Nadzvuková aerodynamika je jednodušší než podzvuková aerodynamika, protože letecké listy v různých bodech roviny se často nemohou navzájem ovlivňovat. Nadzvukové trysky a raketová vozidla vyžadují několikanásobně větší tah, aby se prosadily extra aerodynamickým odporem, který se vyskytuje v transonické oblasti (kolem Mach 0,85–1,2). Při těchto rychlostech mohou letečtí inženýři jemně vést vzduch kolem trupu letadla, aniž by vytvářely nové rázové vlny, ale jakákoli změna v průřezu dále od vozidla vede k rázovým vlnám podél těla. Návrháři používají pravidlo oblasti Supersonic a pravidlo oblasti Whitcomb, aby minimalizovali náhlé změny velikosti.
Zdroj zvuku nyní prolomil bariéru rychlosti zvuku a pohybuje se 1,4násobkem rychlosti zvuku, c (Mach 1,4). Protože se zdroj pohybuje rychleji než zvukové vlny, které vytváří, vede ve skutečnosti postupující vlnoplochu. Zdroj zvuku projde stacionárním pozorovatelem, než pozorovatel skutečně uslyší zvuk, který vytvoří.
Kónická rázová vlna se svojí zónou kontaktního prostoru ve tvaru hyperboly ve žluté barvě
V praktických aplikacích však musí nadzvukové letadlo stabilně pracovat v podzvukových i nadzvukových profilů, proto je aerodynamický design složitější.
Jedním problémem trvalého nadzvukového letu je tvorba tepla za letu. Při vysokých rychlostech může dojít k aerodynamickému zahřívání, takže letadlo musí být navrženo tak, aby fungovalo a fungovalo za velmi vysokých teplot. Dural, materiál tradičně používaný při výrobě letadel, začíná ztrácet pevnost a deformovat se při relativně nízkých teplotách a je nevhodný pro nepřetržité použití při rychlostech nad Mach 2,2 až 2,4. Materiály jako titan a nerezová ocel umožňují provoz při mnohem vyšších teplotách. Například tryskové letadlo Lockheed SR-71 Blackbird mohlo nepřetržitě létat na Mach 3,1, což by mohlo vést k tomu, že by teploty v některých částech letadla dosáhly nad 315 ° C (600 ° F).
Další oblast zájmu trvalý vysokorychlostní let je provoz motoru. Proudové motory vytvářejí tah zvyšováním teploty vzduchu, který pohlcují, a jak se letadlo zrychluje, kompresní proces v sání způsobuje nárůst teploty, než dosáhne motorů. Maximální povolená teplota výfukových plynů je dána materiály v turbíně v zadní části motoru, takže při zrychlování letadla se rozdíl v teplotě nasávání a výfukových plynů, který může motor vytvářet spalováním paliva, zmenšuje, stejně jako klesá tah. Vyšší tah potřebný pro nadzvukovou rychlost se musel znovu získat spalováním dalšího paliva ve výfuku.
Design sání byl také velkým problémem. Tolik dostupné energie v příchozím vzduchu musí být rekuperováno, známé jako zotavení sání, pomocí rázových vln v procesu nadzvukové komprese v sání. Při nadzvukových rychlostech musí sání zajistit, aby vzduch zpomalil bez nadměrné ztráty tlaku. Musí použít správný typ rázových vln, šikmý / rovinný, aby konstrukční rychlost letadla stlačila a zpomalila vzduch na podzvukovou rychlost, než dosáhne motoru. Rázové vlny jsou umístěny pomocí rampy nebo kužele, které může být nutné nastavit v závislosti na kompromisech mezi složitostí a požadovaným výkonem letadla.
Letadlo schopné delšího provozu nadzvukovou rychlostí má potenciální výhodu dosahu v porovnání s podobným designem, který pracuje podzvukem. Většina odporu, který letadlo vidí při zrychlování na nadzvukovou rychlost, se objevuje těsně pod rychlostí zvuku, kvůli aerodynamickému efektu známému jako vlnový odpor. Letadlo, které dokáže zrychlit za tuto rychlost, vidí výrazné snížení odporu a může létat nadzvukem se zlepšenou spotřebou paliva. Avšak vzhledem k tomu, jak je výtah generován nadzvukově, klesá poměr vztlaku a odporu k letadlu jako celku, což vede k nižšímu dosahu, kompenzaci nebo převrácení této výhody.
Klíč k nízké nadzvukové schopnosti drag má správně tvarovat celkový letoun tak, aby byl dlouhý a tenký a blízký „dokonalému“ tvaru, von Karman ogive nebo Sears-Haackovo tělo. To vedlo k tomu, že téměř každé nadzvukové cestovní letadlo vypadalo velmi podobně jako každé jiné, s velmi dlouhým a štíhlým trupem a velkými trojúhelníkovými křídly, srov. SR-71, Concorde atd. I když to není ideální pro osobní letadlo, je toto tvarování docela přizpůsobivé pro použití bombardérů.
Historie nadzvukového letuEdit
Výzkum v oblasti letectví během druhé světové války vedl k vytvoření prvního raketového a proudového letadla. Následně se objevilo několik tvrzení o prolomení zvukové bariéry během války.První rozpoznaný let překračující rychlost zvuku letounem s posádkou v letu s řízenou hladinou byl však proveden 14. října 1947 experimentálním výzkumným raketovým letounem Bell X-1 pilotovaným Charlesem „Chuckem“ Yeagerem. Prvním produkčním letadlem, které prolomilo zvukovou bariéru, byl F-86 Canadair Sabre s první „nadzvukovou“ pilotkou ženy Jacqueline Cochranovou na řízení. Podle Davida Mastersa prototyp DFS 346 zajatý v Německu sověty, poté, co byl propuštěn z B-29 ve výšce 10 800 m, dosáhl koncem roku 1945 rychlosti 1100 km / h, což by překročilo Mach 1 v této výšce. Pilotem těchto letů byl Němec Wolfgang Ziese.
21. srpna 1961 překonal Douglas DC-8-43 (registrační číslo N9604Z) v kontrolovaném ponoru během zkušebního letu u Edwards Air Force Mach 1. Základna. Posádku tvořili William Magruder (pilot), Paul Patten (druhý pilot), Joseph Tomich (palubní inženýr) a Richard H. Edwards (inženýr letových zkoušek). Jednalo se o první nadzvukový let civilního dopravního letadla jiného než Concorde nebo Tu-144.