Aviones supersónicos y la barrera del sonido

Durante la Segunda Guerra Mundial, el mundo de la aviación sufrió una revolución tecnológica impresionante. Cada vez las aeronaves eran capaces de volar más alto y más rápido. Pero pilotos e ingenieros topaban una y otra vez con la conocida como ‘barrera del sonido’. Esto es, la posibilidad de superar la velocidad con que las ondas sónicas se transmiten a través del aire. Aproximadamente 344 m/s a 20º C de temperatura, o lo que es lo mismo, 1.238,4 km/h,

A pesar de los avances tecnológicos que se fueron implementando en cada nueva generación de aeronaves, no resultaba posible superar la mítica barrera. Cada nuevo intento era coronado por un rotundo fracaso, cuando no por graves accidentes.

Te preguntarás, ¿por qué? Entre los principales obstáculos se encontraba la circunstancia de que en los ensayos a medida que la aeronave se aproximaba a Mach 1 (unidad de medida de la velocidad del sonido) la resistencia aerodinámica aumentaba de forma exponencial debido a lo que se conoce como “resistencia de compresibilidad” que da lugar a lo que se conoce como onda de choque. Esa “onda de choque” que al ser atravesada provoca el conocido “estampido sónico”.

Otro de los problemas era la brusca pérdida de potencia que experimentaban los motores a reacción al aproximarse a la barrera del sonido. Hoy sabemos que dicha anomalía se producía debido a que a pesar de que el avión se estuviera moviendo a velocidades sub-sónicas, los álabes del motor en éstas condiciones si giraban por encima de la velocidad del sonido lo cual alteraba su capacidad de comprimir aire hacia la cámara de combustión.

Por todo ello se llegó a pensar que la meta propuesta era inalcanzable. Pero contra todo pronóstico finalmente el 14 de octubre de 1947 se logró. Una hazaña que tuvo como protagonista el piloto de las Fuerzas Aéreas de los Estados Unidos Chuck Yeager.

X-1: Avión supersónico

En 1947, en los Estados Unidos se construyó el X-1. El primer avión experimental que tenía como único fin investigar en el campo de la aeronáutica y romper la barrera del sonido.

Quien iba a decir que esa aeronave, el X-1, sentaría precedentes y lograría añadir a la lista más de 50 ‘aviones X’, como el X-15, que en la década de los 60 alcanzó por primera vez el límite del espacio exterior. Con el avión X-1 se demostró que sí era posible ir más rápido que el sonido

¿Cómo se consiguió superar la barrera del sonido?

Los motores que se habían probado hasta entonces eran motores a reacción, que como hemos dicho anteriormente experimentaban a altas velocidades graves problemas para generar el empuje suficiente para romper esa barrera debido a su modo de actuar. Un motor a reacción funciona ingiriendo el aire del exterior, comprimiéndolo e incrementando su volumen mediante la combustión, para finalmente expulsarlo a mayor presión. Si un motor a reacción convencional recibe un flujo de aire que al ser comprimido por los álabes incrementa su velocidad por encima de la del sonido deja de funcionar bien o directamente deja de funcionar.

La respuesta a los problemas fue el motor cohete. Este otro tipo de motor no precisa de aire del exterior para generar el empuje que necesita, ya que lo tiene almacenado en sus depósitos. Además, con un diseño adecuado de la tobera de expulsión de gases, estos nuevos motores permitían alcanzar empujes muy altos de forma independiente a las condiciones exteriores.

Utilizando este tipo de motores, fue como el X-1 logró propulsarse por encima de la velocidad del sonido, no obstante el X-1 resolvió otro grave problema que impedía hasta el momento alcanzar la velocidad del sonido: La resistencia aerodinámica, o resistencia por compresibilidad, que genera lo que se conoce como ”ondas de choque”.

Significado de las ondas de choque

Este fenómeno se produce debido a la enorme presión que producen las capas de aire por delante del avión, y a la resistencia que éstas ofrecen al avance del aparato. Debido a las leyes de la dinámica de fluidos, cuanto mayor es la velocidad, mayor es esa resistencia, eso es debido a que cuando un avión vuela a bajas velocidades el aire, que es un fluido, tiende a deslizarse alrededor del fuselaje aumentando su velocidad relativa, y por tanto disminuyendo su presión.

En cambio, cuando se vuela a velocidades supersónicas, las capas de aire tienden a comprimirse en los bordes de impacto de la aeronave, por lo que genera una fuerte resistencia al avance, provocando una exponencial resistencia aerodinámica. Por eso, todos los aviones diseñados para alcanzar altas velocidades –no únicamente los aviones supersónicos.

Los aviones comerciales también alcanzan velocidades de 0.85 Mach- siguen un mismo patrón aerodinámico: alas en flecha, morros muy afilados y fuselajes esbeltos.

Aviones supersónicos

Ahora ya sabemos más sobre los vuelos supersónicos, vamos a ver a continuación los aviones que han alcanzado este hito e incluso lo han superado.

F-15 Eagle

Construido por los Estados Unidos, es el avión más mítico de la historia. Su primer vuelo fue en 1972 y es un avión que se tiene previsto seguir utilizando al menos hasta 2025. Durante todo su servicio, ha ido evolucionando en sus funciones. En la actualidad, existen diferentes configuraciones para esta aeronave como defensa y ataque. Este avión consigue alcanzar la velocidad de 3017km/h, casi tres veces la velocidad del sonido.

Sukhoi Su-27 Flanker

Surgió como la respuesta rusa al F-15 americano. Para muchos es el mejor avión de su generación. Fue presentado en 1977 y aún en la actualidad se sigue fabricando. Esta aeronave logra alcanzar una velocidad de 2500 km/h y tiene una autonomía de 3.540 kilómetros. Esta aeronave utiliza la tecnología Fly-by-wire, que consiste en transmitir las ordenes que efectúa el piloto a un sistema de ordenadores que las analizan y ejecutan, siempre que estén dentro de los parámetros de seguridad para el piloto y la aeronave. Un sistema parecido se utiliza en los aviones Airbus.

XB-70 Valkyrie

Esta aeronave es una auténtica rareza. Solo se fabricaron dos modelos y uno de ellos se estrelló contra un F-104.

Se trata de un avión equipado de seis turborreactores que consiguen llegar hasta los 3309 km/h, o su equivalente a Match 3.1. Debido a tan alta velocidad, algunas partes del fuselaje alcanzaban hasta los 330 ºC de temperatura, debido a la fricción con el aire.

Concorde

El Concorde fue el primer avión comercial que viajó a más del doble de la velocidad del sonido. Era capaz de transportar viajeros entre Nueva York a Londres en menos de 3 horas y media. Estuvo en servicio desde 1976 hasta 2003, lo que le llevó acumular 27 años de vuelos. Alcanzaba una velocidad de crucero Mach 2.02 (2.179km/h) con un techo de vuelo de 18.300 metros. Salió de circulación por un trágico accidente acontecido en 25 de julio, donde todos los ocupantes e incluso cuatro personas de tierra fallecieron.

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