Aviones supersónicos y la barrera del sonido

Durant la Segona Guerra Mundial, el món de l’aviació va sofrir una revolució tecnològica impressionant. Cada vegada les aeronaus eren capaces de volar més alt i més ràpid. Però pilots i enginyers topaven una vegada i una altra amb la coneguda com a ‘barrera del so’. Això és, la possibilitat de superar la velocitat amb què les ones sòniques es transmeten a través de l’aire. Aproximadament 344 m/s a 20 °C de temperatura, o cosa que és el mateix, 1.238,4 km/h.

Malgrat els avanços tecnològics que es van anar implementant en cada nova generació d’aeronaus, no resultava possible superar la mítica barrera. Cada nou intent era coronat per un rotund fracàs, quan no per greus accidents.

Et preguntaràs, per què? Entre els principals obstacles es trobava la circumstància que en els assajos a mesura que l’aeronau s’aproximava a Mach 1 (unitat de mesura de la velocitat del so) la resistència aerodinàmica augmentava de manera exponencial a causa del que es coneix com a “resistència de compressibilitat” que dóna lloc al que es coneix com a ona de xoc. Aquesta “ona de xoc” que en ser travessada provoca el conegut “espetec sònic”.

Un altre dels problemes era la brusca pèrdua de potència que experimentaven els motors de reacció en aproximar-se a la barrera del so. Avui sabem que aquesta anomalia es produïa pel fet que a pesar que l’avió s’estigués movent a velocitats sub-sòniques, els àleps del motor en aquestes condicions si giraven per sobre de la velocitat del so la qual cosa alterava la seva capacitat de comprimir aire cap a la cambra de combustió.

Per tot això es va arribar a pensar que la meta proposada era inassolible. Però contra tot pronòstic finalment el 14 d’octubre de 1947 es va aconseguir. Una gesta que va tenir com a protagonista el pilot de les Forces Aèries dels Estats Units Chuck Yeager.

X-1: Avió supersònic

X-1 Avión supersónico

En 1947, als Estats Units es va construir el X-1. El primer avió experimental que tenia com a única fi investigar en el camp de l’aeronàutica i trencar la barrera del so.

Qui anava a dir que aquesta aeronau, el X-1, establiria precedents i aconseguiria afegir a la llista més de 50 ‘avions X’, com el X-15, que en la dècada dels 60 va aconseguir per primera vegada el límit de l’espai exterior. Amb l’avió X-1 es va demostrar que sí que era possible anar més ràpid que el so.

 

Com es va aconseguir superar la barrera del so?

Els motors que s’havien provat fins llavors eren motors de reacció, que com hem dit anteriorment experimentaven a altes velocitats greus problemes per a generar l’embranzida suficient per a trencar aquesta barrera a causa de la seva manera d’actuar.

Un motor de reacció funciona ingerint l’aire de l’exterior, comprimint-lo i incrementant el seu volum mitjançant la combustió, per a finalment expulsar-lo a major pressió. Si un motor de reacció convencional rep un flux d’aire que en ser comprimit pels àleps incrementa la seva velocitat per sobre de la del so deixa de funcionar bé o directament deixa de funcionar.

La resposta als problemes va ser el motor coet. Aquest altre tipus de motor no precisa d’aire de l’exterior per a generar l’embranzida que necessita, ja que el té emmagatzemat en els seus dipòsits. A més, amb un disseny adequat de la tovera d’expulsió de gasos, aquests nous motors permetien aconseguir embranzides molt altes de manera independent a les condicions exteriors.

Utilitzant aquest tipus de motors, va ser com el X-1 va aconseguir propulsar-se per sobre de la velocitat del so, no obstant això el X-1 va resoldre un altre greu problema que impedia fins al moment aconseguir la velocitat del so: La resistència aerodinàmica, o resistència per compressibilitat, que genera el que es coneix com a ”ones de xoc”.

