초음속 공기 역학은 비행기를 따라 서로 다른 지점에있는 에어 시트가 서로 영향을 줄 수 없기 때문에 아음속 공기 역학보다 간단합니다. 초음속 제트기와 로켓 차량은 천음속 영역 (마하 0.85–1.2 주변)에서 경험하는 추가 공기 역학적 항력을 통과하기 위해 몇 배 더 큰 추력이 필요합니다. 이 속도에서 항공 우주 엔지니어는 새로운 충격파를 생성하지 않고 항공기 동체 주변의 공기를 부드럽게 안내 할 수 있지만 차량 아래쪽의 교차 영역이 변경되면 신체를 따라 충격파가 발생합니다. 디자이너는 Supersonic 영역 규칙과 Whitcomb 영역 규칙을 사용하여 갑작스러운 크기 변화를 최소화합니다.
음원 이제 음속 장벽을 뚫고 음속 c (마하 1.4)의 1.4 배로 이동하고 있습니다. 소스가 생성하는 음파보다 빠르게 움직이기 때문에 실제로 진행하는 파면을이 끕니다. 음원은 관찰자가 실제로 생성하는 소리를 듣기 전에 고정 된 관찰자를 통과합니다.
노란색의 쌍곡선 모양의지면 접촉 영역이있는 원추형 충격파
그러나 실제 응용 분야에서 초음속 항공기는 아음속과 초음속 모두에서 안정적으로 작동해야합니다. 따라서 공기 역학적 설계가 더 복잡합니다.
지속적인 초음속 비행의 한 가지 문제는 비행 중 열 발생입니다. 고속에서는 공기 역학적 가열이 발생할 수 있으므로 항공기는 매우 높은 온도에서 작동하고 작동하도록 설계되어야합니다. 전통적으로 항공기 제조에 사용되는 재료 인 Duralumin은 상대적으로 낮은 온도에서 강도를 잃고 변형되기 시작하며 Mach 2.2 ~ 2.4 이상의 속도에서 연속 사용에는 적합하지 않습니다. 티타늄 및 스테인리스 스틸과 같은 재료는 훨씬 더 높은 온도에서 작동 할 수 있습니다. 예를 들어, 록히드 SR-71 블랙 버드 제트기는 마하 3.1에서 계속 비행 할 수 있으며, 이로 인해 항공기 일부 부품의 온도가 315 ° C (600 ° F) 이상에 도달 할 수 있습니다.
지속적인 고속 비행은 엔진 작동입니다. 제트 엔진은 흡입하는 공기의 온도를 높여 추력을 생성하고, 항공기 속도가 빨라짐에 따라 흡입구의 압축 과정으로 인해 엔진에 도달하기 전에 온도가 상승합니다. 배기의 최대 허용 온도는 엔진 후면에있는 터빈의 재료에 따라 결정되므로 항공기 속도가 빨라지면 엔진이 연료를 연소하여 생성 할 수있는 흡기 및 배기 온도의 차이가 감소합니다. 추력. 초음속 속도에 필요한 더 높은 추력은 배기 가스에서 추가 연료를 연소하여 되 찾아야했습니다.
흡기 설계도 중요한 문제였습니다. 유입되는 공기에서 사용 가능한 에너지의 상당 부분은 흡기의 초음속 압축 과정에서 충격파를 사용하여 흡기 회복이라고 알려져 있습니다. 초음속에서 흡입은 과도한 압력 손실없이 공기가 느려지도록해야합니다. 항공기 설계 속도가 엔진에 도달하기 전에 공기를 아음속 속도로 압축하고 느리게하려면 올바른 유형의 충격파, 경사 / 평면을 사용해야합니다. 충격파는 복잡성과 필요한 항공기 성능 사이의 균형에 따라 조정해야 할 수있는 램프 또는 원뿔을 사용하여 배치됩니다.
초음속으로 장시간 작동 할 수있는 항공기는 유사한 설계가 저음으로 작동하는 것에 비해 잠재적 인 범위 이점이 있습니다. 초음속으로 가속하는 동안 항공기가 보는 항력의 대부분은 파도 항력으로 알려진 공기 역학적 효과로 인해 음속 바로 아래에서 발생합니다. 이 속도를지나 가속 할 수있는 항공기는 항력이 크게 감소하고 향상된 연비로 초음속으로 비행 할 수 있습니다. 그러나 양력이 초음속으로 생성되는 방식으로 인해 항공기의 양력 대 끌기 비율이 전체적으로 낮아져 범위가 낮아 지거나이 이점을 상쇄하거나 뒤집습니다.
낮은 초음속을 갖는 열쇠 드래그는 전체 항공기를 길고 얇고 “완벽한”모양, 즉 von Karman ogive 또는 Sears-Haack 몸체에 가깝도록 적절하게 모양을 만드는 것입니다. 이로 인해 거의 모든 초음속 순항 항공기가 매우 길고 가느 다란 동체와 큰 델타 날개를 가지고 서로 매우 비슷하게 보입니다. SR-71, Concorde 등. 여객기에 적합하지는 않지만 폭격기 사용에는 매우 적합합니다.
초음속 비행의 역사 편집
2 차 세계 대전 중 항공 연구를 통해 최초의 로켓 및 제트 동력 항공기가 탄생했습니다. 전쟁 중 소음 장벽을 허물 었다는 여러 주장이 이어졌습니다.그러나 1947 년 10 월 14 일 Charles “Chuck”Yeager가 조종하는 실험용 Bell X-1 연구용 로켓 비행기에 의해 통제 된 수평 비행에서 유인 항공기가 음속을 초과하는 것으로 인식 된 첫 비행이 수행되었습니다. 사운드 장벽을 허물기위한 최초의 생산기는 F-86 Canadair Sabre였으며 최초의 “초음속”여성 조종사 인 Jacqueline Cochran이 조종실에있었습니다. David Masters에 따르면, 소련이 독일에서 캡처 한 DFS 346 프로토 타입은 B-29에서 1945 년 말에 B-29에서 방출 된 후 1945 년 말에 683mph (1100km / h)에 도달했으며 이는 마하를 초과했을 것입니다. 그 높이에서 1. 이 비행의 조종사는 German Wolfgang Ziese였습니다.
1961 년 8 월 21 일 Edwards Air Force에서 시험 비행을하는 동안 통제 된 다이빙에서 Douglas DC-8-43 (등록 N9604Z)이 마하 1을 초과했습니다. 베이스. 승무원은 William Magruder (조종사), Paul Patten (부조종사), Joseph Tomich (비행 엔지니어), Richard H. Edwards (비행 테스트 엔지니어)였습니다. 이것은 Concorde 또는 Tu-144를 제외한 민간 여객기에 의한 최초의 초음속 비행이었습니다.