音障到底是啥为何总有人觉得歼破音障很难

　　当我们在行进的过程中遇到阻碍时，通常会认为有某种物理的东西阻挡了我们前进。
　　比如说我们发动汽车后感觉前进困难，下车后会发现挡在轮子前边的碎砖没有踢走，是砖块阻挡了车轮滚动；倒车的时候如果不小心上马路牙子，也会感到明显的障碍。
　　车轮遇到障碍
　　什么是音障？
　　带着生活中的感受，再碰到类似的问题，自然就会联想，音障会不会就是声波的某种障碍呢？
　　其实这是错的，声波并不存在什么障碍。
　　声波是声音在空气中传播过程中引起空气的振动现象。
　　空气是由许许多多气体分子组成的弹性物质，声音是一种振动能量。当一个物体发生振动，或者压缩了周围空气时，它会造成相邻的一部分空气分子也发生压缩，这种压缩以纵向波的形成向四周传递开来，于是空气分子也发生了振动。下面这个平面波动画可以很好地说明声音在空气中是如何传递的。
　　水平压缩波的传递
　　既然声音是空气的振动，它本身就不会产生阻碍，为什么会有音障这种说法呢？
　　其实音障的提法是在第二次世界大战期间流传开来的，因为当时的飞机很难接近340米秒这个速度。每当胆大的飞行员试图以高速俯冲的方式来挑战音速时，飞机总会出现失控的状况，严重时甚至造成空中解体、机毁人亡的惨剧。1944年，英国飞行员驾驶喷火式战斗机成功达到0。92马赫后迫降，飞机发动机损坏，这是二战期间飞机能达到的最高速度。
　　喷火式战斗机
　　由于无法突破音速这个阀值，于是大家纷纷将其设为人类飞行器的速度极限，这个极限又被称为音障或声障。
　　飞行员在驾驶飞机时发现，速度越快飞机受到的阻力越大，每当他们试图接近声速，飞机的前方似乎就树立起一堵无形的墙，这究竟是什么原因呢？
　　其实这种阻碍并非来自声波，而是来自空气阻力。
　　空气阻力方程
　　空气是流体，飞机因其机翼的特殊形状在空气中快速运动时产生升力，这符合牛顿第二定律。
　　与此同时，由于空气的流体性质，飞机在向前运动的过程中也会因与空气的摩擦和湍流，产生前进方向的阻力。
　　不同形状物体受到的阻力
　　从上面这组图形我们可以看出，物体在空气中受到的阻力主要可以区分为湍流引力的拖曳力，以及物体表面与空气摩擦的摩擦力，这两种力在总阻力中的重要性与物体的形状以及它相对于气流的状态有关。
　　对于简单物体在空气中受到的阻力，可以简化为以下的方程：
　　流体阻力方程
　　其中F表示空气阻力（拖拽力）；表示空气的密度；v表示物体运动速度；A是物体在运动方向上的投影面积；C是阻力系数，这是一个无量纲数，它取决于物体的形状、光滑度等等方面。
　　从上面这个方程我们可以看出，物体在空气中受到的阻力与许多因素相关，其中与速度的平方成正相关。它运动的速度越快，受到的阻力会成倍放大。
　　飞行中的力
　　飞机依靠发动机向后方推动气流，从向产生一个向前的反作用力，推动飞机前进。与此同时，飞机的机翼因其独特的形状和角度使飞机产生向上的升力。当飞机处于匀速平飞状态时，其升力与重力相平衡、推力与受到的空气阻力相等。发动机通过不断地做功使飞机克服阻力前进。
　　音速与音爆的关系
　　许多人都知道，当飞机以超音速飞行时会产生强大的音爆。极少有人能听到战斗机产生的音爆，这是因为音爆是一种冲击波，它具有一定的破坏性，比如震碎窗户玻璃和损害人的听力。因此战斗机飞行员通常被严格要求不在低空或人口稠密的地区做跨音速飞行。
