Velocidad supersónica

La velocidad supersónica es la velocidad de un objeto que excede la velocidad del sonido ( Mach  1). Para los objetos que viajan en aire seco a una temperatura de 20 °C (68 °F) al nivel del mar , esta velocidad es de aproximadamente 343,2 m/s (1126 ft/s; 768 mph; 667,1 kn; 1236 km/h). Las velocidades superiores a cinco veces la velocidad del sonido (Mach 5) suelen denominarse hipersónicas . Los vuelos durante los cuales solo algunas partes del aire que rodea a un objeto, como los extremos de las palas del rotor, alcanzan velocidades supersónicas se denominan transónicos . Esto ocurre típicamente en algún lugar entre Mach 0,8 y Mach 1,2.

Los sonidos son vibraciones que viajan en forma de ondas de presión en un medio elástico. Los objetos se mueven a velocidad supersónica cuando se mueven más rápido que la velocidad a la que se propaga el sonido a través del medio. En los gases, el sonido viaja longitudinalmente a diferentes velocidades, principalmente dependiendo de la masa molecular y la temperatura del gas, y la presión tiene poco efecto. Dado que la temperatura y la composición del aire varían significativamente con la altitud, la velocidad del sonido y los números de Mach de un objeto en movimiento constante pueden cambiar. En el agua a temperatura ambiente, la velocidad supersónica significa cualquier velocidad mayor a 1440 m/s (4724 ft/s). En los sólidos, las ondas sonoras pueden polarizarse longitudinal o transversalmente y tienen velocidades más altas.

La fractura supersónica es la formación de grietas más rápida que la velocidad del sonido en un material frágil .

La palabra supersónico proviene de dos palabras derivadas del latín ; 1) super : por encima y 2) sonus : sonido, que juntas significan por encima del sonido o más rápido que el sonido.

A principios del siglo XX, el término "supersónico" se utilizaba como adjetivo para describir un sonido cuya frecuencia superaba el rango de la audición humana normal. El término moderno para este significado es " ultrasónico ", pero el significado más antiguo a veces sigue vigente, como en la palabra superheterodino ^{[ ancla rota ].}

La punta de un látigo suele considerarse el primer objeto diseñado para alcanzar la velocidad del sonido. Esta acción produce su característico "crujido", que en realidad es solo un estampido sónico . El primer estampido supersónico creado por el hombre probablemente fue causado por un trozo de tela común, lo que llevó al desarrollo final del látigo. ^[3] Es el movimiento ondulatorio que viaja a través del látigo lo que lo hace capaz de alcanzar velocidades supersónicas. ^{[4] [5]}

La mayoría de las balas de armas de fuego modernas son supersónicas, y los proyectiles de rifle a menudo viajan a velocidades cercanas y en algunos casos ^[6] muy superiores a Mach 3 .

La mayoría de las naves espaciales son supersónicas al menos durante partes de su reentrada, aunque los efectos sobre la nave espacial se reducen debido a las bajas densidades del aire. Durante el ascenso, los vehículos de lanzamiento generalmente evitan alcanzar velocidades supersónicas por debajo de los 30 km (~98.400 pies) para reducir la resistencia del aire.

Cabe señalar que la velocidad del sonido disminuye ligeramente con la altitud, debido a que allí se dan temperaturas más bajas (normalmente hasta los 25 km). A altitudes aún mayores, la temperatura empieza a aumentar, con el correspondiente aumento de la velocidad del sonido.

Cuando un globo inflado estalla, los pedazos de látex rasgados se contraen a una velocidad supersónica, lo que contribuye al ruido agudo y fuerte del estallido.

Hasta la fecha, solo un vehículo terrestre ha viajado oficialmente a velocidad supersónica: el ThrustSSC . El vehículo, conducido por Andy Green , posee el récord mundial de velocidad en tierra, al haber alcanzado una velocidad media en su recorrido bidireccional de 1.228 km/h (763 mph) en el desierto de Black Rock el 15 de octubre de 1997.

