¿Es peligroso que un avión supersónico vuele exactamente a Mach 1?

Asegúrese de leer esta respuesta para comprender qué tiene de especial Mach 1.

Los pilotos informan regularmente que, al acercarse a Mach 1, el avión es sacudido por choques oscilantes (aunque no usan ese término, hablan de sacudidas) y una vez que la aguja del medidor de Mach cruza el 1, el avión se calma y el vuelo vuelve a ser suave. . Dado que la velocidad de flujo alrededor del avión normalmente es un poco más alta que la velocidad de vuelo debido al efecto de desplazamiento y la necesidad de producir sustentación, las bolsas supersónicas comienzan a ocurrir tan pronto como Mach 0.6 (dependiendo del diseño particular) y expanden el vuelo más cercano. la velocidad llega a Mach 1.

Las alas en flecha retrasan esos efectos de Mach y el pico del coeficiente de arrastre de los diseños con capacidad supersónica también se retrasa entre Mach 1 y 1,2. Mientras que el coeficiente de arrastre normalmente cae un poco más allá de este pico, el arrastre en sí mismo normalmente aumenta con la velocidad. El vuelo a Mach 1 es particularmente ineficiente pero, aparte de eso, la resistencia no es un problema.

Lo que es más importante es el cambio en el centro de presión cuando se cambia de vuelo subsónico a supersónico. Se moverá hacia atrás y requiere que el piloto vuelva a compensar el avión. Los diseños con capacidad supersónica normalmente usan colas de vuelo completas para eso y los aviones delta levantan sus aletas de borde de fuga. Concorde agregó bombeo de combustible en popa y el XB-70 redujo la parte trasera del ala doblando las puntas de las alas hacia abajo.. Cuando se vuela a Mach 1, el avión se encuentra justo en medio del cambio de momento de cabeceo más grande en el rango de velocidad, por lo que cualquier cambio en la velocidad significa también un fuerte cambio en el momento de cabeceo. Cuando ningún cambio de compensación acompaña a ese cambio de velocidad, el avión será inestable en cabeceo: Volar más rápido moverá el centro de presión hacia atrás y hará que el avión se sumerja ( Mach tuck ) , acelerando más, y viceversa. La reducción de la velocidad podría incluso conducir a una falla estructural por el repentino cabeceo y un aumento en el factor de carga si no se corrige con desviaciones de control.

Eso es lo que hace desaconsejable volar a Mach 1. Si el piloto o el FCS mantienen el cabeceo bajo control, el vuelo a Mach 1 puede continuar hasta que se agote el combustible y el avión toque el suelo, lo que hará que la velocidad disminuya drásticamente .

Las fuerzas de arrastre crecen rápidamente a medida que se acerca a la velocidad del sonido, y luego disminuyen un poco cuando supera la velocidad del sonido. Esto significa que volar cerca de la velocidad del sonido lo coloca en un régimen de alta resistencia, donde está poniendo trabajo en el flujo a medida que las ondas de choque intentan establecerse en varios puntos de la estructura del avión. A menos que su fuselaje sea perfectamente simétrico y uniforme, tampoco se puede esperar que esas ondas de choque sean perfectamente simétricas, y el resultado probablemente será un poco de golpes y golpes, y un consumo de combustible realmente excesivo.

Eso comprometerá la capacidad de control del avión y lo expondrá a un aluvión de cargas de choque que consumirán la vida útil de fatiga de la estructura y proporcionarán un viaje difícil para sus pasajeros.

Mach buffet precede a mach y comienza en el rango transónico. El rango transónico no comienza ni termina en 1.0 M1. Comienza típicamente alrededor de .85 y puede continuar hasta 1.2 a 1.5. Las sacudidas pueden ocurrir en cualquier punto dentro de ese rango.

Mach no es un punto que se alcanza uniformemente por todo el avión. Es decir, el flujo de aire mach se alcanzará en algunos puntos de la aeronave antes que en otros. Una aeronave puede estar en el extremo inferior del rango transónico, mientras que una parte de la aeronave experimenta un flujo de aire mach. El 747, por ejemplo, experimenta un flujo de aire mach en la parte trasera de la "joroba" o cúpula superior de la cubierta superior. En los 747 de carga con poco aislamiento, se puede escuchar el flujo de aire en la parte trasera de la cubierta superior golpeando y rompiendo (esto no es un "estallido supersónico" o "bang", sino una interrupción del flujo de aire e interferencia con el flujo de aire circundante; es un lugar donde el flujo de aire local excede M1 en vuelo transónico).

En cierto sentido, el golpe de fuerza se puede considerar como la forma en que se siente una motocicleta en la carretera, conduciendo detrás de un camión de plataforma grande o acercándose a la parte delantera del camión, en el carril adyacente, en la carretera. Esas sacudidas y golpes del aire perturbado. Adelántese al camión, los golpes desaparecen. Al acercarse a la parte delantera del camión, uno comienza a encontrar aire desviado desde la parte delantera del camión y golpes. Simplemente páselo y se suaviza.

Una gran diferencia es que a velocidades de carretera, el aire no se considera comprimible. En vuelo, el mach que se acerca, la compresibilidad y las ondas de choque se convierten en un factor; se produce más de uno, tanto delante del ala como a lo largo de la cuerda. Cuando las ondas de choque han pasado a lo largo del cable, el aumento de resistencia asociado con la máquina que se aproxima y el movimiento hacia atrás de la onda de choque ya no son un factor y la aeronave funciona con mayor suavidad. Otros efectos como mach tuck, también asociados con el movimiento del centro de presión, se estabilizan.

Los efectos de zarandeo y mach son más frecuentes en la región transónica.