Supersonisk aerodynamikk er enklere enn subsonisk aerodynamikk fordi luftarkene på forskjellige punkter langs planet ofte ikke kan påvirke hverandre. Supersoniske jetfly og rakettbiler krever flere ganger større skyvekraft for å presse gjennom den ekstra aerodynamiske luftmotstanden som oppleves i det transoniske området (rundt Mach 0,85–1,2). I disse hastighetene kan luftfartsingeniører forsiktig lede luft rundt flykroppen uten å produsere nye sjokkbølger, men enhver endring i tverrområdet lenger ned i kjøretøyet fører til sjokkbølger langs kroppen. Designere bruker Supersonic area-regelen og Whitcomb area-regelen for å minimere plutselige endringer i størrelse.
Lydkilden har nå brutt gjennom lydhastighetsbarrieren, og kjører med 1,4 ganger lydens hastighet, c (Mach 1.4). Fordi kilden beveger seg raskere enn lydbølgene den skaper, leder den faktisk den fremrykkende bølgefronten. Lydkilden vil passere en stasjonær observatør før observatøren faktisk hører lyden den lager.
Konisk sjokkbølge med den hyperbolformede bakkekontaktsonen i gult
Imidlertid må et supersonisk fly i praktiske applikasjoner operere stabilt i både subsonisk og supersonisk profiler, derav aerodynamisk design er mer kompleks.
Et problem med vedvarende supersonisk flyging er generering av varme under flyging. Ved høye hastigheter kan det oppstå aerodynamisk oppvarming, så et fly må være designet for å operere og fungere under veldig høye temperaturer. Duralumin, et materiale som tradisjonelt brukes i flyproduksjon, begynner å miste styrke og deformeres ved relativt lave temperaturer, og er uegnet for kontinuerlig bruk ved hastigheter over Mach 2,2 til 2,4. Materialer som titan og rustfritt stål tillater drift ved mye høyere temperaturer. For eksempel kan Lockheed SR-71 Blackbird-jetfly fly kontinuerlig ved Mach 3.1, noe som kan føre til temperaturer på noen deler av flyet som når over 315 ° C.
Et annet område med bekymring for vedvarende høyhastighetsflyging er motordrift. Jetmotorer skaper trykk ved å øke temperaturen på luften de får i seg, og når flyet øker, forårsaker kompresjonsprosessen i inntaket en temperaturstigning før den når motorene. Maksimal tillatt temperatur på eksosen bestemmes av materialene i turbinen på baksiden av motoren, slik at flyet øker, og forskjellen i inntak og eksotemperatur som motoren kan skape, ved å brenne drivstoff, reduseres, som det gjør skyvekraften. Den høyere skyvekraften som trengs for supersoniske hastigheter, måtte gjenvinnes ved å forbrenne ekstra drivstoff i eksosen.
Inntaksdesign var også et stort problem. Så mye av tilgjengelig energi i den innkommende luften må gjenvinnes, kjent som inntaksgjenoppretting, ved hjelp av sjokkbølger i den supersoniske kompresjonsprosessen i inntaket. Ved supersonisk hastighet må inntaket sørge for at luften senker seg uten overdreven trykktap. Den må bruke riktig type sjokkbølger, skrå / plan, for at flyets designhastighet skal komprimere og senke luften til subsonisk hastighet før den når motoren. Sjokkbølgene plasseres ved hjelp av en rampe eller en kjegle som kan trenge å være justerbar avhengig av avveininger mellom kompleksitet og ønsket flyytelse.
Et fly som kan operere i lengre perioder med supersoniske hastigheter, har en potensiell rekkeviddefordel over en lignende design som fungerer subsonisk. Det meste av luftmotstanden et fly ser mens det øker hastigheten til supersoniske hastigheter, oppstår like under lydhastigheten på grunn av en aerodynamisk effekt kjent som bølgemotstand. Et fly som kan akselerere forbi denne hastigheten, ser en betydelig reduksjon i luftmotstanden, og kan fly supersonisk med forbedret drivstofføkonomi. På grunn av måten heisen genereres supersonisk, faller fly-til-dra-forholdet til flyet som helhet, noe som fører til lavere rekkevidde, noe som motvirker eller velter denne fordelen.
Nøkkelen til å ha lav supersonisk lyd drag er å forme det overordnede flyet til å være langt og tynt, og nær en «perfekt» form, von Karman ogive eller Sears-Haack-kroppen. Dette har ført til at nesten alle supersoniske cruisefly ser veldig ut som alle andre, med en veldig lang og slank skrog og store deltavinger, jfr. SR-71, Concorde, etc. Selv om det ikke er ideelt for passasjerfly, er denne utformingen ganske tilpasningsdyktig for bomberbruk.
Historie om supersonisk flightEdit
Luftfartsforskning under andre verdenskrig førte til etableringen av det første rakett- og jetdrevne flyet. Flere påstander om å ha brutt lydbommen under krigen dukket deretter opp.Imidlertid ble den første anerkjente flyvningen som oversteg lydhastigheten til et bemannet fly under kontrollert nivåflyging, utført 14. oktober 1947 av det eksperimentelle rakettflyet Bell X-1 pilotert av Charles «Chuck» Yeager. Det første produksjonsflyet som brøt lydbarrieren var en F-86 Canadair Saber med den første «supersoniske» kvinnepiloten, Jacqueline Cochran, ved kontrollene. Ifølge David Masters nådde prototypen DFS 346 fanget i Tyskland av sovjeterne, etter å ha blitt løslatt fra en B-29 ved 10000 m (32800 ft), 1100 km / t sent på 1945, noe som ville ha overskredet Mach 1 i den høyden. Piloten i disse flyvningene var tyske Wolfgang Ziese.
21. august 1961 overgikk en Douglas DC-8-43 (registrering N9604Z) Mach 1 i et kontrollert dykk under en testflyging ved Edwards Air Force Utgangspunkt. Mannskapet var William Magruder (pilot), Paul Patten (copilot), Joseph Tomich (flight engineer) og Richard H. Edwards (flight test engineer). Dette var den første supersoniske flyturen av en annen sivil passasjerfly enn Concorde eller Tu-144.