Cosa succede quando un aereo raggiunge la velocità supersonica?

Il suono è un'onda di pressione, e a velocità subsonica l'aria davanti a un aereo riceve, tramite queste onde, un avviso anticipato: il flusso comincia a scostarsi dal muso e dalle ali ancora prima che questi arrivino lì. A Mach 1, l'aereo si muove tanto velocemente quanto l'avviso stesso, e le perturbazioni non riescono più a propagarsi in avanti. Si accumulano in regioni estremamente sottili, dove pressione, temperatura e densità salgono quasi in modo discontinuo. Queste sono le onde d'urto, e ogni aereo supersonico ne porta una serie sul muso, sulla cabina di pilotaggio, sui bordi d'attacco delle ali, sulle prese d'aria e sulla coda.

Il fastidioso non è il volo supersonico in sé, ma il percorso per arrivarci. L'aria accelera curvandosi su un'ala, cosicché parti del flusso raggiungono Mach 1 mentre l'aereo è ancora a circa Mach 0,8. Onde d'urto locali si formano sulla superficie superiore, lo strato limite dietro di esse si separa, e la resistenza aumenta fortemente. Nei primi aerei che esplorarono questa fascia, gli effetti erano drammatici: vibrazioni, una tendenza a picchiare verso il basso chiamata Mach tuck, alettoni con effetto invertito ed elevatori bloccati dall'onda d'urto che si formava sulla coda. Il Bell X-1 risolse quest'ultimo problema con uno stabilizzatore orizzontale completamente mobile, e gli strumenti di progettazione arrivati dopo, ali a freccia, profili sottili e la regola dell'area, permisero agli aerei successivi di attraversare questa fascia senza scossoni.

Quando l'aereo è completamente in regime supersonico, il flusso diventa più ordinato. Le onde d'urto si stabilizzano, la resistenza si assesta su un livello più alto ma prevedibile, e il centro di pressione si sposta all'indietro, cosa che sul Concorde veniva compensata pompando carburante in un serbatoio di equilibrio nella coda. L'aria compressa dalle onde d'urto si riscalda inoltre: a Mach 2, il muso del Concorde raggiungeva circa 127 °C, e la struttura della fusoliera si espandeva di circa 25 cm in crociera. Le prese d'aria dei motori necessitano di rampe o cono mobili per decelerare l'aria entrante a velocità subsonica prima del compressore. I piloti percepiscono poco di tutto ciò; il machmetro è l'unico segno chiaro che qualcosa è cambiato.

Le onde d'urto non restano attaccate all'aereo. Si propagano a forma di cono verso l'esterno e raggiungono il suolo come un improvviso aumento di pressione, seguito da un calo, udibile come un doppio boom. Il boom è presente in modo continuo lungo tutta la traiettoria supersonica, motivo per cui i voli supersonici sulla terraferma sono vietati nella maggior parte dei paesi dagli anni '70, e per questo l'X-59 della NASA sta testando una forma che attenua questa firma.