Как самолёт создаёт ударную волну
Самолёт передаёт окружающему воздуху небольшие возмущения давления: они распространяются со скоростью звука. Пока самолёт летит медленнее этой скорости, такие сигналы успевают уйти вперёд, и воздух начинает обходить корпус заранее. Когда самолёт приближается к скорости звука, часть воздуха вокруг него уже движется быстрее звука относительно самолёта. Возмущения не успевают разойтись плавно и накладываются друг на друга.
На участках, где поток резко меняет скорость и давление, возникает ударная волна — тонкий слой резкого перехода. Это не плотная стенка воздуха, а область, через которую параметры потока меняются почти скачком. У самолёта таких волн может быть несколько: у носовой части, крыльев и других выступающих элементов.
Почему сопротивление резко растёт
Перестройка потока требует энергии. Ударные волны уносят её, а за волной воздух тормозится и нагревается; на крыле при этом меняется распределение давления. Поэтому в окрестности скорости звука сопротивление может увеличиться особенно быстро — двигателю приходится тратить больше тяги, чтобы самолёт продолжал разгон.
Конструкторы стараются смягчить этот переход. Тонкий профиль уменьшает резкость изменений потока, а стреловидное крыло позволяет воздуху дольше обтекать крыло без сильного сжатия. Обтекаемый корпус помогает избежать лишних скачков давления. Это не устраняет ударные волны, но может снизить их сопротивление и облегчить полёт на сверхзвуке.
От волн у самолёта до громкого хлопка
Ударная волна распространяется от самолёта наружу и по мере движения формирует характерную картину давления. Если она достигает земли, человек может услышать звуковой удар — короткий громкий хлопок, хотя самолёт уже пролетел. Поэтому сверхзвуковой полёт над населёнными районами связан не только с мощностью двигателя: важно и то, как созданная самолётом волна распространяется до поверхности.
