¿Por qué/cuándo es mejor la nariz roma?

En el flujo subsónico , el aire puede reaccionar ante el vehículo que se aproxima, ya que el campo de presión a su alrededor también se extiende hacia adelante. Esto significa que un área de succión en un lado del fuselaje o del ala ya comenzará a atraer moléculas antes de que lleguen al vehículo mismo, lo que provoca esta succión. Una nariz redonda permite que el flujo provenga de una variedad de ángulos sin crear demasiada resistencia. Aerodinámicamente hablando, el punto de estancamiento se puede mover sin problemas.

En flujo supersónico , el aire no tiene indicación del vehículo que se aproxima. El primer contacto causará un cambio repentino en la dirección, llamado choque. Para reducir la resistencia, es importante que el choque sea lo más débil posible, lo que significa que el cambio de dirección debe ser lo más pequeño posible. Esto se puede lograr mejor con una punta delgada y puntiaguda.

Tenga en cuenta la posición hacia abajo del cono de admisión de la góndola del motor SR-71 en la imagen a continuación: está inclinado de modo que a Mach 3.2 el cono es simétrico al flujo que se aproxima (lo que le da una buena indicación del ángulo de ataque de todo el avión).

SR-71 durante el despegue ( fuente de imagen ). El cono no solo está inclinado hacia abajo, sino que también está inclinado hacia adentro porque el cuerpo delantero del avión presiona el flujo hacia los lados en un vuelo supersónico.

En el flujo hipersónico (Mach > 5), una nariz roma podría ser preferible nuevamente si los materiales de la nariz ponen un límite superior al calentamiento aerodinámico. Una punta puntiaguda producirá un choque adherido que calentará la punta a algo cercano a la temperatura de estancamiento del flujo. Una nariz roma, sin embargo, causará un choque separado. Esto crea más resistencia y una mayor cantidad de calor en general, pero permite distribuir este calor en un área más grande y arrojar la mayor parte al aire, lo que produce cargas máximas más bajas . El transbordador espacial tenía una nariz tan roma, ya que la minimización de la resistencia no es una prioridad para un vehículo de reingreso.

El diseño de aeronaves está lleno de compromisos. En el caso del diseño del morro de un avión, el factor principal es reducir la resistencia. Como usted mismo notó, la principal diferencia está en el régimen de flujo, es decir, subsónico y supersónico. Hay diferentes tipos de arrastre: arrastre de piel (o fricción), arrastre de forma y arrastre de onda (que se vuelve importante solo a velocidades supersónicas).

Para el flujo subsónico, los principales componentes de arrastre son la primera fricción de dos pieles y el arrastre de forma. Aquí, si consideramos que el fuselaje es un cilindro con el morro al frente (que es una buena aproximación), la configuración del morro romo proporciona un coeficiente de arrastre menor (resistencia adimensional) en comparación con el de punta cónica o afilada. Esto significa que, en igualdad de condiciones, la nariz roma tiene menos arrastre en comparación con las afiladas en el flujo subsónico. En particular, la punta roma tiene una superficie menor en comparación con las puntas afiladas y largas y, por lo tanto, menor resistencia a la fricción con la piel.

Imagen de Fluid Dynamic Drag de Hoerner

En la figura anterior, puede ver que la nariz roma es mejor en comparación con una nariz afilada en lo que respecta a la resistencia.

Imagen de Fluid Dynamic Drag de Hoerner

Sin embargo, a medida que la aeronave pasa al flujo supersónico, la principal preocupación se convierte en la resistencia de las olas. Aquí, la nariz afilada mantiene la onda de choque alejada de la aeronave.

Imagen de wotzup.com

Otra cosa es que en una sección aguda, el área de la sección transversal varía gradualmente, lo que ayuda a prevenir la aceleración local (que puede resultar en condiciones sónicas locales). Esta es la razón por la que se ve que los aviones que vuelan subsónicos en la mayor parte de su régimen de vuelo tienen narices romas, mientras que los que vuelan supersónicos en la mayor parte de su trayectoria de vuelo tienen narices afiladas.

Por supuesto, también hay otros puntos a considerar:

• El costo de fabricación de la nariz afilada suele ser mayor que el de una nariz roma (tiene más área, por ejemplo).

• Una nariz larga y afilada afectará la visibilidad durante los aterrizajes (el Concorde tenía una nariz inclinada hacia abajo debido a esto). Además, el estacionamiento en las rampas del aeropuerto será difícil.

• Una nariz afilada tendrá menor volumen (para montaje de radar, por ejemplo). Como resultado, la mayoría de los aviones supersónicos en realidad tienen una sección de morro ligeramente modificada (elíptica u ojival, por ejemplo), especialmente los aviones de combate.

Imagen de spaceflightsystems.grc.nasa.gov

Como puede verse, una sección elíptica con igual diámetro de base y altura tiene el doble de volumen que una cónica. En algunos casos, cuando el tren de aterrizaje de morro se retrae en el morro (como A350), esto será importante.