23/12/09

Fluidos alares y otras espectacularidades

¿Quién no ha visto alguna vez esos halos blancos que aparecen y desaparen en segundos sobre las alas de los aviones?, sobre todo los militares. ¿Y que es lo que lo provoca?.

El ala de un avion forma una turbulencia cuando acelera y el aire comienza a pasar sobre ella. Ese halo blanco o brumoso es condensacion de vapor de agua presente en el aire a temperatura ambiente.

Se puede  observar en los aviones cazas cuando hacen giros cerrados.


Ese halo blanco que se forma en torno al avión es aire comprimido. Cuando un avión se acerca a la velocidad del sonido, las ondas sonoras que genera, debido a que se desplazan casi a la misma velocidad que el aparato, no pueden adelantarlo con lo que se van acumulando delante del avión formando el muro de aire comprimido (el sonido no es otra cosa mas que una compresión del aire) que podemos observar en     algunas fotos y vídeos.
Aquí vemos algunas de estas espectaculares formaciones, siempre en velocidades subsónicas.
Los cambios de presión entre el intradós y el estradós provocan que con la humedad adecuada aparezcan de forma repentina.


                      Un Tornado haciendo cabriolas.

Un F-18 español





       


A velocidades subsónicas, por debajo de Mach 0,85, la única perturbación atmosférica es una turbulencia en la estela del proyectil. En la zona transónica, entre Mach 0,85 y Mach 1,3, aparecen ondas de choque a medida que aumenta la velocidad; en el rango más bajo de esa zona de velocidades, las ondas de choque surgen de cualquier protuberancia abrupta en el contorno suave del ala. Cuando la velocidad supera Mach 1, las ondas de choque surgen de la parte delantera y la cola y se propagan en forma de cono desde la punta.


                                        Aquí un F111 con uno de esos efectos.

          Y también los aviones comerciales las producen, la física no conoce distinciones.
    Aquí  un B747 fantasmal.


Grandes alas, grandes halos.



                       2 aviones MD 11 generando fluidos visibles y vórtices.





           Verdaderos y  llamativos efectos .


OTRO EFECTO DISTINTO ES LA VELOCIDAD SUPERSÓNICA

La supersónica, una rama importante de la aerodinámica, se ocupa de los fenómenos que tienen lugar cuando la velocidad de un sólido supera la velocidad del sonido en el medio generalmente aire en que se desplaza.
La velocidad del sonido en la atmósfera varía según la humedad, la temperatura y la presión. Como la velocidad del sonido es un factor crucial en las ecuaciones aerodinámicas y no es constante, suele emplearse el número de Mach, así llamado en honor del físico y filósofo austriaco Ernst Mach, un pionero en el estudio de la balística. El número de Mach es la velocidad respecto a la atmósfera del proyectil o el avión dividida entre la velocidad del sonido en el mismo medio y con las mismas condiciones.
Así, al nivel del mar, en condiciones normales de humedad y temperatura, una velocidad de 1.220 km/h representa un número de Mach de 1. En la estratosfera, debido a las diferencias de densidad, presión y temperatura, esta misma velocidad correspondería a un número de Mach de 1,16. Expresando las velocidades por su número de Mach, en vez de en kilómetros por hora, puede obtenerse una representación más exacta de las condiciones que se dan realmente durante el vuelo.

ONDAS DE CHOQUE
Los estudios mediante observaciones ópticas de proyectiles de artillería revelan la naturaleza de las perturbaciones atmosféricas encontradas durante el vuelo.  El ángulo del cono es tanto menor cuanto mayor es la velocidad del proyectil. Así, a Mach 1, la onda es esencialmente un plano; a Mach 1,4 (1.712 Km. /h al nivel del mar), el ángulo del cono es de aproximadamente 90°; a Mach 2,48 (unos 3.030 Km. /h), la onda de choque procedente del proyectil tiene un ángulo cónico ligeramente menor de 50°. La investigación en este campo ha permitido el diseño de los modernos aviones de gran velocidad, en los que las alas se inclinan hacia atrás formando ángulos de hasta 60° para evitar la onda de choque procedente de la parte delantera del avión.




Cuando el avión acelera por encima de la velocidad del sonido, adelanta a este muro (el sonido va ahora mas despacio que el avión, con lo que las ondas ya no pueden seguirlo) "rompiéndolo"; esta rotura provoca el llamado "estampido sónico". La velocidad del sonido se superó por primera vez el 14 de Octubre de 1947.



Pero aparte de los efectos alares, también hay efectos curiosos producidos por estas potentes máquinas, en este caso los motores, pero esos merecen capítulo aparte.