Aerodinamica supersonică este mai simplă decât aerodinamica subsonică, deoarece foile de aer din diferite puncte de-a lungul planului de multe ori nu se pot afecta reciproc. Avioanele supersonice și vehiculele cu rachetă necesită o forță de câteva ori mai mare pentru a împinge prin rezistența aerodinamică suplimentară experimentată în regiunea transonică (în jurul lui Mach 0,85-1,2). La aceste viteze, inginerii aerospațiali pot ghida ușor aerul în jurul fuselajului aeronavei fără a produce noi unde de șoc, dar orice modificare a zonei transversale mai departe în jos a vehiculului duce la unde de șoc de-a lungul corpului. Designerii folosesc regula zonei supersonice și regula zonei Whitcomb pentru a minimiza modificările bruște de dimensiune.
Sursa de sunet a străpuns acum bariera de viteză a sunetului și călătorește cu 1,4 ori viteza sunetului, c (Mach 1.4). Deoarece sursa se mișcă mai repede decât undele sonore pe care le creează, ea conduce de fapt frontul de undă în avans. Sursa de sunet va trece pe lângă un observator staționar înainte ca acesta să audă efectiv sunetul pe care îl creează.
Undă de șoc conică cu zona sa de contact cu solul în formă de hiperbolă în galben
Cu toate acestea, în aplicații practice, un avion supersonic trebuie să funcționeze stabil atât în subsonic, cât și în supersonic profiluri, prin urmare proiectarea aerodinamică este mai complexă.
O problemă cu zborul supersonic susținut este generarea de căldură în zbor. La viteze mari poate apărea încălzire aerodinamică, astfel încât o aeronavă trebuie să fie proiectată să funcționeze și să funcționeze la temperaturi foarte ridicate. Duraluminul, un material utilizat în mod tradițional în fabricarea aeronavelor, începe să piardă rezistența și să se deformeze la temperaturi relativ scăzute și nu este potrivit pentru utilizarea continuă la viteze peste Mach 2,2 – 2,4. Materiale precum titanul și oțelul inoxidabil permit operațiuni la temperaturi mult mai ridicate. De exemplu, jetul Lockheed SR-71 Blackbird ar putea zbura continuu la Mach 3.1 ceea ce ar putea duce la temperaturi pe unele părți ale aeronavei care depășesc 315 ° C (600 ° F).
O altă zonă de îngrijorare pentru zborul susținut de mare viteză este funcționarea motorului. Motoarele cu reacție creează împingere prin creșterea temperaturii aerului pe care îl ingerează și, pe măsură ce aeronava se accelerează, procesul de compresie din admisie determină o creștere a temperaturii înainte de a ajunge la motoare. Temperatura maximă admisă a eșapamentului este determinată de materialele din turbina din spatele motorului, astfel încât aeronava accelerează, diferența de temperatură de admisie și de eșapament pe care motorul o poate crea, arzând combustibil, scade, la fel ca și împingerea. Puterea mai mare necesară pentru vitezele supersonice a trebuit recâștigată prin arderea combustibilului suplimentar în evacuare.
Proiectarea admisiei a fost, de asemenea, o problemă majoră. O mare parte din energia disponibilă în aerul de intrare trebuie recuperată, cunoscută sub numele de recuperare de admisie, utilizând unde de șoc în procesul de compresie supersonică în admisie. La viteze supersonice, admisia trebuie să se asigure că aerul încetinește fără pierderi excesive de presiune. Trebuie să utilizeze tipul corect de unde de șoc, oblic / plan, pentru ca viteza de proiectare a aeronavei să comprime și să încetinească aerul la viteza subsonică înainte de a ajunge la motor. Undele de șoc sunt poziționate folosind o rampă sau un con care poate fi necesar să fie reglabil în funcție de compromisurile dintre complexitate și performanțele necesare ale aeronavei.
O aeronavă capabilă să funcționeze pentru perioade lungi de timp la viteze supersonice are un avantaj potențial de autonomie față de un design similar care funcționează subsonic. Cea mai mare parte a tracțiunii pe care o observă un avion în timp ce accelerează la viteze supersonice are loc chiar sub viteza sunetului, datorită unui efect aerodinamic cunoscut sub numele de tracțiune de undă. O aeronavă care poate accelera după această viteză scade semnificativ și poate zbura supersonic cu o economie de combustibil îmbunătățită. Cu toate acestea, datorită modului în care ridicarea este generată supersonic, raportul ridicare-tracțiune al aeronavei ca întreg scade, ducând la o rază mai mică, compensând sau răsturnând acest avantaj.
Cheia pentru a avea supersonic scăzut tragerea este de a modela în mod corespunzător aeronava generală pentru a fi lungă și subțire și aproape de o formă „perfectă”, ogiva von Karman sau corpul Sears-Haack. Acest lucru a condus la aproape toate avioanele de croazieră supersonice care arată foarte asemănătoare, cu un fuselaj foarte lung și subțire și aripi de delta mari, cf. SR-71, Concorde etc. Deși nu este ideal pentru aeronavele de pasageri, această modelare este destul de adaptabilă pentru utilizarea bombardierelor.
Istoricul zborului supersonic Editați
Cercetările aviatice din timpul celui de-al doilea război mondial au condus la crearea primelor aeronave cu rachetă și jet. Au apărut ulterior mai multe afirmații despre ruperea barierei sonore în timpul războiului.Cu toate acestea, primul zbor recunoscut care depășește viteza sunetului de către o aeronavă cu pilot în zbor controlat la nivel a fost efectuat pe 14 octombrie 1947 de avionul-rachetă experimental Bell X-1 pilotat de Charles „Chuck” Yeager. Primul avion de producție care a rupt bariera sonoră a fost un Saber Canadair F-86, cu prima femeie pilot „supersonică”, Jacqueline Cochran, la comenzi. Potrivit lui David Masters, prototipul DFS 346 capturat în Germania de sovietici, după ce a fost eliberat de pe un B-29 la 10000 m, a ajuns la 1100 km / h la sfârșitul anului 1945, ceea ce ar fi depășit Mach 1 la acea înălțime. Pilotul acestor zboruri a fost germanul Wolfgang Ziese.
La 21 august 1961, un Douglas DC-8-43 (înregistrare N9604Z) a depășit Mach 1 într-o scufundare controlată în timpul unui zbor de testare la Edwards Air Force Baza. Echipajul era William Magruder (pilot), Paul Patten (copilot), Joseph Tomich (inginer de zbor) și Richard H. Edwards (inginer de test de zbor). Acesta a fost primul zbor supersonic efectuat de un avion de linie civil, altul decât Concorde sau Tu-144.