Überschallflüge

Die Überschallaerodynamik ist einfacher als die Unterschallaerodynamik, da sich die Luftblätter an verschiedenen Punkten entlang des Flugzeugs oft nicht gegenseitig beeinflussen können. Überschalljets und Raketenfahrzeuge erfordern einen um ein Vielfaches höheren Schub, um den zusätzlichen Luftwiderstand im transsonischen Bereich zu überwinden. Bei diesen Geschwindigkeiten können Luftfahrtingenieure die Luft sanft um den Flugzeugrumpf leiten, ohne neue Stoßwellen zu erzeugen. Jede Änderung des Querschnitts weiter unten im Fahrzeug führt jedoch zu Stoßwellen entlang der Karosserie. Designer verwenden die Überschallbereichsregel und die Whitcomb-Bereichsregel, um plötzliche Größenänderungen zu minimieren. In praktischen Anwendungen muss ein Überschallflugzeug jedoch sowohl im Unterschall- als auch im Überschallprofil stabil arbeiten, weshalb das aerodynamische Design komplexer ist.

Ein Problem bei einem anhaltenden Überschallflug ist die Erzeugung von Wärme im Flug. Bei hohen Geschwindigkeiten kann eine aerodynamische Erwärmung auftreten. Daher muss ein Flugzeug für den Betrieb und Betrieb bei sehr hohen Temperaturen ausgelegt sein. Duraluminium, das traditionelle Flugzeugmaterial, beginnt bei relativ niedrigen Temperaturen an Festigkeit zu verlieren und plastisch zu verformen. Es ist für den Dauereinsatz bei Geschwindigkeiten über Mach 2,2 ungeeignet. Materialien wie Titan und Edelstahl ermöglichen den Betrieb bei viel höheren Temperaturen. Aus diesem Grund ist die Verwendung neuer Materialien wichtig, da diese viel stärker sind und viel mehr aushalten als Materialien, die in der Vergangenheit verwendet wurden. Ein weiterer Bereich, der für einen dauerhaften Hochgeschwindigkeitsflug von Belang ist, ist der Triebwerksbetrieb. Düsentriebwerke erzeugen Schub durch Erhöhen der Temperatur der Luft, die sie aufnehmen, und während das Flugzeug beschleunigt, erwärmen Reibung und Kompression diese Luft, bevor sie die Triebwerke erreicht. Die maximal zulässige Abgastemperatur wird durch die Werkstoffe in der Turbine im hinteren Teil des Triebwerks bestimmt, sodass die vom Triebwerk verursachte Differenz zwischen Einlass- und Abgastemperatur und der damit einhergehende Schub mit der Beschleunigung des Flugzeugs abnimmt. Die Luftkühlung des Turbinenbereichs, um den Betrieb bei höheren Temperaturen zu ermöglichen, war eine Schlüssellösung, die sich in den 1950er Jahren und bis heute weiter verbesserte. Das Einlassdesign war ebenfalls ein wichtiges Thema. Normale Düsentriebwerke können nur Unterschallluft aufnehmen, daher muss die Luft für den Überschallbetrieb verlangsamt werden. Rampen oder Kegel im Einlass werden verwendet, um Stoßwellen zu erzeugen, die den Luftstrom verlangsamen, bevor er den Motor erreicht. Dadurch wird dem Luftstrom Energie entzogen, was zu Luftwiderstand führt. Der Schlüssel zum Verringern dieses Widerstands besteht darin, mehrere kleine schräge Stoßwellen zu verwenden. Dies war jedoch schwierig, da sich der Winkel, den sie innerhalb des Einlasses bilden, mit der Machzahl ändert.