Número de Mach crítico

En aerodinámica, el número de Mach crítico (Mcr o M*) de un avión es el número de Mach más bajo al que pasa el flujo de aire. algún punto del avión alcanza la velocidad del sonido, pero no la supera. En el número de Mach crítico más bajo, el flujo de aire alrededor de todo el avión es subsónico. Los aviones supersónicos como el Concorde y los aviones de combate también tienen un número de Mach crítico superior en el que el flujo de aire alrededor de todo el avión es supersónico.

Vuelo en avión

Para un avión en vuelo, la velocidad del flujo de aire alrededor del avión difiere considerablemente en lugares de la velocidad del aire del avión; esto se debe a que el flujo de aire tiene que acelerar y desacelerar a medida que viaja alrededor de la estructura del avión. Cuando la velocidad de aire del avión alcanza el número crítico de Mach, la velocidad del flujo de aire en algunas zonas cercanas a la atmósfera alcanza la velocidad del sonido, aunque el propio avión tiene una velocidad de aire inferior a Mach 1.0. Esto crea una onda de choque débil. A medida que el avión supera el número crítico de Mach, su coeficiente de arrastre aumenta de repente, causando un aumento drásticamente de arrastre, y, en un avión no diseñado para velocidades transónicas o supersónicas, los cambios en el flujo de aire sobre las superficies de control de vuelo conducen al deterioro del control de la aeronave.

En aviones no diseñados para volar al número crítico de Mach o por encima de él, las ondas de choque que se forman en el flujo de aire sobre el ala y el plano de cola son suficientes para hacer entrar en pérdida el ala, hacer que las superficies de control sean ineficaces o provocar la pérdida de control de la aeronave (como Mach Tuck, cuando las ondas de choque en el flujo de aire sobre el elevador hacen que la aeronave caiga en picado incontrolable). Estos fenómenos problemáticos que aparecen en el número de Mach crítico o por encima de él se conocieron como compresibilidad. La compresibilidad provocó una serie de accidentes que involucraron aviones militares y experimentales de alta velocidad en las décadas de 1930 y 1940.

Aunque se desconocía en ese momento, la compresibilidad fue la causa del fenómeno conocido como barrera del sonido. Los aviones militares subsónicos de la década de 1940, como el Supermarine Spitfire, el Bf 109, el P-51 Mustang, el Gloster Meteor, el He 162 y el P-80, tienen alas relativamente gruesas y no barridas y son incapaces de alcanzar Mach 1,0 en vuelo controlado. En 1947, Chuck Yeager voló el Bell X-1 (también con un ala no barrida, pero mucho más delgada), alcanzando Mach 1,06 y más, y finalmente se rompió la barrera del sonido.

Los primeros aviones militares transónicos, como el Hawker Hunter y el F-86 Sabre, fueron diseñados para volar satisfactoriamente incluso a velocidades superiores a su número crítico de Mach. No poseían suficiente empuje del motor para romper la barrera del sonido en vuelo nivelado, pero podían superar Mach 1,0 en picado sin dejar de ser controlables. Los aviones de pasajeros modernos, como los aviones Airbus y Boeing, tienen números de Mach operativos máximos más lentos que Mach 1,0.

Los aviones supersónicos, como el Concorde, el Tu-144, el English Electric Lightning, el Lockheed F-104, el Dassault Mirage III y el MiG 21, están diseñados para superar Mach 1,0 en vuelo nivelado y, por lo tanto, están diseñados con alas muy delgadas. . Sus números críticos de Mach son más altos que los de los aviones subsónicos y transónicos, pero aún son inferiores a Mach 1,0.

El número de Mach crítico real varía de un ala a otra. En general, un ala más gruesa tendrá un número de Mach crítico más bajo, porque un ala más gruesa desvía el flujo de aire que pasa a su alrededor más que un ala más delgada y, por lo tanto, acelera el flujo de aire a una velocidad más rápida. Por ejemplo, el ala bastante gruesa del P-38 Lightning tiene un número de Mach crítico de aproximadamente 0,69. En ocasiones, el avión podía alcanzar esta velocidad en picado, lo que provocaba una serie de accidentes. El ala mucho más delgada del Supermarine Spitfire le dio un número de Mach crítico considerablemente más alto (alrededor de 0,89).