　　但你可能听过别人挥舞长鞭发出响亮的啪啪声。
　　挥舞皮鞭会产生音爆
　　当挥鞭者用力甩动长鞭时，鞭子的末梢会因为瞬间突破音速而产生一个小的冲击波。请注意，响声并不是皮鞭自身碰撞发出的，它是超音速而产生的音爆现象。
　　如果你向水中扔一块小石子，会看到涟漪扩散开来；仔细观察鸭子划水，也能看到水波从鸭子前方产生，并向其后方逐渐扩散。
　　鸭子划水产生的水波
　　假如我们在水中的运动速度足够快，比方说驾驶一艘快艇高速航行，你就不会再在船的前方看到水波，它们会瞬间被快艇甩到后方，掀起巨大的浪花。
　　快艇高速航行
　　声波也是一样。
　　我们在前文中说了，声波是物体压缩空气产生的振动波，它的速度是音速。而当物体一边在挤压空气，同时运动速度又快于音速时，它就能把振动波甩到身后。就像你看到高速航行的快艇一样。
　　超音速运动产生的激波
　　上面这个动图中，红点代表产生声波的物体，紫色圆圈表示不断扩散的声波。如果红点的运动速度足够快，它就能把自己的声音甩到身后。而这些不断产生的声波的边缘会相互叠加，产生一个很强的叠加激波，空气会被剧烈压缩然后释放，这就是音爆。
　　由于音爆发生在超音速飞行器的后方，飞行员是听不到音爆的，你只有在飞机的侧后方，当音爆锥面扫过时才能听到响亮的轰鸣。
　　音爆的发生与地面观察者的关系
　　讲到这里你应该可以明白：声音是飞机挤压空气所产生的压缩波；如果飞机没有超过音速，它发出的声音始终在飞机的前方；当飞机跨音速飞行时，声波有可能作用于飞机自身，使其产生某种振动甚至是共振；而当飞行速度大于音速时，声波便被甩到了身后。
　　声波是振动不是阻力。
　　早期的飞机之所以无法超越音速，一方面是飞机引擎的推力不够大；飞机的气动外形不足以减少空气阻力；并且机体结构的强度还不足以应付跨音速飞行时带来的强烈振动。所谓音障从科学的角度来看并不是一种正确的提法。
　　随着技术的进步，飞行器特别是战斗机都向着超音速的方向发展，到了今天你已经很难再找到不能做超音速飞行的飞机了。
　　歼20
　　突破音障不是现代战机所面临的问题
　　早在歼6的年代，战斗机就已经可以自如地进行跨音速飞行。这种跨音速通常是在高空中进行，那里空气稀薄、阻力小，并且音速也更低。歼8战斗机可以以两倍音速飞行，歼20更是可以以2。5马赫的速度做超音速巡航。当然了，由于发动机和燃油经济性等问题，没有多少飞机（包括F22在内）可以长时间地超音速巡航。有传言称歼20的超音速巡航时间是35分钟，F22能撑够17分钟，我没有看到过官方的资料，这有待证实。
　　F22
　　总结：
　　音障只是上世纪四十年代航空工业的一次障碍，不是飞行器在飞行过程中所遇到的物理学障碍。
　　飞机受到的空气阻力与其速度的平方成正比，飞机的速度越快，它遇到的空气阻力会急剧增大。为了克服空气阻力，飞机不仅需要更强大的发动机，还需要改变它的气动外形，强化机体结构。
　　那些说歼20破音障很难的人，他们的理由是从来没有见过歼20发出过音爆的冲击波，也没见到歼20秀出音爆云的照片。
　　其实包括歼20和F22飞机在内的最新一代作战飞机，它们所面临的问题早就不再是如何跨越音障，而是如何在最节省燃油的情况下更长时间地保持超音速飞行，以在未来的对决中占据主动。
　　歼20弹仓全开
　　对歼20，我有信心。你呢？