Supersonique signifie « supérieur à la vitesse du son ».

Le F-14 en vol supersonique n'est pas entendu avant son passage devant le spectateurs, puis la quasi-totalité du son est entendue en un instant.

Un véhicule supersonique est un véhicule capable de se déplacer à une vitesse supérieure à la vitesse du son qui est de l'ordre de 343 mètres par seconde (environ 1 235 kilomètres par heure ou Mach 1) dans de l'air à 15 °C au niveau de la mer. Cette vitesse variant en fonction de la température, elle diminue donc avec l'altitude, ce qui fait qu'un avion volant à Mach 1 en haute altitude aura une plus petite vitesse exprimée en km/h qu'au niveau de la mer. Un écoulement supersonique est symétriquement un écoulement de fluide dont la vitesse loin des perturbations par un obstacle est supérieure à la vitesse du son dans ce même fluide.

On utilise également le terme « bi-sonique » pour un véhicule dépassant deux fois la vitesse du son, et « tri-sonique » s'il dépasse trois fois la vitesse du son. À l'inverse, ce qui n'est pas supersonique est dit, selon l'objet ou les circonstances considérés, subsonique, transsonique.

Généralités

Le comportement du fluide autour d'un mobile supersonique diffère considérablement de celui qu'on observe à des vitesses plus faibles. L'étude d'un mobile ponctuel fournit une explication qualitative simple (voir nombre de Mach) : alors que, en subsonique, le mobile baigne constamment dans les perturbations (les bruits) qu'il a créées précédemment, en supersonique, il abandonne en permanence ces perturbations derrière lui. Ainsi, elles se trouvent confinées dans le cône de Mach qui suit le mobile tandis que, hors de celui-ci, aucun son n'est audible.

C'est une représentation très parlante : l'onde de Mach forme une discontinuité entre deux zones aux comportements totalement différents mais ce n'est qu'une image. Le mobile ponctuel ne peut, en effet, produire que des perturbations infiniment petites, un mobile de dimensions finies produisant des perturbations finies nettement plus compliquées. L'image peut être considérée comme une approximation correcte des phénomènes observés à une échelle suffisamment petite pour que le mobile se réduise pratiquement à un point. Pour obtenir des résultats pratiques, il faut effectuer un agrandissement de manière à analyser la forme du mobile et ses conséquences précises sur le fluide situé à proximité.

Pour progresser, le point de vue sera modifié de deux manières différentes :

Le cône de Mach correspond à un écoulement tridimensionnel engendré par un point, image d'un mobile tridimensionnel tel qu'une balle de fusil, un missile, une fusée, etc. On considérera ici le cas d'une aile d'avion qui conduit, au moins en première approximation, à un problème bidimensionnel dans lequel le cône est remplacé par un dièdre ou, en projection, par deux lignes de Mach, la vue de profil restant identique à celle qui était basée sur les sphères de perturbation.

Au lieu de considérer le mouvement d'un objet dans une atmosphère préalablement au repos, il est intéressant de se positionner sur l'objet qui voit arriver un écoulement supersonique, comme dans une soufflerie.

Origine et effet des ondes de choc

À l'issue de la phase transsonique qui voit l'apparition d'ondes de choc sur l'extrados puis sur l'intrados, lorsque tous les points de l'aile atteignent Mach 1, ces deux chocs sont repoussés au bord de fuite et deviennent obliques.

De plus, sur un profil d'aile classique avec un bord d'attaque arrondi, il se forme une onde de choc détachée devant ce bord d'attaque. Elle enferme un volume d'air qui est brutalement ralenti avec une forte surpression. Ce phénomène est à l'origine d'une augmentation de la traînée qui se substitue à la traînée liée au décollement en transsonique.

Il existe deux techniques pour réduire cette traînée. Comme en transsonique, l'utilisation d'une aile en flèche ou d'une aile delta diminue le nombre de Mach « vu » par l'aile. On peut également utiliser un profil supersonique symétrique avec une pointe au bord d'attaque comme au bord de fuite. L'inconvénient réside alors dans ses mauvaises performances en subsonique car un bord d'attaque aigu « traumatise » beaucoup plus un écoulement subsonique qu'un écoulement supersonique.

Description sommaire des phénomènes autour du bord d'attaque d'un profil supersonique

Au voisinage du bord d'attaque d'un profil supersonique, il y a deux écoulements analogues à celui qu'on peut observer sur un dièdre convergent. En chaque point de celui-ci, est attachée une ligne de Mach définie précédemment comme une discontinuité d'amplitude infinitésimale. La superposition de ces différentes discontinuités élémentaires crée une discontinuité d'amplitude finie, une onde de choc. À travers celle-ci, la pression augmente brutalement.

Si le choc est droit, de supersonique l'écoulement devient subsonique. Dans le cas oblique, illustré ci-contre, seule la composante normale, à travers le choc, est réduite : la résultante peut donc rester supersonique. La décroissance de la vitesse dépend donc de l'angle du dièdre.

De manière un tout petit peu plus précise, on peut dire que les lignes de Mach faisant avec les vitesses d'écoulement un angle défini par le seul nombre de Mach (son sinus est égal à l'inverse de celui-ci), celles qui seraient liées à des vitesses supersoniques le long de la paroi inclinée rencontreraient celles de l'écoulement non perturbé. Cette rencontre de lignes de discontinuité ne peut se résoudre que par un phénomène brutal, irréversible au sens de la thermodynamique. Autour d'un dièdre divergent, les lignes de Mach basculent progressivement pour produire un éventail de détente, phénomène réversible.

