Fondo

La manera de reducir el sonido es reducir el cambio de presión a lo largo del amortiguador , lo que se puede hacer usando un amortiguador oblicuo .

En este caso, el ángulo entre la superficie de choque y la velocidad del flujo incidente,$\beta$, entra en la relación de presiones para un choque hidrodinámico como:

$$\frac{P_{2}}{P_{1}} = 1 + \frac{ 2 \ \gamma }{ \gamma + 1 } \left( M_{1}^{2} \ \sin^{2} \beta - 1 \right) \tag{1}$$ donde los subíndices $1$y $2$corresponden a las regiones aguas arriba y aguas abajo, respectivamente, $\gamma$es la relación de calores específicos , $M_{j}$es el número de Mach en el $j$región, y $P_{j}$es la presión media en el $j$región.

Como puede ver, en el límite como$\beta \rightarrow 90^{\circ}$, nos acercamos al límite esperado estándar para un choque hidrodinámico. Esto es equivalente a mirar un choque producido por un pistón/impulsor con una superficie plana ortogonal al flujo incidente.

La magnitud de la relación de presión, o la sobrepresión , define la fuerza de la onda de sonido del estampido sónico en la fuente. Si medimos esto en decibelios, podemos ver en la descripción en https://physics.stackexchange.com/a/266046/59023 que la intensidad observada es la siguiente:

$$L_{r}\left( r \right) = L_{i,src} + 20 \ \log_{10} \left( \frac{ 1 }{ r } \right) \tag{2}$$ dónde $L_{i,src}$es el nivel de intensidad en la fuente y $r$es la distancia desde la fuente. Esta es una de las razones por las que una solución propuesta es volar un avión supersónico a altitudes más altas (otras razones se describen en la respuesta vinculada anterior relacionada con la atenuación del sonido en la altitud).

respuestas

¿Sigue siendo una ola?

Bueno, ese es un pequeño truco ya que un estampido sónico es lo que tu oído registra cuando pasa un objeto supersónico. Es el resultado de una onda de choque , que tiene un nombre inapropiado, como mencioné en https://physics.stackexchange.com/a/136596/59023 .

Además, si es una onda, ¿por qué hace un sonido de boom y tiene un número de decibelios?

El auge es un pulso de presión discontinuo (bueno, técnicamente son dos, un pulso de sobrepresión y presión baja). Sí, uno puede estimar el nivel de decibelios como lo describí anteriormente en la Ecuación 2.

¿Podemos medir los decibelios?

Sí.

Todo esto me lleva a la pregunta, ¿es posible contrarrestar, o cancelar, el ruido de un estampido sónico?

Cancelar, probablemente no. Reducir en gran medida, probablemente sí. Una forma es cambiar la forma del cono de la nariz del jet, lo que altera la geometría del choque (como discutí anteriormente). Para ciertas geometrías, se puede obtener una relación de presión reducida (p. ej., Ecuación 1) y, por lo tanto, una onda de sonido de sobrepresión más pequeña que da como resultado un estampido sónico "más silencioso".

Referencia

La imagen del diagrama de fase fue tomada de Wikipedia , cortesía de EMBaero - Trabajo propio, CC BY-SA 3.0 , https://en.wikipedia.org/wiki/File:Obliqueshock.PNG

Estoy seguro de que los militares están trabajando para reducir el boom, ya que ha ayudado a rastrear aviones que de otro modo serían indetectables.

De Wikipedia Estampido sónico

Hay un aumento de la presión en la nariz, que disminuye constantemente hasta una presión negativa en la cola, seguido de un regreso repentino a la presión normal después de que pasa el objeto. Este "perfil de sobrepresión" se conoce como onda N debido a su forma. El "boom" se experimenta cuando hay un cambio repentino de presión; por lo tanto, una onda N provoca dos auges: uno cuando el aumento de presión inicial llega a un observador y otro cuando la presión vuelve a la normalidad. Esto conduce a un distintivo "doble boom" de un avión supersónico. Cuando la aeronave está maniobrando, la distribución de la presión cambia en diferentes formas, con una forma de onda en U característica.

Dado que el boom se genera continuamente mientras el avión es supersónico, llena un camino estrecho en el suelo siguiendo la trayectoria de vuelo del avión, un poco como una alfombra roja que se desenrolla y, por lo tanto, se conoce como alfombra boom. Su ancho depende de la altitud de la aeronave. La distancia desde el punto en el suelo donde se escucha el boom hasta la aeronave depende de su altitud y del ángulo del cono de aumento de presión.

El sonido se mide en db percibidos, en lugar de las clasificaciones de decibeles utilizadas para medir, por ejemplo, la salida de los altavoces. Claro, los auriculares o los tapones para los oídos pueden disminuir el sonido para usted, pero hasta que se desarrolle un sistema de supresión efectivo, el pico de sobrepresión seguirá el rastro de la aeronave.

Un método de supresión es construir un fuselaje realmente largo, pero esto no es práctico, ya que la mayoría de los aeropuertos actualmente no están preparados para los círculos de giro y las operaciones en tierra de aeronaves de fuselaje tan largo.

supresión sónica de la NASA

La medida en la que los investigadores de la NASA se basan en su trabajo se llama nivel de decibelios percibidos o PLdB. Al igual que comparar manzanas y naranjas, PLdB es un sabor diferente de decibelios que la medida (dBA) que se cita a menudo cuando se analiza qué tan alto, por ejemplo, se compara un concierto de rock con una licuadora de cocina o una sala de lectura de una biblioteca.

El nivel de ruido del estampido sónico del Concorde fue de 105 PLdB. El PLdB que los investigadores creen que será aceptable para un vuelo supersónico sin restricciones sobre tierra es de 75, pero la NASA quiere superarlo y llegar a 70 PLdB. "Para esta fase de la investigación, logramos reducir el nivel de ruido percibido. De hecho, uno de los diseños alcanzó un nivel tan bajo como 79 PLdB. Fue un gran paso, pero aún nos queda trabajo por hacer para alcanzar nuestro objetivo final de alrededor de 70 PLdB".