Mach luku ja äänennopeus

Aerodynamiikassa nopeuden mittasuureen käytetään yleisesti Machin lukua. Mach on ominaisuudeltaan dimensioton, mikä tarkoittaa, että luku lasketaan suhteellisena arvon viitaten kahteen fysikaaliseen suuruuteen. Machin luvulla kuvataan väliaineessa kulkevan virtauksen nopeuden suuruutta verraten äänen nopeutta samassa väliaineessa. Luku on vakiintunut lentonopeuksien ilmoittamisessa. Tällöin se kuvaa lentokoneen nopeuden suhdetta tietyssä lentokorkeudessa mitattuna ja verrattuna äänen nopeuteen. Arkikielessä Machin luku on sama asia kuin äänennopeus. Käytännössä Machin luku on tarkempi, koska se ottaa huomioon myös olosuhteet, jossa nopeus mitataan.

Äänen nopeuden saavuttaminen

Äänennopeuden saavuttaminen vaihtelee eri korkeuksissa johtuen ilman tiheyden muutoksista. Tiheyden ollessa sitä pienempi mitä korkeammalle mennään, myös äänennopeuden todellinen nopeus pienenee korkeammalle mentäessä. Lisäksi äänennopeus on riippuvainen kaasun lämmöstä. Paine puolestaan ei vaikuta äänennopeuteen. Äänennopeus pystytään mittaamaan myös muussa aineessa kuin ilmassa. Äänennopeus on mitattu esimerkiksi vedessä ja tietyissä kiinteissä aineissa.

Äänennopeuden ylityksen historia juontaa juurensa vuoteen 1947 jolloin Bell X-1 -niminen yhdysvaltalainen lentokone ylitti vaakatasossa lentäessään äänennopeuden. Tätä ennen äänennopeus oli rikottu erikoisohjuksilla ja tehokkaiden aseiden luotien lähtönopeudessa. Tätä ennen potkurikoneilla ei ollut pystytty äänennopeutta ylittämään. Rakettilentokoneiden käyttöönoton myötä päästiin lopulta nopeuksiin, joissa äännenopeus pystyttiin ylittämään. Lentokoneiden muotoilun kehittymisen myötä päästiin yhä kovempiin nopeuksiin. Pitkän aikaa äänennopeuden saavuttaminen edellytti erityisten jälkipolttimien asentamista lentokoneisiin. Jälkipolttimen avulla saatiin lisää työntövoimaa ja huimasti lisää vauhtia. Ongelmana jälkipolttimissa oli polttonainen jyrkkä kulutuksen kasvu.

Kilpailu nopeuslentoennätyksistä

Kylmä sota Yhdysvaltojen ja Neuvostoliiton välillä kiihdytti nopeiden lentokoneiden kehitystä. Hävittäjäkoneiden lentonopeusennätyksistä käytiin kisaa. Parhaimmillaan Neuvostoliiton insinöörit kehittivät ja rakensivat jopa 3 Machin nopeuden saavuttavan hävittäjälentokoneen yhdysvaltalaisten nopeimman koneen jäädessä 2 Machin nopeuteen nojautuen ilmasotakalustossaan enemmän ohjusteknologiaan lentokoneiden nopeuden sijasta.

Nopeita lentokoneita pyrittiin kehittämään myös kaupalliseen lentoliikenteeseen. Öljykriisi 1970-luvulla keskeytti paljon polttoainetta kuluttavien supernopeiden kaupallisten lentokoneiden kehittämisen. Liiketaloudellisesti äänennopeuden ylittävä matkustajakone ei ollut järkevä kehityskohde öljyyn pohjautuvan polttoaineen avulla. Sotilaalliseen käyttöön yliäänikoneita on kuitenkin kehitetty aina. Seuraava kehityksen kohde tulee todennäköisesti olemana yliäänikoneiden kehittäminen avaruusmatkailun tarpeisiin käyttäen muita energialähteitä kuin öljystä valmistettua polttoainetta.