Überschallknall, Druckwelle

Auto, Rad & Mobilität Luft- & Raumfahrt
#1

Liebe Flugbegeisterte,

aus gegebenem Anlaß kam ich mit Kollegen ins Diskutieren über die Folgen eines Überschallknalls. Eine Frage konnten wir dabei nicht klären:
Daß der Überschallknall an dem Flugzeug, das ihn verursacht, keinen Schaden anrichtet, ist klar. Aber was ist mit einer Maschine, die in geringem Abstand zu der fliegt, die gerade die Schallmauer durchbricht? Sie müßte von der Druckwelle doch ziemlich übel getroffen werden, oder?
Und ein weiteres Szenario: die zwei Maschinen fliegen in bestimmtem Abstand zueinander und durchbrechen annähernd gleichzeitig die Schallmauer (wäre ja nicht so unwahrscheinlich). Welche Folgen hat das für die Wahrnehmung des Überschallknalls am Boden? Es wäre doch denkbar, daß es dann durch Interferenz entweder einen besonders lauten Knall gibt oder gar keinen. Sehe ich das richtig?

Freue mich auf Eure Antworten; Ihr könnt gerne ein bißchen (!) physikalische werden.

Danke und viele Grüße,

Klaus

#2

Hallo Klaus,

die Stoßwellen beim Überschallflug sind ja an der Oberfläche am stärksten und schwächen sich mit zunehmendem Abstand zum Flugzeug immer weit er ab. Wenn also ein Flugzeug die Druckunterschiede seiner eigenen Stöße aushalten kann, dann die von Nachbarflugzeugen erst recht.
Zusätzlich auftretende Momente aufgrund der Stoßwellen eines Nachbarflugzeuges halte ich für relativ klein und leicht wegtrimmbar.

Bei mehreren Quellen von machschen Kegeln tritt selbstverständlich Interferenz auf. Die Verstärkung kann sicher bei günstigen Bedingungen auftreten. Da die Druckwellen eines mit Überschallgeschw. fliegenden Flugzeugs eine „N“-Form haben (Druckanstieg = erster Knall, dann kontinuierlicher Druckabfall unter Umgebungsdruck, 2. Druckanstieg = 2. Knall) halte ich eine „saubere“ destruktive Interferenz aber für sehr unwahrscheinlich.

Gruß
Krokodi

#3

Hallo!

Daß der Überschallknall an dem Flugzeug, das ihn verursacht,
keinen Schaden anrichtet, ist klar. Aber was ist mit einer
Maschine, die in geringem Abstand zu der fliegt, die gerade
die Schallmauer durchbricht? Sie müßte von der Druckwelle doch
ziemlich übel getroffen werden, oder?

Du sitzt hier einem häufigen Missverständnis auf: Das „Durchbrechen der Schallmauer“ meint den Widerstand, den das Flugzeug spürt, wenn es die eigene Schockwelle durchdringen möchte. Es hat mit dem Überschallknall nichts zu tun. Dieser entsteht ständig.

Aber: Ja, ein Flugzeug, das in geringem Abstand fliegt, sollte den Überschallknall zu spüren kriegen.

Und ein weiteres Szenario: die zwei Maschinen fliegen in
bestimmtem Abstand zueinander und durchbrechen annähernd
gleichzeitig die Schallmauer (wäre ja nicht so
unwahrscheinlich). Welche Folgen hat das für die Wahrnehmung
des Überschallknalls am Boden?

Der Überschallknall wird (wie gesagt) nicht gehört, wenn das Flugzeug die Schallmauer durchbricht, sondern wenn der Machkegel (notfalls googeln), den das überschallschnell fliegende Flugzeug hinter sich her schleift, auf das Ohr trifft.

Es wäre doch denkbar, daß es
dann durch Interferenz entweder einen besonders lauten Knall
gibt oder gar keinen. Sehe ich das richtig?

Ein Machkegel hat immer erhöhten (also positiven) Druck. Zwei Mackegel interferieren also immer konstruktiv.

Außerdem (das hat jetzt überhaupt nichts mit dem Überschallknall zu tun, sondern gilt ganz allgemein): Ein Knall ist ein sehr kurzes Ereignis, hat also im physikalischen Sinne keine klar definierte Frequenz. Folglich kann es bei zwei Knallen gar nicht zu echter konstruktiver oder destruktiver Interferenz kommen.

Michael

#4

Hallo Michael!

Ein Machkegel hat immer erhöhten (also positiven) Druck. Zwei
Mackegel interferieren also immer konstruktiv.

Wirklich ? Würde mich sehr wundern! Nach der Verdichtung an der Flugzeigspitze muss es doch wohl auch wieder eine Expansion geben
siehe hier :
http://en.wikipedia.org/wiki/Sonic_boom
-> „There is a rise in pressure at the nose, decreasing steadily to a negative pressure at the tail, …“
oder Bild („Überschall-Doppelknall“) hier: http://de.wikipedia.org/wiki/%C3%9Cberschallflug#.C3…

Gruß Kurt

#5

Hi,

es ist ja auch so, daß an einem Flugzeug in dem Übergang zu Mach 1,2 … usw. mehrere Kompressionskegel entstehen. Der Markanteste ist die Flugzeuspitze und dann noch einige andere, wie an den Triebwerkseinläufen etc. Weiterhin werden diese Kegel mit steigender Geschwindigkeit im Öffnungswinkel immer kleiner.
Wenn zwei Flugzeuge parallel fliegen und auch nahe, werden diese von den Druckstößen nichts mitbekommen, da ad eins sie parallel fliegen und ad zwei sich der Druckkegel nach hinten fortpflanzt.

Gruß Corvus