當我們在行進的過程中遇到阻礙時，通常會認為有某種物理的東西阻擋了我們前進。
比如說我們發動汽車後感覺前進困難，下車後會發現擋在輪子前邊的碎磚沒有踢走，是磚塊阻擋了車輪滾動；倒車的時候如果不小心㨃上馬路牙子，也會感到明顯的障礙。
車輪遇到障礙
什麼是音障？
帶著生活中的感受，再碰到類似的問題，自然就會聯想，音障會不會就是聲波的某種障礙呢？
其實這是錯的，聲波並不存在什麼障礙。
聲波是聲音在空氣中傳播過程中引起空氣的振動現象。
空氣是由許許多多氣體分子組成的彈性物質，聲音是一種振動能量。當一個物體發生振動，或者壓縮了周圍空氣時，它會造成相鄰的一部分空氣分子也發生壓縮，這種壓縮以縱向波的形成向四周傳遞開來，於是空氣分子也發生了振動。下面這個平面波動畫可以很好地說明聲音在空氣中是如何傳遞的。
水平壓縮波的傳遞
既然聲音是空氣的振動，它本身就不會產生阻礙，為什麼會有音障這種說法呢？
其實音障的提法是在第二次世界大戰期間流傳開來的，因為當時的飛機很難接近340米/秒這個速度。每當膽大的飛行員試圖以高速俯衝的方式來挑戰音速時，飛機總會出現失控的狀況，嚴重時甚至造成空中解體、機毀人亡的慘劇。1944年，英國飛行員駕駛噴火式戰鬥機成功達到0.92馬赫後迫降，飛機發動機損壞，這是二戰期間飛機能達到的最高速度。
噴火式戰鬥機
由於無法突破音速這個閥值，於是大家紛紛將其設為人類飛行器的速度極限，這個極限又被稱為“音障”或“聲障”。
飛行員在駕駛飛機時發現，速度越快飛機受到的阻力越大，每當他們試圖接近聲速，飛機的前方似乎就樹立起一堵無形的牆，這究竟是什麼原因呢？
其實這種阻礙並非來自聲波，而是來自空氣阻力。
空氣阻力方程
空氣是流體，飛機因其機翼的特殊形狀在空氣中快速運動時產生升力，這符合牛頓第二定律。
與此同時，由於空氣的流體性質，飛機在向前運動的過程中也會因與空氣的摩擦和湍流，產生前進方向的阻力。
不同形狀物體受到的阻力
從上面這組圖形我們可以看出，物體在空氣中受到的阻力主要可以區分為湍流引力的拖曳力，以及物體表面與空氣摩擦的摩擦力，這兩種力在總阻力中的重要性與物體的形狀以及它相對於氣流的狀態有關。
對於簡單物體在空氣中受到的阻力，可以簡化為以下的方程：
流體阻力方程
其中F表示空氣阻力（拖拽力）；ρ表示空氣的密度；v表示物體運動速度；A是物體在運動方向上的投影面積；C是阻力系數，這是一個無量綱數，它取決於物體的形狀、光滑度等等方面。
從上面這個方程我們可以看出，物體在空氣中受到的阻力與許多因素相關，其中與速度的平方成正相關。它運動的速度越快，受到的阻力會成倍放大。
飛行中的力
飛機依靠發動機向後方推動氣流，從向產生一個向前的反作用力，推動飛機前進。與此同時，飛機的機翼因其獨特的形狀和角度使飛機產生向上的升力。當飛機處於勻速平飛狀態時，其升力與重力相平衡、推力與受到的空氣阻力相等。發動機通過不斷地做功使飛機克服阻力前進。
音速與音爆的關係
許多人都知道，當飛機以超音速飛行時會產生強大的音爆。極少有人能聽到戰鬥機產生的音爆，這是因為音爆是一種衝擊波，它具有一定的破壞性，比如震碎窗戶玻璃和損害人的聽力。因此戰鬥機飛行員通常被嚴格要求不在低空或人口稠密的地區做跨音速飛行。
但你可能聽過別人揮舞長鞭發出響亮的“啪啪”聲。
揮舞皮鞭會產生音爆
