Wie schnell ist ein Überschallflugzeug?

„Überschall" beschreibt jeden Flug über Mach 1, und da die Schallgeschwindigkeit mit der Temperatur variiert, hängt die Schwelle in km/h von der Höhe ab: 1.225 km/h in Bodennähe und 1.062 km/h über 11.000 m, wo nahezu alle Überschallflugzeuge fliegen. Von dort aus ist die Spanne enorm. Ingenieure unterscheiden den eigentlichen Überschallbereich bis Mach 5 vom darüber liegenden Hyperschallbereich, in dem aerodynamische Erwärmung und die Chemie der Luft die Regeln ändern. Kein bemanntes, luftatmendes Flugzeug hat Mach 3,3 eindeutig überschritten; das raketengetriebene X-15 erreichte 1967 Mach 6,7, flog dabei jedoch wie ein geflügelter Flugkörper und landete im Gleitflug.

Die Concorde, das einzige Überschall-Passagierflugzeug mit einer langen kommerziellen Laufbahn (1976-2003), flog mit Mach 2,02-2,04 in 15.000 bis 18.000 m Höhe: etwa 2.180 km/h, was die Strecke London-New York auf unter dreieinhalb Stunden verkürzte. Ihre Grenze wurde durch die Nasentemperatur gesetzt, die bei dieser Geschwindigkeit 120 °C überschritt und den Rumpf um mehrere Zentimeter dehnte. Die sowjetische Tupolew Tu-144, auf dem Papier etwas schneller (Mach 2,15), kam kaum über den Beginn des Passagierdienstes hinaus. Aktuelle Projekte für Überschall-Geschäftsreisejets zielen auf bescheidenere Werte, rund Mach 1,4-1,7, um Treibstoffverbrauch und Überschallknall zu verringern.

Die meisten modernen Kampfjets haben eine strukturelle oder einlaufbedingte Grenze zwischen Mach 1,8 und Mach 2,5: die F-16 und der Eurofighter liegen bei rund Mach 2; die F-15 und die MiG-31 erreichen Mach 2,5 beziehungsweise 2,8. In der Praxis fliegen sie nur kurz im Überschallbereich, da der Einsatz des Nachbrenners den Treibstoffverbrauch stark ansteigen lässt; die F-22 und der Eurofighter können einen „Supercruise" von rund Mach 1,5 ohne Nachbrenner aufrechterhalten. Das Extrem setzte die Lockheed SR-71 Blackbird, die 1976 auf einer Zeitmessstrecke 3.529,6 km/h erzielte, Mach 3,3, und routinemäßig mit Mach 3,2 über 24.000 m kreuzte, dank Triebwerken, die bei dieser Geschwindigkeit weitgehend als Staustrahltriebwerke fungierten, und einer Titanstruktur.

Jeder Geschwindigkeitsbereich erfordert andere Lösungen. Bis Mach 2 genügen ein einfacher Lufteinlass und gepfeilte oder Deltaflügel; darüber hinaus wird ein Lufteinlass mit variabler Geometrie benötigt, um die Luft vor dem Verdichter auf Unterschallgeschwindigkeit abzubremsen, und bei Mach 3 verliert Aluminium durch die Hitze an Festigkeit, was den Einsatz von Titan oder Stahl erzwingt. Deshalb kostet jedes zusätzliche Mach weit mehr als das vorherige, und abgesehen von Aufklärung und Abfangeinsätzen begnügen sich Konstrukteure mit Mach 2.