音速与超音速

声音在空气里传播的速度不算很快，比如我们在百米终点线上要经过0.3 秒才能听到发令枪的声音，所以手动计时员要看枪的白烟而不是听枪声来计时。当然，跑得最快的人也要九秒多才能到达终点，靠自己的力量超音速还是做不到的。

提到超音速，可能人们想到最多的是飞机和火箭，其实更早的时候，子弹和炮弹就已经超越了音速。再往早，甩鞭子时，鞭子的末梢会有一瞬间超音速，产生激波，所以我们才会听到清脆的一声响。

实际上，几乎所有清脆的爆炸声都对应着激波，也就是对应着超音速运动。鞭炮或炸弹爆炸时，至少有部分气体和碎片的速度是超音速的，才会产生激波。

激波的运动速度比音速要快，即爆炸声应该比一般的声音速度更快。雷声也是闪电引起的爆炸产生的激波，所以比普通声音快一点。不过当距离较远时这个差别很小，按音速计算雷声的速度误差很小。

▲ 人造物体要想超音速还是不容易的。

▲爆炸一定伴随着超音速运动。

▲人甩鞭子的速度并不怎么快，但鞭梢在最后有一个突然的转向，速度会超过音速，产生激波，于是我们会听到清脆的响声。

02 超音速飞机、汽车、人

第一次载人超音速飞行是Chuck Yeager 驾驶火箭动力的Bell X-1 型飞机在1947 年10 月14 日实现的，仪表显示飞行速度比声音快了6%，他是公认的第一个把声音抛在身后的人。之所以超音速这么难，主要是因为一旦飞行速度接近音速，空气阻力就会大大增加，而且飞机还会因为激波的时隐时现和前后移动而发生抖动，这个现象叫做“音障”。随着对超音速阻力的深入理解和喷气推进技术的发展，超音速已经不是什么难题了，“音障”问题也已经成为了历史。 

▲ 火箭动力的Bell X-1 型飞机

▲ Chuck Yeager与他驾驶的飞机合影，Glennis是他女友的名字。

▲ 这是五十周年时发行的纪念邮票。

▲ 这是我照着上面的皂片用Illustrator画的矢量图，还挺像吧。

▲ 线稿图是这样婶儿地。

1997 年10 月16 日，Andy Green 驾驶一辆装备了两台喷气发动机的名为Thrust SSC 的车在美国内华达州的沙漠上跑出了1228 km/h 的速度，比声音快了2%，这是地面车辆第一次实现超音速。

不过这个车看起来完全不像车，而更像是没有翅膀的灰机。

多说一句，在低速时喷气推进的效率很低，而在高速时喷气推进的效率还可以，所以喷气推进只适合高速运动。

▲ Thrust SSC在内华达沙漠。

▲ 这个是我画的。

重力是现成的强大外力，2012 年10 月14 日，Felix Baumgartner 从39 公里高空的氦气球上跳下，34 秒后速度达到了音速，50 秒后达到了音速的1.25 倍，首次实现了肉体超音速。

不过，跳伞运动员从飞机上跳下是无法达到超音速的，即使头部朝下，也顶多能达到100米/秒左右。高空的空气很稀薄，阻力小，所以才可以实现肉体超音速。Felix Baumgartner是在平流层的高处达到的超音速，等他下落到空气较稠密的高度后，速度就减慢成亚音速了。

▲ 肉体超音速第一人Felix Baumgartner。

03 Bell X-1美图

最后放一些X-1飞机的细节图，现在看来它的表面还是很粗糙的，这些粗糙的外表面在超音速飞行时会产生很大的阻力。更重要的是X-1的气动外形并不太适合超音速飞行，只是靠着强大的动力才超越了音速。