平面に沿ったさまざまなポイントのエアシートが互いに影響を与えないことが多いため、超音速の空気力学は亜音速の空気力学よりも単純です。超音速ジェット機とロケットビークルは、遷音速領域（マッハ0.85〜1.2付近）で発生する余分な空力抵抗を押し通すために、数倍の推力を必要とします。これらの速度では、航空宇宙エンジニアは新しい衝撃波を発生させることなく航空機の胴体の周りに空気を穏やかに導くことができますが、車両のさらに下の断面積の変化は体に沿って衝撃波を引き起こします。設計者は、超音速エリアルールとホイットコムエリアルールを使用して、サイズの突然の変化を最小限に抑えます。
音源は音速の壁を突破し、音速c（マッハ1.4）の1.4倍で移動しています。音源はそれが作り出す音波よりも速く動いているので、実際には進行する波面をリードします。音源は、静止した観測者が実際に生成する音を聞く前に通過します。
黄色の双曲線形状の地面接触ゾーンを持つ円錐衝撃波
ただし、実際のアプリケーションでは、超音速航空機は亜音速と超音速の両方で安定して動作する必要がありますプロファイル、したがって空力設計はより複雑です。
持続的な超音速飛行の問題の1つは、飛行中の熱の発生です。高速では空力加熱が発生する可能性があるため、航空機は非常に高温で動作および機能するように設計する必要があります。航空機製造で伝統的に使用されている材料であるジュラルミンは、比較的低温で強度を失い、変形し始め、マッハ2.2から2.4を超える速度での連続使用には適していません。チタンやステンレス鋼などの材料は、はるかに高い温度での操作を可能にします。たとえば、ロッキードSR-71ブラックバードジェットはマッハ3.1で継続的に飛行する可能性があり、航空機の一部の温度が315°C（600°F）を超える可能性があります。
別の懸念事項持続的な高速飛行はエンジン運転です。ジェットエンジンは、摂取する空気の温度を上げることで推力を発生させます。航空機の速度が上がると、吸気口の圧縮プロセスにより、エンジンに到達する前に温度が上昇します。排気の最大許容温度は、エンジン後部のタービン内の材料によって決定されるため、航空機の速度が上がると、燃料を燃焼させることによってエンジンが作り出すことができる吸気温度と排気温度の差は、同様に減少します。推力。超音速に必要なより高い推力は、排気ガスで余分な燃料を燃焼させることによって取り戻す必要がありました。
吸気設計も大きな問題でした。吸気の超音速圧縮プロセスで衝撃波を使用して、吸気の利用可能なエネルギーの多くを回収する必要があります。これは、吸気回収と呼ばれます。超音速では、吸気は過度の圧力損失なしに空気が減速することを確認する必要があります。航空機の設計速度がエンジンに到達する前に空気を亜音速に圧縮および減速するために、正しいタイプの衝撃波、斜め/平面を使用する必要があります。衝撃波は、複雑さと必要な航空機の性能との間のトレードオフに応じて調整可能である必要があるランプまたはコーンを使用して配置されます。
超音速で長期間動作できる航空機は、亜音速で動作する同様の設計よりも範囲が有利になる可能性があります。超音速まで加速しているときに航空機が見る抗力のほとんどは、波の抗力として知られる空気力学的効果のために、音速のすぐ下で発生します。この速度を超えて加速できる航空機では、抗力が大幅に減少し、燃費が向上して超音速で飛行できます。ただし、揚力が超音速で生成される方法により、航空機全体の揚力対抗力比が低下し、航続距離が短くなり、この利点が相殺または覆されます。
超音速を低くするための鍵抗力とは、航空機全体を適切に長く薄く、「完璧な」形状、フォンカルマンオジーブまたはシアーズハークボディに近づけることです。これにより、ほぼすべての超音速巡航航空機が互いに非常によく似ており、非常に長くて細い胴体と大きなデルタ翼を備えています。 SR-71、コンコルドなど。旅客機には理想的ではありませんが、この形状は爆撃機の使用に非常に適しています。
超音速飛行の歴史編集
第二次世界大戦中の航空研究は、最初のロケットおよびジェット動力航空機の作成につながりました。その後、戦争中に音の壁を破ったといういくつかの主張が浮上した。しかし、制御されたレベルの飛行で有人航空機による音の速度を超える最初の認識された飛行は、チャールズ “チャック”イェーガーによって操縦された実験的なベルX-1研究ロケット飛行機によって1947年10月14日に実行されました。音の障壁を破った最初の量産機はF-86カナディアンセイバーで、最初の「超音速」の女性パイロットであるジャクリーン・コクランが操縦した。デビッドマスターズによると、ソビエトがドイツで捕獲したDFS 346プロトタイプは、B-29から32800フィート（10000 m）で解放された後、1945年後半に683 mph（1100 km / h）に達し、マッハを超えていたとのことです。その高さで1。これらの飛行のパイロットはドイツのヴォルフガングジーゼでした。
1961年8月21日、エドワーズ空軍でのテスト飛行中に、ダグラスDC-8-43（登録N9604Z）が制御されたダイビングでマッハ1を超えました。ベース。乗組員は、William Magruder（パイロット）、Paul Patten（副パイロット）、Joseph Tomich（フライトエンジニア）、Richard H. Edwards（フライトテストエンジニア）でした。これはコンコルドやTu-144以外の民間旅客機による最初の超音速飛行であった。