thumb|Un avion F/A-18 Hornet al marinei SUA în zbor transsonic. Norul alb supersonic se formează prin scăderea presiunii aerului și a temperaturii în jurul cozii aeronavei (vezi ). "F-14 Condensation cloud in action". web.archive.org. Retrieved: August 30, 2010. thumb| Bariera sunetului este creșterea semnificativă a rezistenței aerodinamice și a altor efecte nedorite resimțite de o aeronavă sau alt obiect atunci când se apropie de viteza sunetului. Când aeronavele s-au apropiat pentru prima dată de viteza sunetului, aceste efecte au fost văzute ca fiind o barieră, făcând vitezele mai mari foarte dificil sau imposibil de realizat. sonic barrier . thefreedictionary.com. sound barrier . oxforddictionaries.com. Termenul de „bariera sunetului” este uneori folosit și astăzi pentru aeronavele care se apropie de zborul supersonic în acest regim de rezistență mare. Zborul mai rapid decât sunetul produce un bang sonic.
În aer uscat la 20 viteza sunetului este de 343 m/s (aproximativ 1234 km/h). Termenul a intrat în uz în timpul celui de Al Doilea Război Mondial, când piloții de avioane de vânătoare de mare viteză au întâlnit efectele compresibilității, o serie de efecte aerodinamice adverse, care a descurajat accelerarea ulterioară, împiedicând aparent zborul la viteze apropiate de viteza sunetului. Aceste dificultăți au reprezentat o barieră în calea zborului la viteze mai mari. În 1947 pilotul de încercare american Chuck Yeager a demonstrat că zborul în siguranță la viteza sunetului era realizabil în aeronave special concepute, depășind astfel bariera. Până în anii 1950 noile modele de avioane de vânătoare atingeau curent viteza sunetului și chiar mai repede.
Istoric Unele bice se pot mișca mai repede decât sunetul: vârful biciului depășește această viteză și provoacă un pocnet ascuțit – literalmente un bang sonic. May, Mike. "Crackin' good mathematics" . American Scientist, Volume 90, Issue 5, September–October 2002. p. 1. Armele de foc fabricate după secolul al XIX-lea au, în general, o viteză supersonică la gura țevii.
Bariera sunetului ar fi putut fi depășită pentru prima dată de ființe vii acum aproximativ 150 de milioane de ani. Unii paleobiologi afirmă că modelele computerizate ale capacităților lor biomecanice sugerează că anumiți dinozauri cu coadă lungă, cum ar fi Brontosaurus, Apatosaurus și Diplodocus își puteau mișca coada cu viteze supersonice, creând un sunet de trosnet. Această descoperire este teoretică și contestată de alții din domeniu. Wilford, John Noble. "Did Dinosaurs Break the Sound Barrier?" The New York Times, December 2, 1997. Retrieved: January 15, 2009. Meteoriții din atmosfera superioară a Pământului se deplasează de obicei cu o viteză mai mare decât cea de eliberare a Pământului, care este mult mai rapidă decât cea a sunetului.
Probleme timpurii Existența barierei sunetului era evidentă pentru aerodinamicieni înainte de a fi disponibile dovezi directe prin aeronave. În special, teoria foarte simplă a profilelor aerodinamice subțiri la viteze supersonice producea o curbă care ducea la rezistență la înaintare infinită la Mach 1, scăzând ulterior cu creșterea vitezei. Acest lucru putea fi observat în testele cu proiectile trase din arme de foc, o metodă comună pentru verificarea stabilității diferitelor forme de proiectile. Pe măsură ce proiectilul încetinea de la viteza inițială și începea să se apropie de viteza sunetului, acesta întâmpina o creștere rapidă a rezistenței și încetinea mult mai rapid. Se înțelegea că rezistența nu devenea infinită sau că ar fi fost imposibil ca proiectilul să depășească Mach 1, dar nu exista o teorie mai bună, iar datele se potriveau într-o oarecare măsură cu teoria. În același timp, vitezele din tunelul aerodinamic în continuă creștere arătau un efect similar pe măsură ce cineva se apropia de Mach 1 dinspre viteze mai mici. În acest caz, însă, nu exista nicio dezvoltare teoretică care să sugereze de ce ar putea să apară acest lucru. Ceea ce s-a observat a fost că creșterea rezistenței nu era lină, ci avea un „colț” distinct unde începea să crească brusc. Această viteză era diferită pentru diferite forme și secțiuni transversale ale aripilor și a devenit cunoscută sub numele de „Mach critic”.
