Was ist die Schallgeschwindigkeit?

Die Frage wird meist gestellt, wenn man an den Moment denkt, in dem ein Flugzeug „die Schallmauer durchbricht". Dieser Moment tritt ein, wenn seine Fluggeschwindigkeit der lokalen Schallgeschwindigkeit entspricht, und diese Geschwindigkeit ist nicht fest. In der Standardatmosphäre beträgt sie 340 m/s auf Meereshöhe (1.225 km/h), 328 m/s in 3.000 m, 316 m/s in 6.000 m und 295 m/s von 11.000 m bis 20.000 m Höhe, wo die Temperatur konstant bei -56,5 °C liegt. Ein Kampfflugzeug, das in großer Höhe beschleunigt, erreicht Mach 1 bei rund 1.060 km/h; dasselbe Flugzeug müsste auf Meereshöhe 1.225 km/h erreichen. Deshalb sprechen Piloten und Ingenieure in Mach-Zahlen statt in Kilometern pro Stunde: Diese Zahl beschreibt, was mit der Luft um das Flugzeug herum geschieht.

Unterhalb von Mach 1 laufen die Druckstörungen, die ein Flugzeug erzeugt, vor ihm her und „warnen" die Luft, auszuweichen. Sobald es Schallgeschwindigkeit erreicht, können diese Störungen es nicht mehr überholen; sie stauen sich und bilden Stoßwellen - zunächst über Bereichen, in denen die Strömung lokal beschleunigt (die Flügeloberseite kann bei Mach 0,8 bereits Überschallgeschwindigkeit haben, auch wenn das Flugzeug selbst das nicht hat), dann an Nase und Vorderkanten. Der Luftwiderstand steigt stark an, der Druckpunkt verschiebt sich nach hinten, und herkömmliche Steuerflächen verlieren an Wirkung - was die Sturzflüge von Jägern im Zweiten Weltkrieg so gefährlich machte. Für einen Beobachter am Boden wird der Durchgang der Stoßwellen als Überschallknall wahrgenommen, ein doppelter Knall, der das Flugzeug die ganze Zeit begleitet, in der es Überschallgeschwindigkeit hält, nicht nur im Moment des Durchbrechens von Mach 1.

Der erste dokumentierte Überschallflug im Horizontalflug war der von Chuck Yeager am 14. Oktober 1947 mit der Bell X-1, nachdem sie von einer B-29 über der Mojave-Wüste gestartet worden war: Er erreichte Mach 1,06, etwa 1.127 km/h, in 13.100 m Höhe (43.000 ft). Die X-1 verwendete ein vollbewegliches Höhenleitwerk, die Lösung, die im transsonischen Bereich die Steuerbarkeit wiederherstellte und die später von jedem Überschallflugzeug übernommen wurde. Die Concorde, das einzige Passagierflugzeug, das diese Geschwindigkeit regelmäßig überschritt, stellte 2003 den Flugbetrieb ein; Kampfflugzeuge überschreiten sie routinemäßig, und mehrere Projekte für Überschall-Businessjets versuchen, die Schallgeschwindigkeit in die Zivilluftfahrt zurückzubringen.