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Concept
Bang supersonique
Résumé
Le bang supersonique désigne l'onde sonore créée par un mobile à vitesse supersonique et sa propagation dans l'air.
Le domaine qui nous intéresse est régi par les équations d'Euler qui négligent les propriétés de transport, en particulier la viscosité. Elles sont décrites par un nombre sans dimension, le nombre de Mach noté M, rapport de la vitesse dans le milieu à la vitesse du son dans ce même milieu, environ 340 m/s pour l'air au repos. L'utilisation de cette quantité montre l'invariance d'échelle : deux écoulements sur des corps homothétiques sont homothétiques. Ceci justifie l'emploi de maquettes pour les essais en soufflerie.
L'objet est supposé en vol supersonique, M > 1. Son déplacement génère à l'avant une onde de choc qui est une discontinuité de toutes les quantités du milieu, y compris de la vitesse de l'air, direction et module. Ces discontinuités sont décrites par les relations de Rankine-Hugoniot.
À une distance suffisante de l'avion l'onde de choc dégénère en une simple onde sonore qui se propage à la vitesse du son. Contrairement à l'onde de choc, elle ne modifie pas durablement le milieu traversé. À partir de cette distance tout se passe comme si l'avion avait généré une série continue de perturbations dont l'enveloppe constitue un cône. Le demi-angle au sommet (fictif) de celui-ci est égal à l'angle de Mach , cas particulier des relations de Rankine-Hugoniot donnant la pente du choc en tout point.
Cette onde de durée très courte est suivie par une détente correspondant à l'écoulement à l'arrière de l'objet, puis d'une recompression ramenant à la pression normale.
vignette|Balayage du sol par une onde de Mach.
L'onde sonore qui se propage à longue distance balaie le sol à une vitesse de phase égale à la vitesse de l'avion. La trace du front de propagation est une hyperbole, intersection du cône avec la surface du sol supposée plane.
Cette onde est caractérisée :
par son profil temporel, généralement en forme de N avec une montée en surpression très rapide, une descente vers des sous-pressions lente, puis une remontée également très rapide vers la pression ambiante.
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