Überschallgeschwindigkeiten

Überschallgeschwindigkeit bezeichnet die Geschwindigkeit, die schneller ist als die Schallgeschwindigkeit im umgebenden Medium. In der Luft wird die Schallgeschwindigkeit durch Temperatur beeinflusst; bei Standardbedingungen auf Meereshöhe liegt sie bei etwa 343 Metern pro Sekunde (ca. 1.235 Kilometern pro Stunde). Der Mach-Index M ist das Verhältnis der Geschwindigkeit des Objekts zur lokalen Schallgeschwindigkeit. Überschall gilt allgemein für M > 1; der Bereich bis ungefähr Mach 2 wird oft als moderner Überschallflug gesehen, während Machzahlen über etwa 5 als Hyperschall bezeichnet werden.

Beim Überschallflug entstehen Stoßwellen, die sich ausbreiten und zu einem hörbaren Druckknall (Sonic Boom) am Boden bzw. in der Umgebung führen. Der Luftwiderstand steigt stark, und es kommt zu charakteristischen Änderungen in der Aerodynamik, einschließlich der Bildung einer dünnen, stabilen Schockstruktur am Luftfahrzeug. Der Übergangsbereich von subsonisch zu Überschall wird als transsonisch bezeichnet, in dem sich die Druckverteilung stark verändert.

Historisch markierte der erste kontrollierte Überschallflug Chuck Yeager 1947 im Bell X-1. Seitdem wurden zahlreiche Mehrzweck- und Militärflugzeuge entwickelt, darunter Jagd- und Aufklärungsflugzeuge, sowie Überschallverkehrsflugzeuge wie die Concorde und das Tupolev Tu-144. In der Raumfahrt spielt Überschall bzw. Hyperschall eine Rolle beim Wiedereintritt, bei Raketenstufen und in modernen Hyperschall-Forschungsprogrammen.

Technische Herausforderungen umfassen extreme aerothermische Belastungen, Kühlung, effiziente Überschallstrahltriebwerke und Luftansaugung, sowie akustische Emissionen des Sonic Boom. Fortschritte in Materialien, Formenoptimierung und Strömungssteuerung ermöglichen verfeinerte Überschallkonzepte und steigern Effizienz sowie Nutzbarkeit solcher Systeme.