Le velocità di volo sono suddivise in quattro categorie: subsonico, transonico, supersonico e ipersonico.
In aeronautica l’unita’ di misura della velocita’ macroscopica e’ il Mach.
Il Mach
La definizione è data considerando il numero di Mach ottenuto calcolando il rapporto tra velocità del velivolo e velocità del suono per l’aria una volta che sia fissata la quota di volo.
Il superamento della velocità del suono divenne una grossa sfida quando i motori aeronautici divennero sufficientemente potenti.
Fra il 1930 e il 1940, il tentativo di superare questa velocità portò all’adeguamento delle prestazioni dei motori e della forma aerodinamica degli aeroplani.
Gli aeroplani commerciali di linea viaggiano in genere poco sotto Mach 1, mentre la maggior parte degli aerei militari possono superarlo e arrivare a volte a Mach 2 o 3.
Gli unici aerei di linea a volare in regime supersonico sono stati il franco-britannico Concorde e il sovietico Tupolev Tu-144.
Velocità macroscopiche fino a Mach 10 sono state raggiunte da apparecchi sperimentali o dai lanciatori spaziali e dalle navette spaziali.
A partire dalla seconda metà degli anni 2000 sono stati sviluppati sistemi d’arma la cui caratteristica fondamentale è proprio quella di volare a velocità ipersoniche.
Il primo uomo a superare in volo continuato la velocità di Mach 1 (il muro del suono) fu Chuck Yeager a bordo del Bell X-1, il 14 ottobre 1947.
Nel regime subsonico il valore Mach e’ < 1, nel regime transonico e’ compreso tra 0,8 e 1,2. Il regime supersonico prevede un valore Mach > 1, mentre nel regime ipersonico il valore Mach e’ > 5.
Aerei subsonici
Il volo subsonico è il più comune ed è il tipo di velivolo che la maggior parte delle persone ha sperimentato nell’utilizzo.
Questi aerei viaggiano più lentamente della velocità del suono.
Includono aerei commerciali come l’Airbus A330s, i Boeing 787 e la famiglia Embraer E-Jet, così come jet privati come il Cessna 172.
Aerei transonici
Il volo transonico si trova all’interno di un intervallo compreso tra 0,8 e 1,2 Mach.
Aerei come il Gulfstream G650 e il Cessna Citation X volano all’interno della gamma transonica.
Ci sono state occasioni in cui, di solito grazie a condizioni ventose, alcuni aerei commerciali hanno superato il suono.
Nel 2023, un Boeing 777 di American Airlines che volava dall’aeroporto JFK di New York a Londra Heathrow ha raggiunto una velocità massima Mach pari a 1,0, raggiungendo i 1.252 km/h durante il viaggio.
Nel corso di questa estate Dawn Aerospace, una startup nel settore aerospaziale, ha compiuto un importante passo avanti nello sviluppo del suo aereo spaziale altamente riutilizzabile.
Durante l’ultimo volo di prova, il veicolo senza equipaggio Mk-II ha raggiunto velocità transoniche di Mach 0,92 e un’altitudine di 15.000 metri, superando rispettivamente di tre e cinque volte le prestazioni precedenti.
In questi test verrà coinvolto anche l’aeromobile Mk-IIA, che non solo volerà a velocità supersonica, ma confermerà anche il design per l’intero profilo di volo in previsione dei primi voli ipersonici.
La versione successiva,Mk-IIB, avrà una spinta del 10% superiore e un impulso totale del 30% maggiore rispetto alle versioni precedenti.
Aerei supersonici
Questi aerei superano la velocità del suono e in genere viaggiano tra Mach 1.2 e Mach 5.
Creano anche il famoso “boom sonoro” mentre raggiungono la velocità del suono.
Molti aerei militari si inseriscono in questa categoria, tra cui l’F-4 Phantom II, così come alcuni razzi.
Ma forse il più famoso aereo supersonico di tutti i tempi è il Concorde, che ha viaggiato intorno a Mach 2,04.
Il Concorde ha effettuato il suo volo finale nel 2003.
In totale sono stati costruiti 20 Concorde, compresi due prototipi, due aerei di pre-produzione e 16 esemplari di produzione. Dei 16 aeroplani, due non entrarono mai in servizio ed otto rimasero in linea fino all’aprile del 2003.
Tutti i velivoli sono stati preservati, tranne F-BVFD utilizzato come fonte di ricambi nel 1982 e dismesso nel 1994, e F-BTSC, che andò perso nell’incidente del 25 luglio 2000.
Boom Supersonic, la società che sta sviluppando l’aereo di linea più veloce del mondo, Overture, ha annunciato, a fine marzo, il primo volo dell’XB-1,
XB-1 e’ il primo jet supersonico sviluppato in modo indipendente al mondo e dimostratore tecnologico dell’Overture, presso il Mojave Air & Space Port a Mojave, in California.
Come il futuro Overture, l’aereo di linea supersonico di Boom, l’XB-1 sfrutta tecnologie all’avanguardia per consentire un volo supersonico efficiente, inclusi compositi in fibra di carbonio, avionica avanzata, aerodinamica ottimizzata digitalmente e un sistema di propulsione supersonico avanzato.
Aerei ipersonici
Gli aerei ipersonici sono quelli che superano Mach 5, ovvero cinque volte la velocità del suono.
Alle velocità Mach 5, i metalli possono andare morbidi o fondersi; quindi, è necessario creare un aereo ipersonico con una speciale protezione resistente al calore.
Negli anni ’60 la NASA ha unito le forze con la US Air Force per creare il North American X-15 – un ipersonico che ha colpito una velocità massima di Mach 6,7 – più di sei volte la velocità del suono, ovvero 7.274km/h.
Da quando il Concorde ha effettuato il suo ultimo volo, oltre 20 anni fa, i viaggi aerei supersonici sono scomparsi dal panorama dell’aviazione commerciale, ma non dagli interessi delle aziende.
Sky Magnetar, un avveniristico aereo ipersonico a idrogeno, potrebbe rivoluzionare il modo in cui viaggiamo.
Se il Concorde impiegava 3 ore e 20 minuti per percorerre la tratta New York – Londra, Sky Magnetar promette di essere tre volte più veloce, raggiungendo la velocità di 6.800 km/h (4.200 mph circa).
Il suo innovativo sistema di propulsione combina un motore a reazione bladeless Dyson con sei turbine per le velocità subsoniche e un motore a razzo per quelle supersoniche e ipersoniche.
Sky Magnetar è dotato di scudi termici in materiali compositi all’avanguardia e di un sistema di raffreddamento attivo che pompa fluidi attraverso tubazioni a circuito chiuso.