SI STE M AS DE D E B OMB E O.”
“
CATEDRATICO: G er ar do Santo Santos Ve V entura CARRERA: I ng. Petr Petr oler ler a “Numero de Mach”
AL A L UMN UM N O: Ja J avi er Ávalo Ávaloss R amí r ez AUL A ULAA : K _54 _54 HORARIO: 09:: 00 09 00AA M-1 M- 10:00 AM PE RI ODO: E NE -JUN -JUN 2017
Numero de Mach El Número Mach (M), es una medida de velocidad relativa que se define como el cociente entre la velocidad de un objeto y la velocidad del sonido en el medio en que se mueve dicho objeto. Es un número adimensional típicamente usado para describir la velocidad de los aviones. Mach 1 equivale a la velocidad del sonido (La velocidad del sonido en el aire a una temperatura de 20 °C es de 344,2 m/s), Mach 2 es dos veces la velocidad del sonido, etc. La utilidad del número de mach reside en que permite expresar la velocidad de un objeto no de forma absoluta en km/h o m/s, sino tomando como referencia la velocidad del sonido, algo interesante desde el momento en que la velocidad del sonido cambia dependiendo de las condiciones de la atmósfera. Por ejemplo, cuanto mayor sea la altura sobre el nivel del mar o menor la temperatura de la atmósfera, menor es la velocidad del sonido. De esta manera, no es necesario saber la velocidad del sonido para saber si un avión que vuela a una v elocidad dada la ha superado: basta con saber su número de mach. El parámetro que determina el comportamiento de la aeronave es el Número de Mach =
siendo vs la velocidad de la fuente respecto al aire y c la velocidad del sonido, que en aire seco a 20°C es de 343 m/s (1235 km/h). Dependiendo del valor del número de Mach, tenemos una clasificación elemental para el movimiento de una fuente puntual en diferentes regímenes:
Clasificación de flujo de acuerdo con el número de Mach
Para valores de Mach menores a 0.3, los cambios de d ensidad son solamente del entorno del 2% ante variaciones de presión, por lo tanto, fluidos con Mach menor que 0.3 se consideran incompresibles. En líquidos, la velocidad del sonido es alta, por lo tanto, el Mach es pequeño, siendo fluidos incompresibles. Según su número de Mach, los fluidos compresibles se pueden clasificar en:
Fluidos subsónicos: con Mach menor que 1.
Fluidos sónicos: Mach igual a 1.
Fluidos supersónicos: con Mach mayor a 1.
En una clasificación más completa, tenemos:
Flujo incompresible: Mach menor que 0.3.
Flujo subsónico: Mach entre 0.3 y 0.8.
Flujo sónico: Mach es igual a 1.0
Flujo transónico: Mach entre 0.8 y 1.2
Flujo supersónico: Mach entre 1.2 y 5.0
Flujo hipersónico. Mach mayor que 5.0
Prácticamente incompresible: M < 0.3 en cualquier parte del flujo. Las variaciones de densidad debidas al cambio de presión pueden ser despreciadas. El gas es compresible pero la densidad puede ser considerada constante. Flujo subsónico: M > 0.3 en alguna parte del flujo, pero no excede 1 en ninguna parte. No hay ondas de choque en el flujo. Flujo transónico: 0.8 ≤ M ≤ 1.2. Hay ondas de choque que conducen a un rápido incremento de la fricción y éstas separan regiones subsónicas de hipersónicas dentro del flujo. Debido a que normalmente no se pueden distinguir las partes viscosas y no viscosas este flujo es difícil de analizar.
Flujo supersónico: 1.2 < M ≤ 5. Normalmente hay ondas de choque, pero ya no hay regiones subsónicas. El análisis de este flujo es menos complicado. Flujo hipersónico: M > 5. Los flujos a velocidades muy grandes causan un calentamiento considerablemente grande en las capas cercanas a la frontera del flujo, causando disociación de moléculas y otros efectos químicos.
La razón de que no haya una clasificación sencilla en subsónico/supersónico es que una aeronave no es un objeto puntual, y su velocidad respecto al aire que la rodea varía de punto a punto de la aeronave, de forma que es perfectamente posible que las alas se encuentren en régimen supersónico mientras que el fuselaje está en régimen subsónico. Además, la mecánica del vuelo es diferente dependiendo de cuánto mayor que la velocidad del sonido es la velocidad de la nave. Para qué se utiliza el número de Mach
Los números Mach 1, Mach 2, Mach 3, etc. se utilizan para indicar la velocidad de un avión u objeto en comparación con la velocidad del sonido. Mach 2, por ejemplo, significa que el avión vuela a dos veces la velocidad del sonido. Recuerda, la velocidad del sonido puede cambiar según las condiciones de la atmósfera. Un avión que vuela a baja altura a una velocidad de Mach 0.8 tendrá el mismo comportamiento del flujo del aire sobre las alas que el mismo av ión volando a grandes alturas a Mach 0.8. La velocidad del sonido disminuye conforme la altura aumenta; por lo tanto, para que el avión que vuela a una altura más alta viaje a Mach 0.8, su velocidad deberá ser menor que la del avión que vuela a una altura más baja. El comportamiento del flujo del aire alrededor de las alas o áreas superficiales, sin embargo, será igual en ambos aviones. El flujo del aire sobre un ala cambia drásticamente cuando la velocidad del avión se aproxima a Mach 1.0. Hay diversos procedimientos matemáticos que se utilizan para calcular el comportamiento del flujo del aire.
Es interesante ver qué le sucede al flujo del aire a medida que un aeroplano se acerca a Mach 1.0. A velocidades subsónicas, las ondas de presión cambiante que se originan alrededor del avión se propagan en todas direcciones a la velocidad del sonido correspondiente a la altitud a la que viaja el avión. Conforme el avión vuela más rápidamente y se acerca al régimen transónico (aún por debajo de Mach 1.0), la velocidad de las ondas que se propagan delante del avión no es mucho mayor que la velocidad del propio avión. Cuando se alcanza la barrera del sonido, Mach = 1.0, el frente de las ondas acústicas y el avión viajan a la misma velocidad.
Un F-18 rompiendo la barrera del sonido. Cortesía de la US Navy.
Conforme la velocidad del avión aumenta y rebasa la velocidad del sonido (un número de Mach superior a 1.0), las ondas se comprimen formando una especie de envoltura cónica alrededor del avión. Las condiciones de la corriente de aire delante del avión no cambian hasta que el avión pasa ahí. Solamente la región que se encuentra dentro d el cono es afectada por el avión.
Bibliografías.
https://albaaspas.wordpress.com/2015/02/27/numero-de-mach/ http://enroquedeciencia.blogspot.mx/2010/02/que-es-un-mach.html http://enroquedeciencia.blogspot.mx/2010/02/que-es-un-mach.html
