Aerodynamik

Andere Faktoren umfassen die ideale Form von Geschossen und das Verhalten von Gas, wenn es mit hohen Geschwindigkeiten fließt. Die so genannte Tränenform, eine ideale Stromlinienform für Unterschallgeschwindigkeiten, ist im Überschallbereich wegen der großen Stirnfläche äußerst unökonomisch. Bei Überschallgeschwindigkeit führt diese Form zum Entstehen energieverzehrender Stoßwellen mit großer Amplitude.

Wenn Gas mit Überschallgeschwindigkeit durch eine verengte Röhre strömt, z. B. durch die Mündung einer Rakete, erhöht sich an der engsten Stelle die Strömungsgeschwindigkeit, und der Druck nimmt ab. Bei einer sich ausweitenden Röhre tritt die umgekehrte Erscheinung auf. Das Verbrennungsgas einer Rakete erhöht daher seinen Auftrieb durch den größeren Druck in der breiter werdenden Düsenöffnung. Eine weitere Tatsache, die den Raketenbauern schon lange bekannt ist, ist der direkte Einfluss des umgebenden atmosphärischen Druckes auf die Flugleistung im Überschallbereich. Je mehr sich das umgebende Medium einem vollkommenen Vakuum nähert, desto effizienter arbeitet das Triebwerk des Flugkörpers. Die Höchstgeschwindigkeit eines Überschallflugzeuges kann auch vergrößert werden, indem man die Stirnfläche bzw. den Querschnitt, der der ankommenden Luft entgegensteht, verringert. Die Erhöhung des Gewichts durch eine größere Länge sowie ein schlankerer Flugzeugrumpf mit einer nadelförmigen Spitze sind notwendige Konstruktionsmerkmale von Überschallflugzeugen. In den Jahren nach dem 2. Weltkrieg haben Forschungsinstitute für Aerodynamik Windkanäle gebaut, in denen Flugzeugmodelle und Flugzeugteile in Luftströmen mit Überschallgeschwindigkeit getestet werden können.

Ein größerer Fortschritt im Flugzeugbau, der auf Forschungsarbeit im Windkanal beruht, war die Entdeckung der Flächenregel durch den amerikanischen Physiker Richard Travis Whitcomb. Sie lieferte ein neues Prinzip für den Bau von Überschallflugzeugen. Nach diesem Grundsatz beruht der rasche Anstieg des Luftwiderstands im Bereich der Schallgeschwindigkeit auf der Verteilung der gesamten Querschnittsfläche entlang des Flugzeuges. Indem man den Rumpf dort einschnürt, wo die Tragflächen angebracht sind, verringert sich der für das Flugzeug typische Luftwiderstand. Whitcombs so genannte Wespentaillenbauweise ermöglichte eine Steigerung der Höchstgeschwindigkeit im Überschallbereich um 25 Prozent ohne zusätzliche Triebwerksleistung.

Der Ausdruck Überschallakustik wurde früher in umfassenderer Bedeutung verwendet. Sie umfasste auch den Zweig der Physik, der heute als Lehre vom Ultraschall bezeichnet wird. Diese beschäftigt sich mit hochfrequenten Schallwellen im Bereich ab circa 20 000 Hertz (Hz).

Siehe auch Strahlantrieb