A szuperszonikus aerodinamika egyszerűbb, mint a szubszonikus aerodinamika, mert a sík különböző pontjain található lapok gyakran nem befolyásolhatják egymást. A szuperszonikus sugárhajtású repülőgépek és rakétahajók többször nagyobb nyomást igényelnek, hogy áthaladjanak a transzkonikus régióban tapasztalt extra aerodinamikai ellenállóképességen (0,85–1,2 Mach körül). Ilyen sebességgel az űrmérnökök kíméletesen vezethetik a levegőt a repülőgép törzsén, anélkül, hogy új lökéshullámokat generálnának, de a jármű keresztirányú területének bármilyen változása lökéshullámokhoz vezet a test mentén. A tervezők a Szuperszonikus terület és a Whitcomb terület szabályt használják a méret hirtelen változásának minimalizálása érdekében.
A hangforrás áttörte a hangsebesség-korlátot, és a hangsebesség 1,4-szeresével halad, c (Mach 1,4). Mivel a forrás gyorsabban mozog, mint az általa létrehozott hanghullámok, valójában az előrenyomuló hullámfrontot vezeti. A hangforrás elhalad egy álló megfigyelő előtt, mielőtt a megfigyelő valóban meghallja az általa létrehozott hangot.
Kúpos lökéshullám sárga színű hiperbola alakú földérintkező zónájával
A gyakorlati alkalmazásokban azonban a szuperszonikus repülőgépnek stabilan kell működnie mind szubszonikus, mind szuperszonikus profilok, ezért az aerodinamikai tervezés bonyolultabb.
A tartós szuperszonikus repülés egyik problémája a repülés közbeni hőtermelés. Nagy sebességnél aerodinamikus fűtés léphet fel, ezért a repülőgépet úgy kell megtervezni, hogy nagyon magas hőmérsékleten működjön és működjön. A repülőgépgyártásban hagyományosan használt anyag, a duralumin viszonylag alacsony hőmérsékleten kezd szilárdságát elveszíteni és deformálódni, és alkalmatlan a 2.2 – 2.4 Mach feletti sebességek folyamatos használatára. Az olyan anyagok, mint a titán és a rozsdamentes acél, sokkal magasabb hőmérsékleten teszik lehetővé a műveleteket. Például a Lockheed SR-71 Blackbird sugárhajtógép folyamatosan repülhet a 3.1-es Mach-on, ami a repülőgép egyes részein a 315 ° C (600 ° F) fölötti hőmérséklethez vezethet.
A másik aggodalomra okot adó terület a tartós nagy sebességű repülés a motor működése. A sugárhajtóművek tolóerőt teremtenek az általuk bevitt levegő hőmérsékletének növelésével, és ahogy a repülőgép felgyorsul, a beömlőnyomáson lévő kompressziós folyamat hőmérséklet-emelkedést okoz, mielőtt az eljutna a motorokhoz. A kipufogógáz legnagyobb megengedett hőmérsékletét a motor hátulján lévő turbinában lévő anyagok határozzák meg, így a repülőgép felgyorsulásával csökken az a szívó- és kipufogógáz-hőmérséklet különbség, amelyet a motor üzemanyag elégetésével képes létrehozni, ahogyan az is. a tolóerő. A szuperszonikus sebességhez szükséges nagyobb tolóerőt úgy kellett visszaszerezni, hogy extra üzemanyagot égettek a kipufogógázban.
A szívás kialakítása szintén fontos kérdés volt. A bejövő levegőben rendelkezésre álló energia nagy részét vissza kell nyerni, az úgynevezett szívás visszanyerését, a beáramlásnál a szuperszonikus tömörítési folyamatban lökéshullámokat használva. Szuperszonikus sebességnél a beömlőnek gondoskodnia kell arról, hogy a levegő túlzott nyomásveszteség nélkül lelassuljon. Megfelelő típusú lökéshullámokat kell használnia, ferdén / síkban, hogy a repülőgép tervezési sebessége összenyomja és szubszonikus sebességre lassítsa a levegőt, mielőtt a motor eléri. A lökéshullámokat rámpa vagy kúp segítségével pozícionálják, amelyet a bonyolultság és a szükséges légijármű-teljesítmény közötti kompromisszumoktól függően lehet beállítani.
Az a repülőgép, amely hosszabb ideig képes üzemeltetni szuperszonikus sebességgel, potenciális hatótávolsági előnnyel rendelkezik a szubonikusan üzemelő hasonló kialakítással szemben. A repülőgép által tapasztalt legnagyobb húzóerő, miközben a szuperszonikus sebességre gyorsul, éppen a hangsebesség alatt van, a hullámhúzásnak nevezett aerodinamikai hatásnak köszönhetően. Az a repülőgép, amely képes gyorsulni ezen a sebességen, jelentős csökkenést tapasztal, és szuperszónikusan repülhet javított üzemanyag-fogyasztással. Azonban a szuperszonikus emelés módja miatt a repülőgép egészének emelés / húzás aránya csökken, ami alacsonyabb hatótávolsághoz vezet, ellensúlyozza vagy megdönti ezt az előnyt.
Az alacsony szuperszonikus hangzás kulcsa. A vonóerő az, hogy a teljes repülőgépet megfelelően hosszúnak és vékonynak formálja, és közel van egy “tökéletes” formához, a von Karman ogive vagy Sears-Haack testhez. Ez azt eredményezte, hogy szinte minden szuperszonikus cirkáló repülőgép nagyon hasonlított egymásra, nagyon hosszú és karcsú törzsű és nagy delta szárnyakkal, vö. SR-71, Concorde, stb. Bár nem ideális utasszállító repülőgépekhez, ez az alakítás bombázók számára is alkalmazkodó.
A szuperszonikus repülés történeteEdit
A második világháború alatti repülési kutatások az első rakéta- és sugárhajtású repülőgépek létrehozásához vezettek. Ezt követően a háború alatt a hangkorlát megszakításának számos állítása felmerült.Azonban az első felismert repülést, amelyet egy vezérelt szintű repülés során egy pilóta nélküli repülőgép meghaladja a hangsebességet, 1947. október 14-én hajtotta végre a kísérleti Bell X-1 kutatórakéta, amelyet Charles “Chuck” Yeager vezetett. Az első produkciós repülőgép, amely megtörte a hangkorlátot, egy F-86 Canadair Saber volt, az első “szuperszonikus” női pilótával, Jacqueline Cochrannal az irányításnál. David Masters szerint a szovjetek által Németországban elfogott DFS 346 prototípus, miután 10000 m (320000 ft) távolságból szabadon engedték a B-29-et, 1945 végén elérte az 1100 km / h sebességet, ami meghaladta volna a Machot 1 azon a magasságon. A pilóta ezeken a járatokon a német Wolfgang Ziese volt.
1961. augusztus 21-én egy Douglas DC-8-43 (N9604Z lajstromszám) ellenőrzött merülés során túllépte az 1 Mach-ot egy próbarepülés során az Edwards Légierőnél. Bázis. A személyzet William Magruder (pilóta), Paul Patten (másodpilóta), Joseph Tomich (repülési mérnök) és Richard H. Edwards (repülésteszt mérnök) volt. Ez volt az első szuperszonikus repülés egy polgári utasszállítóval, amely nem a Concorde vagy a Tu-144 volt.