¿Qué es una parada de alta velocidad?

Cuando la velocidad del flujo de aire excede localmente la velocidad del sonido sobre el ala, se forma una onda de choque y el flujo se separa más allá de esta onda de choque.

De manera similar a la entrada en pérdida, la separación supersónica del flujo elimina el componente de sustentación producido por la disminución de la presión en la superficie superior del ala, por lo que los efectos son similares.

Causa una reducción de la sustentación y debido a que el centro de presión está aproximadamente a un cuarto de cuerda en la superficie superior, pero a la mitad de la cuerda en la inferior, provoca un momento significativo de cabeceo hacia abajo, que podría ser imposible de recuperar incluso si la sustentación posterior a la pérdida es suficiente. para mantener la aeronave volando en línea recta. Este efecto a menudo se llama Mach tuck . Los aviones supersónicos a menudo tienen ascensores que se mueven todo para tener suficiente autoridad de control para compensarlo.

Una diferencia con respecto a la entrada en pérdida normal es que, después de la separación del flujo supersónico, la sustentación permanece proporcional al ángulo de ataque y, por lo tanto, la aeronave continúa comportándose más o menos normalmente excepto por el cambio de compensación.

Mach tuck puede ocurrir tan bajo como Mach 0.7 dependiendo del diseño de la aeronave, porque el aire se mueve más rápido sobre el ala. Se puede retrasar usando alas en flecha , porque las ondas de choque solo se forman cuando la componente de la velocidad del aire perpendicular al ala excede la velocidad del sonido.

Las aeronaves supersónicas finalmente encuentran una separación del flujo supersónico, pero la elevación de la superficie inferior es suficiente para equilibrar el peso de la aeronave a esa velocidad y altitud y la aeronave puede continuar volando con el flujo de la superficie superior separado.

Ese no es el caso de la mayoría de los aviones subsónicos, que por razones de eficiencia tienden a navegar a altitudes en las que tienen un margen muy pequeño para entrar en pérdida. A medida que la velocidad de pérdida aumenta con la altitud, mientras que la velocidad del sonido disminuye ligeramente con la temperatura más baja allí, la velocidad de pérdida eventualmente igualará el número de mach crítico, lo que crea la esquina del ataúd y el techo absoluto para la aeronave. Para la mayoría de los aviones de transporte civil, el rango entre la velocidad de pérdida y el número de mach crítico (donde aumenta la resistencia y comienza la separación del flujo supersónico) se reduce considerablemente a la altitud de crucero, pero generalmente no tienen suficiente potencia de motor para llegar a la esquina del ataúd real.

La aeronave entra en pérdida cuando el ala no puede producir suficiente sustentación para sostener el vuelo. Esto puede suceder por dos razones:

1. Separación de flujo debido al alto ángulo de ataque. La pendiente de la curva de sustentación, que es positiva y lineal en ángulos de ataque bajos, se vuelve negativa, de modo que un aumento del ángulo de ataque da como resultado una sustentación más baja. Esto es causado por los efectos de la viscosidad.
2. Separación de flujo y golpes embriagadores debido a fuertes choques en el ala cerca de Mach 1. Esto es causado por efectos de Mach. En muchos casos, la pérdida de sustentación aún no es crítica, pero las sacudidas se volverán incómodamente severas y peligrosas para la integridad estructural.

El primero es un bloqueo a baja velocidad, pero puede ocurrir a cualquier velocidad. Las paradas de alta velocidad son la segunda variedad. Pueden ser provocados por

1. volando más rápido en la misma actitud, normalmente en aire muy delgado y a velocidades alrededor de Mach 0,8.
2. O pueden provocarse exigiendo más sustentación a la misma velocidad, por ejemplo, iniciando un giro.
3. Una tercera forma es ascendiendo, de modo que el aire se vuelve más delgado y más frío, y el ala necesita un ángulo de ataque más alto para producir la misma sustentación que antes.

En todos los casos, el flujo inicial sobre el ala fue levemente supersónico localmente y produjo un choque débil. Ya sea aumentando la velocidad (más precisamente: el número de Mach de vuelo) o el ángulo de ataque, el choque se vuelve más fuerte y puede causar una separación del flujo , de modo que el ala produce menos sustentación que antes. El avión entra en pérdida. En el caso del U-2, la cola seguiría funcionando, solo que el ala produciría menos sustentación, por lo que el avión se inclina hacia abajo y acelera. La aceleración empeora las cosas, porque ahora los choques se vuelven aún más fuertes. Ahora el piloto está encerrado en una inmersión que no puede terminar. Es muy divertido cuando, unos kilómetros más abajo, el piloto ve MiG-17, realizando pull-ups a gran velocidad para acercarse lo suficiente como para abrir fuego.

Afortunadamente, el aumento de la resistencia debido a los impactos más fuertes limita el aumento de la velocidad y, después de descender unos 2 km, el aire se vuelve lo suficientemente denso para que el piloto del U-2 detenga con éxito la inmersión y comience el ascenso de regreso a una altitud más alta y segura.

¿Cómo evitar esto? Generalmente, esto es imposible de evitar por completo, solo se puede mitigar. El barrido del ala es la forma más eficaz de limitar la pérdida de sustentación debido a impactos locales, pero incluso un ala delta con una gran barrido tendrá una reducción de su coeficiente de sustentación máximo de alrededor de Mach 1. Una forma aerodinámica optimizada ayuda a aumentar el límite, pero cuando esto se excede el nuevo límite, la pérdida de sustentación será mayor. Al final, la mayoría de las aeronaves modernas recurren a la limitación de la envolvente de vuelo y al uso de un FCS electrónico para garantizar que no se supere la envolvente.

Esto puede suceder a gran altura. A grandes altitudes, el aire es menos denso (hay menos moléculas por pulgada cúbica). La sustentación es generada por la fuerza de las moléculas de aire que golpean la superficie del perfil aerodinámico. Entonces, en altitud, se necesita un ángulo de ataque más alto en el perfil aerodinámico para generar suficiente sustentación para mantener la aeronave en vuelo nivelado. Por lo tanto, incluso si es supersónico, es posible que no haya suficientes moléculas golpeando el ala para generar suficiente sustentación en el ángulo de ataque de pérdida. ergo, la aeronave, al intentar mantener un vuelo nivelado, aumenta el AOA más allá del AOA de pérdida. Incluso entonces, por supuesto, todo lo que el piloto tiene que hacer para recuperarse de la pérdida es reducir el AOA por debajo del AOA de pérdida para reanudar el vuelo controlado.