Supersonique - Définition

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.

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

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.

Le point où le profil présente la plus grande épaisseur joue le même rôle que le col de la tuyère : l'écoulement y devient généralement sonique. À partir de là, en supersonique, l'extension de la veine augmente encore le nombre de Mach.

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.