비행기가 아음속에서 초음속으로 비행하면 어떻게 되나요?

비행기가 아음속에서 초음속으로 비행하면 어떻게 되나요?

비행기가 아음속에서 초음속으로 비행하면 어떻게 될까요? 현지 시간 2020년 9월 30일 정오, 프랑스 수도 파리 상공에서 '거대한 폭발음'이 들렸습니다. 이후 폭발은 전투기가 음속 장벽을 깨뜨려 발생한 것으로 확인됐다. 항공교통관제소와 연락이 두절된 여객기로 긴급 고속비행을 해야 했던 해당 비행기는 국방부로부터 음속차단 해제 허가를 받은 상태였다. 그렇다면 음속 장벽은 정확히 무엇이고, 왜 그렇게 무서운가요?

공중에서 소리가 전파되는 것은 물에 돌을 던질 때 발생하는 물결처럼 파도의 형태로 바깥쪽으로 퍼지는 것입니다. 우리가 일반적으로 듣는 소리는 귀로 전달되어 고막을 진동시키는 음파에 의해 발생합니다. 항공기가 공중에서 초음속으로 비행할 때 물 속에서 앞으로 나아가는 쾌속정처럼 쐐기 모양이나 원뿔 모양의 파동이 기수나 튀어나온 부분에 나타나는 것이 충격파이다. 항공기에서 방출되는 조밀한 음파는 항공기 앞쪽으로 이동할 수 없으므로 모두 동체 뒤에 쌓여 원뿔 모양의 음파를 형성합니다. 외부로 전파되면 서로 간섭하고 영향을 미치며, 항공기 기수를 포함한 소닉붐 전방 충격파와 후행 후방 충격파로 수렴됩니다.

항공기가 아음속으로 비행할 때 충격파가 발생하지 않습니다. 공기역학적 특성에 영향을 미치는 주요 요인은 점도와 공기 흐름 분리입니다. 비행기가 음속에 가깝게 날면 강한 저항이 생겨 물체가 강하게 진동하고 속도가 감소하게 됩니다. 이러한 현상을 톤 배리어라고 합니다. 음속 장벽이 무너지면 물체 자체에 의한 공기 압축은 빠르게 전파되지 못하고 점차 물체의 바람이 불어오는 쪽에 축적되어 결국 음향 에너지가 고도로 집중된 충격파 표면을 형성합니다. 이 에너지가 사람들의 귀에 도달하면 소닉 붐이라고 불리는 짧고 매우 강한 폭발음을 느끼게 됩니다.

소닉 붐은 항공기가 초음속으로 비행할 때만 발생합니다. 초음속으로 비행하는 항공기에서 발생하는 강한 압력파는 지상으로 전달되어 천둥 같은 폭발을 일으킨다. 음속 장벽이 무너지면서 발생하는 특이한 현상은 충격파 표면 뒤의 기압이 증가하여 주변 공기를 압축하여 수증기가 응결되어 구름처럼 보이는 작은 물방울이 형성되기 때문입니다. 이러한 종류의 클라우드는 일반적으로 몇 초만 지속되며 순식간에 사라집니다. 따라서 소닉 붐 구름은 전투기와 항공모함 기반 항공기에서 흔히 볼 수 있습니다. 바다 위의 공기는 매우 습하고 구름은 마치 비행기에 백조 치마를 얹은 것처럼 더 크고 아름답습니다. 직접 눈으로 보면 그 광경은 정말 장관이다.