飞机为什么不能设计得比导弹还快？
飞机和导弹在设计目标、工作原理以及所面临的限制上，有着本质的区别，这使得飞机很难，甚至说几乎不可能达到导弹的飞行速度。要理解这一点，我们需要深入探讨它们各自的“基因”和“约束”。
首先，咱们得把飞机和导弹看作是两种完全不同的“物种”。
飞机的基因：载人、可控、可持续
飞机的核心使命是什么？是安全、稳定地将人员和货物运送到目的地。这意味着飞机必须具备以下几个特质：
载人： 这是最根本的区别。飞机内部有驾驶舱、客舱，需要为飞行员和乘客提供生命支持系统，包括空气、温度控制、抗压环境等等。这些系统本身就需要占用大量空间和重量，并且对飞行过程中的加速度、过载有严格的限制，以保障乘员的生命安全。想想你坐飞机时，如果速度突然飙升，那种 G 值可不是闹着玩的，普通人根本承受不了。
可控性： 飞机需要精确的控制系统，包括操纵面（副翼、升降舵、方向舵）、襟翼、扰流板等，来改变飞机的姿态和飞行轨迹。这些控制机构需要与飞行员的输入或者自动驾驶系统进行实时的、精密的交互。在极高的速度下，空气动力学效应会变得异常复杂和不稳定，现有的控制方式可能根本无法应对，飞机会变得像脱缰的野马。
可持续性： 飞机是为了完成一次完整的飞行任务，可能需要飞越数千公里，耗时数小时。这意味着它需要一个能够长时间提供动力的发动机，并且燃料储备要足够。同时，飞机还需要具备起降能力，能够在机场跑道上滑行、加速、升空和降落。这需要起落架这样的复杂机构。
经济性（相对）： 虽然军用飞机追求极致性能，但民用飞机设计还要考虑燃油效率、维护成本、使用寿命等经济因素。
导弹的基因：一次性、目标导向、不惜一切代价
导弹的设计理念则完全不同：
一次性： 导弹的使命通常是发射后不管，一次性打击目标。它不需要考虑乘员的生存，不需要考虑多次起降，也不需要考虑长时间的经济性。一旦任务完成，它的“生命周期”也就结束了。
目标导向： 导弹的首要任务是高速、准确地命中目标。速度是它的生命线，越快越能缩短飞行时间，降低被拦截的概率，提高命中精度。
极致的动力与结构： 为了达到极高的速度，导弹往往会采用冲压发动机、火箭发动机等在飞机上不常用的动力装置，这些发动机可以产生巨大的推力。同时，导弹的结构设计会优先考虑强度和气动效率，尽量减少阻力，并且可以承受更高的过载和温度。导弹内部的制导系统、战斗部等也无需考虑人类的生理限制。
为什么飞机跑不过导弹？具体的“绊脚石”有哪些？
基于以上的设计理念差异，我们可以具体看看哪些因素限制了飞机的速度：
1. 空气动力学上的“墙”：
空气阻力随速度急剧增大： 飞机的空气阻力（Drag）大致与速度的平方成正比（$D propto v^2$）。这意味着速度翻倍，阻力就可能增加四倍。要克服如此巨大的阻力，需要的推力是指数级增长的。
激波与超音速飞行： 当飞机速度接近音速时，会产生激波。速度超过音速时，更是会产生强大的激波面，带来巨大的阻力增加（波阻）和不稳定性。设计能够稳定、高效地在超高音速下飞行的飞机，需要极其复杂的空气动力学设计，包括特定的翼型、机身形状，甚至是采用一些非常规的构型。
热障： 随着速度的进一步提升，空气分子与飞机表面摩擦产生的热量会急剧增加，达到一定程度后，材料会承受不住而熔化或损坏，这就是“热障”。例如，在接近马赫数5时，飞机表面温度可能高达几百甚至上千摄氏度。飞机材料和冷却系统都需要达到极高的技术水平才能应对，而这些技术往往是导弹才敢于采用的。
