Regime supersonico

Un problema difluidodinamicaoaerodinamicaviene detto inregime supersonicose le velocità caratteristiche delcampo di motorisultano maggiori dellavelocità del suononelfluidoconsiderato rispetto ad un sistema di riferimento solidale al corpo. Il calcolo dellaportanzasu un aereo supersonico (ad esempio ilConcorde) è un esempio di problema in regime supersonico.

Descrizione

Il comportamento di un flusso supersonico è molto diverso da quello in regime subsonico. Lavelocità del suonoè la massima velocità a cui un disturbo fluidodinamico può propagarsi in un fluido. Ad esempio, ungasche incontra un ostacolo in un flusso subsonico risente del disturbo provocato da quest'ultimo prima di incontrarlo, perché l'informazione viaggia ad una velocità superiore a quella del fluido. Ciò non può accadere per velocità supersoniche del fluido; in tal caso si formano nel fluido delle strutture fluidodinamiche chiamateonde d'urtoche permettono la decelerazione o la deviazione del flusso e quindi di evitare l'ostacolo.

Usando una terminologia matematica si può affermare che un flusso supersonico rappresenta unparaboloide iperbolico,mentre un flusso subsonico risultaellittico.Un altro esempio della differenza tra flusso supersonico e subsonico può essere vista nel comportamento del flusso in un condotto convergente; in tal caso, mentre un flusso subsonico accelera, un flusso supersonico decelera.

Aeronautica

Filmato storico delBell X-1che pilotato daYeagernel 1947 superò la velocità del suono

Filmato di unF-14 Tomcatche supera la barriera del suono

Moltiaerei da combattimentosono supersonici, ma vi furono anche dueaeroplani commerciali di lineain grado di superare la velocità del suono: ilConcorde,nato da una cooperazione tra gli enti aerospazialifrancesiebritannici,e ilTupolev Tu-144,di progettazionesovietica.Dopo il ritiro dal servizio del Concorde avvenuto il 26 novembre 2003, attualmente non ci sono aerei passeggeri supersonici in servizio. Alcuni grandibombardieri,come ilTupolev Tu-160e ilRockwell B-1 Lancer,sono in grado di raggiungere velocità supersoniche. IlLockheed-Boeing F-22,ilMcDonnell Douglas F/A-18 Hornete l'Eurofighter Typhoonsono tra i primi aerei da combattimento in grado di mantenere velocità supersoniche per prolungati periodi di tempo senza la necessità di utilizzare ipostbruciatori(supercrociera).

Negli ultimi anni dellaSeconda Guerra mondialesi parlava già diffusamente dei voli supersonici, allora vennero definiti "ultrasonori" anziché "supersonici", non esistendo ancora quest'ultima parola nel dizionario italiano^[1].In diversi racconti autobiografici scritti dai piloti da caccia, questi affermavano di aver raggiunto con aerei ad elica, in particolari condizioni di volo, la velocità del suono. In seguito, tuttavia, tali dichiarazioni non furono mai prese in considerazione per due motivi: in primo luogo, la rilevazione della velocità con il tubo Pitot in quegli anni era scarsamente attendibile, in secondo luogo, gli effetti aerodinamici procurati dalle velocità transoniche o supersoniche non erano ancora noti, perciò i piloti non sarebbero stati in grado di governare tali assetti critici del velivolo.

Sembra, in ogni modo, che solo i tedeschi nel 1944 abbiano raggiunto con certezza in volo orizzontale, una velocità transonica di1004km/hcon un cacciaMesserschmitt Me 163Kometdotato diendoreattore.Altri tentativi, ritenuti sempre non attendibili, furono fatti tra il 1944 e il 1946 da alcuni piloti inglesi con i caccia Spitfire, convinti in buona fede, di aver raggiunto velocità prossime o perfino superiori a quelle del suono, riportando fra l'altro non pochi incidenti. Gli americani, altresì, nello stesso periodo, nonostante l'impiego del loro primo aviogettoLockheed P-80 Shooting Star,non riuscirono mai a superare il muro del suono, sfiorando soltanto i1100km/h,subendo funestamente l'esplosione in volo di uno di questi esemplari. Pertanto il primato fu riconosciuto ufficialmente a Yeager.

Charles "Chuck" Yeagerfu il primo uomo a viaggiare a più diMach1 in volo stazionario. Yeager superò labarriera del suonoil 14 ottobre 1947 volando a bordo delBell X-1ad un'altezza di circa10500m.

La maggior parte deiveicoli spaziali,tra cui loSpace Shuttle,viaggiano a regimi supersonici durante la fase di rientro, sebbene gli effetti sul velivolo sono ridotti dalle basse pressioni che si trovano alle alte quote. Durante il tragitto in ascesa, i sistemi di lancio generalmente evitano di entrare in regime supersonico al di sotto dei30km(~90000ft) per ridurre gli effetti di freno dell'aria.

È da notare che lavelocità del suonodecresce con la quota, a causa dell'abbassamento della temperatura che avviene fino a25km.Ad altezze superiori, poiché la temperatura ricomincia a salire, la velocità del suono aumenta di conseguenza.^[2]