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超音速とは、物体が音速（マッハ1）を超える速度のことです。海面高度で 温度 20 °C（68 °F）の乾燥空気中を移動する物体の場合、この速度は約343.2 m/s（1,126 ft/s、768 mph、667.1 kn、1,236 km/h）です。音速の 5 倍を超える速度（マッハ5）は、極超音速と呼ばれることがよくあります。ローターブレードの先端など、物体の周囲の空気の一部のみが超音速に達する飛行は、遷音速と呼ばれます。これは通常、マッハ0.8 からマッハ1.2 の間のどこかで発生します。
音は、弾性媒体中を伝わる圧力波の形で伝播する振動です。物体が音速を超える速度で移動すると、その物体は音速を超える速度で移動します。気体中では、音は縦方向にさまざまな速度で伝わり、その速度は主に気体の分子量と温度に依存し、圧力の影響はほとんどありません。空気の温度と組成は高度によって大きく変化するため、音速と、一定速度で移動する物体のマッハ数は変化する可能性があります。室温 の水中では、音速を超える速度は1,440 m/s (4,724 ft/s)を超える速度を意味します 。固体中では、音波は縦方向または横方向に偏光し、より高速になります。
「超音速」という言葉は、ラテン語由来の2つの単語、1) super（上）と2) sonus（音）から成り立っており、これらを合わせると「音速を超える」または「音速よりも速い」という意味になります。
20世紀初頭、「超音速」という用語は、人間の通常の聴覚範囲を超える周波数の音を表す形容詞として用いられていました。現代では、この意味を表す用語は「超音波」です。
牛鞭の先端は、音速に達するように設計された最初の物体として一般的に考えられています。この動作によって特徴的な「パキッ」という音がしますが、これは実際にはソニックブームです。人類が最初に起こした超音速ブームは、おそらく普通の布切れによって引き起こされ、それが最終的に鞭の開発につながりました。[ 3 ]牛鞭を伝わる波動運動によって、牛鞭は超音速を達成することができます。[ 4 ] [ 5 ]
現代の銃弾のほとんどは超音速であり、ライフル弾はしばしばマッハ3に迫る速度で、場合によってはマッハ3をはるかに超える速度で飛んでいます[ 6 ]。
ほとんどの宇宙船は、再突入過程の少なくとも一部において超音速飛行を行うが、大気密度が低いため、その影響は軽減される。上昇中、打ち上げロケットは空気抵抗を減らすため、一般的に高度30km （約98,400 フィート）以下では超音速飛行を避ける。
高度が高くなるにつれて、気温が低下するため音速はやや低下します（通常、高度25kmまで）。 さらに高度が高くなると気温が上昇し始め、それに伴って音速も上昇します。
膨らませた風船が破裂すると、破れたラテックスの破片が超音速で収縮し、鋭く大きな破裂音が発生する。
現在までに、公式に超音速走行を達成した陸上車両はThrustSSCのみである。アンディ・グリーンが運転するこの車両は、1997年10月15日にブラックロック砂漠で行われた往復走行で平均時速1,228km （763mph ）を記録し、陸上速度の世界記録を保持している。
ブラッドハウンドLSRプロジェクトは、2020年に南アフリカのハクスキーパンで、ジェットエンジンとハイブリッドロケットエンジンを組み合わせた自動車で記録に挑戦する計画を立てていた。目標は既存の記録を破り、その後さらに挑戦を重ね、その過程で時速1,600km （1,000マイル）までの速度に到達することを目指していた。この取り組みは当初、 ThrustSSCプロジェクトのリーダーであったリチャード・ノーブルが主導していたが、2018年に資金難に陥ったため、チームはイアン・ウォーハーストに買収され、ブラッドハウンドLSRと改名された。その後、 COVID-19パンデミックの影響でプロジェクトは無期限延期となり、車両は売りに出された。
現代の戦闘機のほとんどは超音速機です。現代の旅客機で超音速飛行が可能なものはありませんが、かつてはコンコルドやツポレフTu-144といった超音速旅客機が存在しました。これらの旅客機と一部の現代の戦闘機は、アフターバーナーを使用せずに超音速飛行を持続するスーパークルーズも可能です。コンコルドは数時間スーパークルーズが可能で、数十年にわたって比較的高い頻度で飛行していたため、他のすべての航空機を合わせたよりもかなり長い時間、超音速で飛行していました。2003年11月26日のコンコルドの最終退役飛行以来、超音速旅客機は運用されていませんが、ブーム・オーバーチュアが完成すれば将来的に超音速飛行が復活する可能性があります。ツポレフTu-160やロックウェルB-1ランサーなどの一部の大型爆撃機も超音速飛行が可能です。
超音速航空機の空力特性は、機体に沿ったさまざまな地点のエアシートが互いに影響し合わないことが多いため、亜音速航空機の空力特性よりも単純です。超音速ジェット機やロケット機は、遷音速領域（マッハ0.85～1.2付近）で発生する余分な空気抵抗を克服するために、数倍の推力を必要とします。この速度では、航空宇宙エンジニアは新たな衝撃波を発生させることなく、機体の周囲に空気を穏やかに誘導できますが、機体のさらに下の方で断面積が変化すると、機体に沿って衝撃波が発生します。設計者は、サイズの急激な変化を最小限に抑えるために、超音速面積ルールとウィットコム面積ルールを使用します。しかし、実際の用途では、超音速航空機は亜音速と超音速の両方のプロファイルで安定して動作する必要があるため、空力設計はより複雑になります。
超音速時の抗力を低く抑える主な鍵は、機体全体を長く細く、フォン・カルマン曲線やシアーズ・ハック曲線のような「完璧な」形状に近づけることである。このため、 SR- 71やコンコルドなど、ほとんどすべての超音速巡航機は、非常に長く細い胴体と大きなデルタ翼を備え、互いに非常によく似た外観となっている。旅客機には理想的ではないものの、この形状は爆撃機には非常に適している。