El proyecto Bloodhound LSR tenía previsto intentar batir el récord en 2020 en Hakskeenpan (Sudáfrica) con un vehículo híbrido propulsado por cohete y jet. El objetivo era batir el récord existente y, a continuación, realizar nuevos intentos en los que [los miembros del] equipo esperan alcanzar velocidades de hasta 1.600 km/h (1.000 mph). El proyecto estaba dirigido originalmente por Richard Noble , que era el líder del proyecto ThrustSSC, pero tras problemas de financiación en 2018, el equipo fue comprado por Ian Warhurst y pasó a llamarse Bloodhound LSR. Más tarde, el proyecto se retrasó indefinidamente debido a la pandemia de COVID-19 y el vehículo se puso a la venta.

La mayoría de los aviones de combate modernos son supersónicos. Ningún avión de pasajeros moderno es capaz de alcanzar velocidades supersónicas, pero ha habido aviones de pasajeros supersónicos , a saber, el Concorde y el Tupolev Tu-144 . Ambos aviones de pasajeros y algunos cazas modernos también son capaces de volar a velocidad supersónica , una condición de vuelo supersónico sostenido sin el uso de un postquemador . Debido a su capacidad de volar a velocidad supersónica durante varias horas y la frecuencia relativamente alta de vuelo durante varias décadas, el Concorde pasó más tiempo volando a velocidad supersónica que todos los demás aviones juntos por un margen considerable. Desde el último vuelo de retiro del Concorde el 26 de noviembre de 2003, no quedan aviones de pasajeros supersónicos en servicio. Algunos grandes bombarderos , como el Tupolev Tu-160 y el Rockwell B-1 Lancer, también son capaces de alcanzar velocidades supersónicas.

La aerodinámica de los aviones supersónicos es más sencilla que la de los subsónicos porque las capas de aire en diferentes puntos del avión a menudo no pueden afectarse entre sí. Los aviones supersónicos y los vehículos cohete requieren un empuje varias veces mayor para superar la resistencia aerodinámica adicional que se experimenta en la región transónica (alrededor de Mach 0,85-1,2). A estas velocidades, los ingenieros aeroespaciales pueden guiar suavemente el aire alrededor del fuselaje del avión sin producir nuevas ondas de choque , pero cualquier cambio en el área transversal más abajo en el vehículo provoca ondas de choque a lo largo del cuerpo. Los diseñadores utilizan la regla del área supersónica y la regla del área de Whitcomb para minimizar los cambios repentinos de tamaño.

Sin embargo, en aplicaciones prácticas, un avión supersónico debe operar de manera estable en perfiles subsónicos y supersónicos, por lo que el diseño aerodinámico es más complejo.

La clave principal para tener una baja resistencia supersónica es dar la forma adecuada al avión en general para que sea largo y delgado, y cercano a una forma "perfecta", la ojiva de von Karman o el cuerpo Sears-Haack . Esto ha llevado a que casi todos los aviones de crucero supersónicos se vean muy similares entre sí, con un fuselaje muy largo y delgado y grandes alas delta, cf. SR-71 , Concorde , etc. Aunque no es ideal para aviones de pasajeros, esta forma es bastante adaptable para su uso en bombarderos.

• Regla de área
• Velocidad hipersónica
• Estampido sónico
• Aviones supersónicos
• Perfiles aerodinámicos supersónicos
• Velocidad transónica
• Cono de vapor
• Singularidad de Prandtl-Glauert

• "¿Podremos volar algún día más rápido que el sonido?", octubre de 1944, Popular Science, uno de los primeros artículos sobre ondas de choque y volar a la velocidad del sonido.
• "Gran Bretaña se vuelve supersónica", enero de 1946, artículo de Popular Science de 1946 que intenta explicar el vuelo supersónico al público en general
• MathPages – La velocidad del sonido
• Niveles de presión sonora supersónica