Avion traspasando la barrera del sonido

Velocidad del sonido

Cualquier debate sobre lo que ocurre cuando un objeto rompe la barrera del sonido debe comenzar con la descripción física del sonido como una onda con una velocidad de propagación finita. Cualquiera que haya escuchado un eco (ondas sonoras que se reflejan en una superficie lejana) o haya estado lo suficientemente lejos de un evento como para verlo primero y escucharlo después, está familiarizado con la propagación relativamente lenta de las ondas sonoras. A nivel del mar y en condiciones atmosféricas estándar de 22 grados Celsius, las ondas sonoras viajan a 345 metros por segundo (770 millas por hora). A medida que la temperatura local disminuye, la velocidad del sonido también disminuye, de modo que para un avión que vuela a 35.000 pies, donde la temperatura ambiente es de 54 C, la velocidad local del sonido es de 295 metros por segundo (660 millas por hora).

Dado que la velocidad de propagación de las ondas sonoras es finita, las fuentes de sonido que están en movimiento pueden empezar a alcanzar las ondas sonoras que emiten. A medida que la velocidad del objeto aumenta hasta la velocidad sónica (la velocidad local de las ondas sonoras), estas ondas sonoras comienzan a apilarse delante del objeto. Si el objeto tiene suficiente aceleración, puede atravesar esta barrera de ondas sonoras y adelantarse al sonido radiado. El cambio de presión que se produce cuando el objeto supera toda la presión y las ondas sonoras que tiene delante se escucha en el suelo como una explosión, o boom sónico.

Vuelo supersónico

Durante la Segunda Guerra Mundial, el mundo de la aviación experimentó una impresionante revolución tecnológica. Cada vez los aviones eran capaces de volar más alto y más rápido. Pero los pilotos e ingenieros se toparon una y otra vez con la llamada “barrera del sonido”. Es decir, la posibilidad de superar la velocidad a la que se transmiten las ondas sónicas a través del aire. Aproximadamente 344 m/s a 20ºC de temperatura, o lo que es lo mismo, 1.238,4 km/h.

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A pesar de los avances tecnológicos que se iban implementando en cada nueva generación de aviones, no era posible superar la mítica barrera. Cada nuevo intento se coronaba con un estrepitoso fracaso, cuando no con graves accidentes.

Y uno se pregunta: ¿por qué? Entre los principales obstáculos estaba el hecho de que en las pruebas a medida que el avión se acercaba a Mach 1 (unidad de medida de la velocidad del sonido) la resistencia aerodinámica aumentaba exponencialmente debido a lo que se conoce como “resistencia al arrastre”. compresibilidad “que da lugar a lo que se conoce como onda de choque”. Esa “onda de choque” que al atravesarla provoca la conocida “estampida sónica”.

Romper la barrera del sonido

F/A-18 transónico de la Marina de EE.UU. empujando la barrera del sonido. La nube blanca supersónica se forma por la disminución de la presión y la temperatura del aire alrededor de la cola del avión (véase la singularidad de Prandtl-Glauert)[1][2].

La barrera del sonido o barrera sónica es el gran aumento de la resistencia aerodinámica y otros efectos indeseables que experimenta un avión u otro objeto cuando se acerca a la velocidad del sonido. Cuando las aeronaves se acercaron por primera vez a la velocidad del sonido, se consideró que estos efectos constituían una barrera que dificultaba o imposibilitaba las velocidades más rápidas[3][4] El término barrera del sonido se sigue utilizando hoy en día para referirse a las aeronaves que se acercan al vuelo supersónico en este régimen de alta resistencia. Volar más rápido que el sonido produce un estampido sónico.

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En aire seco a 20 °C (68 °F), la velocidad del sonido es de 343 metros por segundo (unas 767 mph, 1234 km/h o 1.125 pies/s). El término comenzó a utilizarse durante la Segunda Guerra Mundial, cuando los pilotos de aviones de combate de alta velocidad experimentaron los efectos de la compresibilidad, una serie de efectos aerodinámicos adversos que impedían una mayor aceleración, aparentemente impidiendo el vuelo a velocidades cercanas a la del sonido. Estas dificultades representaban una barrera para volar a velocidades más rápidas. En 1947, el piloto de pruebas estadounidense Chuck Yeager demostró que era posible volar con seguridad a la velocidad del sonido en aviones diseñados para ello, rompiendo así la barrera. En la década de 1950, los nuevos diseños de aviones de combate alcanzaban de forma rutinaria la velocidad del sonido, y más rápido[N 1].

Velocidad de la pluma sónica

Este avión, que se parece a un avión de papel futurista, tiene el secreto de los viajes comerciales supersónicos silenciosos sobre tierra. El X-plane pretende convertir el boom sónico asociado al vuelo supersónico en un latido sónico.

El Bell X-1, pilotado por el capitán de las Fuerzas Aéreas de Estados Unidos Chuck Yeager, alcanzó las 700 mph el 14 de octubre de 1947. A Mach 1,06, fue el primer avión que voló más rápido que la velocidad del sonido. Pero a velocidades superiores a Mach 1, las perturbaciones de la presión del aire alrededor de los aviones se fusionan para formar ondas de choque que crean estampidos sónicos, que se oyen y sienten a 30 millas de distancia.

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En los años 50 y 60, los estadounidenses presentaron unas 40.000 reclamaciones contra las Fuerzas Aéreas, cuyos aviones supersónicos hacían ruido sobre la tierra. Luego, en 1973, la FAA prohibió los vuelos comerciales supersónicos por tierra debido a los estampidos sónicos, prohibición que sigue en vigor hoy en día.

La NASA y un equipo dirigido por Lockheed Martin están realizando avances que acercan a la realidad el objetivo de los viajes comerciales supersónicos silenciosos sobre tierra. El 29 de febrero, la NASA anunció que había adjudicado un contrato de 20 millones de dólares al equipo de Lockheed para diseñar un avión X de bajo estampido sónico que apoye los esfuerzos para sustituir la prohibición actual por una nueva norma que permita un ruido supersónico aceptable en ruta.

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