F-18 Hornet met transsonische snelheid. De kegelvormige wolk ontstaat door condensatie van waterdruppeltjes in de zone van lagere druk en temperatuur achter de vleugel (U.S. Navy)
De
geluidsbarriëre is een term uit de luchtvaart. Een
vliegtuig dat met een
snelheid gelijk aan of kleiner dan de geluidssnelheid vliegt, bouwt voor zich uit een golffront op. Dat beweegt zich - net als elke drukverstoring in de lucht - met de geluidssnelheid voort. Als het vliegtuig sneller dan het geluid (dus
supersonisch) gaat vliegen, krijgt dit golffront een kegelvorm. Dit kegelvormige golffront wordt bij het passeren waargenomen als een luide knal.
In de jaren voordat men erin geslaagd was om sneller dan het geluid te vliegen, verkeerden sommige wetenschappers in de overtuiging dat de druk in het golffront zo groot zou worden dat een vliegtuig zich er letterlijk op te pletter zou vliegen wanneer het probeerde het golffront in te halen (dus sneller dan het geluid te vliegen). Hierdoor is de benaming geluidsbarriëre ontstaan.
Geschiedenis
Op 14 oktober 1947 doorbrak de Amerikaan Chuck Yeager in een X-1 raketvliegtuig als eerste deze geluidsbarriëre (de raket was niet vanaf de grond gelanceerd, maar door een vliegtuig omhoog gebracht). Met een effectievere stroomlijning bleek de geluidsbarriëre niet zo onneembaar te zijn als tot dan toe wel werd gedacht.
Van tijdens de Tweede Wereldoorlog zijn er gevallen bekend dat de toenmalige Duitse Messerschmidt Me-262, een jachtvliegtuig met twee straalmotoren in duikvluchten de geluidssnelheid heeft overschreden. Er bestaat hierover een bericht van een toenmalige piloot, Dr. Hans Guido Mutke, en analyses hierover zijn gepubliceerd naar aanleiding van een Duits-Amerikaans congres over 60 jaar straalvliegtuigen bij het Duitse DLR. Mutke beweert dat hij op 9 april 1945 nabij Innsbruck door de geluidsbarriëre is gegaan met zijn Me-262, maar sluit niet uit dat het ook andere Duitse piloten van deze machine is overkomen.
Drukgolven
Als een voorwerp sneller gaat dan het geluid, dan kunnen de drukgolven die het voorwerp veroorzaakt, niet meer van het voorwerp vandaan lopen. De drukgolven zijn dan namelijk langzamer dan het voorwerp. "Langzamer" betekent hier ongeveer 1200 km/h op zeeniveau. Op vlieghoogte is de snelheid van het geluid ongeveer 10% lager. Gaat het om een vliegtuig, dan blijven de veroorzaakte geluidsgolven achter het vliegtuig aanlopen. Het vliegt dan aan de top van een kegelvormige schokgolf. De belangrijkste schokgolf wordt gemaakt door de neus van het vliegtuig. Kleinere schokgolven komen door andere discontinuïteiten van de vliegtuigromp.
Kegelvormige schokgolf
Op nog een andere manier uitgelegd: een lichaam dat door de lucht beweegt, drukt de lucht opzij. Kleine verstoringen van de lucht bewegen met de geluidssnelheid. Verstoringen vanaf een langzaam bewegend lichaam verspreiden zich in cirkels, net zoals de golfjes die ontstaan als er een steen in het water gegooid is (zie principe van Huygens). Als het lichaam snel beweegt, liggen deze cirkels dichter bij elkaar in de richting van de beweging. Als het lichaam supersonisch snel beweegt,dan gaan de cirkels elkaar overlappen. De omhullende van al die cirkels vormt dan een kegel. De tophoek van die kegel wordt bepaald door de snelheid, hoe sneller het lichaam, hoe smaller de tophoek. Ook dit is te zien in water: een snel zwemmende eend, of een boot, laat ook een zog achter zich met een scherpe tophoek (dit wordt overigens door een ander effect veroorzaakt en heeft te maken met de waterdiepte). Het bestaan van deze kegel is ontdekt door Ernst Mach in de negentiende eeuw aan de hand van observaties van projectielen. Het bestaan van deze kegel impliceert dat het vliegtuig niet door de geluidsbarriëre heen kan breken. De snelheid van een vliegtuig kan worden uitgedrukt in het
Mach-getal. Mach 2 is bijvoorbeeld 2 keer zo snel als de geluidssnelheid.
Geluidsbarriëre
Lineaire weergave
