​冲破音速？揭秘螺旋桨飞机的“不可能”征程

冲破音速？揭秘螺旋桨飞机的“不可能”征程

螺旋桨飞机能否突破音速的限制，翱翔于超音速的领域吗？答案看似矛盾——能，却也不能。这究竟是为何呢？当螺旋桨飞机向着音速的边界发起冲击时，一系列棘手的难题便接踵而至。

（一）压缩性流动问题

随着飞机的飞行速度逐步趋近音速，空气的流动特性发生了戏剧性的转变，产生了强烈的压缩性效应。此时，气流在螺旋桨叶片前缘急剧聚集，形成复杂且紊乱的激波区域。

这就好比平静的水流突然遭遇巨石阻拦，水流在巨石前端激起汹涌水花一般，气流在叶片前缘的激波区域内，压力骤增，形成了高压区域。

如此一来，螺旋桨在旋转时，不仅要克服自身原本的空气阻力，还要额外与这新增的高压区域“抗衡”，气动阻力呈几何倍数增长，严重削弱了螺旋桨的推进效能，使其性能大打折扣。

（二）气动失速

当螺旋桨奋力旋转，叶片接近音速时，其表面的气流状态变得极为复杂。由于叶片不同部位与气流的相对速度存在差异，某些部分已然触及音速甚至超越，而其他部分却还在亚音速区间徘徊。

这种不均匀的气动状态恰似一场混乱的“气流舞会”，使得部分叶片陷入了困境——气流无法顺畅地沿着叶片表面流动，如同道路突然堵塞，车辆无法前行，这便是气动失速。一旦发生气动失速，螺旋桨产生推力的效率便会急剧下降，飞机前进的动力源泉遭受重创。

（三）音爆和振动

音爆

当螺旋桨叶片的旋转速度向音速逼近时，一场“听觉风暴”悄然酝酿。音爆，这个常常与超音速飞行紧密相连的神秘现象，此时在螺旋桨叶片前缘频繁上演。由于叶片前缘与超音速气流短兵相接，强大的冲击力催生出一道道冲击波，向四周扩散，这便是音爆的来源。

与此同时，高速旋转的螺旋桨叶片在不均匀气流的裹挟下，如同在狂风巨浪中的孤舟，剧烈颤抖。这些振动不仅会干扰飞机内部精密仪器的正常运行，影响飞行的精准操控，还会向外辐射出震耳欲聋的噪音。

想象一下，一架飞机在空中飞行，却伴随着持续不断的、能让大地颤抖的轰鸣声，那是何等的震撼与不安。正是由于这重重阻碍，螺旋桨飞机在接近音速时，犹如深陷泥沼的骏马，难以挣脱速度的桎梏，进一步加速实现真正意义上的超音速飞行。

然而，人类探索的脚步从未停歇，总有人怀揣着挑战极限的勇气，偏要在这看似不可能的领域闯出一条路来。

回溯至上世纪50年代，美国就曾在这一领域进行了大胆尝试，先后打造出两架堪称当时飞得最快的螺旋桨飞机，试图验证一个设想：在涡轮发动机的助力之下，螺旋桨飞机能否突破困境，重焕生机。

率先登场的是XF-88B，这架飞机在航空史上留下了独特的印记，它创造了一个奇迹——成为第一架，也是唯一一架飞过音速的螺旋桨飞机，这便是开篇所言螺旋桨飞机“能”超音速的有力证据。不过，它的超音速飞行却有些“水分”。

XF-88B

在其飞行测试的关键阶段，XF-88B采取了一种颇为独特的推进方式：它一方面依靠螺旋桨的旋转产生推力，另一方面，还借助了两台带有加力燃烧室的涡轮喷气发动机。可以说，它是在双重动力的加持下，才得以跨越音速的门槛。

虽说如此，它的这次尝试依然意义非凡，因为其首要实验目标已然达成——初步探究了将螺旋桨与喷气式推进两种方式有机整合后所带来的潜在优势。彼时，早期的喷气式战斗机虽已崭露头角，但自身短板也十分明显。它们在起飞阶段表现乏力，需要借助长长的跑道来完成加速，积攒足够的升力。

这对于空间有限的航母而言，无疑是个致命缺陷。反观螺旋桨飞机，凭借其出色的低速性能和较短的起飞滑跑距离，能够轻松在航母上起降。倘若能将二者的优势合二为一，无疑将开启航空作战的新篇章。XF-88B的飞行实践，恰好验证了这种组合模式的可行性，尽管在追求螺旋桨飞机纯粹超音速飞行的道路上遭遇了诸多挑战。

有了XF-88B的初步探索，工程师们站在了一个关键的十字路口，面临着两条截然不同的发展路径。其一，是审时度势，选择见好就收。随着喷气式战斗机技术的飞速发展，涡扇发动机愈发成熟，超音速飞行能力已然成为喷气式飞机的“专利”。

然而，总有一些人执着于梦想，选择了另一条艰难险阻的道路。他们坚信，之前螺旋桨飞机无法实现超音速，纯粹是技术尚未攻克。只要找到问题的症结所在，并逐一化解，螺旋桨飞机定能冲破音速的枷锁。于是，在1950年代末，带着这份倔强与期望，XF-84H应运而生。

XF-84H

为了实现超音速的梦想，它装备了当时直径最为庞大的一副三叶螺旋桨，可以通过改变桨距来调整拉力。其动力核心更是一台强大无比的发动机，将两台涡轮机巧妙融合，开启加力燃烧室后，功率峰值可超过7000匹马力，这股强劲的动力仿佛在向世人宣告它征服音速的决心。

不仅如此，XF-84H在外观设计上也煞费苦心。它将水平尾翼高高扬起，试图减少飞行中的阻力；在驾驶舱后方增设额外的叶片，优化气流走向。从外表看，它已然具备了超音速飞机的雏形，仿佛随时准备冲破音障。但现实却给了梦想沉重一击，在实际飞行测试中，它的最快速度仅仅达到了0.83马赫，与最初设定的超音速目标相差甚远。

尽管速度不尽人意，但它却在另一个领域“声名远扬”——制造噪音。由于其不锈钢方尖螺旋桨叶尖在高速旋转时，速度轻易超越音速，由此引发的音爆与振动相互叠加，产生了惊人的噪音。据说，当它在地面滑跑时，那刺耳的声响能够传播到40公里之外。

对于不幸负责其地勤工作的人员而言，更是一场噩梦。轻者头晕目眩、恶心呕吐，稍有不慎靠近一些，甚至可能诱发癫痫。如此严重的副作用，让XF - 84H很快就被打入“冷宫”，螺旋桨飞机追求超音速的梦想，也随之暂时尘封，成为航空史上一段令人唏嘘的过往。

文本来源 @科学火箭叔 的视频内容