2026-08-18

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对于关注航空和航天的爱好者而言，“马赫”这个术语已经变得非常熟悉，几乎无可避免地成为了描述现代飞行器速度的重要单位。然而，对于普通人来说，即使听说过这个词，依然难以形成一个清晰的想象，尤其是1马赫究竟有多快，更难将其换算成通常用的公里每小时的概念。

“马赫”最初并不是一个单位，而是19世纪一位奥地利物理学家恩斯特·马赫的姓氏。他的科研生涯致力于物理学，特别是在空气动力学方面有显著贡献，而这与后来的航空技术息息相关，因此他的名字最终成为了速度的计量单位。马赫提出了一种独特的速度测量方法——以音速作为基础，物体的速度与音速之间的比值称为马赫数。需要注意的是，音速并非始终如一，随着温度、气压和海拔高度的变化而有所不同，因此马赫数所对应的实际速度具有变动性。

在标准的气压和气温条件下，声波在空气中的传播速度约为每秒340米，这转换过来大约是每小时1224公里，这就是通常所说的1马赫。一旦速度超过1马赫，即表示已突破音速的界限。正因如此，才使得人类走向了音速的时代。想象这样一个镜头：仰望天空，一架飞行器以极高的速度俯冲而下。尽管它越来越接近你，周围却异常宁静，原本以为会听到发动机的轰鸣声，却什么都没听见。用望远镜仔细一看，可以清晰地看到喷管冒出的火焰，却依旧没有声音。

低头一看，飞机下方的树木似乎被一种无形的力量压弯。就在飞机掠过的那一瞬间，突然传来一声震耳欲聋的巨响——那就是超音速飞行器产生的音爆。1947年10月14日，美国空军的查克·耶格尔上尉成为首位飞行速度超越声音的人类。在此之前，各国军方对突破音障进行了数年的尝试，然而每架接近音速的飞机都会遭遇剧烈的气流湍动，机身摇晃得几乎难以承受，数位飞行员因此失去了生命。

此时，人们发现一旦飞机接近音速，来自四面八方的气压会开始同时增大，机身开始剧烈震动，除非飞行员选择减速，否则这种震动将不会停止。这让许多人认为音障是人类绝对不能逾越的禁区。然而，耶格尔用自己的实践证明了这一信念是错误的。在一个阳光明媚的十月日子，他坐进了被称为“迷人的格伦妮丝”的橙红色贝尔X-1飞机中。该飞机挂载于一架B-29轰炸机下，飞到加利福尼亚州的高空后被释放。飞行器如同火箭一般迅猛上升至40000英尺，速度突破每小时662英里。在这个高度上，其速度已超越当地的音速。

耶格尔的飞行技术结合工程师们为X-1所做的一系列空气动力学及稳定性改进，使人类首次实现了超音速飞行。要理解音爆的原理，可以将空气视为一种流体。当飞机以低于音速的速度飞行时，声波会在飞机前方扩散；一旦飞机速度超越声波，声波便无法追上机身。这就是为何一架超音速飞机在飞过之前听不见它的声音。

飞机在高速通过空气时，其机头前方会快速形成一个高压区域，而机尾则形成低压区，二者之间的压力差会产生冲击波，即音爆。音爆的影响不会局限于某一特定点，而是沿着飞机后方形成一个锥形传播区域，称为马赫锥。只要在马赫锥的覆盖范围内，就能体验到音爆的效果，飞机并不一定要正好从头顶飞过。

值得一提的是，音爆并不是喷气发动机本身发出的声音，而是飞机机头前方聚集的高压气体在飞机飞过后迅速回填到原本被机身占据的空间中，造成的压力释放。可以类比为挥手时感受到的空气流动，这一切都是由于压力差造成的。如果手能够挥出每小时761英里的速度，也会产生一个“迷你音爆”。音爆的大小及传播距离受到多个因素影响，包括飞机的重量、尺寸和外形，又以及飞行速度、高度和姿态所决定的马赫锥的形状。体型越大、越重的飞机推动的空气越多，音爆的声音自然也就越响亮。

飞行的高度也是一个关键因素：飞得越高，马赫锥覆盖的地面区域也越广阔，因为冲击波要传得更远才能到达地面。海拔同样会影响声速——在海平面上，音速约为每小时761英里，超出该速度即为突破音障的标志。如今，陆地上速度的记录保持者是英国车手安迪·格林，他驾驶推力SSC跑出每小时763英里，比海平面的音速快出区区2英里。

当年，协和式客机在大西洋两岸巡航时，飞行高度在55000英尺，比海平面的音速慢了约60英里，因此虽然二者都突破了音障，但推力SSC的速度必须远远高于协和才能实现这一效果。而马赫锥覆盖地面区域内，能听到音爆的带状区域被称为“音爆走廊”，研究人员能够根据飞行参数精确计算其宽度。通常规则是，飞机每高出1000英尺，音爆走廊的宽度就增加约1英里。换句话说，一架在60000英尺高空飞行的超音速喷气机，其音爆走廊的宽度可达到60英里左右。然而，不同位置所感受到的音爆强度仍然有所不同。