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El que avisa no es traidor, y siempre me han llamado “botero”, declino toda responsablidad sobre los posibles daños, que directa o indirectamente, pudieran resultar de la lectura de esta entrada.

AL TURRÓN

A cualquier velocidad, el vuelo de una aeronave provoca cambios en la densidad del aire que lo rodea debido a los efectos de la compresibilidad, si bien a baja velocidad el aire puede considerarse incompresible (para muchos también incomprensible) y dichos cambios de densidad despreciables, a medida que ésta aumenta, los cambios en la densidad del aire son mucho mayores, y los efectos que provoca más notables.

Cuando un avión se mueve a través de una masa de aire, se producen perturbaciones de presión infinitesimales (ondas de presión) que se propagan desde el avión y hacia fuera de éste en todas las direcciones. Las ondas importantes son las que se transmiten por delante del avión, puesto que “avisan” de su llegada y fuerzan al aire a cambiar de dirección para “dejarle paso”, dividiéndose hacia arriba y hacia debajo de éste.

Estas ondas de presión se forman por la vibración de las moléculas de aire, vibración (perturbación) que va pasando de unas a otras propagándose hacia fuera, y disminuyendo poco a poco su intensidad. La velocidad de propagación de estas ondas es la misma que la del sonido: A=√μRT, donde “μ” es una constante (1.4 para el aire) y “R” es la constante universal de los gases, es decir que depende exclusivamente de la temperatura del aire (atmósfera) a la altura en cuestión (ver)

¿Entonces a menor temperatura ambiente, menor es la velocidad del sonido? Sí, interesante ¿verdad? Todos habréis caído en la cuenta de que a medida que ascendemos la temperatura atmosférica disminuye (al menos hasta llegar a la Tropopausa, en que la temperatura se hace constante y sobre – 56,5 ºC a 11.000 m, 36.000 pies) a un régimen aproximado de 2ºC por cada 1.000 pies (unos 6,5ºC por kilómetro). De forma que cuanto más alto volemos, menor es la velocidad del sonido ¿me seguís hasta aquí? PUES GUARDAD ESTA IDEA (1) UN MOMENTO

Continuamos entonces… Resulta que a medida que la velocidad de un avión aumenta, las ondas de presión creadas por el mismo se “apelotonan” cada vez más delante suya, como las ondas de un fuera borda en el agua, tanto más cerca de la proa cuanto más rápido se desplaza. Si seguimos acelerando, el avión comienza poco a poco a “adelantar” a las ondas de presión, con lo que el aire delante de él cada vez va teniendo “menos tiempo” para reaccionar, bien pegando el salto por encima, bien tirándose de cabeza por debajo del avión. La densidad del aire ya no es continua y de igual valor que cuando volábamos a baja velocidad, a medida que nos acercamos al avión la densidad aumenta considerablemente, el aire ahora es compresible, y los efectos de la compresibilidad afectan a la sustentación, resistencia, maniobrabilidad, estabilidad, y control del avión. ¡Casi ná!

Adelantándome a vuestra próxima pregunta…Si es tan vital para el piloto saber la velocidad del avión en relación a dichos efectos provocados por la compresibilidad…¿Cómo medir la cuantía de dichos efectos?.- BIENVENIDOS AL FASCINANTE MUNDO DEL NÚMERO DE MACH.

EL NÚMERO DE MACH constituye una medida de la compresibilidad, M=TAS/a, donde la TAS es la velocidad verdadera del avión respecto al aire, y “a” es la velocidad local del sonido en un punto concreto (no confundir con la velocidad del sonido del la corriente libre de aire, no afectada por el movimiento del avión)

Si el piloto vuela a una TAS constante (que no es cierto, el piloto suele volar a una IAS constante, como mucho a una CAS constante, pero en ese tema hoy no me meto, cualquiera de ellas serviría para ilustrar lo que sigue), resulta que el cociente TAS/velocidad local sonido aumenta con la altura, pues recuperando la IDEA GUARDAMOS ANTES (1), la velocidad local del sonido disminuía con la altura por disminuir la temperatura…¿me seguís o comienzo?

