LE VOL TRANSSONIQUE ET SUPERSONIQUE 1
Si vous vous rappelez des premières explications sur la portance, il y était question de l'incompressibilité de l'air, de l'onde de pression qui "avertissait" les molécules d'air en avant de l'avion ou de la voiture, et de l'accélération qu'un manque de place provenant d'un objet ou d'un convergent (venturi) donnait au flux d'air.
Tous ces faits sont liés, ils dépendent tous de l'incompressibilité de l'air à vitesse subsonique. Or, l'onde de pression qui "averti" et permet l'accélération quand la place manque, se déplace à la vitesse du son. Alors, qu'arrivera-t-il si l'avion vole lui même à la vitesse du son ?
Lorsqu'un avion se déplace dans l'air, il génère des ondes de pression qui s'éloignent de lui comme les ronds dans l'eau autour d'un point de chute.
Au fur et à mesure que l'avion accélère, les ondes qui se déplacent dans le même sens que lui (vers l'avant), ont de plus en plus de mal à le distancer.
Arrivé à la vitesse du son (Mach 1), elle ne peuvent plus le distancer du tout (l'un comme l'autre se déplace à la même vitesse).
Si les ondes, qui partent vers l'avant, ne peuvent plus se détacher du nez de l'avion, elles vont s'accumuler au fur et à mesure qu'elles seront produites. En s'accumulant, elles formeront non plus une simple onde de pression, mais une onde de choc où la pression sera brutalement plus forte, et que nous ressentirons jusqu'au sol sous la forme d'un "bang".
Vous voyez, sur ce dessin, les ondes de pression s'éloignant dans toute les direction, façon "ronds dans l'eau" lorsque l'avion vole à une vitesse TRES inférieure à celle du son; ensuite, ces mêmes ondes un peu "poursuivies" quand l'avion va plus vite.
Lorsque l'avion atteint Mach1, il les "rattrappe" et elles ne peuvent plus s'échapper devant lui (3). En (4), il les laisse derrière car il est plus rapide.
Lorsque la vitesse devient supersonique,le décalage progessif entre chaque cercle donne à l'ensemble l'aspect d'un cône (représenté, ici par les tangentes commune aux cercles).
Ce cône est appelé :"cône de mach", il est l'unique endroit où l'on peut entendre le "bang". Rien n'est perçu ni hors du cône ni même dans le cône, juste sur le cône lui même. En particulier, le pilote N'ENTEND RIEN! en effet, il n'est pas SUR le cône, il est DEDANS.
Faisons une comparaison:
Au sujet du dessin ci dessus, et pour être précis, l'angle que fait l'onde de choc avec l'avion est tel que le nombre de mach de l'avion (sa vitesse exprimée en mach ou en nombre de fois la vitesse du son) est égal à un divisé par le sinus de cet angle
A vitesse subsonique, l'air était incompressible parce que l'onde de pression qui précédait l'avion "avertissait" les molécule en avant. Tout naturellement, maintenant que cette onde ne peut plus s'éloigner pour "avertir", l'air sera COMPRESSIBLE à vitesse supersonique.
C'est l'incompressibilité de l'air en subsonique qui entrainait son accélération quand il manquait de place. ainsi, d'ailleur que son ralentissement dans un conduit divergent. A vitesse supersonique, c'est tout le contraire: l'air, devenu compressible, se comprimera et ralentira dans un conduit convergent ,et au contraire, se détendra et accélèrera dans un conduit divergent.
Un dispositif comprenant une partie convergente suivie d'une partie divergente, pourra donc servir, sous certaines conditions à accélérer un gaz jusqu'à une vitesse supersonique.
Quelles sont ces conditions ?
Disons, pour faire simple, que la pression et/ou la vitesse de l'air soit(soient) suffisante(s) à l'entrée du système convergent/divergent.
Si les conditions de vitesse et/ou de pression sont faibles, l'air accélèrera dans le convergent sans atteindre la vitesse du son, puis il ralentira dans le divergent.
Pour des conditions plus avantageuses, la vitesse du son sera atteinte au point le plus étroit (A),mais l'air ralentira de nouveau dans le divergent (en fait, atteignant la vitesse du son en A, il se forme une onde de choc au point A et cette onde de choc a pour effet de refaire passer la vitesse en subsonique qui, dans le divergent qui suit, continuera de diminuer).
Pour des conditions encore plus avantageuses, la vitesse du son sera toujours atteinte en A, mais la pression est cette fois suffisante pour qu'une détente accélératrice se produise faisant passer la vitesse, dans le divergent en supersonique.
La vitesse maximale atteinte dépend de la différence de pression entre l'entrée et la sortie.
A défaut de pression statique, la pression dynamique (la vitesse à l'entrée) compte aussi.
Mach1 étant la vitesse maximale pouvant être atteinte dans un convergent (sinon ça se comprime), elle sera atteinte en A et seulement en A, quelques soient les conditions de départ (qui doivent tout de même être suffisantes pour assurer au moins mach1 en A).
Cela signifie que mach1 ne peut pas être atteint avant A, et si le flux entrant est déja presque à mach1, il n'accélèrera que peu dans la convergent, mais entamera la partie divergente avec beaucoup de pression et finira donc à une vitesse nettement supersonique.
Le convergent/divergent dessiné plus haut, est en fait, une tuyère de Laval simplifiée. La vraie a des formes plus" fluide" comme ceci:
