Aliran kelajuan tinggi di sekeliling objek Nombor_Mach

Kelajuan penerbangan boleh dikelaskan kepada lima kategori:

RegimeMach
Subsonik<0.8
Sonik1.0
Transonik0.8–1.2
Supersonik:1.2 < Ma < 5
Hipersonik:5.0–10.0
Halaju hiper>10.0

(Untuk perbandingan: kelajuan diperlukan untuk mengorbit Bumi pada aras rendah adalah sekitar 7.5 km·s-1 = Ma 25.4 dalam udara pada aras tinggi)

Pada kelajuan transonik, kawasan aliran di sekeliling objek termasuk kedua-dua bahagian subsonik dan supersonik. Tempoh transonik bermula apabila aliran zon pertama Ma>1 muncul di sekeliling objek. Dalam kes yang melibatkan kerajang udara (aerofoil, seperti sayap pesawat), perkara ini selalunya muncul di atas bahagian sayap. Aliran supersonik hanya boleh diperlahankan semula kepada subsonik dalam kejutan normal; ini biasanya berlaku sebelum hujung ekor. (Rajah 1a)

Apabila halaju meningkat, aliran zon Ma > 1 akan meningkat ke arah pinggir depan dan hujung ekor. Setelah Ma=1 dicapai dan dilepasi, kejutan normal mencecah hujung ekor dan menjadi kejutan oblik lemah: aliran menyahpecut melebihi kejutan namun ia masih dalam keadaan supersonik. Kejutan normal terbentuk di hadapan objek, dan hanya zon subsonik dalam medan aliran adalah kawasan kecil di sekeliling pinggir depan objek. (Rajah 1b)

(a)(b)

Rajah 1. Nombor Mach dalam aliran udara transonik di sekeliling kerajang udara; Ma < 1 (a) dan Ma > 1 (b).

Apabila kelajuan pesawat melepasi Mach 1 (iaitu batasan bunyi) perbezaan tekanan besar terbentuk betul-betul di hadapan pesawat. Perbezaan tekanan secara tiba-tiba ini, dikenali sebagai gelombang kejutan, merebak kebelakang dan ke arah luar pesawat dalam bentuk kon (juga di kenali sebagai kon Mach). Gelombang kejutan ini akan menghasilkan bunyi dentuman sonik apabila sebuah pesawat terbang dengan laju. Seseorang yang duduk di dalam pesawat tidak akan mendengar bunyi ini. Lebih tinggi kelajuan pesawat, lebih sempit kon yang terhasil; pada kelajuan sedikit melebihi Ma = 1 ia bukan berbentuk seolah-olah kon, tetapi lebih hampir kepada satah cembung.

Pada kelajuan supersonik penuh, gelombang kejutan mula membentuk kon, dan aliran sama ada supersonik sepenuhnya, atau (dalam kes objek tumpul), hanya kawasan aliran subsonik kecil kekal di antara muncung objek dan gelombang kejutan terbentuk di hadapannya. (Bagi kes objek berbentuk tajam, tiada udara di antara muncung dan gelombang kejutan: gelombang kejutan bermula daripada muncung.)

Apabila nombor Mach meningkat, kekuatan gelombang kejutan juga meningkat dan kon Mach akan menjadi semakin mengecil. Setelah aliran bendalir melintasi gelombang kejutan, kelajuannya menurun manakala suhu, tekanan dan ketumpatan pula akan meningkat. Semakin kuat gelombang kejutan, semakin besar perubahannya. Pada nombor Mach yang tinggi, kenaikan suhu yang tinggi berbanding kejutan akan memulakan proses mengionkan dan memisahkan molekul-molekul gas di belakang kejutan gelombang. Aliran sebegini dikenali sebagai hipersonik.

Secara jelas, sebarang objek yang merentasi bendalir pada kelajuan hipersonik mungkin akan terdedah pada suhu terlampau yang sama dikenakan pada gas di belakang gelombang kejutan di muncung, oleh itu pemilihan bahan yang mempunyai ketahanan terhadap suhu menjadi amat penting.