yliääni

Päivän kuvana on tänään näkymä suoraan eteenpäin yliäänimatkustajakone Concorden kipparin paikalta katsottuna. 

Kuvan ottamisen hetkellä kone suihki eteenpäin yli kaksinkertaisella äänen nopeudella (tarkalleen Mach 2,02 tai 2172,6 km/h) 18 200 metrin lentokorkeudessa, mistä katsottuna Maan horisontti näyttää jo hieman kaarevalta.

Huomiota herättävintä kuvassa on kuitenkin se, että koneessa on ikään kuin kaksiosainen tuulilasi: heti kojelaudan yläpuolella on varsinainen tuulilasi, mutta sen etupuolella on visiiri, joka nostettiin paikalleen koneen lentäessä suurella nopeudella. Laskeutuessa ja noustessa visiiri oli ala-asennossa, jolloin myös koneen nokka oli käännettynä alaspäin. Näin ohjaamosta pystyi näkemään paremmin alaspäin.

Kuvasta näkeekin hyvin, että matkalentomuodossaan näkyvyys oli hyvä vain suoraan eteenpäin ja sivuille.

Brittiläis-ranskalainen Concorde aloitti liikennöinnin vuonna 1976 British Airwaysin ja Air Francen laivueissa. Viimeiset lennot tehtiin vuonna 2003; Air Francen Concordeilla 31. toukokuuta ja British Airwaysilla vastaavasti 24. lokakuuta.

Parhaillaan Iso-Britanniassa on meneillään hanke, jonka tarkoituksena on saada palautettua yksi kone lentokuntoon, mutta varsinaiseen matkustajaliikenteeseen eivät Concordet enää palaa – kenties yliäänimatkustajakoneiden aika on lopullisesti ohitse, koska seuraava askel – vielä nopeammin lentävät avaruuslentokoneet – ovat teknisesti jo oven takana.

Tätä schlieren-kameratekniikkaa on käytetty jo 1900-luvun alusta alkaen laboratorioissa ja muun muassa lentokoneita testanneissa tuulitunneleissa, mutta ilmassa oikealla, täysikokoisella lentokoneella sitä onnistuttiin käyttämään ensimmäisen kerran vasta joulukuun 13. päivä vuonna 1993.

Silloin NASAn Langleyn tutkimuskeskuksen tutkija Leonard Weinstein kuvasi yllä olevan kuvan T-38 -hävittäjästä Wallops-saaren luona Yhdysvaltain itärannikolla olevan lentotukikohdan luona. Ensimmäisten testien jälkeen kamera vietiin NASAn Drydenin koelentokeskukseen, missä testataan erilaisia lentokoneita ja siten kuvista on suurta hyötyä koneiden kehittämisessä ja aerodynamiikan tutkimuksessa.

Yliäänipamauksessa, eli äänivallin rikkoontumisessa, lentokone (tai mikä tahansa lentävä esine, kuten luoti tai raketti) lentää nopeammin kuin ääni. Kun kappaleen nopeus on äänen nopeutta suurempi, sen ympärille muodostuu kuvan osoittamalla tavalla kartiomaisia ääniaaltojen tihentymiä, sokkiaaltoja, jotka ovat vastaavanlaisia kuin vedessä etenevän veneen rungosta lähtevät aallot. Kun kone ylittää äänen nopeuden, siirtyvät sokkiaallot kartioksi sen taakse, mutta kone ei pääse niistä eroon: se raahaa aaltorintamaa koko ajan mukanaan, ja kun kone lentää ylitse ja aallot osuvat Maahan, kuuluu pamaus: yliäänipamaus ei siis synny koneen nopeuden ylittäessä äänen nopeuden, vaan siitä kun kone hujahtaa aaltorintamineen havaitsijan ohitse. 

Yliäänennopeudella lentävän koneen luona siis on koko ajan samalla vauhdilla liikkuva yliäänipamaus.

Aikanaan äänivallin ylittäminen oli suuri tekninen ongelma, koska lentokoneen aerodynaamiset ominaisuudet muuttuvat olennaisesti äänen nopeuden tienoilla, eli nopeuden noustessa subsoonisesta ylisooniseksi.

Ensimmäisenä äänivallin ylitti Chuck Yeager 14. lokakuuta 1947, kun hän lensi 1127 km/h X-1-koekoneella. Kun raketteja ei oteta huomioon, on ilmakehässä lentäneen siivellisen lentolaitteen nopeusennätys nyt Mach 9,6, siis noin 11200 km/h. Ennätyksen teki koekone X-43A marraskuussa 2004.

Normaalisti äänen nopeus on meren pinnan tasolla 21°C:n lämpötilassa 1238 km/h, mutta ohuemmassa ja kylmemmässä ilmassa se on pienempi. Siis mitä korkeammalle mennään, sitä "helpompaa" äänen nopeuden ylittäminen on, koska ääni kulkee hitaammin.

Alla on videokooste yliäänipamauksista YouTubesta:

Erinomainen otos hetkestä, jolloin Yhdysvaltain uusi, monien ongelmien ja roiman budjettiylityksen kanssa painiva F-22 Raptor -hävittäjä ylittää äänivallin koelennolla Alaskanlahden taivaalla. Paineaallon kartomainen muoto näkyy erinomaisesti paitsi siipien etureunassa, niin myös kohdissa, missä siipien kapeampi kohta alkaa sekä missä se loppuu ja siivet alkavat levitä. Pilvi on – kuten muutkin taivaan pilvet – pieniä vesipisaroita, jotka sokkiaallon alipaine puristaa ilman kosteudesta.

Kuva: Yhdysvaltain merivoimat / Ronald Dejarnett