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Una aeronave subsónica es una aeronave con una velocidad máxima inferior a la velocidad del sonido ( Mach 1). El término describe técnicamente una aeronave que vuela por debajo de su número de Mach crítico , normalmente alrededor de Mach 0,8. Todas las aeronaves civiles actuales, incluidos los aviones de pasajeros , los helicópteros , los futuros drones de pasajeros , los vehículos aéreos personales y los dirigibles , así como muchos tipos militares, son subsónicos.
Aunque las velocidades altas suelen ser deseables en un avión, el vuelo supersónico requiere motores mucho más grandes, un mayor consumo de combustible y materiales más avanzados que el vuelo subsónico. Por lo tanto, un tipo subsónico cuesta mucho menos que el diseño supersónico equivalente, tiene mayor alcance y causa menos daño al medio ambiente.
El entorno subsónico menos duro también permite una gama mucho más amplia de tipos de aeronaves, como globos , dirigibles y helicópteros , lo que les permite cumplir una gama mucho más amplia de funciones.
El vuelo subsónico se caracteriza aerodinámicamente por un flujo incompresible, en el que los cambios de presión dinámica debidos al movimiento a través del aire hacen que el aire fluya desde áreas de alta presión dinámica hacia áreas de menor presión dinámica, manteniendo constante la presión estática y la densidad del aire circundante. A altas velocidades subsónicas, comienzan a aparecer los efectos de compresibilidad. [1]
La hélice es una de las fuentes de empuje más eficientes disponibles y es común en los aviones y dirigibles subsónicos . A veces está encerrada en forma de ventilador entubado . A velocidades subsónicas más altas y a grandes altitudes , como las que alcanzan la mayoría de los aviones de pasajeros , se hace necesario el turborreactor o turbofán . Los reactores puros, como el turborreactor y el estatorreactor, son ineficientes a velocidades subsónicas y no se utilizan a menudo.
Tanto la envergadura como el área de un ala son importantes para las características de sustentación . Están relacionadas por la relación de aspecto , que es la relación entre la envergadura, medida de punta a punta, y la cuerda promedio , medida desde el borde de ataque hasta el borde de salida.
La eficiencia aerodinámica de un ala se describe por su relación sustentación/resistencia , siendo más eficiente un ala que proporcione una sustentación alta con poca resistencia . Una relación de aspecto más alta proporciona una relación sustentación/resistencia más alta y, por lo tanto, es más eficiente. [2]
La resistencia de un ala consta de dos componentes: la resistencia inducida , que está relacionada con la producción de sustentación , y la resistencia del perfil , debida en gran medida a la fricción superficial a la que contribuye toda la superficie del ala. [3] Por lo tanto, es deseable que un ala tenga la menor superficie compatible con las características de sustentación deseadas. Esto se logra mejor con una relación de aspecto alta, y los modelos de alto rendimiento a menudo tienen este tipo de ala.
Pero otras consideraciones, como el peso ligero, la rigidez estructural, la maniobrabilidad, el manejo en tierra, etc., suelen beneficiarse de una envergadura más corta y, en consecuencia, de unas alas menos eficientes. Los aviones de aviación general pequeños y de baja altitud suelen tener relaciones de aspecto de seis o siete; los aviones de pasajeros, de doce o más; y los planeadores de alto rendimiento, de treinta o más.
A velocidades superiores al número crítico de Mach, el flujo de aire comienza a volverse transónico y, en algunos lugares, el flujo de aire local provoca la formación de pequeñas ondas de choque sónicas. Esto pronto conduce al estancamiento por choque , lo que provoca un rápido aumento de la resistencia. [4] Las alas de las naves subsónicas rápidas, como los aviones a reacción, tienden a estar en flecha para retrasar la aparición de estas ondas de choque.
En teoría, la resistencia inducida es mínima cuando la distribución de sustentación a lo largo de la envergadura es elíptica. Sin embargo, hay varios factores que influyen en la resistencia inducida y, en la práctica, un ala con una forma elíptica, como la del caza Supermarine Spitfire de la Segunda Guerra Mundial, no es necesariamente la más eficiente. Las alas de los aviones de reacción, que están altamente optimizadas para lograr una mayor eficiencia, distan mucho de tener una forma elíptica.
La relación entre la cuerda de la punta y la cuerda de la raíz se denomina relación de conicidad. La conicidad tiene el efecto deseable de reducir la tensión de flexión de la raíz al desplazar la sustentación hacia el interior, pero algunos diseñadores destacados, entre ellos John Thorp y Karl Bergey, han sostenido que una forma rectangular sin conicidad es mejor para aviones de menos de 6000 libras de peso bruto.