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Bang supersonique Pour les articles homonymes, voir Bang. Le bang supersonique désigne l'onde sonore créée par un mobile à vitesse supersonique et sa propagation dans l'air. Les écoulements supersoniques Le domaine dont il est question ici est régi par les équations d'Euler qui négligent les propriétés de transport, en particulier la viscosité. Elles sont décrites par un nombre sans dimension, le nombre de Mach noté M, rapport de la vitesse dans le milieu à la vitesse du son dans ce même milieu, environ 340 m/s pour l'air au repos. L'utilisation de cette quantité montre l'invariance d'échelle : deux écoulements sur des corps homothétiques sont homothétiques. Ceci justifie l'emploi de maquettes pour les essais en soufflerie. L'objet est supposé en vol supersonique, M > 1. Son déplacement génère à l'avant une onde de choc qui est une discontinuité de toutes les quantités du milieu, y compris de la vitesse de l'air, direction et module. Ces discontinuités sont décrites par les relations de Rankine-Hugoniot. Écoulement autour de l'objet et cône de Mach.jpg) À une distance suffisante de l'avion l'onde de choc dégénère en une simple onde sonore qui se propage à la vitesse du son. Contrairement à l'onde de choc, elle ne modifie pas durablement le milieu traversé. À partir de cette distance tout se passe comme si l'avion avait généré une série continue de perturbations dont l'enveloppe constitue un cône. Le demi-angle au sommet (fictif) de celui-ci est égal à l'angle de Mach , cas particulier des relations de Rankine-Hugoniot donnant la pente du choc en tout point. Cette onde de durée très courte est suivie par une détente correspondant à l'écoulement à l'arrière de l'objet, puis d'une recompression ramenant à la pression normale. L'onde sonore L'onde sonore qui se propage à longue distance balaie le sol à une vitesse de phase égale à la vitesse de l'avion. La trace du front de propagation est une hyperbole, intersection du cône avec la surface du sol supposée plane. Cette onde est caractérisée :
Ceci est valable pour un vol stabilisé (route, vitesse) mais ce profil de pression dépend également de beaucoup d'autres paramètres. En effet la quantité d'énergie rayonnée dans toutes les directions n'est pas constante. Ce point est important lorsque l'on souhaite diminuer le bang vers le sol d'un avion supersonique. C'est ce qui motive l'action de la NASA dans la mise au point du Lockheed Martin X-59 QueSST[6]. Dans le cas où l'appareil effectue une manœuvre le profil de l'onde peut être notablement modifié et prendre une forme en U provoquée par une focalisation et création d'une caustique[4]. Le résultat du phénomène d'amplification locale du signal est parfois appelé « superbang ». Il s'accompagne d'une zone de silence voisine où le signal n'est pas propagé[7]. Les ondes sont réfractées par l'atmosphère et réfléchies par le sol[1]. Quelques valeurs mesuréesDes valeurs de surpression au sol ont été mesurées par la NASA[8].
À titre de comparaison la valeur nécessaire pour provoquer la rupture de vitres est de 200 Pa environ[9]. Ce chiffre a été largement dépassé par l'onde créée par le superbolide de Tcheliabinsk. Nuisance sonore Cette section est vide, insuffisamment détaillée ou incomplète. Votre aide est la bienvenue ! Comment faire ? Le bang supersonique est entendu de loin lorsqu'il se produit, ce qui occasionne des nuisances sonores. Celles-ci peuvent générer des protestations venant des populations environnantes, comme observé dès les années 1960 dans le cadre de l'Opération Bongo II aux États-unis ou plus tard sur le trajet du Concorde. Notes et références
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