Lexikon

Beim Überschallflug schiebt ein Flugzeug eine Druckwelle vor sich her, die sich kegelförmig vom Flugzeug aus ausbreitet (d.h. sich mit Schallgeschwindigkeit vom Flugzeug entfernt; zusammen mit der Vorwärtsbewegung ergibt sich die Kegelform). Hinter der Druckwelle entspannt sich die Luft wieder; bei ausreichender Luftfeuchtigkeit kommt es dort zur Kondensation (da durch die Expansion der Taupunkt unterschritten wird) und damit zum Wolkenscheibeneffekt.

Wo der Druckwellenkegel den Erdboden berührt, hört man dort den Überschallknall. Es gibt sogar mindestens zwei Druckwellen, nämlich von der Flugzeugnase (Kompressionswelle) und vom Heck (Dekompressionswelle) ausgehend - bei kleinen Flugzeugen folgen beide Druckwellen aber so schnell hintereinander, dass der Mensch nur einen Knall wahrnimmt, obwohl es zwei sind. Hat das Flugzeug im mittleren Bereich eine Vergrößerung (oder allgemein eine Veränderung) des Querschnitts, dann geht von dort aus eine weitere Druckwelle aus, welche zusätzlichen Widerstand erzeugt - Luft verhält sich im Überschallbereich inkompressibel. Daher sind Überschallflugzeuge nach der Flächenregel konstruiert, d.h. dort, wo die Flügel für zusätzliche Querschnittsfläche sorgen, wird der Rumpf dünner (Wespentaille), um den Gesamtquerschnitt gleich zu halten. Durch die veränderte Aerodynamik wandert der Auftriebspunkt am Flügel nach hinten und drückt somit die Flugzeugnase nach unten; dies hat in der Anfangszeit des Überschallflugs Flugzeuge zum Absturz gebracht, weil diese den Sinkflug nicht ausreichend mit dem Höhenruder korrigieren konnten und gleichzeitig dabei nicht langsamer wurden. Ein weiteres Problem war die Ungenauigkeit der Geschwindigkeitsanzeige - da sich gestaute Luft mit steigender Geschwindigkeit zunehmend kompressibel verhält (d.h. durch die Kompression steigt die Dichte), zeigen klassische Staurohre im Bereich der Schallgeschwindigkeit eine um ca. 10% zu hohe Geschwindigkeit an; der korrigierte Wert lautet "equivalent air speed".

Überschallflugzeuge haben nach hinten gepfeilte Flügel. Das ist nötig, weil sich sonst zu viel Luft vor den Flügeln stauen würde - sie müssen stärker gepfeilt sein als der Öffnungswinkel des Mach-Kegels, damit die Luft nach außen abfließen kann. Trotzdem ist im Überschallbereich der cW-Wert etwa doppelt so groß wie im Unterschallbereich; hinzu kommt noch die hohe Geschwindigkeit, die in der 3. Potenz in die nötige Antriebsleistung eingeht.

Nicht nur bei einem Überschallflug treten Probleme auf, wenn eine Welle überholt wird. Beispielsweise ist eines der kritischen Faktoren bei Hochgeschwindigkeitszügen das Schwingen der Oberleitung; nur wenn diese sehr straff gespannt ist, breiten sich Schwingungen schnell genug aus, so dass der Zug nicht die Wellen im Fahrdraht überholt und diesen dabei zerreißt. Auch bei Eisstraßen über gefrorene Seen im Norden Kanadas tritt dieses Problem auf; die schwere Trucks biegen die meterdicke Eisdecke durch und schieben so eine Welle vor sich her. Würden sie zu schnell fahren - speziell im Uferbereich, wo das elastische Eis auf das starre Land trifft und nicht mehr nach vorne ausweichen kann -, dann würden sie diese Welle überholen und das eigentlich ausreichend stabile Eis dort zerbrechen. Ähnlich ist es bei Wasserwellen; sie werden in flacherem Wasser langsamer und stauen sich deshalb auf (Energieerhaltung: sie werden höher) - kommen sie (im Vergleich zur Wellengeschwindigkeit an der Küste) zu schnell an, dann werden sie zu steil und brechen.