En aerodinámica , el número de Mach crítico ( Mcr o M* ) de una aeronave es el número de Mach más bajo en el que el flujo de aire sobre algún punto de la aeronave alcanza la velocidad del sonido , pero no la supera. [1] En el número de Mach crítico más bajo , el flujo de aire alrededor de toda la aeronave es subsónico. Las aeronaves supersónicas 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 toda la aeronave es supersónico. [2]
En el caso de un avión en vuelo, la velocidad del flujo de aire alrededor del avión difiere considerablemente en algunos lugares de la velocidad aerodinámica 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 aerodinámica del avión alcanza el número crítico de Mach, la velocidad del flujo de aire en algunas áreas cercanas a la estructura del avión alcanza la velocidad del sonido, aunque el avión en sí tenga una velocidad aerodinámica inferior a Mach 1.0. Esto crea una onda de choque débil . A medida que el avión excede el número crítico de Mach, su coeficiente de resistencia aumenta repentinamente, lo que provoca un aumento drástico de la resistencia aerodinámica [3] 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 a un deterioro en el control del avión. [3]
En los aviones que no están diseñados para volar a un número de Mach crítico o superior, las ondas de choque que se forman en el flujo de aire sobre el ala y el estabilizador horizontal provocan un hundimiento del ala y pueden ser suficientes para hacer que el ala entre en pérdida , inutilice las superficies de control o provoque la pérdida de control del avión. Estos fenómenos problemáticos que aparecen a un número de Mach crítico o superior se atribuyeron finalmente a la compresibilidad del aire. La compresibilidad provocó una serie de accidentes en los que se vieron implicados aviones militares y experimentales de alta velocidad en los años 1930 y 1940.
El desafío de diseñar un avión que permaneciera controlable al acercarse y alcanzar la velocidad del sonido fue el origen del concepto conocido como la barrera del sonido . Los aviones subsónicos militares 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 sin flecha, y son incapaces de alcanzar Mach 1.0 en vuelo controlado. En 1947, Chuck Yeager voló el Bell X-1 (también con un ala sin flecha, pero mucho más delgada), alcanzando Mach 1.06 y más, y la barrera del sonido finalmente se rompió.
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 de Mach crítico. No poseían suficiente empuje del motor para alcanzar Mach 1.0 en vuelo nivelado, pero podían hacerlo en picado y seguir siendo controlables. Los modernos aviones a reacción con alas en flecha, como los aviones Airbus y Boeing , vuelan a velocidades aerodinámicas superiores a sus números de Mach críticos, pero tienen números de Mach operativos máximos inferiores a 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 de Mach críticos son superiores a los de los aviones subsónicos y transónicos, pero siguen siendo 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 mayor. Por ejemplo, el ala bastante gruesa del P-38 Lightning tiene un número de Mach crítico de aproximadamente 0,69. El avión podía alcanzar ocasionalmente esta velocidad en picado, lo que provocaba una serie de accidentes. El ala mucho más delgada del Supermarine Spitfire le daba un número de Mach crítico considerablemente más alto (aproximadamente 0,89).