这，是迪迦奥特曼的力量形态，根据官方的档案，飞行速度是 3 马赫。

 而这，是人类历史上最快的战斗机之一，苏联的米格-25，他的 极限速度可以达到 3.2 马赫。

从数字上来看，好像飞的已经比奥特曼还快了。那么，奥特曼真的已经飞不过战斗机了吗？今天我们来聊一聊马赫到底有多快。

马赫到底有多快

不知道大家有没有注意到，不论是奥特曼，还是我们更常见的飞机、导弹，每当我们聊到一个在天上飞的东西时候，往往都在用马赫描述它的速度。

那么，1 马赫究竟有多快呢？

事实上，这并不是一个具体的数字，而是当前速度和音速的比值。

如果正好以音速飞行，就是 1 马赫；如果速度是音速的两倍，就是 2 马赫。

 但音速不是定值。

我们最熟悉的 340 m/s，是声音在 15℃、一个标准大气压下，在空气中的传播速度。 可一旦环境发生变化，音速就会跟着变化。

比如在海平面附近，音速是 340m/s，但在空气更稀薄的平流层，音速可能只有 300m/s 左右。

也就是说，一架 170m/s 的飞机，在海平面速度是 0.5 马赫，但如果以同样的速度飞上平流层，就变成 0.56 马赫了。

所以离开高度和温度谈马赫，就像离开剂量谈毒性一样，都是耍流氓。

  为什么要用马赫

但讲到这里，相信不少差友都会有一个疑问：既然马赫是一个会变的值，我们为什么还要用它来描述飞行速度？直接用米每秒、公里每小时这样的固定单位，不是更直观吗？

 要搞清楚这个问题，我们首先要知道飞机是怎么飞起来的。

 飞机是怎么飞起来的 

让飞机悬浮在空中的，并不是发动机，而是机翼在空气中产生的升力。在理想情况下，我们可以把空气当成是一组连续、均匀的平行气流。

飞机向前飞的时候，机翼就会像一把铲子一样，“ 撞进 ” 空气里，把平行的气流切成两股，一部分从机翼上方过去，另一部分从机翼下方过去。

此时，机翼上方的空气会绕过 前缘弧形的轮廓进行一个角度很大的 “ 急转弯 ”。

而要让空气一直拐着弯走，就必须有一股向内的作用力来拉住它。

 这个力并不是凭空产生的，而是来自周围空气对它的挤压。从这里通过的空气，会跟我们开车高速过弯的时候一样，受到一个垂直于弯道、方向向外的离心力。

在它的作用下，机翼上方的空气被 “ 抽走 ” 了一部分压力，形成了一个稳定的低压区域。

相比之下，机翼下方的气流更平缓，运动状态改变得没那么剧烈，压强也就不会明显降低。

在机翼两侧的压强差下，空气对机翼形成了一个向上的合力，也就是我们所说的升力。

基于这个理论，我们似乎可以得到一个非常直观的结论：只要机翼和空气的角度在一个范围内，飞得越快、机翼抬起的角度越大，上下表面的压强差就越大，升力也就越大。

但随着飞机的极限速度变得越来越快，不少飞行员发现，当飞机接近极速时，会发生剧烈的抖动，甚至失控。

1941 年 11 月 5 号，一位名叫拉尔夫·韦尔登的试飞员，正在驾驶 P-38 “ 闪电 ” 战斗机，进行高速俯冲的极限测试。

但当他准备结束俯冲状态，拉起机头、恢复平飞时，却发现无论怎么用力，飞机都像是被什么东西按住了一样，怎么都拉不回来。

 最终，飞机失控坠毁，拉尔夫也在事故中不幸遇难。

随后，负责调查的工程师约翰·史塔克利用纹影法在风洞中拍下了这起 “ 高空鬼压床 ” 事故中机翼周围的气流状态后发现，这股突然增大的压力不是机械故障，而是来自于看不见、摸不着的声音。

 声音如何影响飞机 

 声音本质上是一种由振动引起的扰动。

而当某个物体在空气中振动时，它会不断挤压周围的空气，并把这种压缩一层层地向外传递开去，形成声波。

在理想情况下，如果声源是静止的，那么这种扰动会以声源为中心，向四周均匀扩散。

看上去就像是一圈一圈向外扩展的同心圆。

但在很长一段时间里，航空工程师在分析飞机气动问题时，其实把空气看成了一种不可压缩的连续介质。

 在这个假设下，无论声源怎么移动，声波都会保持同心圆的形态。

但这个近似，并不是在任何速度下都成立。

一旦声源速度大于 0.3 倍音速，由声音带来的空气压缩与膨胀就无法被 “ 忽略 ” 了。

这时候，飞机发出的声波，不再是均匀扩散的同心圆，而是这样 “ 前窄后宽 ” 的偏心圆。在声源前进的方向上，波与波之间的距离被压缩，声源后方波与波之间的间距则被拉长。