Conform aerodinamicianului britanic W. F. Hilton de la Armstrong Whitworth Aircraft, termenul în sine a fost creat accidental. El făcea demonstrații în ziua anuală de prezentare din 1935 de la National Physical Laboratory, unde a prezentat o diagramă a măsurătorilor din tunelul aerodinamic privind rezistența la înaintare a unei aripi în funcție de viteza aerului. În timpul acestor explicații, el afirma: „Vedeți cum rezistența unei aripi se ridică ca o barieră împotriva unei viteze mai mari, pe măsură ce ne apropiem de viteza sunetului”. A doua zi, ziarele londoneze erau pline de declarații despre o „barieră a sunetului”. Dacă aceasta este sau nu prima utilizare a termenului este discutabil, dar până în anii 1940 utilizarea în industrie era deja obișnuită.
Până la sfârșitul anilor 1930 un rezultat practic al acestui fenomen devenea evident. Deși aeronavele zburau încă cu mult sub Mach 1, în general la jumătate din această viteză în cel mai bun caz, motoarele lor depășeau rapid puterea de 1000 CP. La aceste niveluri de putere, elicele tradiționale cu două pale prezentau în mod clar creșteri rapide ale rezistenței la înaintare. Viteza la vârful unei pale de elice este în funcție de viteza de rotație și lungimea palei. Pe măsură ce puterea motorului creștea, erau necesare pale mai lungi pentru a transforma această putere în tracțiune, funcționând în același timp la cea mai eficientă turație a motorului. Viteza aerului este, de asemenea, în funcție de viteza de înaintare a aeronavei. Când viteza aeronavei este suficient de mare, vârfurile palelor elicei ating viteze transsonice. Undele de șoc care se formează la vârfurile palelor consumă puterea transmisă de arborele care acționează elicea. Pentru a menține tracțiunea, puterea motorului trebuie să compenseze această pierdere și trebuie, de asemenea, să se potrivească cu rezistența la înaintare a aeronavei pe măsură ce aceasta crește odată cu viteza. Puterea necesară este atât de mare încât dimensiunea și greutatea motorului devin prohibitive. Această limitare a vitezei a condus la cercetări privind motoarele cu reacție, în special de către Frank Whittle în Anglia și Hans von Ohain în Germania. Acest lucru a dus, de asemenea, la elice cu un număr tot mai mare de pale, trei, patru și apoi cinci fiind observate în timpul războiului. Pe măsură ce problema a devenit mai bine înțeleasă, a condus și la elice cu pale cu coardă mărită, așa cum se vede (de exemplu) la modelele P-47 Thunderbolt de la sfârșitul războiului.
Totuși, aeronavele cu elice „au reușit” să se apropie de numărul lor Mach critic, diferit pentru fiecare aeronavă, în timpul unui picaj. Acest lucru a dus la numeroase accidente din diverse motive. Zburând cu Mitsubishi A6M Zero, piloții intrau uneori în pământ la putere maximă deoarece forțele care acționau asupra suprafețelor de comandă ale aeronavei lor creșteau rapid și le copleșeau. Yoshimura, Akira, translated by Retsu Kaiho and Michael Gregson (1996). Zero! Fighter. Westport, Connecticut, USA: Praeger Publishers. p. 108. În acest caz, mai multe încercări de remediere nu au făcut decât să agraveze problema. De asemenea, deformarea cauzată de rigiditatea la torsiune scăzută a aripilor avioanelor Supermarine Spitfire a făcut ca acestea, la rândul lor, să contracareze comenzile de control ale eleroanelor, ducând la o situație cunoscută sub numele de „inversare a comenzilor”. Aceasta a fost rezolvată în modelele ulterioare prin modificări ale aripii. Mai rău, o interacțiune deosebit de periculoasă a curgerii aerului între aripi și suprafețele din spate ale avioanelor P-38 Lightning în picaje a îngreunat redresarea din picaje; într-un zbor de testare din 1941, pilotul de încercare Ralph Virde a fost ucis când avionul a zburat spre sol cu viteză mare. Problema a fost rezolvată ulterior prin adăugarea unei „frâne de picaj” care perturba fluxul de aer în aceste circumstanțe. Flutterul, datorat formării undelor de șoc pe suprafețele curbate a fost o altă problemă majoră, care a dus, în mod celebru, la dezintegrarea unui de Havilland DH 108 și la moartea pilotului său, Geoffrey de Havilland, Jr. la 27 septembrie 1946. Se crede că o problemă similară a fost cauza prăbușirii aeronavei rachetă din 1943 în Uniunea Sovietică.