2. 发动机的瓶颈：
喷气发动机的效率限制： 现代飞机普遍采用涡轮喷气发动机或涡轮风扇发动机。这类发动机在将空气压缩、燃烧、膨胀并通过喷口排出产生推力时，其效率有一个上限。当飞行速度达到某个临界值时（例如，对于涡轮喷气发动机来说，大约在马赫数3左右），发动机的进气效率会大幅下降，甚至无法正常工作。
冲压发动机和火箭发动机的适用性： 导弹常用冲压发动机（Scramjet是其超燃冲压发动机的变种）和火箭发动机。冲压发动机利用飞行速度自身提供的空气流来压缩燃料燃烧，效率高且结构相对简单，特别适合高超音速飞行。火箭发动机则自带氧化剂，不依赖外界空气，可以产生极高的推力，不受空气动力学限制，但燃料消耗快，不适合长时间飞行。飞机为了解决载人、起降和续航等问题，无法像导弹那样直接使用这些高效但有局限性的发动机。
3. 材料与结构的挑战：
高温高压： 在极高的速度下，飞机蒙皮会承受巨大的气动加热和压力。传统的铝合金等材料在这种环境下会迅速失效。需要采用耐高温的合金（如钛合金、镍基合金）甚至陶瓷复合材料。但这些材料通常更昂贵，加工难度更大，而且它们在承受高载荷时的延展性、韧性可能不如传统材料，这对需要复杂结构的飞机来说是很大的挑战。
结构强度与重量的权衡： 飞机需要容纳驾驶舱、客舱、座椅、生命维持系统、起落架等，这些都增加了结构重量。为了承受极高的速度和加速度，需要更坚固的结构，但这又会进一步增加重量，形成恶性循环。导弹则可以设计成一个极其简化的结构，只为承受极端的飞行条件而优化。
4. 生命支持与过载限制：
人类的极限： 如前所述，人类能够承受的加速度是有限的。飞机的飞行速度和机动性必须在飞行员和乘客能够承受的范围内。导弹则不需要考虑这个问题，可以设计成进行极其剧烈的机动和承受极大的过载。
复杂系统： 飞机需要一套完善的生命支持系统（氧气供应、空调、增压等），以及一套复杂的飞行控制和导航系统。这些系统本身就有体积和重量限制，并且需要一定的稳定运行环境，这与极致速度的追求有时是矛盾的。
5. 起降与运行的限制：
跑道需求： 高速飞行往往需要更长的起飞和降落距离。如果速度像导弹那样快，传统的跑道将无法满足需求，飞机可能需要特殊的设计，比如滑橇起降或完全取消起降设计，变成只能从空中发射。
机场基础设施： 现有机场的跑道、塔台管制系统等都是为相对较低速的飞机设计的，无法支持超高速飞机的运行。
总结来说，飞机追求的是一种平衡：载人、可控、可持续、经济（相对）以及一定的安全性。而导弹追求的则是单一的极致目标：速度和命中精度，并为此牺牲了载人、可持续性和经济性。
你可以想象一下，如果我们要设计一架像导弹一样快的飞机，它可能就不是我们现在认知中的那种带窗户、有座位、能飞来飞去的“飞机”了，它更像是一个载人弹头，可能需要从一个特殊的发射装置出来，飞行员甚至需要穿着宇航服来承受极端环境，它也无法在普通的机场起降。
这就像是在问，为什么汽车不能造得像火箭一样快？因为它们的使命、原理和目标完全不同。汽车要载人通勤，需要舒适、经济、安全；火箭是用来突破大气层进入太空，目标是速度和推力，不需要考虑载人和舒适性。
所以，飞机“不能”设计得比导弹还快，不是技术上的绝对不可能（随着材料和动力技术的进步，理论上可以逼近一些导弹的速度，但代价巨大且实用性为零），而是设计理念和应用场景上的根本性差异，使得它们走向了截然不同的方向。
