贝尔X-1体积小巧、通体橙色,外形更像一颗子弹,而不是常规飞机。1947年10月14日,一架B-29将它挂载于机身下方,带到加利福尼亚州沙漠上空,随后释放,X-1启动了火箭发动机。操纵飞机的是美国空军试飞员查克·耶格尔。飞机在平飞中超过音速,使这一天成为航空史上最著名的日期之一。人们熟悉的版本把这次飞行讲述成勇敢飞行员与无形“音障”的较量。档案呈现的故事更值得深思:这是一项研究计划的成果,目的是弄清高速飞机周围的空气如何运动。
“音障”一词指向真实的工程难题,尽管它容易让人联想到天空中的一堵墙。飞机接近音速时,激波和气流变化可能使操纵面剧烈振动,威胁飞机稳定。飞行员曾报告在俯冲中遭遇强烈震动和失控。工程师需要跨音速范围的可靠数据,也就是接近1马赫、气流迅速变化的速度区间。风洞能够提供帮助,但整架飞机的飞行测试可以解答模型无法解决的问题。
为解答问题而设计的飞机
X-1计划由美国陆军航空军、贝尔飞机公司和美国国家航空咨询委员会共同开展。后者简称NACA,是美国国家航空航天局NASA的前身研究机构。空军提供经费,贝尔制造飞机,NACA安装仪器并规划试验。X-1的外形参考了高速下保持稳定的.50英寸口径子弹,即12.7毫米子弹。它的火箭发动机使用液氧和酒精,能在短时间内产生很大推力。B-29轰炸机将飞机带到高空,随后释放,X-1再启动发动机。
这种设计带来了实际限制。飞机能够加速到螺旋桨飞机难以达到的速度,但燃料有限,动力飞行时间只有几分钟。橙色机身也不是装饰,而是让人更容易看见这架实验飞机。试飞员和工程师必须仔细安排每一个步骤,因为X-1无法不断盘旋,等待问题自行消失。目标是完成受控测量,而不是举办一场竞速。
耶格尔凭借试飞能力,从一批经验丰富的飞行员中被选中。他驾驶的飞机名叫Glamorous Glennis,以妻子的名字命名。NASA的历史记录显示,他在约43,000英尺、也就是13,100米高空达到约1.06马赫。速度常被取整为每小时700英里,约合1,127公里,但马赫数取决于当地空气条件,尤其与温度和高度有关。因此,1马赫并非在任何地点都对应同一个公里时速。关键在于,X-1在平飞中超过了当地音速。
一次团队共同完成的飞行
飞机能够越过这一界限,背后有一整支团队。NACA研究人员此前已通过风洞研究空气可压缩性与高速飞行。空军提供试验场地和运行支持,贝尔工程师则制造了能够进入跨音速范围的飞行器。耶格尔的操纵能力很重要,记录飞机反应的仪器和解读数据的工程师同样重要。这次任务把飞行员的判断与实验室工作结合起来。
这种合作常被大众记忆简化。耶格尔成为这项成就的代表,因为必须有人坐进驾驶舱,他的名字也在飞行后广为传播。但X-1项目还展示了战后美国航空航天研究的一种组织模式:军方提出实际需求,工业企业制造实验飞行器,政府研究机构收集科学数据。这种分工后来影响了其他实验飞机及NASA的项目。
“音障”并没有在当天消失,而是成为可以研究、解决的工程问题。设计师学会通过机翼形状、操纵面和结构调整来处理激波。军用飞机能够实现超音速飞行,随后协和式飞机等商用飞机也做到了。突破1马赫,并不意味着任何飞机都能安全或经济地做到这一点。它开启的是一系列新的研究与设计问题。
纪念这次飞行,应当记住什么
耶格尔1947年的飞行有时被讲述成一场纯粹考验胆量的冒险,伴随着受伤、保密和震撼音爆的故事。一些细节来自后来的回忆,需要说明出处。最有把握的历史核心虽然不那么像电影,却更有启发:这是一场事先规划的试飞,使用装有研究仪器的火箭动力飞机,由飞行员执行、多家机构支持。NASA、美国空军和史密森学会都记录了日期、飞机及该计划的合作结构。
1947年10月之前,在其他条件下也曾出现超音速运动:子弹和炮弹可以比声音更快,飞行员也曾在陡峭俯冲中达到超音速,只是测量方式和条件不同。X-1的里程碑意义在于,它完成了首次获得广泛认可、超过1马赫的有人驾驶平飞。加上这一限定,表述才更准确,也更能说明这次试验对飞机设计的重要性。
近八十年后,超音速飞行再次成为工程挑战,影响它的不仅是速度,还有噪声、燃料消耗和法规。X-1的故事并不承诺飞得更快就一定更好。它展示的是:当研究人员能够测量实际过程、为任务设计专门的试验工具,并承认受到赞誉的成果依赖团队工作时,技术障碍就可以被重新认识。
这架鲜橙色飞机跨越了一个界限,但它并非独自完成。耶格尔的飞行成为公众熟知的里程碑,是因为飞机、研究计划和飞行员共同实现了目标。值得铭记的不只是由谁驾驶,还包括这个国家如何弄清飞机快于声音时会发生什么,以及这些知识如何改变后来的飞机。
资料来源:NASA:1947年10月14日、史密森国家航空航天博物馆:查克·耶格尔、NASA:X-1研究历史、美国空军历史部门、NASA:研究与音障



