Yliäänitaajuinen aerodynamiikka on yksinkertaisempaa kuin äänenvoimakkuuden aerodynamiikka, koska lentolevyt eri pisteissä pitkin tasoa eivät usein voi vaikuttaa toisiinsa. Yliäänikaiuttimet ja rakettiajoneuvot tarvitsevat useita kertoja suuremman työntövoiman siirtääkseen ylimääräisen aerodynaamisen vetovoiman transoonisen alueen sisällä (noin Mach 0,85–1,2). Näillä nopeuksilla ilmailu- ja avaruusteollisuuden insinöörit voivat ohjata ilmaa varovasti lentokoneen rungon ympärille tuottamatta uusia iskuaaltoja, mutta mahdollinen poikkipinta-alan muutos kauempana ajoneuvossa johtaa iskuaaltoihin rungossa. Suunnittelijat käyttävät Supersonic-alueen sääntöä ja Whitcomb-alueen sääntöä minimoidakseen äkilliset kokomuutokset.
Äänilähde on nyt murtautunut äänen nopeusesteen läpi ja kulkee 1,4 kertaa äänen nopeudella c (Mach 1,4). Koska lähde liikkuu nopeammin kuin sen luomat ääniaallot, se johtaa itse asiassa etenevää aaltorintamaa. Äänilähde kulkee paikallaan olevan tarkkailijan ohi, ennen kuin tarkkailija todella kuulee luomansa äänen.
Kartiomainen iskuaalto ja hyperbolan muotoinen maadoitusvyöhyke keltaisella
Käytännöllisissä sovelluksissa yliäänisen lentokoneen on kuitenkin toimittava vakaasti sekä äänenvoimakkuudella että yliäänellä. profiileja, joten aerodynaaminen suunnittelu on monimutkaisempi.
Yksi pitkäaikaisen yliäänitaajuuden ongelmista on lämmön muodostuminen lennossa. Suurilla nopeuksilla voi esiintyä aerodynaamista lämmitystä, joten lentokone on suunniteltava toimimaan ja toimimaan erittäin korkeissa lämpötiloissa. Duralumiini, joka on perinteisesti käytetty lentokoneiden valmistuksessa, alkaa menettää lujuuttaan ja muodonmuutoksia suhteellisen matalissa lämpötiloissa, eikä se sovellu jatkuvaan käyttöön nopeuksilla, jotka ovat suurempia kuin 2,2-2,4 Mach. Materiaalit, kuten titaani ja ruostumaton teräs, sallivat toiminnan paljon korkeammissa lämpötiloissa. Esimerkiksi Lockheed SR-71 Blackbird -suihkukone voisi lentää jatkuvasti koneella 3.1, mikä saattaa johtaa joidenkin lentokoneen osien lämpötilojen nousuun yli 315 ° C: n (600 ° F).
Toinen huolestuttava alue jatkuva nopea lento on moottorin käyttö. Suihkumoottorit tuottavat työntövoimaa nostamalla nieltävän ilman lämpötilaa, ja lentokoneen nopeutuessa imupaineen puristusprosessi aiheuttaa lämpötilan nousun ennen kuin se saavuttaa moottorit. Pakokaasun suurin sallittu lämpötila määräytyy moottorin takaosassa olevan turbiinin materiaalien mukaan, joten lentokoneen nopeutuessa ero moottorin polttoaineen polttamalla aiheuttaman imu- ja pakokaasulämpötilan välillä pienenee samoin kuin työntövoima. Yliäänenopeuksille tarvittava suurempi työntövoima oli palautettava polttamalla ylimääräistä polttoainetta pakokaasussa.
