Klankgrens

Weens aërodinamika neem die hoeveelheid energie wat benodig word om 'n groot voorwerp te versnel (in 'n medium soos lug) aansienlik toe namate die voorwerp se spoed die spoed van klank nader (in die betrokke medium). Die spoed van klank is gevolglik 'n skynbare grens of limiet wat moeilik oorskry word.

'n F/A-18 van die VSA-vloot vlieg hier teen transsoniese spoed. Die adiabatiese kondensasiewolk is 'n gevolg van die Prandtl-Glauert singulariteit.

Die woord klankgrens het tydens die Tweede Wêreldoorlog in algemene gebruik gekom toe 'n groot aantal vliegtuie vir die eerste keer naby die spoed van klank begin vlieg en allerlei probleme begin ondervind het. Hierdie woord word sedert die 1950's nie meer dikwels gebruik nie, aangesien vliegtuie toe gereeld daarin kon slaag het om vinniger as klank te vlieg. In idiomatiese spraak, "breek" hulle deur die klankgrens. In droë lug, teen 20 °C, is die klankgrens 343 meter per sekonde of 1 234 km/h.

Soos 'n vliegtuig al vinniger vlieg en die spoed van klank nader, verander die lugvloei oor die vliegtuig se oppervlaktes, en verander die lug in 'n saamgeperste vloeistof. Die lugweerstand skiet dan die hoogte in en kan beter beskryf word as golfweerstand.

Die sterkte van die golfweerstand neem eksponensieël toe binne noue snelheidsperke rondom die klankgrens. Met slegs die beperkte krag van suierbinnebrandenjins beskikbaar, kon die vroeë vliegtuie nie hierdie vinnige toename in weerstand oorkom nie, en selfs groot verbeterings in die kraguitset van die enjin kon slegs minimale verbeterings tot die topspoed toevoeg. Oënskynlik was 'n oneindige hoeveelheid krag nodig om 'n supersoniese spoed te behaal.

'n Deurbraak het gekom danksy die bestudering van artillerie. Ernst Mach het in die 19de eeu bevind dat 'n koeël se lugweerstand toeneem namate die spoed daarvan vermeerder, tot op 'n punt, waarna dit weer afneem. Mach het hieruit afgelei en ook eksperimenteel bewys dat 'n skokgolf ontstaan in die medium, in die vorm van 'n horing (konus), met die projektiel aan die skerppunt van 'n gedyende horing agter die projektiel. Die verhouding tussen die spoed van die projektiel (=v) en die spoed van klank (=c) word nou die Mach-getal (=v/c) genoem. So verwys "Mach 2" na dubbeld die spoed van klank.

Die uitdaging was toe om genoeg krag te voorsien om wel deur die klankgrens te breek. Frank Whittle het die straalmotor ontwerp in Engeland, en Duitse navorsers het bevind dat sweepvlerke minder weerstand bied op hoë spoed. Teen die 1950's het 'n aantal vliegtuie hierdie twee deurbrake gekombineer om met relatiewe gemak supersonies te vlieg.

Chuck Yeager (toe 'n majoor in die VSA-lugmag) was die eerste persoon om die klankgrens in gelykvlug te breek op 14 Oktober 1947 in die eksperimentele vuurpylaangedrewe Bell X-1 teen Mach 1 op 'n hoogte van 2 126 meter.