سرعة تفوق سرعة الصوت

السرعة الأسرع من الصوت هي سرعة جسم يتجاوز سرعة الصوت ( ماخ  1). بالنسبة للأجسام التي تسافر في الهواء الجاف بدرجة حرارة 20 درجة مئوية (68 درجة فهرنهايت) عند مستوى سطح البحر ، تبلغ هذه السرعة حوالي 343.2 م/ث (1126 قدم/ث؛ 768 ميل/ساعة؛ 667.1 عقدة؛ 1236 كم/ساعة). غالبًا ما يشار إلى السرعات التي تزيد عن خمسة أضعاف سرعة الصوت (ماخ 5) بأنها فرط صوتية . تسمى الرحلات الجوية التي تصل فيها بعض أجزاء الهواء المحيطة بجسم ما فقط، مثل أطراف شفرات الدوار، إلى سرعات تفوق سرعة الصوت، بالرحلات فوق الصوتية . يحدث هذا عادةً في مكان ما بين ماخ 0.8 وماخ 1.2.

الأصوات عبارة عن اهتزازات متنقلة على شكل موجات ضغط في وسط مرن. تتحرك الأجسام بسرعة تفوق سرعة الصوت عندما تتحرك الأجسام بسرعة أكبر من السرعة التي ينتشر بها الصوت عبر الوسط. في الغازات، ينتقل الصوت طوليًا بسرعات مختلفة، تعتمد في الغالب على الكتلة الجزيئية ودرجة حرارة الغاز، والضغط له تأثير ضئيل. نظرًا لأن درجة حرارة الهواء وتكوينه يختلفان بشكل كبير مع الارتفاع، فقد تتغير سرعة الصوت وأرقام ماخ لجسم متحرك بثبات. في الماء عند درجة حرارة الغرفة، تعني السرعة فوق الصوتية أي سرعة أكبر من 1440 مترًا في الثانية (4724 قدمًا في الثانية). في المواد الصلبة، يمكن استقطاب الموجات الصوتية طوليًا أو عرضيًا ولها سرعات أعلى.

الكسر الأسرع من الصوت هو تشكل الشقوق بسرعة أكبر من سرعة الصوت في مادة هشة .

تأتي كلمة supersonic من كلمتين مشتقتين من اللغة اللاتينية ؛ 1) super : أعلى و2) sonus : صوت، والتي تعني معًا فوق الصوت، أو أسرع من الصوت.

في بداية القرن العشرين، استُخدم مصطلح "فوق صوتي" كصفة لوصف الصوت الذي يكون تردده أعلى من نطاق السمع البشري الطبيعي. المصطلح الحديث لهذا المعنى هو " فوق صوتي "، لكن المعنى الأقدم لا يزال موجودًا في بعض الأحيان، كما في كلمة superheterodyne ^{[ مرساة مكسورة ]}

يُنظر إلى طرف سوط الثور عمومًا على أنه أول جسم مصمم للوصول إلى سرعة الصوت. يؤدي هذا الإجراء إلى "فرقعة" مميزة، والتي هي في الواقع مجرد طفرة صوتية . من المحتمل أن يكون أول طفرة تفوق سرعة الصوت من صنع الإنسان ناتجة عن قطعة قماش عادية، مما أدى إلى تطوير السوط في النهاية. ^[3] إن حركة الموجة التي تنتقل عبر سوط الثور هي التي تجعله قادرًا على تحقيق سرعات تفوق سرعة الصوت. ^{[4] [5]}

معظم رصاصات الأسلحة النارية الحديثة أسرع من الصوت، حيث تسافر مقذوفات البندقية غالبًا بسرعات تقترب من سرعة الصوت وفي بعض الحالات ^[6] تتجاوزها كثيرًا .

تكون أغلب المركبات الفضائية أسرع من الصوت على الأقل خلال أجزاء من عودتها إلى الغلاف الجوي، على الرغم من أن التأثيرات على المركبة الفضائية تقل بسبب انخفاض كثافة الهواء. أثناء الصعود، تتجنب المركبات الفضائية عمومًا الانتقال إلى سرعة تفوق سرعة الصوت على ارتفاع أقل من 30 كم (~98400 قدم) لتقليل مقاومة الهواء.

لاحظ أن سرعة الصوت تقل إلى حد ما مع الارتفاع، بسبب انخفاض درجات الحرارة هناك (عادةً حتى 25 كم). وحتى على ارتفاعات أعلى تبدأ درجة الحرارة في الارتفاع، مع زيادة مقابلة في سرعة الصوت.

عندما ينفجر البالون المنتفخ، تتقلص قطع اللاتكس الممزقة بسرعة تفوق سرعة الصوت، مما يساهم في إصدار صوت فرقعة حاد وصاخب.

حتى الآن، لم تسافر سوى مركبة برية واحدة رسميًا بسرعة تفوق سرعة الصوت، وهي مركبة ThrustSSC . تحمل المركبة، التي يقودها آندي جرين ، الرقم القياسي العالمي للسرعة على الأرض، بعد أن حققت سرعة متوسطة في رحلتها ثنائية الاتجاه بلغت 1228 كم/ساعة (763 ميلاً في الساعة) في صحراء بلاك روك في 15 أكتوبر 1997.

