¿Cómo puede una parte de un avión ser supersónica mientras que otra parte no lo es?

Algunas excelentes respuestas aquí.

Todo es relativo.

Si sacaba la mano plana, perpendicular al viento, por la ventana de un automóvil en movimiento y medía la fuerza (presión) y la velocidad, se registraría a una cantidad X de psi y velocidad. Las mismas medidas en el lado de sotavento de su mano serían menos psi y velocidad. Incluso en los bordes, las mediciones registradas serían significativamente menores.

Entonces, los bordes de ataque de un avión son los que desplazan el aire y se desvían a velocidades supersónicas. Todas las demás superficies no desplazarán el aire a la misma velocidad.

Las terceras leyes de Newton explican por qué. Para cada acción, hay una reacción igual y opuesta. Él determinó esto en 1686, a la edad de 23 años.

El borde delantero de la nariz en un fuselaje de un avión ejerce más fuerza sobre él que la parte superior de la cabina. Por lo tanto, el aire que golpea (acción) la superficie no excederá las velocidades supersónicas (reacción). Los ingenieros aeronáuticos usan esta ley (y otras) para determinar la mejor forma para un conjunto dado de requisitos y capacidades.

Como hemos visto con aviones militares y el Tu-144 y el Concorde, se necesita una gran cantidad de energía, fuerza y ​​composición estructural para diseñar aviones de alta velocidad.

Si los ingenieros pudieran idear un misil capaz de despegar y aterrizar, que podría cargarse con pasajeros, lo harían. Pero no es fácil ni práctico, y mucho menos económico.

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Tal condición se conoce como flujo transónico, donde mientras la velocidad del aire en la corriente libre por delante del avión es subsónica (menor que Mach 1), la forma del avión provoca cambios locales en la presión y la velocidad de las moléculas de aire como nos acercamos a Mach 1. Típicamente, en el rango de números de 0.7 a 1.0 Mach, la presión local cambia y los cambios simultáneos de velocidad empujan las velocidades locales más allá de Mach 1.

De hecho, los perfiles especiales deben diseñarse para su uso en aviones en el régimen transónico (la mayoría de los aviones de pasajeros operan en el régimen transónico y, por lo tanto, también tienen diseños de alas extendidas). Más aquí (y una imagen a continuación): https://engineering.purdue.edu/~

La aeronave y el aire no pueden ocupar el mismo espacio al mismo tiempo, por lo tanto, la aeronave empuja el aire bastante en diferentes lugares. Hay un patrón muy complejo de velocidades y presiones alrededor de la nave.

Por ejemplo, el aire que termina por debajo del ala comienza a ser empujado hacia adelante y hacia arriba a medida que el ala se acerca, luego se mueve junto con el ala, aunque no tan rápido como el avión, a medida que el ala pasa.

El aire que sopla al pasar sobre el ala también comienza a ser empujado hacia adelante y hacia arriba, pero luego se empuja hacia arriba sobre el ala y por un corto tiempo se acelera hacia el borde de salida.

El fuselaje también puede terminar empujando el aire de formas inusuales, especialmente donde el ala se une al fuselaje. En algunos aviones, notará que el fuselaje se estrecha donde el ala comienza a permitir el aire desplazado por el ala.

Por lo tanto, hay varios lugares donde el aire se empuja más rápido de lo que puede moverse naturalmente (más rápido que el sonido) y otros lugares donde el aire tiene tiempo suficiente para hacer lo suyo (por debajo de la velocidad del sonido).

La velocidad del aire se mide en relación con el viento que fluye sobre el avión.

uno, las ondas de choque en o cerca de la máquina 1 pueden hacer que el flujo de aire se separe de varias superficies del avión.

dos, el diseño del avión tiene que comprometer el diseño del ala de la velocidad de despegue y aterrizaje versus ser aerodinámico a altas velocidades.

La combinación puede causar una situación en la que los bordes de ataque del avión, como la nariz y las alas, son supersónicos, pero los bordes de salida de varias superficies tienen menos flujo de aire y, por lo tanto, son subsónicos en relación con el viento.

Esto también puede causar un calentamiento desigual de varias superficies y crear problemas con las superficies de control de vuelo debido a la separación de los flujos de aire.

La presión del aire no es uniforme en todas las partes de la aeronave. La presión del aire está directamente relacionada con la densidad del aire. El sonido viaja por el aire. La velocidad del sonido es más rápida en el aire denso a medida que las moléculas están más juntas, y más lenta en el aire menos denso a medida que las moléculas están más separadas. Entonces, partes de la aeronave están en aire menos denso y son supersónicas, mientras que otras partes están en aire más denso y son subsónicas, en este caso se dice que la aeronave es transónica.

De la información dada en otras respuestas, y la wiki, creo que la condición es solo temporal ya que el avión acelera / transita más allá de la velocidad del sonido, o a velocidades mantenidas muy cerca de él. Una vez que el avión haya pasado esa velocidad, toda la nave y todas las cosas adjuntas serán completamente supersónicas.

Por supuesto, corrígeme si me equivoco aquí. Solo estoy dándole un golpe.

Debido a la forma de las diferentes partes del aire acondicionado, el aire se acelera o no cuando pasa sobre ellas.

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