Sonic Boom[10]

當飛行器速度接近音速時，由於機身對空氣的壓縮無法迅速傳播，逐漸在飛機的迎風面積累而終形成激波面，在激波面上聲學能量高度集中。這些能量傳到人們耳朵里時，會讓人感受到短暫而極其強烈的爆炸聲，稱為音爆(Sonic Boom)。

詞義簡介

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飛機進行超音速飛行時發出的音波無法跑到飛機前面，只能在飛機後面，形成音錐，音錐向外傳播時互相影響，形成機頭的前激波和機尾的後激波當這兩道激波波及到無論哪個空間和物體時，均會感到這種強烈的變化，反映到人的耳朵里，使耳鼓膜受到突然的空氣壓強變化，就感覺是兩聲雷鳴般的巨響。這種響聲就稱之為“音爆”。

關於音爆的一些問題

炸彈爆炸產生的衝擊波

如果給空氣一個擾動，聲音也會象水一樣通過波的形式向外傳播，這就是聲波。我們平時聽見的聲音就是聲波傳入耳內刺激鼓膜產生的。當飛機在空中作超音速飛行時，在機頭或突出部分，也會象水中前進的快艇一樣出現一種楔形或錐形波，這就是激波。飛機所發出的疏密狀的音波無法跑到飛機前方，所就全部疊在機身後方，形成了圓錐形狀的音錐。當它們向外傳播時便互相干擾和影響，然後匯集成一道包羅機頭的音爆前激波和一道尾隨機尾的後激波。這種波雖然可以用上述的楔形水波來比擬，但有著迥然不同的性質。激波的厚度很小，經過波後空氣的壓強、密度、溫度都突然升高，速度立即下降。當這兩道激波波及到無論哪個空間和物體時，均會感到這種強烈的變化，反映到人的耳朵里，使耳鼓膜受到突然的空氣壓強變化，就感覺是兩聲雷鳴般的巨響。這種響聲就稱之為“音爆”。“音爆”只有在飛機作超音速飛行時才會出現。“音爆”的強弱以及即對地面影響的大小，與飛機飛行高度有著直接的關係。因為，激波和水波一樣，距離越遠，波的強度也越弱。當飛機作低空超音速飛行時，不但地面的人畜能聽到震耳欲聾的巨響，影響人們的生活和工作，嚴重的還可以震碎玻璃，甚至損壞不堅固的建築物，造成直接的損失。隨著飛行高度的增加，這種影響越來越弱，當超過一定的高度後，地面基本不會受到影響。有許多人聽過音爆，但是卻很少人看過它。 當飛機以超過音速的速度飛行，在飛機正好要加速穿過音障時，在飛機的周圍，有時候會有一團雲霧形成。不過，這團雲霧的成因是什麼，仍然頗有爭議。目前最風行的理論認為，在那瞬間四周空氣壓力驟降，發生了一種奇特效應，因此，空氣中的水氣就凝結成小水滴形成一團雲霧。在上面這張照片中，可以看見一架F/A-18黃蜂號戰機正好穿過音障。除了飛機之外，大型流星體和太空梭進入地球大氣時，當它們的速度降到音速以下的瞬間，也常會產生音爆。

