Yliäänikone

F/A-18 Hornet rikkoo äänivallin

Yliäänikone eli yliäänilentokone pystyy lentämään ainakin hetkellisesti vaakalentoa äänen nopeutta suuremmalla nopeudella eli ylisoonisesti. Pääosa näistä koneista on sotilaslentokoneita, poikkeuksen tekivät vain neuvostoliittolainen Tupolev Tu-144 ja ranskalais-englantilainen Concorde matkustajakoneet, joiden molempien käyttö on taloudellisesti kannattamattomina lopetettu.

Yliääninopeudella lentämisen ongelmat alkoivat näkyä toisen maailmansodan alussa nopeimpien koneiden siipien ja potkurien lapojen kohdatessa syöksyssä ilman kokoonpuristumisesta johtuvia ongelmia. Paikallisesti virtaus oli ylisooninen. Syntyvä paineaalto aiheutti koneeseen tärinää (buffeting-ilmiö) ja ohjainten tehottomuutta.

Englantilainen hävittäjäkone Hawker Typhoon oli RAF:in koneista se, jossa ongelmaa puitiin eniten. Sen siipi oli 18 % paksu (siipi/jänne), jotta siipeen sopi riittävän lujuuden takaava siipisalko, tarpeeksi polttoainetta ja 4 tykkiä. Amerikkalaisen Mustang-hävittäjän siipiprofiili oli 1930-luvulla kehitetty laminaariprofiili. Vaikka sekin oli paksu, sen paksuin kohta oli paljon taaempana kuin Typhoonin siivessä. Spitfire Mk XI lensi nopeudella Mach 0,92 ilman transsoonisen lennon ongelmia – sen siipi oli vain 13 % paksu.

Yhdysvaltain Lockheed P-38 Lightning hävittäjälentokone kohtasi syöksyssä samanlaisia ongelmia. Koneen korkeusperäsin oli suurella nopeudella syöksyessä hyvin tehoton. Siihen asennettiin "syöksyjarru" (dive recovery flap), jolla muutettiin virtausta s.e. ohjattavuus palautui. Toinen amerikkalainen kone, jossa esiintyi suurilla nopeuksilla ilman kokoonpuristuvuusongelmia oli Republic P-47 Thunderbolt. Sekin varustettiin "syöksyjarrulla" kuten P-38.

Jo ennen toista maailmansotaa Saksassa ylisoonista virtausta tutki mm. Adolf Busemann ja Albert Betz Göttingenissä. Betz ehdotti nuolikulmaista siipeä 1935.

Ylisooninen lento nähtiin niin vaikeaksi, että alettiin puhua äänivallista, joka olisi vaikea murtaa tai ylittää. Lentokoneen vastus kasvoi äänen nopeutta lähestyttäessä (alkaen nopeudella 0,7-0,8 Mach jolloin ilman kokoonpuristuvuus alkaa näkyä), tiivistysaallot aiheuttivat tärinää ja ohjaamisvaiheuksia ja siiven painejakauma muuttui s.e. koneen nokka-alas momentti kasvoi. Esim. konekiväärien luodit lähtivät kolminkertaisella äänennopeudella, mutta niissä ja ohjuksissa ei tarvinnut pohtia nostovoimaa ja siitä aiheutuneita momentteja. Alisoonisella nopeudella lentokoneen siiven painekeskiö on 25 % siiven etureunasta taaksepäin, ylisoonisessa lennossa 50 % siiven etureunasta. Koneen siipi piti mitoittaa ylisoonisen nopeuden mukaan, joka suurensi lentoonlähtö- ja laskeutumisnopeutta. Kiitotiet pidentyivät tämän takia.

Siiven profiilin ohuus ja nuolikulmassa oleva siipi vähentävät näitä ongelmia. Eräs keino tehdä suurnopeuslentokone, jolla on siedettävän alhainen nousu- ja laskunopeus on käyttää kääntyvää siipeä (VG, variable geometry). Tämä on ollut ratkaisuna esim. MiG-23 ja F-14 koneissa.

Deltasiipi oli käytössä Alexander Lippischin suunnittelemassa Me 163B Komet-rakettihävittäjässä. Se lensi enintään Mach 0,83 nopeudella. Myöhemmin deltasiipi oli suosittu monissa hävittäjissä, esim. MiG-21, Mirage ja Draken.

Suurella ylisoonisella nopeudella lentävistä koneista nopein kaasuturbiinilla varustettu kone on SR-71-tiedustelukone.

1960-luvun lopussa ja vielä 1970-luvulla pohdittiin nopeita matkustajakoneita. Boeing luopui näistä kaavailuista ensimmäisenä. Mm. englantilainen BAC-yhtiö pohti 500-paikkaisen 5-kertaisella äänennopeudella lentävää lentokonetta 1975. NASA palasi tähän teemaan 1980-luvulla NASP-koneessa. Avaruussukkulat ja X-15-konekoneet ovat hypersoonisista lentokoneista, joiden lentonopeus on yli Mach 5, ainoat operatiiviset.

Lähteitä

• Bill Gunston, Faster than sound, Patrick Stephens Limited, Somerset, 1992, ISBN 1-85260-317-8