¿Existe una tecnología sónica sin boom en algún estado en este momento?

La onda de choque es un fenómeno físico y como tal es inevitable. Lo mejor que podemos hacer es reducir su intensidad y reducir sus efectos sobre el terreno.

Adolf Busemann propuso un método para eliminar la onda de choque (teóricamente) . Su fuselaje, llamado Biplano de Busemann, que consta de dos placas de sección transversal triangular separadas una cierta distancia (para evitar la asfixia) con los lados planos paralelos al flujo de fluido.

Imagen del biplano supersónico: una revisión de Kazuhiro Kusunose et al.

La idea es que las ondas de choque se formen internamente entre los dos 'perfiles aerodinámicos' (triangulares) y se anulen entre sí en las condiciones de diseño, como se muestra en el primer caso.

Imagen del biplano supersónico: una revisión de Kazuhiro Kusunose et al.

En condiciones fuera de diseño, se producen ondas de choque. Sin embargo, esto no produce ninguna sustentación con un ángulo de ataque cero, como es obvio. Como explican los investigadores ,

... el diseño carece de sustentación: las dos alas crean un canal muy estrecho a través del cual solo puede fluir una cantidad limitada de aire. Al hacer la transición a velocidades supersónicas, el canal... esencialmente podría "ahogarse", creando una resistencia increíble. Si bien el diseño podría funcionar maravillosamente a velocidades supersónicas, no puede superar la resistencia para alcanzar esas velocidades.

Se están llevando a cabo investigaciones para superar este problema. Un método propuesto es hacer que las alas cambien de forma , de modo que sean eficientes a todas las velocidades. Otro grupo está trabajando para optimizar la forma de las superficies aerodinámicas del biplano de Busemann para que la onda de choque se reduzca en todas las etapas del vuelo supersónico. Sin embargo, todos estos estudios se encuentran en etapa conceptual y hasta el momento no se han realizado experimentos.

La NASA llevó a cabo la demostración Shaped Sonic Boom (SSBD), en la que se modificó el fuselaje de un Northrop -5E (algo así como el pico de un pelícano) para cambiar el patrón de las ondas de choque formadas en el vuelo supersónico.

" F-5E Shaped Sonic Boom Demonstration Aircraft " por NASA/Carla Thomas - http://www.dfrc.nasa.gov/Gallery/Photo/SSBD/HTML/EC03-0210-1.html . Con licencia de dominio público a través de Commons .

La NASA informó que las modificaciones pudieron reducir la intensidad de la onda de choque en una cantidad considerable, como se muestra en la imagen a continuación (la línea de presión 'plana' es del demostrador SSB).

Imagen de Quieting the Boom: el demostrador Shaped Sonic Boom y la búsqueda del vuelo supersónico silencioso de la NASA

Varias organizaciones todavía están llevando a cabo investigaciones activas en este campo.

Sí, ya existe esta tecnología. Al utilizar el hecho de que la velocidad del sonido es proporcional a la raíz cuadrada de la temperatura del aire, puede volar a una velocidad supersónica baja en altitud y ninguna onda de choque golpeará el suelo. Si el número de Mach es lo suficientemente bajo, su velocidad será subsónica en el aire a temperatura del suelo, por lo que las ondas de choque se disiparán en su camino hacia abajo.

Explicación gráfica del número de Mach umbral ( fuente de la imagen )

Pero la ganancia de velocidad sería baja y todo el esfuerzo no sería muy económico. Una vez que se aumenta la velocidad de vuelo de tal manera que también es supersónica en condiciones terrestres, será difícil evitar las ondas de choque audibles. Se pueden mitigar, pero no evitar por completo.

Hace poco vi algo así en un documento sobre un concepto de avión supersónico (por boeing o airbus, no recuerdo)

La parte principal aquí fue que no es realmente el avión el que es "sin botavara", sino que es capaz de volar un perfil de vuelo "sin botavara" (tenga en cuenta las comillas, volveré a eso).

El perfil "sin botalón" que describieron incluía la transición a supersónico en vuelo casi vertical (bajo el poder de cohetes/reactores), extendiendo la onda de choque en el plano horizontal, dándole tiempo suficiente para disipar la energía antes de que se acerque al suelo.

La altitud de crucero de este avión era lo suficientemente alta para evitar problemas con la pluma en tierra (suficiente altura para que la onda de choque se disipara cuando llegara al suelo)

Básicamente, todo se reduce a un ascenso casi vertical y un vuelo a gran altitud.

Ahora, estos son realmente solo una colección de cosas que he leído y no soy un experto y estoy escribiendo esto a partir de un recuerdo vago, por lo que se pueden esperar errores. Correcciones bienvenidas. Todavía pensé que tenía sentido para mí escribir esto, ya que me parece que este tipo de conceptos es de lo que se trata la pregunta. Esto es lo que generalmente se entiende cuando se habla de "supersónico sin boom".

La forma más sencilla es volar alto. Una densidad de aire más baja significa una densidad de energía más baja en la barrera. Y una mayor distancia significa que se disipará más energía antes del suelo. La gente siempre está haciendo conceptos sobre transbordadores suborbitales que estarían entre el Concorde y un misil balístico. Generalmente requeriría un nuevo tipo de motor para ser práctico.

Es posible colocar un boom delante del fuselaje que tendrá su propio boom sónico más pequeño. Esto reducirá la intensidad del estampido sónico del fuselaje y la suma sería menor que sin el estampido.

Puedes usar el estampido sónico y así absorber una parte de su energía.

Puede usarlo para crear compresión para los motores. Básicamente, atraparías la onda de choque con las entradas del motor. Habría resistencia y sería difícil imaginar que los mismos motores funcionaran bien subsónicos. Y sería difícil combinarlo con la generación de un impulso útil. Además, si bien el uso de la compresión del fuselaje es normal, en realidad capturar el estampido sónico requeriría que las entradas estuvieran cerca del frente, lo que causaría problemas con el diseño del motor.

Puedes usar la energía de la onda de choque para generar sustentación. Cuanto más sustentación genere, menos quedará para molestar a las personas en el suelo. Básicamente, le das forma al fuselaje para generar más impacto a los lados y adjuntas a las alas una superficie en un ángulo que refleja la onda de choque hacia abajo. Reflejar la energía hacia abajo creará sustentación. También puede tener un fuselaje que genere directamente ondas de choque hacia abajo, pero en varios pasos para una mayor sustentación y menos ruido. Una desventaja de tales conceptos de waverider es que solo funcionan realmente en supersónico, creo que incluso en un rango específico de supersónico. Entonces, hasta que alcance la velocidad correcta, solo tendrá más resistencia.