音爆的危害

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音障是一種物理現象，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。聲波疊合累積的結果，會造成震波(Shock Wave)的產生，進而對飛行器的加速產生障礙，而這種因為音速造成提升速度的障礙稱為音障。 突破音障進入超音速後，從航空器最前端起會產生一股圓錐形的音錐，在旁觀者聽來這股震波有如爆炸一般，故稱為音爆或聲爆(Sonic Boom)。強烈的音爆不僅會對地面建築物產生損害，對於飛行器本身伸出衝擊面之外部分也會產生破壞。 除此之外，由於在物體的速度快要接近音速時，周邊的空氣受到聲波疊合而呈現非常高壓的狀態，因此一旦物體穿越音障後，周圍壓力將會陡降。在比較潮濕的天氣，有時陡降的壓力所造成的瞬間低溫可能會讓氣溫低於它的露點（dew point）溫度，使得水汽凝結變成微小的水珠，肉眼看來就像是雲霧般的狀態。但由於這個低壓帶會隨著空氣離機身的距離增加而恢復到常壓，因此整體看來形狀像是一個以物體為中心軸、向四周均勻擴散的圓錐狀雲團。音爆的能量巨大，一架低空超音速飛行的戰鬥機產生的音爆足以震碎門窗玻璃。有人測量過，一架在 16000米高空以兩倍音速飛行的協和客機產生的音爆對地面產生的壓強高達100帕，相當於給一塊一平米左右的窗玻璃上施加10公斤的力，玻璃嘩嘩直響就不難解釋了。我們把壓強換算成更直觀的聲強，100帕大約相當於133分貝，如果你恰好身處某重金屬搖滾音樂會的大音箱旁邊，就知道133分貝的聲音會對 你產生什麼樣的影響了。因此協和被禁止在陸地上進行超音速飛行，這與高昂的營運費用一起直接斷送了這種優雅的飛機的生命，2003年，所有的協和退出市場，從此天空中不再有超音速客機的身影。飛機設計有缺陷的話，突破音障會導致飛機一直抖動，直到飛機散架了。以前很多飛行員都這樣失去的性命。

音爆的觀察

有許多人聽過音爆，但是卻很少人看過它。 當飛機以超過音速的速度飛行，在飛機正好要加速穿過音障時，在飛機的周圍，有時候會有一團雲霧形成。不過，這團雲霧的成因是什麼，仍然頗有爭議。目前最風行的理論認為，在那瞬間四周空氣壓力驟降，發生了一種奇特效應，因此，空氣中的水氣就凝結成小水滴形成一團雲霧。在上面這張照片中，可以看見一架F/A-18黃蜂號戰機正好穿過音障。除了飛機之外，大型流星體和太空梭還有火箭進入地球大氣時，當它們的速度降到音速以下的瞬間，也常會產生音爆。