خطط مشروع Bloodhound LSR لمحاولة تسجيل الرقم القياسي في عام 2020 في Hakskeenpan في جنوب إفريقيا باستخدام سيارة تعمل بمحرك هجين ومحرك صاروخي. كان الهدف هو تحطيم الرقم القياسي الحالي، ثم إجراء محاولات أخرى يأمل خلالها (أعضاء) الفريق الوصول إلى سرعات تصل إلى 1600 كم / ساعة (1000 ميل في الساعة). تم تشغيل الجهد في الأصل بواسطة ريتشارد نوبل الذي كان قائد مشروع ThrustSSC، ومع ذلك، بعد مشكلات التمويل في عام 2018، تم شراء الفريق من قبل إيان وارهورست وأعيدت تسميته Bloodhound LSR. في وقت لاحق، تأخر المشروع إلى أجل غير مسمى بسبب جائحة COVID-19 وتم طرح السيارة للبيع.

معظم الطائرات المقاتلة الحديثة هي طائرات أسرع من الصوت. لا توجد طائرات ركاب حديثة قادرة على الوصول إلى سرعة تفوق سرعة الصوت، ولكن كانت هناك طائرات ركاب أسرع من الصوت ، وهي كونكورد وتوبوليف تو-144 . كل من طائرات الركاب هذه وبعض المقاتلات الحديثة قادرة أيضًا على الطيران بسرعة تفوق سرعة الصوت ، وهي حالة من الطيران المستمر بسرعة تفوق سرعة الصوت دون استخدام حارق لاحق . نظرًا لقدرتها على الطيران بسرعة تفوق سرعة الصوت لعدة ساعات والتردد العالي نسبيًا للطيران على مدى عدة عقود، قضت كونكورد وقتًا أطول في الطيران بسرعة تفوق سرعة الصوت مقارنة بجميع الطائرات الأخرى مجتمعة بهامش كبير. منذ تقاعد كونكورد النهائي في 26 نوفمبر 2003، لم يتبق أي طائرة ركاب أسرع من الصوت في الخدمة. بعض القاذفات الكبيرة ، مثل توبوليف تو-160 وروكويل بي-1 لانسر قادرة أيضًا على الطيران بسرعة تفوق سرعة الصوت.

إن الديناميكا الهوائية للطائرات الأسرع من الصوت أبسط من الديناميكا الهوائية دون الصوتية لأن الصفائح الهوائية في نقاط مختلفة على طول الطائرة غالبًا لا يمكن أن تؤثر على بعضها البعض. تتطلب الطائرات النفاثة الأسرع من الصوت والمركبات الصاروخية قوة دفع أكبر بعدة مرات للدفع من خلال السحب الديناميكي الهوائي الإضافي الذي يتم تجربته داخل المنطقة الأسرع من الصوت (حوالي 0.85-1.2 ماخ). عند هذه السرعات، يمكن لمهندسي الطيران توجيه الهواء بلطف حول جسم الطائرة دون إنتاج موجات صدمة جديدة ، ولكن أي تغيير في المساحة المتقاطعة أبعد إلى أسفل المركبة يؤدي إلى موجات صدمة على طول الجسم. يستخدم المصممون قاعدة المساحة الأسرع من الصوت وقاعدة مساحة ويتكومب لتقليل التغييرات المفاجئة في الحجم.

ومع ذلك، في التطبيقات العملية، يجب أن تعمل الطائرة الأسرع من الصوت بشكل مستقر في كل من الوضعين دون الصوتي وفوق الصوتي، وبالتالي فإن التصميم الديناميكي الهوائي أكثر تعقيدًا.

المفتاح الرئيسي للحصول على مقاومة تفوق سرعة الصوت المنخفضة هو تشكيل الطائرة بشكل صحيح بحيث تكون طويلة ورفيعة وقريبة من الشكل "المثالي"، جسم فون كارمان أو جسم سيرز-هاك . وقد أدى هذا إلى أن تبدو كل طائرة تجوال تفوق سرعة الصوت تقريبًا متشابهة جدًا مع أي طائرة أخرى، بجسم طويل ونحيف للغاية وأجنحة دلتا كبيرة، على سبيل المثال SR-71 و Concorde وما إلى ذلك. على الرغم من أنها ليست مثالية لطائرات الركاب، إلا أن هذا التشكيل قابل للتكيف تمامًا مع استخدام القاذفات.

• قاعدة المنطقة
• سرعة تفوق سرعة الصوت
• دوي صوتي
• طائرة أسرع من الصوت
• الأجنحة الأسرع من الصوت
• سرعة فوق الصوتية
• مخروط البخار
• مفردة براندتل-جلاورت

• "هل يمكننا الطيران بسرعة أكبر من سرعة الصوت؟"، أكتوبر 1944، مجلة Popular Science، إحدى أقدم المقالات حول موجات الصدمة والطيران بسرعة الصوت
• "بريطانيا تطير بسرعة تفوق سرعة الصوت"، مقالة نشرت في مجلة Popular Science عام 1946 في محاولة لشرح الطيران بسرعة تفوق سرعة الصوت لعامة الناس
• MathPages – سرعة الصوت
• مستويات ضغط الصوت فوق الصوتي