音障

音障（英語：Sound barrier），是一種物理現象。當物體（通常是航空器）的速度接近音速時，將會逐漸追上自己發出的聲波。此時，由於機身對空氣的壓縮無法迅速傳播，將逐漸在飛機的迎風面及其附近區域積累，最終形成空氣中壓力、溫度、速度、密度等物理性質的一個突變面——震波（Shock Wave，又譯衝擊波、駭波或激波）面。震波的形成是超音速飛行的典型特徵。震波面將增加空氣對飛行器的阻力，這種因為音速造成提升速度的障礙俗稱為音障。另外，在早期飛機的設計中，由於對穿音速空氣動力學了解尚少，所以曾多次發生飛機試圖超越音速時解體或者失控墜毀的嚴重事故，有人把這一時期困擾飛機製造業的難題也稱為「音障」^[1]。1947年10月14日，貝爾X-1型研究機首次突破音障。^[2]

一架正在穿越音障的美國海軍F/A-18F超級大黃蜂戰鬥機，注意到機身周圍震波面附近由於普朗托-格勞厄脫奇點（Prandtl-Glauert singularity）效應產生的圓錐形雲霧。

飛行器進入超音速飛行形成的震波面，是聲學能量的高度集中面，又稱音錐。音錐在聽覺上是一聲短暫而極其強烈（可能超越人耳聽力上限的）的爆炸聲，故稱為「音爆」或「聲爆」。強烈的音爆不僅會對地面建築物產生損害，也會給飛行器本身跨越衝擊面的部分造成巨大的壓力，所以各國一般都禁止超音速飛機在住宅區上空突破音速。

除此之外，穿音速飛行常常伴隨的一個效應稱為普朗托-格勞厄脫凝結雲（Prandtl-Glauert condensation clouds），其特徵是一個以飛機為中心軸、從機翼前段開始向四周均勻擴散的圓錐狀雲團。這是由於機翼引起氣流加壓加速，進而引起水氣凝結導致。水氣凝結變成微小的水珠後，肉眼看來就像是雲霧般的狀態。這個高速區會隨著離機身的距離增加而迅速消失。值得一提的是，普朗托-格勞厄脫凝結雲並非只能在穿音速飛行中看到，與震波也沒有必然的聯繫，它僅僅表徵了空氣具有一定的可壓縮性。在合適的條件下，尚未接近音速的飛機也能在自己周圍產生普朗托-格勞厄脫凝結雲^[3]。

參考資料

1. Sound Barrier (Cambridge University Press)
2. “整个世界都安静了”——突破音障(组图)_新浪军事_新浪网. jczs.news.sina.com.cn. [2022-12-13].
3. Prandtl-Glauert Condensation Clouds (Cambridge University Press)