Myös imusuunnittelu oli tärkeä kysymys. Yhtä suuri osa käytettävissä olevasta energiasta tulevassa ilmassa on otettava talteen, mikä tunnetaan saannin talteenottona, käyttäen aaltoja yliäänen puristusprosessissa imussa. Yliäänenopeuksilla imun on varmistettava, että ilma hidastuu ilman liiallista painehäviötä. Sen on käytettävä oikean tyyppisiä iskuja, viistot / tasaiset, jotta lentokoneen suunnittelunopeus puristuu ja hidastaa ilmaa äänenvoimakkuudelle ennen kuin se saavuttaa moottorin. Iskuaallot sijoitetaan käyttämällä ramppia tai kartiota, jota voidaan joutua säätämään monimutkaisuuden ja vaaditun ilma-aluksen suorituskyvyn kompromisseista riippuen.
Lentokoneella, joka pystyy toimimaan pitkiä aikoja yliäänenopeudella, on potentiaalinen kantamaetu verrattuna samanlaiseen malliin, joka toimii subonisesti. Suurin osa lentokoneen näkemästä vetovoimasta nopeudesta yliäänenopeuteen tapahtuu juuri äänen nopeuden alapuolella johtuen aerodynaamisesta vaikutuksesta, joka tunnetaan nimellä aallonvastus. Ilma-aluksen, joka voi kiihtyä tämän nopeuden ohi, vetovoima pienenee merkittävästi ja se voi lentää ylihenkisesti paremmalla polttoainetaloudella. Kuitenkin johtuen tavasta, jolla hissi syntyy ylihenkisesti, koko koneen hissi / vetovoima-suhde laskee, mikä johtaa pienempään kantamaan, korvaa tai kumosi tämän edun.
Avain matalaan yliäänitaajuuteen vedä on muotoilla ilma-alus oikein pitkäksi ja ohueksi ja lähellä ”täydellistä” muotoa, von Karman ogive- tai Sears-Haack-runkoa. Tämä on johtanut siihen, että melkein jokainen yliäänitaajuusristeilijä näyttää hyvin samanlaiselta kuin toiset, erittäin pitkällä ja kapealla rungolla ja suurilla delta-siivillä, vrt. SR-71, Concorde jne. Vaikka tämä muotoilu ei ole ihanteellinen matkustajakoneille, tämä muotoilu on melko mukautuva pommikoneiden käyttöön.
Yliäänisen lennon historiaEdit
Toisen maailmansodan aikana tehty ilmailututkimus johti ensimmäisten raketti- ja suihkukoneiden käyttöön. Myöhemmin ilmaantui useita väitteitä ääniesteen rikkomisesta sodan aikana.Ensimmäisen tunnistetun lennon, joka ylitti miehitetyn lentokoneen äänen nopeuden kontrolloidulla tasolennolla, suoritti Charles ”Chuck” Yeagerin ohjaama kokeellinen Bell X-1 -tutkimusrakettikone 14. lokakuuta 1947. Ensimmäinen äänitason rikkonut tuotantokone oli F-86 Canadair Sabre, jonka ohjaimissa oli ensimmäinen ”yliäänisen” naisohjaaja Jacqueline Cochran. David Mastersin mukaan DFS 346 -prototyyppi, jonka neuvostoliittolaiset vangitsivat Saksassa, saavutti vapautumisensa B-29: stä 10000 m: n 32800 jalkaan saavuttaen 683 mph (1100 km / h) loppuvuodesta 1945, mikä olisi ylittänyt Mach 1 siinä korkeudessa. Näiden lentojen lentäjä oli saksalainen Wolfgang Ziese.
21. elokuuta 1961 Douglas DC-8-43 (rekisteröintinumero N9604Z) ylitti Mach 1: n kontrolloidussa sukelluksessa koelennolla Edwardsin ilmavoimilla. Pohja. Miehistön jäsenet olivat William Magruder (lentäjä), Paul Patten (kopiointi), Joseph Tomich (lentotekniikka) ja Richard H. Edwards (lentotestiinsinööri). Tämä oli ensimmäinen sivuhenkilölentokoneen kuin Concorden tai Tu-144: n ylitaajuinen lento.