Скорость звука в текущей среде обозначается числом Маха (М). При стандартных условиях на уровне моря 1 Мах ≈ 1225 км/ч или 340 м/с. При изменении высоты, температуры и плотности воздуха его значение меняется. К примеру, на высоте 11 000 метров 1 Мах ≈ 1062 км/ч или 295 м/с.
При переходе на сверхзвуковые скорости аэродинамические нагрузки стремительно меняются. Поэтому пилоты ориентируются именно по числу Маха, а не по показаниям спидометра:
1. Когда М<1 – самолет летит на дозвуковой скорости. При этом он толкает находящийся перед ним воздух, и звуковые волны расходятся вперед. Воздушный поток в таком режиме плавно обтекает крылья и фюзеляж.
2. Когда М=1 – летательный аппарат движется со скоростью звука, т.е. догоняет излучаемые им звуковые волны. Они накапливаются и сжимаются в плотный фронт. Воздух при этом не успевает расступаться перед самолетом и плавно огибать корпус, спрессовывается перед носом, крыльями и фонарем кабины. Из-за этого резко увеличивается лобовое сопротивление, а скачки уплотнения создают общую ударную волну. Она имеет форму конуса и тянется за самолетом, а при достижении земли ощущается как резкий хлопок, напоминающий раскат грома или взрыв. Вот что происходит при преодолении звукового барьера. При этом в кабине самого истребителя звуковой удар не слышен и преодолеваемой «стены» не ощущается.
3. Когда М>1 – самолет движется быстрее звука, т.е. оставляет позади собственные звуковые сигналы. Воздух перед его носом и на кромках крыльев сильно сжимается и нагревается, что в сочетании с трением приводит к существенному нагреву обшивки.
Если наблюдать с земли, как истребитель преодолевает звуковой барьер, в момент перехода на сверхзвук можно увидеть вокруг него белый конусообразный туман. Это водяной пар мгновенно конденсируется в красивое каплеобразное облако из-за резкого снижения давления и температуры за ударной волной. Этот визуальный эффект называют конусом Прандтля-Глоерта.