Введение

Трансонический (или трансзвуковой) поток – это течение воздуха вокруг объекта со скоростью, при которой возникают области как дозвукового, так и сверхзвукового течения. Проблема трансонической скорости (или трансонической области) впервые возникла во время Второй мировой войны. Пилоты заметили, что при приближении к звуковому барьеру поток воздуха вызывал неустойчивость самолетов. Исследования были направлены на ослабление ударных волн в трансоническом режиме полета с использованием антишоковых тел и сверхкритических профилей крыла. Трансонические скорости характеризуются резким увеличением сопротивления примерно с 0,8 Маха, и именно расход топлива на преодоление этого сопротивления обычно ограничивает скорость. Попытки снизить волновое сопротивление можно увидеть на всех высокоскоростных летательных аппаратах. Наиболее заметным примером является использование крыльев со стреловидностью, но другой распространенной формой является фюзеляж с "усыженной талией" как побочный эффект правила площадей Уиткомба. Трансонические скорости также могут возникать на концах лопастей роторов вертолетов и самолетов. Это создает значительные неравномерные напряжения в лопасти ротора и может привести к авариям. Это один из факторов, ограничивающих размер роторов и скорость вертолетов в горизонтальном полете (поскольку эта скорость складывается со скоростью набегающего потока на передней кромке ротора, что может вызывать локальную трансонику).

Открытие трансонического воздушного потока

Проблемы с полетом самолета, связанные со скоростью, впервые возникли в сверхзвуковую эру в 1941 году. Летчик-испытатель Ральф Вирден погиб в авиакатастрофе, потеряв управление самолетом из-за ударной волны, вызванной сверхзвуковым потоком воздуха над крылом, что привело к сваливанию. Трансоническая аэродинамическая труба со щелевыми стенками была разработана NASA и позволила исследователям испытывать крылья и различные профили в трансоническом потоке, чтобы найти оптимальную форму законцовок крыла для звуковых скоростей. Позже Ричард Уиткомб, используя схожие принципы, разработал первый сверхкритический профиль. Аэродинамики сталкивались с трудностями при ранних исследованиях трансонического течения, поскольку существующая теория предсказывала, что эти возмущения – и, следовательно, сопротивление – стремятся к бесконечности при приближении местного числа Маха к 1, что являлось явно нереалистичным результатом и не могло быть устраннено известными методами. Во многих подобных потоках также наблюдаются ударные волны вблизи черных дыр. Выбросы или струи от молодых звездных объектов или дисков вокруг черных дыр также могут быть трансоническими, поскольку они начинаются как дозвуковые, а на большом расстоянии становятся неизменно сверхзвуковыми. Взрывы сверхновых сопровождаются сверхзвуковыми потоками и ударными волнами. Ударные волны, формирующиеся в солнечном ветре, являются прямым следствием трансонического ветра, исходящего от звезды. Долгое время предполагалось, что вокруг гелиосферы нашей Солнечной системы существует ударный фронт, однако данные, опубликованные IBEX в 2012 году, опровергли это предположение.