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载人： 这是最根本的区别。飞机内部有驾驶舱、客舱，需要为飞行员和乘客提供生命支持系统，包括空气、温度控制、抗压环境等等。这些系统本身就需要占用大量空间和重量，并且对飞行过程中的加速度、过载有严格的限制，以保障乘员的生命安全。想想你坐飞机时，如果速度突然飙升，那种 G 值可不是闹着玩的，普通人根本承受不了。
可控性： 飞机需要精确的控制系统，包括操纵面（副翼、升降舵、方向舵）、襟翼、扰流板等，来改变飞机的姿态和飞行轨迹。这些控制机构需要与飞行员的输入或者自动驾驶系统进行实时的、精密的交互。在极高的速度下，空气动力学效应会变得异常复杂和不稳定，现有的控制方式可能根本无法应对，飞机会变得像脱缰的野马。
可持续性： 飞机是为了完成一次完整的飞行任务，可能需要飞越数千公里，耗时数小时。这意味着它需要一个能够长时间提供动力的发动机，并且燃料储备要足够。同时，飞机还需要具备起降能力，能够在机场跑道上滑行、加速、升空和降落。这需要起落架这样的复杂机构。
经济性（相对）： 虽然军用飞机追求极致性能，但民用飞机设计还要考虑燃油效率、维护成本、使用寿命等经济因素。
导弹的基因：一次性、目标导向、不惜一切代价
导弹的设计理念则完全不同：
一次性： 导弹的使命通常是发射后不管，一次性打击目标。它不需要考虑乘员的生存，不需要考虑多次起降，也不需要考虑长时间的经济性。一旦任务完成，它的“生命周期”也就结束了。
目标导向： 导弹的首要任务是高速、准确地命中目标。速度是它的生命线，越快越能缩短飞行时间，降低被拦截的概率，提高命中精度。
极致的动力与结构： 为了达到极高的速度，导弹往往会采用冲压发动机、火箭发动机等在飞机上不常用的动力装置，这些发动机可以产生巨大的推力。同时，导弹的结构设计会优先考虑强度和气动效率，尽量减少阻力，并且可以承受更高的过载和温度。导弹内部的制导系统、战斗部等也无需考虑人类的生理限制。
为什么飞机跑不过导弹？具体的“绊脚石”有哪些？
基于以上的设计理念差异，我们可以具体看看哪些因素限制了飞机的速度：
1. 空气动力学上的“墙”：
空气阻力随速度急剧增大： 飞机的空气阻力（Drag）大致与速度的平方成正比（$D propto v^2$）。这意味着速度翻倍，阻力就可能增加四倍。要克服如此巨大的阻力，需要的推力是指数级增长的。
激波与超音速飞行： 当飞机速度接近音速时，会产生激波。速度超过音速时，更是会产生强大的激波面，带来巨大的阻力增加（波阻）和不稳定性。设计能够稳定、高效地在超高音速下飞行的飞机，需要极其复杂的空气动力学设计，包括特定的翼型、机身形状，甚至是采用一些非常规的构型。
热障： 随着速度的进一步提升，空气分子与飞机表面摩擦产生的热量会急剧增加，达到一定程度后，材料会承受不住而熔化或损坏，这就是“热障”。例如，在接近马赫数5时，飞机表面温度可能高达几百甚至上千摄氏度。飞机材料和冷却系统都需要达到极高的技术水平才能应对，而这些技术往往是导弹才敢于采用的。
2. 发动机的瓶颈：
喷气发动机的效率限制： 现代飞机普遍采用涡轮喷气发动机或涡轮风扇发动机。这类发动机在将空气压缩、燃烧、膨胀并通过喷口排出产生推力时，其效率有一个上限。当飞行速度达到某个临界值时（例如，对于涡轮喷气发动机来说，大约在马赫数3左右），发动机的进气效率会大幅下降，甚至无法正常工作。