音爆的解決方案

洛克希德—馬丁公司提交的未來新型超音速飛機方案

曾投入實用的超音速客機已離人們遠去7年之久，卻常有念舊之人緬懷那些造型優雅的飛機穿梭天際的美好時代。據美國《連線》雜誌與英國《每日郵報》等媒體近期報導，為了探索航空飛行的未來，美國洛克希德—馬丁公司與波音公司日前都向美國宇航局（NASA）提交了未來新型超音速飛機的方案，航空公司聲稱設計中採取了許多行之有效的辦法用以克服超音速飛機的固有問題，包括音爆、續航距離及載荷等，以期尋求更多元的飛行用途。
而對於那些無法忘懷超音速客機的人們，是不是看到了一線曙光，來重拾那縈繞已久的“協和飛機之夢”。
曾經的輝煌與失落
協和飛機一度集萬千寵愛於一身。
協和飛機（亦稱協和客機）是由英國和法國聯合研製的一種超音速客機。它的最大飛行速度可達2.04馬赫，巡航高度18000米，於1976年1月21日投入商業飛行。英國和法國航空公司使用協和飛機運營跨越大西洋的航線。由於相當一段時間內未發生任何事故，協和飛機獲得了全球最安全客機的名聲。而其速度更是普通噴氣式飛機無法比擬的：當時從歐洲到紐約的航程只需要不到三個半小時，因為倫敦和紐約時差就有四個小時，所以搭乘協和飛機的旅客最喜歡說：“我還沒出發就已經到了。”
2000年7月25日，法國航空公司的協和飛機於巴黎戴高樂機場附近發生空難，113人罹難。法航停飛所有協和飛機，適航證被收回。
儘管在重新改造了機體缺陷後，技術上已過關，協和飛機重獲適航證書，但或許民眾因空難產生了巨大的心理落差，協和的聲望已大不如前。此時諸項問題漸漸浮上水面。
首先是無法解決作為超音速飛機所固有的音爆問題。在協和出現以前，只有少數軍用飛機可突破音速，因而人們並不了解音爆。但協和飛機在突破音障時也發生音爆，因此被禁止在陸地上進行超音速飛行；另外，以當時巴黎至紐約往返機票價格為例，協和飛機售價9000美元，比普通客機的頭等艙還貴25%。
音爆帶來的掣肘與高昂的營運費用合在一起，幾乎直接斷送了這種飛機的生命。協和飛機一共建造了20架，到2003年4月，尚有12架在進行商業飛行。2003年10月24日，協和飛機執行了最後一次航班後全部退役，從此天空中再也尋覓不到超音速客機的身影。
除協和飛機以外，另一種曾商用的超音速飛機是由前蘇聯設計製造的圖-144型客機，儘管使用並不廣泛，卻是歷史上第一架超音速商用客機。只可惜，3次飛行事故——其中一次還是著名的1973年巴黎航展時半空爆炸分解，給圖-144的命運渲染上了悲劇色彩。1985年，圖-144被封存入庫，數年之後重返舞台時已是作為一台研究機的身份。2008年，美國《連線》雜誌評出了歷史上十大最差的飛機，圖-144名列榜首。
能否重歸商用之旅
美國洛克希德—馬丁公司推出了新一代“超音速綠色飛機”的設計方案，該方案的關鍵創新之處在於採用了倒V字形引擎，並在引擎陣列上安置拋物線狀尾翼，以上設計可大幅減少潛在的破壞性音爆。
音爆是協和飛機在美國等陸地上空被禁飛的原因。其反映到人的耳朵里，會感覺到兩聲巨雷或重磅炸彈般的巨響。這是因為當飛機在空中作超音速飛行時，機頭的突出部分會像水中前進的快艇一樣撞開空氣，而在飛機尾部閉合的空氣則形成兩道激波。激波周圍空氣的壓強、密度、溫度會突然升高，空氣流動速度立即下降。
激波波及到任何空間和物體時，均會讓其感到這種強烈的變化，對人耳來說就是耳鼓膜遭空氣壓強驟變，對地面建築物來說，極端條件下音爆達到60秒後產生的衝擊足以擊碎玻璃。據說，有人曾做過預測：一架在16000米高空以兩倍音速飛行的協和飛機產生的音爆，對地面產生的壓強高達100帕斯卡。這相當於給地面上一塊1平米見方的玻璃上施加10公斤的力，這不免讓人擔心。只不過，音爆還跟飛機的外形、尺寸、行進速度、高度及大氣等諸多因素相關，難以精確測量。
NASA現正在對新一代的設計方案進行評估，據洛克希德—馬丁公司公布的圖片來看，這款綠色的飛機線條圓滑、身形纖細，尤其是下垂的機頭——為了避免飛行員在起降時由於高仰角導致視線被機頭擋住的設計，讓人頓時想起協和飛機。NASA表示，該“超音速綠色飛機”的倒V字形引擎裝置相當於賽車上的阻流板，可改善氣流、減少音爆，同時還具有環保、增加續航距離及有效載荷等優點。
而據波音公司發布的概念圖，它設計的新一代超音速飛機也使用了V字形的雙尾部，與洛克希德—馬丁的飛機一樣，引擎安置在機翼上部。而當年協和飛機與幾乎所有的普通商業飛機一樣，引擎位於機翼下方。
將模擬實驗結果與協和式超音速飛機相比：普通的協和式超音速飛機無法解決在突破音障時發生音爆的問題，且要達到如此高速度，必須以大量的燃油為前提，同時還會噴出一氧化二氮。但新一代超音速飛機不僅抑制了潛在的破壞性音爆問題，且能夠在飛得更遠的同時，讓燃油利用效率提高。
技術過硬方能突破“心障”
新型超音速飛機概念設計雖日臻完善，但它們離“上天”還需些時日，預計可在2030年至2035年間投入運用。NASA計畫於2035年空間旅行計畫中讓它派上用場，這或許是人們再次看到超音速客機的日子吧。
超音速客機遠離藍天，當然不僅僅是音爆、環保等問題。2000年發生的空難，失事過程被民用攝像器材拍了下來，此前很少出現的客機失事最後時刻的圖片瞬時覆蓋全球，給大眾心理造成一定震撼，或許只有絕對過硬的技術，才能彌補不安，讓人們對超音速客機的重返再建信心。