當揮鞭者用力甩動長鞭時，鞭子的末梢會因為瞬間突破音速而產生一個小的衝擊波。請注意，響聲並不是皮鞭自身碰撞發出的，它是超音速而產生的音爆現象。
如果你向水中扔一塊小石子，會看到漣漪擴散開來；仔細觀察鴨子划水，也能看到水波從鴨子前方產生，並向其後方逐漸擴散。
鴨子划水產生的水波
假如我們在水中的運動速度足夠快，比方說駕駛一艘快艇高速航行，你就不會再在船的前方看到水波，它們會瞬間被快艇甩到後方，掀起巨大的浪花。
快艇高速航行
聲波也是一樣。
我們在前文中說了，聲波是物體壓縮空氣產生的振動波，它的速度是音速。而當物體一邊在擠壓空氣，同時運動速度又快於音速時，它就能把振動波甩到身後。就像你看到高速航行的快艇一樣。
超音速運動產生的激波
上面這個動圖中，紅點代表產生聲波的物體，紫色圓圈表示不斷擴散的聲波。如果紅點的運動速度足夠快，它就能把自己的聲音甩到身後。而這些不斷產生的聲波的邊緣會相互疊加，產生一個很強的疊加激波，空氣會被劇烈壓縮然後釋放，這就是音爆。
由於音爆發生在超音速飛行器的後方，飛行員是聽不到音爆的，你只有在飛機的側後方，當音爆錐面掃過時才能聽到響亮的轟鳴。
音爆的發生與地面觀察者的關係
講到這裡你應該可以明白：聲音是飛機擠壓空氣所產生的壓縮波；如果飛機沒有超過音速，它發出的聲音始終在飛機的前方；當飛機跨音速飛行時，聲波有可能作用於飛機自身，使其產生某種振動甚至是共振；而當飛行速度大於音速時，聲波便被甩到了身後。
聲波是振動不是阻力。
早期的飛機之所以無法超越音速，一方面是飛機引擎的推力不夠大；飛機的氣動外形不足以減少空氣阻力；並且機體結構的強度還不足以應付跨音速飛行時帶來的強烈振動。所謂“音障”從科學的角度來看並不是一種正確的提法。
隨著技術的進步，飛行器特別是戰鬥機都向著超音速的方向發展，到了今天你已經很難再找到不能做超音速飛行的飛機了。
殲-20
突破音障不是現代戰機所面臨的問題
早在殲-6的年代，戰鬥機就已經可以自如地進行跨音速飛行。這種跨音速通常是在高空中進行，那裡空氣稀薄、阻力小，並且音速也更低。殲-8戰鬥機可以以兩倍音速飛行，殲-20更是可以以2.5馬赫的速度做超音速巡航。當然了，由於發動機和燃油經濟性等問題，沒有多少飛機（包括F22在內）可以長時間地超音速巡航。有傳言稱殲-20的超音速巡航時間是35分鐘，F22能撐夠17分鐘，我沒有看到過官方的資料，這有待證實。
F22
總結：
“音障”只是上世紀四十年代航空工業的一次障礙，不是飛行器在飛行過程中所遇到的物理學障礙。
飛機受到的空氣阻力與其速度的平方成正比，飛機的速度越快，它遇到的空氣阻力會急劇增大。為了克服空氣阻力，飛機不僅需要更強大的發動機，還需要改變它的氣動外形，強化機體結構。
那些說殲-20破音障很難的人，他們的理由是從來沒有見過殲-20發出過音爆的衝擊波，也沒見到殲-20秀出“音爆雲”的照片。
其實包括殲-20和F22飛機在內的最新一代作戰飛機，它們所面臨的問題早就不再是如何跨越“音障”，而是如何在最節省燃油的情況下更長時間地保持超音速飛行，以在未來的對決中佔據主動。
殲-20彈倉全開
對殲-20，我有信心。你呢？
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