Pues ahí tenéis una de las razones por las que los aviones vuelan alto, a mayor altura, más fácil es conseguir un mayor número de Mach por ser menor la velocidad del sonido, así que es más fácil ir más rápido. Por supuesto otros factores entran en consideración, como el consumo de combustible, la Meteo, etc.

Los “FENÓMENOS SÓNICOS” ocurren cuando cualquier parte del flujo de aire local por el que circula el avión pasa la velocidad local del sonido. Se llama NÚMERO DE MACH CRÍTICO, al MAYOR número de Mach (de la corriente libre de aire) en el que ningún punto del avión se encuentra localmente supersónico. El número de Mach Crítico depende de muchos factores, fundamentalmente de la aerodinámica del avión, y del ángulo de ataque al que se vuela. Desde el punto de vista del vuelo supersónico, a los Cazas les interesa tener un Mach Critico alto, para así retrasar la aparición de efectos sónicos, a ello contribuyen las alas en flecha y los planos de poco grosor entre otros factores.

Por encima del Mach Crítico tendremos siempre algo de circulación supersónica local en algún punto del avión, normalmente en la parte superior de los planos y/o encastre con el fuselaje, el aire será acelerado al “subir por los planos” y posteriormente decelerado. Siempre que haya un paso de aire de supersónico a subsónico, se crea lo que se conoce con el nombre de ONDA DE CHOQUE.

CARACTERÍSTICAS DE UNA ONDA DE CHOQUE

1.- El Mach local detrás de la onda es igual al inverso del Mach delante de la onda. O sea que si el aire circula a 1.5 por delante, por detrás el Mach caerá a 0,67. ¿Qué pasa con toda esa velocidad=energía que se pierde os preguntaréis?

2.- La densidad del aire aumenta…aquí tenemos un poco…

3.- La temperatura del aire aumenta…aquí tenemos otro poco…

4.- La energía total de la corriente de aire disminuye enormemente (suma de la presión estática y de la dinámica)…una onda de choque “quema” mucha energía.

La pérdida de energía será tanto menor cuanto más cerca estemos de la velocidad del sonido, o sea que lo óptimo sería volar a números de Mach de 1.1-1.2.

En este dibujo podéis ver cómo a medida que aumentamos el MN, la onda de choque que se forma en la parte superior del perfil aerodinámico en cuestión, va desplazándose cada vez más hacia atrás. También debéis fijaros cómo lo normal es que la onda superior se forme antes que la inferior. Por último, cuando todo el avión se encuentra en flujo de aire supersónico, las ondas de choque se “despegan del avión”, y comienzan a ir “por detrás” de él.

Al mismo tiempo aparece una onda delantera llamada Bow Wave, que podéis ver perfectamtente a continuación:

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La de la izquierda corresponde al estudio de la parte frontal de las cápsulas espaciales en su trayecto de reentrada en la atmósfera, la de la derecha es un disparo, bala supersónica, observad ambas la bow y la shock wave, delante y detrás respectivamente.

Por último, y para quien vaya por nota, fijaos en el famoso ángulo que forma la onda (ver foto del disparo), resulta que sin μ= 1/MN, es decir que a mayor velocidad, más pequeño es el ángulo de la onda de choque.

En adelante, cuando veáis una foto como la que sigue, podréis deducir:

1.- Que lo que muestra es una onda de mach ligeramente retrasada, pero que le queda todavía bastante recorrido para separarse del avión por detrás.

2.- Que el avión volaba subsónico, aunque había partes del avión en supersónico.

3.- Que había bastante humedad en el ambiente, pues si no hay humedad, la onda existe, se siente, pero no se ve.

4.- Como desconocemos el Mach Crítico del F-18, no podríamos estimar su velocidad a “ojo de buen cubero”, sin embargo, si alguien se atreve a medir el ángulo anterior, podrá calcular su seno, e inviertiéndolo tendrá una aproximación del Mach a que volaba el avión.

Nadie dijo que fuera fácil.

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