1903年12月17日，奥威尔·莱特驾驶着“飞行者一号”,在人类历史上第一次达到了10.9千光/时的飞行速度。从那以后，人类一路走来，在飞行速度方面取得了很大的进展，但也碰到了障碍。第二次世界大战后期，战斗机的速度已经达到600千光/小时，俯冲时可以超过1000干光/小时。一些战斗机飞行员试图获得更大速度，却在高速飞行中撞上一堵“无形的墙”,飞机操纵上也随之产生了奇特的反应，稍有不当，便机毁人亡。这一问题在当时令很多飞行员都感到很围惑。

这堵“无形的墙”,就是后来人们所说的“音障”道曾难以逾越的屏障。

音障

在空气中，声音是靠空气的周期性压缩和舒张来传递的。飞机飞行时，飞机的声波靠机翼周围的空气分子运动来传递，当飞机接近音速飞行时，将会逐渐追上自己发出的声波。也就是说，飞机对空气的压缩无法及时传播，这将逐渐在飞机的迎风面及其附近区域积累，最终形成一个激波面。激波面会增加空气对飞行器的阻力，这就是音障。

美国空军历史学家理查德·P.哈利恩 (Richard P.Hallion)说，突破音障的关键不在于发动机，因为当时已经研制出了非常强大的喷气式飞机发动机和火箭发动机。关键在于空气动力学分析，也就是指当飞机越来越逼近音速，并最终超过音速的时候，会发生什么情况：飞机周围尤其是机头和机翼正面的气流，会形成剧烈的扰动波；快速的气流在飞机后部形成叫作“空气涡流的螺旋形隧道；此时，机翼开始振动，整个机身也开始颤抖；由于高强空气扰动，帮助飞机提升和转向的操纵面此时失去作用。

哈利恩说：“遗憾的是，在接近音速飞行的飞机周围，气流状况十分复杂，而以当时的风洞技术，人们无法进行精确可靠的测量。这是因为风洞里的模型要暴露在能产生激波的空气流中。激波不稳定，这会使测量结果产生误差。”

突破音障第一人

贝尔飞机公司、美国空军和美国国家航空咨询委员会 (NACA)是最早想要突破音障的机构。他们选用查克·叶格(Chuck Yeager)作试飞员，因为他机械技能娴熟，并且在驾驶舱内能保持冷静。另外，叶格没有像“滑头”古德林(另一个被选中的试飞员)那样索要150000美元的奖金。在加利福尼亚州沙漠里的慕洛空军基地，他们试飞了采用火箭发动机的贝尔X-1。试飞的前两天晚上，叶格在骑马时发生意外，断了两根肋骨，但是他仍然进行了试飞，并达到既定目标。不过，他得靠一个朋友的帮助才能关上驾驶舱的门。

贝尔X-1的安定面可以保持机身稳定，划破空气的机翼相对较薄。它的设计堪称完美。突破音障给了美国政府和人民信心，让他们知道了自己的飞机比苏联制造的米格-15 (Mig-15)战斗机速度更快、性能更好。

约翰·斯塔克是美国国家航空和航天局兰利研究中心的一位研究科学家。正是他的构思和设计促成贝尔X-1突破音障。他也因此在1947年被授予罗伯特·科利尔奖。

跨越音障

机翼的形状是最大的难题。机翼前部(也叫“翼前缘”)的设计必须使空气非常顺畅地从上面流过，并且不产生头波(前激波)。这意味着机翼的上下两面和前缘后缘都必须要有恰到好处的曲度，而且机翼要非常薄，机身也要细长。

这些测试都在风洞里进行，固定在风洞里的机翼迎向带有白烟的高速气流，以研究在机翼上形成的气流模式。我们永远无法彻底消除音障，但是我们能设计出将音障减弱到最低限度的飞机。

还有一个难题就是建造一架足够坚固的飞机，坚固到能承受高速度带来的压力和转向时的巨大负载力。人们开始采用重量轻的铝合金、高强度的碳纤维和钛金属来加固机身和机翼，以使飞机在超音速飞行中不至于解体。

随后，发动机尾喷口设计成旋转式，帮助飞机转向，从而减轻方向舵和襟翼的压力。

后来，我们有了能达到2.2马赫、甚至更高速度的飞机，此时，高温又成了一个难题。例如，当协和客机以2.2马赫在非常冷的极高上空飞行时，机头部分温度会升高至153℃。据说，协和客机在温度变得非常高时，能变长12~30厘米；但是，当温度降下来时，客机的部件又缩小了。因此，他们不得不采用特殊的铝合金，并允许飞机接合处可伸缩，以避免飞机解体。今天，我们用电脑模拟建造飞机，看它们对不同的速度、激波和温度有怎样的反应。