Resumen de CFI: número de Mach – Blog de Learn to Fly

A medida que progrese en su carrera en la aviación, es de esperar que algún día comience a volar aviones a reacción de alta velocidad, una experiencia de aprendizaje divertida y desafiante. Sin embargo, hay muchas diferencias cuando se pasa de un vuelo de baja velocidad a un vuelo de alta velocidad. Hoy abordaremos brevemente algunos de los conocimientos necesarios asociados con el vuelo de alta velocidad comenzando con los números de Mach.

El número de Mach es la relación entre la velocidad aerodinámica real y la velocidad del sonido (TAS ÷ Velocidad del sonido). Por ejemplo, un avión que navega a Mach .80 está volando al 80% de la velocidad del sonido. La velocidad del sonido es Mach 1.0. Cuando estamos en un vuelo de alta velocidad, nos referimos a nuestra velocidad aérea en mach en lugar de velocidades aéreas verdaderas o velocidades aéreas indicadas. A cualquier velocidad superior a Mach 1, estaría rompiendo la barrera del sonido.

Se produce un gran aumento de la resistencia cuando el flujo de aire alrededor de la aeronave supera la velocidad del sonido (Mach 1,0). Debido a que la sustentación se genera al acelerar el aire a través de la superficie superior del ala, las velocidades del flujo de aire local alcanzarán velocidades sónicas mientras que el número de Mach de la aeronave aún se encuentra considerablemente por debajo de la velocidad del sonido. Con respecto al control de crucero de Mach, las velocidades de vuelo se pueden dividir en tres regímenes: subsónico, transónico y supersónico. Se puede considerar que el régimen subsónico ocurre en números de Mach de aeronaves donde todo el flujo de aire local es menor que la velocidad del sonido. El rango transónico es donde algunas, pero no todas, las velocidades del flujo de aire local son Mach 1.0 o superiores. En vuelo supersónico, todo el flujo de aire alrededor de la aeronave supera Mach 1,0. Los números de Mach exactos variarán con cada tipo de avión, pero como regla general muy aproximada, el régimen subsónico se produce por debajo de Mach 0,75, el régimen transónico entre Mach 0,75 y Mach 1,20, y el régimen supersónico por encima de Mach 1,20.

Una velocidad límite para un avión de transporte subsónico es su número de Mach crítico (MCRIT). Esa es la velocidad a la que el flujo de aire sobre el ala alcanza por primera vez, pero no supera, la velocidad del sonido. En MCRIT puede haber flujo sónico pero no supersónico.

Cuando un avión excede su número de Mach crítico, se forma una onda de choque en la superficie del ala que puede causar un fenómeno conocido como pérdida por choque. Si esta pérdida por impacto ocurre simétricamente en las raíces del ala, la pérdida de sustentación y la pérdida de corriente descendente en la cola harán que la aeronave se incline hacia abajo o se “hunda”. Esta tendencia se agrava aún más en los aviones de barrido porque el centro de presión se mueve hacia atrás cuando las raíces del ala entran en pérdida por impacto. Si las puntas de las alas de un avión con ala en flecha entran en pérdida primero, el centro de presión del ala se movería hacia adentro y hacia adelante provocando un movimiento de cabeceo hacia arriba. Consulte la figura a continuación.

Cuanto menos se acelere el flujo de aire a través del ala, mayor será el número de Mach crítico (es decir, la velocidad máxima del flujo está más cerca del número de Mach de la aeronave). Dos formas de aumentar el MCRIT en los diseños de aviones de transporte son dar al ala una inclinación más baja y aumentar el barrido del ala. Una sección aerodinámica delgada (camber inferior) provoca una menor aceleración del flujo de aire. El diseño de ala de barrido tiene el efecto de crear una sección aerodinámica delgada al inducir un flujo a lo largo de la envergadura, lo que aumenta la longitud efectiva de la cuerda. Consulte la figura a continuación.

Aunque un diseño de ala en flecha le da a un avión un número de Mach crítico más alto (y por lo tanto una velocidad de crucero máxima más alta), da como resultado algunas características de vuelo indeseables. Uno de ellos es un coeficiente de sustentación máximo reducido. Esto requiere que los aviones de ala en flecha empleen ampliamente dispositivos de gran sustentación, como slats y flaps ranurados, para obtener velocidades de despegue y aterrizaje aceptablemente bajas. El propósito de los dispositivos de gran sustentación, como flaps, slats y ranuras, es aumentar la sustentación a bajas velocidades y retrasar la entrada en pérdida a un ángulo de ataque mayor.

Otra desventaja del diseño de ala en flecha es la tendencia, a bajas velocidades, de que las puntas de las alas se detengan primero. Esto da como resultado la pérdida de control de los alerones al principio de la pérdida y una sacudida aerodinámica muy pequeña en las superficies de la cola.