estampido supersónico

Un boom sónico es un sonido asociado con ondas de choque creadas cuando un objeto viaja por el aire más rápido que la velocidad del sonido . Los estallidos sónicos generan enormes cantidades de energía sonora , que suena similar a una explosión o un trueno en el oído humano. El chasquido de una bala supersónica que pasa por encima o el chasquido de un látigo son ejemplos de un boom sónico en miniatura. [2]

Los estallidos sónicos debidos a grandes aviones supersónicos pueden ser particularmente fuertes y alarmantes, tienden a despertar a las personas y pueden causar daños menores a algunas estructuras. Condujeron a la prohibición de vuelos supersónicos rutinarios sobre tierra. Aunque no se pueden prevenir por completo, la investigación sugiere que con una configuración cuidadosa del vehículo, las molestias debidas a las explosiones sónicas pueden reducirse hasta el punto de que el vuelo supersónico por tierra puede convertirse en una opción factible. [3] [4]

Un boom sónico no ocurre solo en el momento en que un objeto cruza la velocidad del sonido; y tampoco se escucha en todas las direcciones que emana del objeto supersónico. Más bien, el auge es un efecto continuo que se produce mientras el objeto se desplaza a velocidades supersónicas. Pero solo afecta a los observadores que están posicionados en un punto que se cruza con una región en forma de cono geométrico detrás del objeto. A medida que el objeto se mueve, esta región cónica también se mueve detrás de él y cuando el cono pasa sobre el observador, experimentan brevemente el boom .

Cuando un avión pasa por el aire, crea una serie de ondas de presión delante y detrás del avión, similares a las ondas de proa y popa creadas por un barco. Estas ondas viajan a la velocidad del sonido y, a medida que aumenta la velocidad del objeto, las ondas se juntan o se comprimen porque no pueden apartarse entre sí con la suficiente rapidez. Eventualmente se fusionan en una sola onda de choque, que viaja a la velocidad del sonido, una velocidad crítica conocida como Mach 1 , y es de aproximadamente 1.235 km / h (767 mph) al nivel del mar y 20 ° C (68 ° F).

En vuelo suave, la onda de choque comienza en la nariz del avión y termina en la cola. Debido a que las diferentes direcciones radiales alrededor de la dirección de viaje de la aeronave son equivalentes (dada la condición de "vuelo suave"), la onda de choque forma un cono de Mach , similar a un cono de vapor , con la aeronave en su punta. La mitad del ángulo entre la dirección de vuelo y la onda de choque viene dada por:

donde es el inverso del número de Mach del avión ( ). Por tanto, cuanto más rápido viaja el avión, más fino y puntiagudo es el cono.

La fuente de sonido viaja a 1,4 veces la velocidad del sonido (Mach 1,4). Dado que la fuente se mueve más rápido que las ondas sonoras que crea, lidera el frente de onda que avanza.
Un boom sónico producido por un avión que se mueve a M = 2,92, calculado a partir del ángulo del cono de 20 grados. Los observadores no escuchan nada hasta que la onda de choque, en los bordes del cono, cruza su ubicación.
Ángulo del cono de Mach
Datos de la NASA que muestran la firma de la onda N. [1]
Onda de choque cónica con su zona de contacto con el suelo en forma de hipérbola en amarillo
En el Centro de Investigación Glenn de la NASA se está realizando una nueva investigación que podría ayudar a aliviar el boom sónico producido por los aviones supersónicos. Las pruebas se completaron en 2010 de un modelo de entrada supersónica de baja pluma a gran escala con control de flujo de microarreglo. Aquí se muestra a un ingeniero aeroespacial de la NASA en un túnel de viento con el modelo de entrada supersónica a gran escala de baja pluma.
NASA F-5E modificado para pruebas de explosión sónica DARPA
Una fuente puntual que emite frentes esféricos mientras aumenta su velocidad linealmente con el tiempo. Durante períodos breves, el efecto Doppler es visible. Cuando v  =  c , el boom sónico es visible. Cuando v  >  c , el cono de Mach es visible.
Un látigo australiano