Supersonisk aerodynamik er enklere end subsonisk aerodynamik, fordi luftarkene på forskellige punkter langs planet ofte ikke kan påvirke hinanden. Supersoniske jetfly og raketkøretøjer kræver flere gange større tryk for at skubbe igennem den ekstra aerodynamiske træk, der opleves i det transoniske område (omkring Mach 0,85-1,2). Ved disse hastigheder kan luftfartsingeniører forsigtigt lede luft rundt om flyets skrog uden at producere nye stødbølger, men enhver ændring i tværområdet længere nede i køretøjet fører til stødbølger langs kroppen. Designere bruger Supersonisk arealregel og Whitcomb-arealregel for at minimere pludselige ændringer i størrelse.
Lydkilden har nu brudt igennem lydhastighedsbarrieren og kører med 1,4 gange lydens hastighed, c (Mach 1.4). Fordi kilden bevæger sig hurtigere end de lydbølger, den skaber, fører den faktisk den fremadgående bølgefront. Lydkilden passerer en stationær observatør, før observatøren faktisk hører den lyd, den skaber.
Konisk chokbølge med sin hyperbolformede jordkontaktzone i gul
I praktiske anvendelser skal et supersonisk fly dog operere stabilt i både subsonisk og supersonisk profiler, derfor er det aerodynamiske design mere komplekst.
Et problem med vedvarende supersonisk flyvning er dannelsen af varme under flyvning. Ved høje hastigheder kan der forekomme aerodynamisk opvarmning, så et fly skal være designet til at fungere og fungere under meget høje temperaturer. Duralumin, et materiale, der traditionelt anvendes til flyproduktion, begynder at miste styrke og deformere ved relativt lave temperaturer og er uegnet til kontinuerlig brug ved hastigheder over Mach 2,2 til 2,4. Materialer som titanium og rustfrit stål muliggør drift ved meget højere temperaturer. F.eks. Kunne Lockheed SR-71 Blackbird-strålen flyve kontinuerligt ved Mach 3.1, hvilket kan føre til temperaturer på nogle dele af flyet, der når over 315 ° C.
Et andet område, der giver anledning til bekymring for vedvarende højhastighedsflyvning er motordrift. Jetmotorer skaber fremdrift ved at øge temperaturen på den luft, de indtager, og når flyet fremskynder, forårsager kompressionsprocessen i indsugningen en temperaturstigning, inden den når motorerne. Den maksimalt tilladte temperatur på udstødningen bestemmes af materialerne i turbinen bag på motoren, så når flyet fremskynder, falder forskellen i indtag og udstødningstemperatur, som motoren kan skabe ved at brænde brændstof, ligesom fremdriften. Det højere tryk, der var nødvendigt for supersoniske hastigheder, måtte genvindes ved at brænde ekstra brændstof i udstødningen.
Indtagsdesign var også et stort problem. Da meget af den tilgængelige energi i den indkommende luft skal genvindes, kendt som indtagsgenopretning, ved hjælp af stødbølger i den supersoniske kompressionsproces i indsugningen. Ved supersoniske hastigheder skal indsugningen sørge for, at luften sænkes uden overdreven tryktab. Det skal bruge den korrekte type stødbølger, skråt / plan, for at flyets designhastighed komprimerer og bremser luften til subsonisk hastighed, før den når motoren. Chokbølgerne placeres ved hjælp af en rampe eller en kegle, som muligvis skal justeres afhængigt af kompromiser mellem kompleksitet og den krævede flypræstation.
Et fly, der er i stand til at operere i længere perioder med supersoniske hastigheder, har en potentiel rækkevidde fordel i forhold til et lignende design, der fungerer subsonisk. Det meste af træk, som et fly ser, mens det fremskynder til supersoniske hastigheder, opstår lige under lydhastigheden på grund af en aerodynamisk effekt kendt som bølgedrag. Et fly, der kan accelerere forbi denne hastighed, ser et betydeligt fald i træk og kan flyve supersonisk med forbedret brændstoføkonomi. På grund af den måde, hvorpå lift genereres supersonisk, falder fly-til-træk-forholdet for flyet som helhed, hvilket fører til lavere rækkevidde, hvilket modvirker eller vælter denne fordel.
Nøglen til at have lav supersonisk lyd træk er at forme det overordnede fly korrekt til at være langt og tyndt og tæt på en “perfekt” form, von Karman ogive eller Sears-Haack-kroppen. Dette har ført til, at næsten ethvert supersonisk krydstogtfly ligner meget hinanden med en meget lang og slank skrog og store delta-vinger, jf. SR-71, Concorde osv. Selvom denne formgivning ikke er ideel til passagerfly, kan den tilpasses til brug af bombefly.
Historie om supersonisk flightEdit
Luftfartsforskning under Anden Verdenskrig førte til oprettelsen af det første raket- og jetdrevne fly. Flere påstande om at bryde lydbarrieren under krigen opstod efterfølgende.Imidlertid blev den første anerkendte flyvning, der oversteg lydhastigheden af et bemandet fly under kontrolleret flyvning, udført den 14. oktober 1947 af det eksperimentelle raketplan Bell X-1, der blev styret af Charles “Chuck” Yeager. Det første produktionsplan til at bryde lydbarrieren var en F-86 Canadair Sabre med den første “supersoniske” kvindepilot, Jacqueline Cochran, ved kontrolelementerne. Ifølge David Masters nåede DFS 346-prototypen fanget i Tyskland af sovjeterne, efter at være frigivet fra en B-29 ved 32800 ft (10000 m), 683 mph (1100 km / t) sent i 1945, hvilket ville have overskredet Mach 1 i den højde. Piloten i disse flyvninger var tyskeren Wolfgang Ziese.
Den 21. august 1961 oversteg en Douglas DC-8-43 (registrering N9604Z) Mach 1 i et kontrolleret dyk under en testflyvning ved Edwards Air Force Grundlag. Besætningen var William Magruder (pilot), Paul Patten (copilot), Joseph Tomich (flight engineer) og Richard H. Edwards (flight test engineer). Dette var den første supersoniske flyvning af en anden civil passagerfly end Concorde eller Tu-144.