Nosotros los pilotos durante nuestros procesos de formación escuchamos que el sonido juega un rol importante como límite (o barrera) en los aviones que volamos o volaremos. Sabemos que actualmente todos nuestros aviones comerciales no pueden superar dicha barrera, (la velocidad del sonido), y es que no están hechos para eso, es por ello que reciben el nombre de aviones Sub Sónicos. Para entender esta limitación debemos comprender bien algunos conceptos.
¿Qué es el Sonido?
El término sonido se utiliza para describir la energía mecánica que se transmite por ondas de presión en un medio, ya sea este un sólido, un líquido o un gas, en el caso de la aviación estudiamos esta transmisión de ondas en el aire (el cual es un fluido gaseoso). Dichas ondas sonoras son variaciones en las presiones del aire por encima y por debajo de la presión ambiental percibida por el sentido del oído.
Entonces, de un modo más fácil, el sonido es simplemente las variaciones de presión (oscilación de la presión del aire) que se transmite por ondas y que son percibidas por el oído.
La Velocidad del Sonido
La propagación de las ondas del sonido tiene una velocidad, la cual llamamos, velocidad del sonido, y esta varía únicamente por la temperatura ambiental, repito, solo por la temperatura. A más frio el ambiente, más lento es el sonido.
Es por ello que la velocidad de propagación del sonido es menor a medida que ascendemos ya que la temperatura baja con la altura. Por ejemplo: a nivel del mar con temperatura estándar (15°c) la velocidad del sonido es de 340 mts/seg (1,225Km/h) pero a 36,000 pies con una temperatura de -56°C es de 295 mts/seg (1,063 Km/h).
El sonido es muy ocioso cuando tiene frio.
La Velocidad del Avión
Recordemos por otro lado que nuestros aviones se mueven más rápido a medida que vuelan más alto, esto es por la falta de densidad, y es aquí donde aparece el concepto de Velocidad Aérea Verdadera (TAS), que es la Velocidad Aérea Calibrada (CAS) corregida por altitud y temperatura diferente a la estándar, la cual aumenta aproximadamente 2% por cada 1,000 pies. Es decir, a más altitud nuestros aviones vuelan más rápido.
Alcanzando el Sonido
Aquí empieza el problema que tenemos con el sonido, como ya vimos, a medida que ascendemos y la temperatura baja, el sonido se hace más lento, por el contrario, nuestros aviones a medida que van ascendiendo, van aumentando su velocidad verdadera (TAS). Esto quiere decir que como el sonido se hace más lento y el avión se hace más rápido, podríamos superar al sonido fácilmente (las ondas de propagación del sonido específicamente) y lamentablemente para nuestros aviones subsónicos, el superar el sonido hace que aparezcan problemas estructurales, de sustentación, resistencias y controlabilidad muy serios, los cuales podrían hacer que nuestro avión no se mantenga en una sola pieza por mucho tiempo (y esto sería muy dañino para la salud de los Pilotos y los Pasajeros, por decirlo de alguna manara).
Entonces vemos que nuestros Aviones Subsónicos, no pueden superar la velocidad del sonido ya que es muy problemático.
Que exactamente ocurre
El Sonido se propaga en ondas (ondas de propagación), el avión al alcanzar estas ondas empieza a comprimirlas, es decir, comprime el aire que las forma, es ahí cuando empezamos a sentir los efectos de alcanzar al sonido, los llamamos efectos de la compresibilidad del aire, uno de estos primeros efectos es el incremento de la temperatura alrededor del avión, nace la Temperatura Total del Aire (TAT) la cual se usa para que los Air Data Computers puedan calcular información importante como por ejemplo la TAS, entre otras.
El alcanzar las ondas de propagación del sonido trae un enorme problema para los aviones subsónicos, se empiezan a formar las Ondas de Choque (Shock Waves), estas ondas de choque son fronteras entre el flujo supersónico y subsónico las cuales se establecen sobre las partes aerodinámicas, pero sobre todo en el ala que es donde causa la mayor complicación, como por ejemplo la separación de la capa limite laminar, osea básicamente perdemos sustentación, por eso a esta condición la conocemos como Perdida de Alta o Shock Stall.
Además, la separación de la capa limite laminar hace que el centro de presiones se desplace hacia atrás y hacia los tips del ala, y se empiece a generar un momento de cabeceo hacia abajo (Pitch Down) conocido como el Tuck Under, lo cual aumenta la velocidad y se inicia un círculo vicioso mortal.
Pero eso no es lo único, las ondas de choque también incrementan las resistencias, generando un nuevo tipo de resistencia llamada Resistencia de Onda o Wave Drag.
Nos Protegemos
Existen medidas para proteger a las aeronaves de los efectos de la compresibilidad, que como vimos son tan nocivos, buenos ejemplos de estos son:
El establecimiento de Velocidades Máximas como la Vmo y la Mmo, la primera limitante estructural (protege la estructura de una excesiva formación de presiones dinámicas) y la segunda una limitante Aerodinámica (evita la formación de ondas de choque).
Las alarmas sobre Alta velocidad y la capacidad de los aviones Fly by Wire de protegerse antes de llegar a exceder dichas velocidades tomando el mando de la nave y haciendo que esta se desacelere manteniendo un cabeceo hacia arriba (Pitch Up).
Generadores de vórtices o Vortex Generators, que retrasan (entre otras cosas) la formación de Ondas de Choque y la perdida de alta velocidad (Shock Stall)
Diseños de nuestras alas que nos permiten ir más rápido, pero al mismo tiempo demorando los efectos de la compresibilidad como el ala en flecha y el ala supercrítica.
Como vimos, el entender el sonido (y sus efectos) en la aviación es de interés para nosotros los Pilotos, ya que podemos anticiparnos y prevenir las consecuencias de superarlo. Debemos ser conscientes que las características aerodinámicas mostradas en los vuelos a gran altitud y a gran velocidad varían significativamente a los experimentados al volar a una altitud más baja, es por ello que si aun no hemos experimentado el volar en estos ambientes debemos desde ya familiarizarnos con ellos.
