An-2 contra la oruga procesionaria

 

75 años de la era supersónica

 75 años de era supersónica

Los aviones de caza a finales de la segunda guerra mundial, movidos por motores más potentes llegaron al límite de sus posibilidades. La tracción por hélice empezaba a ser sustituída por los motores de reacción que suministraban mayor velocidad a los aparatos al moverlos con la impulsión del aire comprimido de la combustión.
Pronto se acuñó un término barrera del sonido, aludiendo al fenómeno que se estaba estudiando en los túneles aerodinámicos: un avión a gran velocidad comprime el aire que tiene por delante, cuando alcanza los 1.200 km/h llega a la velocidad del sonido, se crea delante del avión como una barrera de ondas sónicas. Al superar esa velocidad se crea un cono de gran presión tras el avión, al suceder eso en el aire, al ser el sonido una variación de la presión del aire, el cono es un sonido muy intenso: estampido sónico o "sonic boom"
La barrera del sonido

Se llama mach 1 a la unidad de velocidad del sonido.

En la posguerra la empresa norteamiricana Bell era de las más avanzadas en el estudio de la alta velocidad. En 1944, por encargo del Consejo Nacional Aeronáutico, comenzó a construir un avión capaz de atravesar la barrera del sonido volando en horizontal. Así nació el pequeño avión Bell X-1. 10 metros de longitud e impulsado por cohetes y lanzado desde un bombardero Boeing B-29, para ahorrar combustible.

Boeing B-29    

Bell X-1 en un B-29 

Se eligió a Charles E. Yeagger (Chuck Yeagger), piloto de caza durante la segunda guerra mundial Después de habituarse al avión en agosto y septiembre, el 14 de octubre de 1947, hoy  hace setenta años.
cerca de las 10,30 de la mañana caía como una bomba desde 7.000 m de altitud, encendió los 4 cohetes del X-1, el avión vibró, se estabilizó y se escuchó una fuerte explosión, el primer estampido sónico de la historia. Así se demostró que el vuelo supersónico era posible.
En 1953 Yeagger alcanzó mach 2,4 con un X-1 mejorado.
En la actualidad Yeagger tiene 94 años.

El 7 de diciembre de 2.020 falleció el  general Charles “Chuck” Yeager a la edad de 97 años. Descanse en Paz.

La barrera del sonido

Hoy hablaremos de la velocidad del sonido.
El efecto tiene un nombre bastante peculiar, y se produce cuando un cuerpo alcanza la velocidad del sonido. Hablamos del efecto Prandtl-Glauert. ¿Que no lo habían oido nombrar, estimados lectores? Para ser sinceros, yo tampoco lo había oido nombrar. Hasta que lo oí, claro está. Igualico que ustedes ahora.
Recuerden que el efecto Prandtl-Glauert no lo provoca la sobrepresión de la onda de choque, sino la bajada de presión que va justo detrás. Como sabrán todos los lectores que hayan tenido la suerte o desgracia de estudiarla, la dinámica de fluidos es realmente difícil, y no se conocen soluciones exactas de las ecuaciones más que cuando se hacen una serie de suposiciones para simplificar las condiciones de contorno. Dicho esto, empecemos nuestro viaje.
Cuando un cuerpo se va acercando a la velocidad del sonido, comienzan a suceder cosas extrañas. Para empezar, el aire que el cuerpo va apartando cuando se mueve, cada vez puede apartarse menos, porque el aire se aparta a la velocidad del sonido. Esto provoca que en el morro del avión (supongamos que es un avión) haya un aumento de presión considerable. Veámoslo con algunas ilustraciones:

Aquí se muestra un objeto estacionario emitiendo ondas de sonido. Como puede apreciarse, las ondas se propagan radialmente. Nada espectacular hasta el momento.

En esta segunda imagen, nuestra fuente emisora de ondas de sonido está ya en movimiento. Puede apreciarse claramente cómo por delante del objeto las ondas de sonido están más comprimidas (tienen mayor frecuencia o, lo que es lo mismo, menor longitud de onda) que por detrás. Ésta es la explicación del efecto Doppler.

Cuando la velocidad del objeto se iguala a la del sonido, observamos cómo en el morro del objeto se forma un frente de muchas ondas "apelotonadas". Como el sonido no es más que una onda de presión, tenemos una zona de presión muy alta en el morro. Esa onda, que está estacionaria en el morro del objeto, hace que sea difícil aumentar la velocidad. Por eso se llama la "barrera del sonido":

Y, por último, nuestro objeto es supersónico. En esta imagen se muestra el objeto moviéndose a Mach 1,4 (la velocidad del sonido se denomina Mach 1. Si fuéramos a la mitad de la velocidad del sonido iríamos a Mach 0,5). Obsérvese el cono de Mach que deja tras de sí nuestro objeto. Ese cono está formado por una onda de alta presión. Cuando se trata de un objeto en el aire, como el sonido no es más que una variación de la presión del aire, el cono es en realidad un sonido muy intenso (el sonic boom, que le llaman en inglés, o el estallido sónico). Como nuestro objeto del ejemplo es un punto, sólo hay un estallido. Pero si fuera un objeto extenso (un avión, por ejemplo), habría dos o más conos, como mínimo el del morro y el de la cola. Esto puede apreciarse en la siguiente imagen de un coche a reacción, superando la velocidad del sonido en uno de los lagos secos de Utah:

En la anterior imagen es posible "ver" las ondas de presión porque el índice de refracción del aire depende de la presión. Cuando hay variaciones muy bruscas de la presión del aire, habrá variaciones bruscas del índice de refracción, y la luz que viene desde detrás del objeto se refractará mucho, por lo que podremos ver esos "pliegues en el aire" (poesía y todo en CPI, oiga).

Y ahora, empieza el chou.

Cuando la humedad del aire es suficiente, las variaciones extremas de presión producidas cuando un objeto alcanza la velocidad del sonido pueden producir la condensación del vapor de agua presente en el aire. 

Hay muchas imágenes de aviones en pleno efecto Prandtl-Glauert. Aquí les muestro algunas, ciertamente impresionantes:

                     

Clásica foto del F-18 sobre Corea. Nótese el doble efecto en carlinga y alas. 

Y aquí, aquí y aquí tienen galerías espectaculares.

Helicóptero de emergencias

Curiosa maniobra del helicóptero de emergencias sobre las urgencias del Hospital Universitario de Navarra