¿Qué velocidad puede alcanzar un avión? Hay vuelos que traspasan la barrera del sonido, sí, pero ¿cuáles? ¿Y cuánto? ¿Y qué pasa cuando lo hacen? Son muchas las preguntas que surgen alrededor de los distintos rangos sónicos de una aeronave.
Los rangos sónicos
Podemos distinguir, a grandes rasgos, cuatro rangos sónicos que veremos en detalle después:
- Velocidad subsónica.
- Velocidad transónica.
- Velocidad supersónica.
- Velocidad hipersónica.
La velocidad del sonido
El sonido viaja a 343 metros por segundo. Esto quiere decir que los vuelos subsónicos están por debajo de esta velocidad y el resto, por encima.
Para ello es importante familiarizarse con el llamado número Mach. Este se expresa mediante una ecuación, pero viene a ser una medida de velocidad relativa que es el cociente entre la velocidad TAS y la velocidad del sonido.
El número Mach se utiliza solo en aviación. Mach 1 equivale, pues, a la velocidad del sonido (Mach 2 sería dos veces la velocidad del sonido, etcétera).
¿Puede cualquier avión superar la velocidad del sonido?
No. La aerodinámica, de la que hemos hablado en distintas ocasiones, juega un papel primordial para que una aeronave sea capaz o no de alcanzar una velocidad determinada. Vamos a ver ahora los distintos tipos de velocidades y, también, la forma que tienen los aviones para alcanzarlas.
Velocidad subsónica
Vuela siempre a una velocidad igual o inferior a los 270 metros por segundo (o 980 kilómetros por hora). Es decir, están por debajo de Mach 0,8. En el plano aerodinámico, tienen alas delgadas y con una gran superficie. Sus formas son redondeadas: nariz, bordes de ataque… En este caso, el flujo de aire que circula alrededor del avión siempre tiene una velocidad inferior a la del sonido.
Velocidad transónica
En esta velocidad dentro de los rangos sónicos se encuentran los vuelos comerciales que operan en la actualidad, que suelen volar a velocidades entre Mach 0,75 y Mach 0,9. Pero dentro de las aeronaves que alcanzan una velocidad transónica las hay que pueden traspasar la barrera del sonido y alcanzan un Mach 1.2, esto es, hasta 410 metros/segundo o 1.230 kilómetros/hora.
Por eso se llama así, porque se efectúa la transición de un flujo subsónico a uno supersónico.
En el caso de la velocidad transónica, el flujo de aire puede superar la velocidad de la del sonido o estar por debajo.
Velocidad supersónica
Los aviones que pueden volar a velocidad supersónica tienen un rango sónico que va de Mach 1.2 a Mach 5 (esto es, cinco veces la velocidad del sonido). A partir de esta velocidad, la del flujo de aire siempre es superior a Mach 1.
En cifras, pueden alcanzar los 1.710 metros por segundo o los 6.150 kilómetros por hora. Hubo dos aviones de pasajeros, el Tu-144 y el Concorde, que fueron aviones supersónicos, pero que ya no operan. Este tipo de velocidades se aplica, actualmente, en aviación militar.
El diseño de un avión supersónico muestra un perfil aerodinámico muy diferenciado del de los vuelos comerciales, ya que se enfrenta a diferencias de flujo de aire drásticamente diferentes, como veremos después. Sus bordes son afilados y las secciones del mismo, delgadas.
Velocidad hipersónica
Dentro de los rangos sónicos, la velocidad hipersónica es siempre superior a Mach 5 y se subdivide a su vez en hipersónica e hipersónica alta. Aquí, las cifras llegan a marear.
La velocidad hipersónica más baja puede alcanzar Mach 10 (12.300 kilómetros por hora), las partes de la aeronave están fuertemente integradas y la cubierta es de níquel-titanio. Sus alas son muy cortas.
En el caso de la velocidad hipersónica alta estamos hablando de naves que alcanzarían el Mach 25 (casi 31.000 kilómetros por hora).
En este tipo de naves que, como podemos imaginar, hoy por hoy son solo prototipos, el control térmico está por encima del diseño, ya que el roce del aire puede producir reacciones químicas adversas. Eso sí, en sus diseños, que forman parte de un futuro aún lejano, se contempla siempre el uso de combustibles ecológicos, ya que a esas velocidades el medio ambiente quedaría seriamente comprometido.
Ondas de choque
Entre los distintos efectos que se producen en una aeronave al alcanzar la velocidad supersónica están las ondas de choque. Sucede que, si bien una aeronave comercial vuela a una velocidad por debajo de Mach 1, parte del aire que circula a su alrededor puede alcanzar un rango supersónico (es decir, se alcanza el conocido como Mach crítico).
Pensemos, por ejemplo, en el perfil de una de sus alas. Bien, en el borde de ataque de esa ala, el aire se acelera y puede alcanzar una velocidad supersónica. Pero a partir de su punto más alto, la velocidad del aire desciende de nuevo. En ese punto en el que el aire deja de tener velocidad supersónica y vuelve a tener velocidad subsónica se produce lo que conocemos como onda de choque.
Debido a las características del aire, que cambia sus propiedades , ante una onda de choque el aire ofrece una mayor resistencia al avance de la nave.
Dejando atrás los vuelos comerciales y ya en el caso de los vuelos supersónicos (es decir, cuando superan el Mach 1.0, algo que no sucede en los vuelos comerciales), bajo determinadas circunstancias es posible ver esas ondas de choque que van quedando atrás cuando se aumenta la velocidad, como en la imagen que observamos a continuación.