Efectos de la compresibilidad

Cuando el aire fluye a velocidad subsónica, se comporta como un fluido incompresible. Como se ha comentado anteriormente en este capítulo, cuando el aire a velocidad subsónica fluye a través de un paso con forma divergente, la velocidad disminuye y la presión estática aumenta, pero la densidad del aire no cambia. En un pasaje con forma convergente, el aire subsónico acelera y su presión estática disminuye. 

Cuando el aire supersónico fluye a través de un pasaje convergente, su velocidad disminuye y su presión y densidad aumentan. En el flujo supersónico, el aire se comporta como un fluido compresible. Dado que el aire se comporta de forma diferente cuando fluye a velocidad supersónica, los aviones que vuelan a velocidad supersónica deben tener alas con una forma diferente.

La velocidad del sonido

El sonido, en referencia a los aviones y a su movimiento en el aire, no es más que perturbaciones de presión en el aire. Como se ha comentado anteriormente en este capítulo, es como dejar caer una piedra en el agua y ver las ondas que salen del centro. 

Cuando un avión vuela por el aire, cada punto del avión que causa una perturbación crea energía sonora en forma de ondas de presión. Estas ondas de presión se alejan del avión a la velocidad del sonido, que a una temperatura diurna estándar de 59 °F, es de 761 mph. La velocidad del sonido en el aire cambia con la temperatura, aumentando a medida que ésta aumenta.

Vuelo subsónico, transónico y supersónico 

Cuando un avión vuela a velocidad subsónica, todo el aire que fluye alrededor del avión lo hace a una velocidad inferior a la del sonido, lo que se conoce como Mach 1. 

Tenga en cuenta que el aire se acelera cuando fluye sobre ciertas partes del avión, como la parte superior del ala, por lo que un avión que vuela a 500 mph podría tener el aire sobre la parte superior del ala alcanzar una velocidad de 600 mph. La velocidad a la que puede volar un avión y seguir considerándose en vuelo subsónico varía según el diseño del ala, pero como número de Mach, suele estar justo por encima de Mach 0,8.

Cuando un avión vuela a velocidad transónica, parte del avión experimenta un flujo de aire subsónico y parte un flujo de aire supersónico. Sobre la parte superior del ala, probablemente a mitad de camino, la velocidad del aire alcanzará Mach 1 y se formará una onda de choque. 

La onda de choque se forma a 90 grados del flujo de aire y se conoce como onda de choque normal. Durante el vuelo transónico pueden surgir problemas de estabilidad, ya que la onda de choque puede hacer que el flujo de aire se separe del ala. 

La onda de choque también hace que el centro de sustentación se desplace hacia la popa, haciendo que el morro se incline hacia abajo. La velocidad a la que se forma la onda de choque se conoce como número de Mach crítico. La velocidad transónica suele estar entre Mach 0,80 y 1,20.

Cuando un avión vuela a velocidad supersónica, todo el avión experimenta un flujo de aire supersónico. A esta velocidad, la onda de choque que se formó en la parte superior del ala durante el vuelo transónico se ha desplazado hasta la popa y se ha adherido al borde de fuga del ala. La velocidad supersónica va de Mach 1,20 a 5,0. Si un avión vuela a más de Mach 5, se dice que está en vuelo hipersónico.