Significat de les ones de xoc

Significado de las ondas de choque

Aquest fenomen es produeix a causa de l’enorme pressió que produeixen les capes d’aire per davant de l’avió, i a la resistència que aquestes ofereixen a l’avanç de l’aparell.

A causa de les lleis de la dinàmica de fluids, com més gran és la velocitat, major és aquesta resistència, això és pel fet que quan un avió vola a baixes velocitats l’aire, que és un fluid, tendeix a lliscar-se al voltant del fuselatge augmentant la seva velocitat relativa, i per tant disminuint la seva pressió.

En canvi, quan es vola a velocitats supersòniques, les capes d’aire tendeixen a comprimir-se en les vores d’impacte de l’aeronau, per la qual cosa genera una forta resistència a l’avanç, provocant una exponencial resistència aerodinàmica. Per això, tots els avions dissenyats per a aconseguir altes velocitats –no únicament els supersònics.

Els avions comercials també aconsegueixen velocitats de 0.85 Mach- segueixen un mateix patró aerodinàmic: ales en fletxa, morros molt esmolats i fuselatges esvelts.

Avions supersònics

Ara ja Ara ja sabem més sobre els vols supersònics, veurem a continuació els avions que han aconseguit aquesta fita i fins i tot l’han superat.sabem més sobre els vols supersònics, veurem a continuació els avions que han aconseguit aquesta fita i fins i tot l’han superat.

F-15 Eagle

F-15 Eagle

Construït pels Estats Units, és l’avió més mític de la història. El seu primer vol va ser en 1972 i és un avió que es té previst continuar utilitzant almenys fins a 2025. Durant tot el seu servei, ha anat evolucionant en les seves funcions.

En l’actualitat, existeixen diferents configuracions per a aquesta aeronau com a defensa i atac. Aquest avió aconsegueix aconseguir la velocitat de 3017km/h, gairebé tres vegades la velocitat del so.

Sukhoi Su-27 Flanker

Sukhoi Su-27 Flanker

Va sorgir com la resposta russa al F-15 americà. Per a molts és el millor avió de la seva generació. Va ser presentat en 1977 i encara en l’actualitat es continua fabricant. Aquesta aeronau aconsegueix aconseguir una velocitat de 2500 km/h i té una autonomia de 3.540 quilòmetres.

Aquesta aeronau utilitza la tecnologia Fly-*by-*wire, que consisteix a transmetre les ordenis que efectua el pilot a un sistema d’ordinadors que les analitzen i executen, sempre que estiguin dins dels paràmetres de seguretat per al pilot i l’aeronau. Un sistema semblant s’utilitza en els avions Airbus.

XB-70 Valkyrie

XB-70 Valkyrie

Aquesta aeronau és una autèntica raresa. Només es van fabricar dos models i un d’ells es va estavellar contra un F-104.
Es tracta d’un avió equipat de sis turboreactors que aconsegueixen arribar fins als 3309 km/h, o el seu equivalent a Match 3.1.

A causa de tan alta velocitat, algunes parts del fuselatge aconseguien fins als 330 °C de temperatura, a causa de la fricció amb l’aire.

Concorde

Concorde

El Concorde va ser el primer avió comercial que va viatjar a més del doble de la velocitat del so. Era capaç de transportar viatgers entre Nova York a Londres en menys de 3 hores i mitja. Va estar en servei des de 1976 fins a 2003, la qual cosa li va portar acumular 27 anys de vols. Aconseguia una velocitat de creuer Mach 2.02 (2.179km/h) amb un sostre de vol de 18.300 metres. Va sortir de circulació per un tràgic accident esdevingut en 25 de juliol, on tots els ocupants i fins i tot quatre persones de terra van morir.

Si vols conèixer més sobre avions que van batre rècords pots visitar aquest article on expliquem els avions més ràpids i/o amb grans dimensions.

0 Respostes

Deixa una resposta

Vols deixar el teu comentari?
Fes-ho ara!

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà.