¿Puede un avión supersónico usar un ala subsónica si el impacto del morro produce un flujo de aire subsónico alrededor del ala?

Normalmente, la velocidad del flujo en el ala es aproximadamente la misma que la velocidad por delante del amortiguador de proa. Solo si el fuselaje sigue siendo cónico y se expande en la estación del ala, la velocidad del flujo local será menor. Para ser subsónico, necesitarías un fuselaje absurdamente romo a Mach 1.5. Pero el ala sigue siendo subsónica si el barrido de su borde de ataque es suficiente.

Si observa lo suficientemente de cerca, cada choque tiene una región subsónica, pero normalmente es muy pequeña. El tamaño de la región subsónica depende de la velocidad del flujo y de la brusquedad del cuerpo que causa el choque. Consulte el siguiente diagrama para ver las partes de un choque oblicuo clásico.

_{Diagrama de un choque oblicuo y sus tres áreas ( fuente de la imagen )}

Los aviones supersónicos se apuntan en la parte delantera para minimizar la región del fuerte impacto, lo que da como resultado un impacto adherido. Cuanto más pronunciado sea el ángulo de choque para una velocidad de flujo dada, mayores serán las pérdidas. Solo en los vehículos hipersónicos se utilizan narices romas a propósito, pero no para frenar sino para limitar las cargas de calor locales.

¿Por qué la región subsónica desaparece tan pronto? Porque la sección transversal del cuerpo deja de crecer en la dirección del flujo, y la energía de presión que pasa por el fuerte impacto se convierte nuevamente en velocidad en ondas de expansión.

Esto significa que las alas todavía vuelan en un flujo supersónico. Si el fuselaje tiene una sección transversal constante a lo largo de la cuerda del ala, la velocidad del flujo es incluso la misma que la velocidad por delante del choque. De lo contrario, el amortiguador de cola tendría un ángulo de cono más pequeño, que no tiene; el flujo vuelve a acelerarse en ondas de expansión cuando el morro cónico cambia al fuselaje regular, y nuevamente cuando el fuselaje se contrae en su extremo.

Ahora tiene sentido barrer el ala de modo que encaje dentro del cono de Mach resultante de la sección interior del ala. Esto da como resultado una componente de velocidad ortogonal subsónica en el borde de ataque. La idea importante aquí es que el componente de velocidad del flujo a lo largo de la envergadura no se ve afectado por el ala, y solo cuenta el componente ortogonal. Si ese componente es subsónico, el ala entera se comporta como un ala recta en flujo subsónico. Tenga en cuenta que todos los aviones supersónicos con un borde de ataque subsónico utilizan superficies aerodinámicas de punta roma , porque crean una fuerza de succión (¡PDF!) que reduce la resistencia.

A mayor velocidad, el barrido debe ser tan pronunciado que los problemas de las alas en flecha ya no se pueden tolerar. Entonces, y solo entonces, tiene sentido tener un borde de ataque supersónico que tiene menos barrido que el cono de Mach y debe ser afilado para minimizar la resistencia. Otra forma de combinar un alto barrido y buenas características subsónicas es usar un barrido variable . Esta fue la solución preferida hasta que se dio cuenta de que la alta velocidad supersónica rara vez se usa en combate.

Aunque los choques oblicuos reducen el número de mach aguas abajo, el flujo seguirá siendo supersónico por lo general; para que el flujo sea subsónico, el choque tiene que ser normal o separado (choque de arco).

Para cada combinación de ángulo de cuerpo (es decir, ángulo de esquina) y número de máquina, hay un ángulo de esquina máximo$\theta_{max}$, más allá del cual el amortiguador se separará del cuerpo.

Ángulo de choque oblicuo, β, en función del ángulo de esquina, θ; Por -- Mito (Discusión) 05:29, 27 de octubre de 2007 (UTC) - Trabajo propio (Texto original: hecho por sí mismo), Dominio público, Enlace

Para los casos en los que el ángulo de la esquina es menor que el máximo, hay dos soluciones posibles: fuerte y débil. La solución débil conduce a un flujo supersónico aguas abajo (y un ángulo de onda de choque β más pequeño), mientras que la solución fuerte conduce a un flujo subsónico aguas abajo (y un ángulo de onda de choque β más grande).

La solución "preferida" depende de la relación de presión aguas arriba y aguas abajo; En el caso de los flujos externos que nos preocupan, la presión aguas abajo suele estar cerca de la presión aguas arriba (ambas cerca$P_{atm}$) y, como resultado, se 'selecciona' la solución débil (y el flujo supersónico aguas abajo).

Del Informe NACA 1135: Ecuaciones, tablas y gráficos para flujo comprimible :

... existen dos soluciones para cada cono y número de Mach, pero se cree que solo la onda de choque más débil puede ocurrir en un cuerpo convexo aislado.

Por lo tanto, las alas deben diseñarse para un régimen supersónico en caso de que la nariz produzca ondas de choque oblicuas (las ondas de choque separadas no son buenas, aumentan enormemente la resistencia y esa es la razón principal por la que se usan en vehículos de reingreso). Incluso si el flujo no es supersónico, todavía está en régimen transónico, donde necesita diseñar las alas teniendo en cuenta el número de Mach crítico.

Aunque el flujo 3D sobre un cono es similar al flujo sobre la cuña (en que tiene casos fuerte-débil y separación por encima de cierto límite), el ángulo máximo$\theta_{max}$es mayor en el caso de flujo 3D. Nuevamente, el choque adjunto es el 'débil'.

Debido al efecto de alivio 3D (que provoca un impacto más débil), la presión en la superficie del cono es menor que la presión en la superficie de la cuña y el número de Mach de la superficie del cono es mayor que el de la superficie de la cuña. Como resultado, el diseñador todavía tiene que lidiar con el flujo supersónico.