而随着飞行速度越来越快，圆心移动的幅度越来越大，前方的空气不断被压缩，直到速度正好等于音速时，圆心移动的速度和声波扩散的速度相同。

这时候，每一个新产生的波，都能够正好 “ 追上 ” 前一个波。结果就是，原本互相嵌套，从不相交的声波，在飞机前进的方向上相切，形成了一道巨大的 “ 空气墙 ”，也就是我们  经常听说的音障。

  马赫给航空带来了什么 人类如何突破音速 

而在拉尔夫那次事故里，虽然飞机还没到音速，但就像我们前面说的一样，空气一旦撞上机翼，为了绕过前缘的弧形轮廓，就必须完成一次伴随着加速的 “ 急转弯 ”。

这让机翼前缘和上表面的空气部分达到了音速，从而撞上了 “ 空气墙 ”，阻力大大增加。

 与此同时，在当气流穿过 “ 音速区 ” 的边界时，剧烈的压强变化还会让原本和机翼紧密贴合的气流从表面分离，让升力急剧下滑。

更糟糕的是，这些被强烈压缩、又突然失稳的高速气流，并没有立刻消散，而是被甩向了尾翼。

原本尾翼的作用是用来平衡飞机的，就像跷跷板的另一端，用一个向下的力稳定飞机的俯仰姿态。

但现在，这股乱流的加入，让尾翼上方的空气流速迅速增加，从而产生了一个向上的升力。

结果就是，前面的机翼升力下降，抬不起头，后面的尾翼却在狂翘屁股。把拉尔夫的飞机直接锁定在了俯冲姿态。

 最终酿成了事故。

在这一系列事故的教训中，航空工程师们意识到了一件事： 影响飞行状态的，除了飞得有多快，还有飞得有多接近音速。

于是将马赫数引入了航空领域。

马赫描述的，其实是此时此刻，飞机正在面对什么样的空气。这给此后的飞机设计，带来了一个非常关键的概念 —— 马赫极限。

也就是飞机受到音障影响，会出现飞行状态剧变的极限。

到达马赫极限后，飞行速度继续提高时，飞机表面的大面积气流将不可避免地进入跨音速甚至超音速状态。

 在现代飞机的仪表上，除了速度标，也会有显示当前的马赫表来提示飞行员当下的飞行状态。

比如，当马赫表显示 0.8 时，飞行员立刻就能意识到，继续加速就会撞上音障，让飞行员可以提前做好准备，而不是等到速度 “ 超标 ” 才反应过来。

这就是为什么，在航空领域，人们会用随环境变化的 “ 马赫数 ” 来描述速度，而不是公里每小时这种固定单位。

与此同时，音障原理的发现和马赫数概念的引入，也给后来超音速飞机的设计带来了不可忽视的影响。

在找到事故原因后，史塔克立刻着手对 P-38 的结构进行了改进，在机翼下方加上了一块用来引导空气的襟翼。

只要在高速俯冲的时候展开它，就能改变空气走向，并增加机翼的升力，就能解决拉尔夫空难中遇到的“沉头翘屁股”问题。

 这些问题，也为真正的超音速飞机设计提供了灵感。

1947 年，美国空军上尉查克·耶格尔驾驶由贝尔公司和美国军方主持研发的 X-1 实验机，在 12,800 米的高空以 1.06 马赫速度突破音障，完成人类首次有记录的超音速飞行。

在这架飞机上，工程师们充分吸收了之前的经验，将飞机的外形设计成了和当时少数被证明能够在超音速下稳定飞行的物体 .50 口径子弹几乎一致的形状，并且把机翼做尽可能的做薄，并抬高尾翼延缓出现激波的时间和对机身的影响。

不过，由于机翼太薄，x-1 在低速下很难获得足够的升力，甚至没法自己起飞，得由另一架飞机带到高空之后放出去。比起超音速飞机，更像是一个有人操作的导弹。

直到之后的 x5，又吸收了德国同行的设计，将原来平翼改成了能向后折叠，并能改变角度的可变后掠翼。

这个改动，让原本几乎完全正面撞上机翼前缘的空气产生了分流，大大减少了机翼能感受到的有效迎风速度。

减缓了机翼上表面的气流加速到音速的时间，让激波出现更晚，并且能在多种速度下都保持良好的性能。

  总的来说

靠着这种设计，人们成功实现了稳定的超音速飞行。正是由于马赫数的引入，人类速度的极限才没有被音障锁死，而是一步步超越了我们曾经认为的极限。

 所以回到最开始的问题，虽然奥特曼和战斗机的速度都在三马赫左右，但马赫其实数描述的，并不是速度本身，而是人类与空气之间的博弈进度。

当然，虽然红色迪迦是三个形态里飞的最慢的，但从飞出大气层干怪兽的表现来看，还真不一定飞的比战斗机慢。

至于奥特曼在 3 马赫时，面对的是哪一层大气、哪一种空气状态，那可能就得等光之国公布完整的空气动力学白皮书了。