冲压发动机和火箭发动机的适用性： 导弹常用冲压发动机（Scramjet是其超燃冲压发动机的变种）和火箭发动机。冲压发动机利用飞行速度自身提供的空气流来压缩燃料燃烧，效率高且结构相对简单，特别适合高超音速飞行。火箭发动机则自带氧化剂，不依赖外界空气，可以产生极高的推力，不受空气动力学限制，但燃料消耗快，不适合长时间飞行。飞机为了解决载人、起降和续航等问题，无法像导弹那样直接使用这些高效但有局限性的发动机。
3. 材料与结构的挑战：
高温高压： 在极高的速度下，飞机蒙皮会承受巨大的气动加热和压力。传统的铝合金等材料在这种环境下会迅速失效。需要采用耐高温的合金（如钛合金、镍基合金）甚至陶瓷复合材料。但这些材料通常更昂贵，加工难度更大，而且它们在承受高载荷时的延展性、韧性可能不如传统材料，这对需要复杂结构的飞机来说是很大的挑战。
结构强度与重量的权衡： 飞机需要容纳驾驶舱、客舱、座椅、生命维持系统、起落架等，这些都增加了结构重量。为了承受极高的速度和加速度，需要更坚固的结构，但这又会进一步增加重量，形成恶性循环。导弹则可以设计成一个极其简化的结构，只为承受极端的飞行条件而优化。
4. 生命支持与过载限制：
人类的极限： 如前所述，人类能够承受的加速度是有限的。飞机的飞行速度和机动性必须在飞行员和乘客能够承受的范围内。导弹则不需要考虑这个问题，可以设计成进行极其剧烈的机动和承受极大的过载。
复杂系统： 飞机需要一套完善的生命支持系统（氧气供应、空调、增压等），以及一套复杂的飞行控制和导航系统。这些系统本身就有体积和重量限制，并且需要一定的稳定运行环境，这与极致速度的追求有时是矛盾的。
5. 起降与运行的限制：
跑道需求： 高速飞行往往需要更长的起飞和降落距离。如果速度像导弹那样快，传统的跑道将无法满足需求，飞机可能需要特殊的设计，比如滑橇起降或完全取消起降设计，变成只能从空中发射。
机场基础设施： 现有机场的跑道、塔台管制系统等都是为相对较低速的飞机设计的，无法支持超高速飞机的运行。
总结来说，飞机追求的是一种平衡：载人、可控、可持续、经济（相对）以及一定的安全性。而导弹追求的则是单一的极致目标：速度和命中精度，并为此牺牲了载人、可持续性和经济性。
你可以想象一下，如果我们要设计一架像导弹一样快的飞机，它可能就不是我们现在认知中的那种带窗户、有座位、能飞来飞去的“飞机”了，它更像是一个载人弹头，可能需要从一个特殊的发射装置出来，飞行员甚至需要穿着宇航服来承受极端环境，它也无法在普通的机场起降。
这就像是在问，为什么汽车不能造得像火箭一样快？因为它们的使命、原理和目标完全不同。汽车要载人通勤，需要舒适、经济、安全；火箭是用来突破大气层进入太空，目标是速度和推力，不需要考虑载人和舒适性。
所以，飞机“不能”设计得比导弹还快，不是技术上的绝对不可能（随着材料和动力技术的进步，理论上可以逼近一些导弹的速度，但代价巨大且实用性为零），而是设计理念和应用场景上的根本性差异，使得它们走向了截然不同的方向。
网友意见
飞机上有人，一个重达几十公斤的精密载荷，还得有更多设备伺候着。
相比于机器，我说人很精密没人反对吧。
设备长期承受几十个G的载荷稀松平常，人就要命了。
设备不用吸氧，人就不行。
设备动辄能工作在零下温度，人就要死。
无人机要是普及了，到底谁更快，还不一定呢。
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