Toate aceste efecte, deși în majoritatea privințelor fără legătură, au condus la conceptul de „barieră” care face dificilă depășirea vitezei sunetului de către o aeronavă. Portway, Donald (1940). Military Science Today. Londra: Oxford University Press. p. 18: „Din diverse motive, este destul de sigur că viteza maximă atinsă în condiții de autopropulsie va fi cea a sunetului în aer”, adică circa 1200 km/h. Știrile eronate i-au făcut pe majoritatea oamenilor să-și imagineze bariera sunetului ca fiind un „zid” fizic, pe care aeronavele supersonice trebuiau să-l „spargă” cu un vârf ascuțit pe partea din față a fuzelajului. Produsele experților în rachete și artilerie depășeau în mod obișnuit Mach 1, dar proiectanții de aeronave și aerodinamicienii din timpul și după cel de Al Doilea Război Mondial au discutat despre Mach 0,7 ca o limită periculoasă de depășit.
Revendicări timpurii În timpul celui de Al Doilea Război Mondial și imediat după aceea s-au făcut o serie de afirmații conform cărora bariera sunetului ar fi fost depășită în picaj. Majoritatea acestor presupuse evenimente pot fi respinse ca erori ale instrumentelor. Vitezometrul tipic folosește diferențele de presiune ale aerului între două sau mai multe puncte de pe aeronavă, de obicei în apropierea botului și în lateralul fuzelajului, pentru a indica viteza. La viteză mare, diversele efecte de compresie care duc la bariera sunetului fac ca vitezometrul să devină neliniar și să producă citiri inexacte, mai mari sau mai mici, în funcție de specificul instalației. Acest efect a devenit cunoscut sub numele de „salt Mach”. Jordan, Corey C. "The Amazing George Welch, Part Two, First Through the Sonic Wall" . Planes and Pilots Of World War Two, 1998–2000. Retrieved: June 12, 2011. Înainte de introducerea măsurătorile exacte ale vitezelor supersonice puteau fi făcute doar de la distanță, în mod normal folosind instrumente terestre. Multe afirmații despre viteze supersonice s-au dovedit a fi mult sub această viteză atunci când au fost măsurate în acest mod.
În 1942 Republic Aviation a emis un comunicat de presă în care declara că locotenenții Harold E. Comstock și Roger Dyar au depășit viteza sunetului în timpul picajelor de probă cu un P-47 Thunderbolt. Este larg acceptat că acest lucru s-a datorat unor citiri inexacte a vitezometrului. În teste similare P-51 Mustang a demonstrat limite la Mach 0,85, fiecare zbor peste Mach 0,84 provocând avarierea aeronavei prin vibrații.
thumb| A Spitfire PR Mk XI (PL965) de tipul utilizat în testele de picaj la RAE Farnborough din 1944, în timpul cărora s-a obținut cel mai mare număr Mach de 0,92 Unul dintre cele mai mari numere Mach înregistrate de instrumente pentru o aeronavă cu elice este Mach 0,891 pentru un Spitfire PR XI, pilotat în timpul testelor de picaj la Royal Aircraft Establishment, Farnborough în aprilie 1944. Spitfire-ul, o variantă de recunoaștere, Mark XI, echipat cu un sistem Pitot multiplu extins, a fost pilotat de comandantul de escadrilă J. R. Tobin la această viteză, corespunzătoare unei viteze reale față de aer (cu corectarea erorii de poziție) de 606 mph (967 km/h). Spitfire – Typical high speed dive . spitfireperformance.com. Într-un zbor ulterior, comandantul de escadrilă Anthony Martindale a atins Mach 0,92, dar proba s-a încheiat cu o aterizare forțată după ce turația excesivă a deteriorat motorul.