Bei welcher Geschwindigkeit tritt ein Überschallknall auf?

Der Überschallknall: Nicht die Geschwindigkeit, sondern der Druck

Der Überschallknall ist ein faszinierendes Phänomen, das oft vereinfacht mit der bloßen Überschreitung der Schallgeschwindigkeit gleichgesetzt wird. Doch die Realität ist komplexer und hängt weniger von einer spezifischen Geschwindigkeit, als vielmehr vom Druckaufbau ab. Es ist nicht bei welcher Geschwindigkeit ein Überschallknall auftritt, sondern wie dieser Druckaufbau erfolgt.

Die gängige Aussage, ein Überschallknall ereigne sich, sobald die Schallgeschwindigkeit überschritten wird, ist zwar grundsätzlich korrekt, aber ungenau. Der Knall selbst ist nicht der Moment des Überschreitens der Schallmauer, sondern die Folge des sich zuvor aufbauenden Druckunterschieds. Ein Flugzeug, das langsam auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt, erzeugt einen weniger intensiven Knall als ein Flugzeug, das abrupt die Schallgeschwindigkeit durchbricht.

Stellen Sie sich ein Boot vor, das sich auf ruhigem Wasser bewegt. Bei langsamer Fahrt entstehen nur kleine Wellen. Erhöht das Boot seine Geschwindigkeit, werden die Wellen größer und größer. Sobald das Boot schneller als die Wellenausbreitung ist, überlagern sich die Wellen und bilden eine Bugwelle – ähnlich verhält es sich mit einem Überschallflugzeug und den Schallwellen.

Die Schallwellen, die von einem Flugzeug erzeugt werden, breiten sich kugelförmig aus. Fliegt das Flugzeug langsamer als der Schall, können diese Wellen ungehindert nach hinten auslaufen. Nähert sich das Flugzeug der Schallgeschwindigkeit, "verdichten" sich die Wellen vor dem Flugzeug zu einer starken Schockwelle – einer Art "Schallmauer". Diese Verdichtung ist nicht an einen bestimmten Punkt gebunden, sondern ist ein gradueller Prozess, der mit zunehmender Geschwindigkeit intensiver wird.

Sobald die Geschwindigkeit des Flugzeugs die Schallgeschwindigkeit überschreitet, wird diese Schockwelle permanent vor dem Flugzeug aufrechterhalten. Diese Schockwelle ist nicht nur eine einzelne, scharfe Druckwelle, sondern besteht aus einer starken Druckänderung, gefolgt von einer schwächeren Entspannung, einem sogenannten "N-förmigen Druckprofil". Diese Druckänderung wird als Überschallknall wahrgenommen. Die Intensität des Knalls hängt also von der Stärke dieser Schockwelle ab, die wiederum von Faktoren wie der Fluggeschwindigkeit, der Größe und Form des Flugzeugs sowie der Höhe des Fluges beeinflusst wird.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Es gibt keine magische Geschwindigkeitsgrenze, bei der automatisch ein Überschallknall auftritt. Vielmehr ist es der durch den Flugkörper erzeugte Druckaufbau, der zu einer Schockwelle und schließlich zum wahrgenommenen Knall führt. Die Geschwindigkeit ist dabei nur einer von mehreren wichtigen Einflussfaktoren.