí)。協(xié)和式飛機(jī)是由英國(guó)、法國(guó)聯(lián)合研制的，其速度最快可以以2.02馬赫的速度進(jìn)行超音速飛行。協(xié)和飛機(jī)從巴黎飛到紐約只需要約3小時(shí)20分，而其它客機(jī)需要大約8小時(shí)45分。

后來(lái)，協(xié)和飛機(jī)退役了，退役的原因有許多，最重要的有二：一為價(jià)格昂貴，盈利能力低，二是超音速飛機(jī)的噪音污染。美國(guó)以不環(huán)保為由禁止協(xié)和飛機(jī)飛入美國(guó)領(lǐng)土，隨后歐洲、亞洲的一些國(guó)家也紛紛從環(huán)保角度考慮，禁止協(xié)和飛機(jī)飛入各個(gè)國(guó)家領(lǐng)空。

我們乘坐的飛機(jī)起飛、降落時(shí)也會(huì)發(fā)出巨大的噪聲，為什么偏偏是超音速飛機(jī)被禁止了呢？答案很簡(jiǎn)單，因?yàn)槌羲亠w機(jī)所產(chǎn)生的噪音已經(jīng)到了無(wú)法忍受的地步。那么，超音速飛機(jī)的噪聲是如何產(chǎn)生的？

飛不過(guò)的屏障

其實(shí)飛機(jī)要超音速飛行，遇到的主要問(wèn)題有兩個(gè)：一個(gè)是音障，另一個(gè)是音爆。

首先說(shuō)說(shuō)音障。音障是怎樣產(chǎn)生的呢？原來(lái)當(dāng)飛行器的速度接近音速時(shí)，將會(huì)逐漸追上自己發(fā)出的聲波，而聲波實(shí)際上是一波一波被壓縮的空氣。此時(shí)，由于飛行器的速度接近音速，前面一波一波疊加的被壓縮空氣還沒(méi)有來(lái)得及前行，于是形成壓強(qiáng)、密度比較大的區(qū)域，這將增加對(duì)飛行器的阻力，俗稱為音障。

音障除了會(huì)使飛行速度不能提高之外，也會(huì)使飛行器的操縱性能變壞，甚至出現(xiàn)解體的現(xiàn)象。但這個(gè)問(wèn)題隨著科技的發(fā)展，都逐步得到了解決。飛行速度不能提高，進(jìn)一步加大飛行器的功率，就可突破音障；操縱性能也可以不斷提高；飛機(jī)不結(jié)實(shí)，就想法對(duì)飛機(jī)容易出問(wèn)題的部位進(jìn)行改造，并用更好的材料來(lái)建造。所以超音速飛機(jī)并非造不出來(lái)，現(xiàn)在各國(guó)的戰(zhàn)斗機(jī)都可以超音速飛行。

再來(lái)說(shuō)說(shuō)音爆。這可是個(gè)大麻煩，音爆與音障產(chǎn)生的原因一樣，都是飛行速度太快了，不斷超過(guò)自己飛行時(shí)所產(chǎn)生的聲波。比如，飛行器在遠(yuǎn)處先發(fā)出的噪音剛傳到我們這里，飛行器就到了，又發(fā)出了噪音，兩股噪音合在一起，再加上飛行器飛過(guò)后發(fā)出的噪音與陸續(xù)到達(dá)的之前發(fā)出的噪音，合成持續(xù)不斷的巨大噪音。這誰(shuí)能受得了？并且這是一種自然現(xiàn)象，人力是很難解決的。

音爆的殺傷力極強(qiáng)。2005年9月底，以色列空軍對(duì)巴勒斯坦人實(shí)行了“音爆轟炸”，以軍用噴氣式飛機(jī)進(jìn)行頻繁的超低空高速飛行，音爆產(chǎn)生的巨大震動(dòng)，使房屋倒塌、玻璃破碎，還使有些人流鼻血、心臟病突發(fā)，甚至導(dǎo)致孕婦流產(chǎn)，在當(dāng)?shù)鼐用裥睦砩狭粝铝瞬豢赡绲年幱啊?/p>

為此，超音速飛機(jī)要么在海洋上空飛行，要么在25千米以上的高空（此處近乎真空）飛行才不會(huì)招來(lái)居民的抗議。但超音速飛機(jī)的起飛和降落，還是給附近的居民帶來(lái)很大影響。

因此，超音速客機(jī)若要回歸，就要解決音爆的問(wèn)題。

悄悄地飛過(guò)屏障

不久的將來(lái)，美國(guó)的飛機(jī)也許能夠解決這個(gè)問(wèn)題。

美國(guó)宇航局在位于加利福尼亞州的阿姆斯特朗飛行研究中心運(yùn)用了紋影攝像技術(shù)，利用氣流對(duì)光的擾動(dòng)，將肉眼看不見(jiàn)的氣流變化轉(zhuǎn)化成可以看見(jiàn)的圖像。飛機(jī)在飛行時(shí)，會(huì)引起周圍氣流的劇烈攪動(dòng)，這種攪動(dòng)就會(huì)被紋影攝像技術(shù)給捕捉到，就算是隱身飛機(jī)也會(huì)無(wú)所遁形，因?yàn)殡[身飛機(jī)所帶來(lái)的空氣擾動(dòng)是無(wú)法抹去的。

在測(cè)試中，飛機(jī)在約1220米的空中以超過(guò)1馬赫的速度飛行，科學(xué)家利用紋影攝像技術(shù)成功捕捉到了飛機(jī)帶來(lái)的空氣波動(dòng)。然后他們反復(fù)改變飛機(jī)的外形，如使機(jī)身更光滑、采用針狀機(jī)鼻、三角翼或者大后掠機(jī)翼等，以使飛機(jī)帶來(lái)的空氣波動(dòng)更小，這樣飛機(jī)發(fā)出的噪音就小多了。

由于運(yùn)用了紋影攝像技術(shù)之后，能直觀地看到超音速飛機(jī)飛行時(shí)周圍的空氣波動(dòng)，所以經(jīng)過(guò)他們反復(fù)對(duì)飛機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)果顯示，超音速飛機(jī)是能夠在不產(chǎn)生劇烈音爆的情況下進(jìn)行超音速飛行的。

美國(guó)宇航局希望在2022年可以推出一架低音爆飛行演示機(jī)，它能夠以超過(guò)1馬赫的速度飛行而不產(chǎn)生劇烈的音爆。

音爆問(wèn)題解決后，超音速客機(jī)也許很快就會(huì)回歸我們的視野。不久之后，也許用3.5個(gè)小時(shí)就能飛越大西洋，從紐約到倫敦；用4.5個(gè)小時(shí)就能跨過(guò)太平洋，從舊金山到東京。一天之內(nèi)往返亞洲美洲似乎不成問(wèn)題，我們的地球又縮小了，

我們期待那一天的到來(lái)。