Écoulement autour d'un profil supersonique

Cet écoulement subsonique au bord d'attaque est ensuite soumis à la forme convexe de l'intrados (ou de l'extrados) : la veine fluide est d'abord restreinte dans la première moitié, puis étendue dans la seconde. Les phénomènes sont en général analogues à ceux qui se produisent dans la tuyère d'une soufflerie supersonique constituée d'un convergent et d'un divergent séparés par un col sonique lorsque la soufflerie est amorcée. Dans tous les cas le nombre de Mach et la pression varient en sens inverse.

Sur l'écoulement devenu subsonique, le phénomène n'est pas qualitativement changé par rapport à ce qui se passerait si le fluide était incompressible (Mach < 0,3 environ) : le resserrement de la veine augmente la vitesse tandis que la pression diminue.

Ces accroissements de la vitesse d'un bout à l'autre de la zone considérée se traduisent par des réductions concomitantes de la pression.

En arrivant au bord de fuite, l'écoulement est donc supersonique, avec une pression relativement faible. La partie extrados de l'écoulement rencontrant alors la partie intrados, les vitesses sont brutalement rectifiées à l'horizontale, ce qui crée une surpression à travers une nouvelle onde de choc.

Ce sont les deux ondes de choc qui créent le double bang, une détente étant toujours réversible. Pour l'avion en vol, leur caractère irréversible entraîne une augmentation de la résistance de l'air.

L'onde de choc

Celle-ci se déplace au fur et à mesure du déplacement de l'avion. Ce qui n'est donc pas un son continu pour un observateur extérieur, sauf dans le cas particulier d'un virage. Il pourra y avoir un superbang avec des intensités de 5 ∆P et ponctuellement superfocalisation de l'onde de choc à 9 ∆P, pouvant occasionner des dégâts au sol (exceptionnel).

Exemples

Quelques avions civils et militaires supersoniques :

le Bell X-1 piloté par Chuck Yeager fut le premier avion au monde à dépasser officiellement la vitesse du son, le 14 octobre 1947

les premiers avions militaires construits en série et supersoniques en vol horizontal furent : le F-100 Super Sabre (États-Unis à partir de 1954) le Mikoyan-Gourevitch MiG-19 Farmer (URSS, à partir de 1955) le Super Mystère B2 (France, à partir de 1958)

le F-100 Super Sabre (États-Unis à partir de 1954)

le Mikoyan-Gourevitch MiG-19 Farmer (URSS, à partir de 1955)

le Super Mystère B2 (France, à partir de 1958)

le Concorde et le Tupolev Tu-144 sont les seuls avions civils supersoniques (et même bi-soniques) de l'histoire du transport aérien civil ;

ZEHST est un projet d'avion supersonique civil du groupe EADS ;

le Lockheed SR-71 Blackbird, le MIG-25 Foxbat et le MIG-31 Foxhound font partie des rares avions militaires tri-soniques.

Articles connexes

Mur du son

Nombre de Mach

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美国海军F/A-18E/F黄蜂式战斗攻击机进行跨音速飞行。

超音速（英语：supersonic）简单说，是指超过环境中音速的速度。在海平面高度，气温摄氏20 °C（68 °F）空气中，音速大约是343米／秒（约等于1,125呎／秒、768英里／小时或1,235千米／小时），换算验证，如343 m/s（1,130 ft/s；770 mph；1,230 km/h）。

音速，基本单位定义为1马赫（Mach），因此，超音速常以音速倍数——马赫数为量度单位。超过5马赫的速度有时候称为超高音速（英语：hypersonic）。物体只有一些部份（例如转子叶片的末梢）其周遭空气是超过音速的情形称为穿音速（英语：transonic）；出现这种情况，常见的物体速度值是介于0.8马赫与1.2马赫之间。单位换算，如Mach 1（761 mph；1,225 km/h）。

声音是在弹性介质中行进的振动（压力波）。在气体中，声波是一种纵波，以不同速度行进，其中最相关的影响因素是气体的分子量与温度（气体压力影响较小）。既然气体温度与组成随着海拔改变甚钜，飞行器的马赫数可以在空速未有改变下有所变动。在室温的水中，速度超过1,440 m/s（4,700 ft/s）可被视为超音速。在固体中，声波可以是纵波或横波，而且传播速度更快。

超音速物体

许多现代战斗机可以做超音速飞行，但协和式客机（Concorde）以及图波列夫系列（Tupolev）Tu-144是仅有的超音速客机。自从2003年11月26日协和号退役前的最后一次飞行之后，就不再有任何载客飞行。一些大型轰炸机，譬如图波列夫系列的Tu-160与罗克韦尔国际公司／波音的B-1B也可做超音速飞行。F-22及台风战斗机（EF-2000）是战机中可以较长时间维持超音速飞行而不需用到后燃器的佼佼者。美国的SR-71黑鸟式侦察机机最高的速度可达到3.3马赫。多国实验中的高超音速飞行器，如中国的WU-14高超音速飞行器设计速度在5马赫以上。