La condición max q , o presión dinámica máxima , es el punto en el que el vuelo atmosférico de un vehículo aeroespacial alcanza la diferencia máxima entre la presión total dinámica de fluidos y la presión estática ambiental . Para un avión , esto ocurre a la velocidad máxima en la esquina de altitud mínima de la envolvente de vuelo . Para el lanzamiento de un vehículo espacial , esto ocurre en el punto de cruce entre la presión dinámica que aumenta con la velocidad y la presión estática que disminuye con el aumento de la altitud. Este es un factor de diseño importante de los vehículos aeroespaciales, ya que la carga estructural aerodinámica sobre el vehículo es proporcional a la presión dinámica.
La presión dinámica q se define en dinámica de fluidos incompresibles como
Para un automóvil que viaja a 56 millas por hora (90 km/h) al nivel del mar (donde la densidad del aire es de aproximadamente 0,0765 libras por pie cúbico (1,225 kg/m 3 ), [1] ) la presión dinámica en la parte delantera del automóvil es de 0,0555 libras por pulgada cuadrada (383 Pa), aproximadamente el 0,38% de la presión estática (14,696 libras por pulgada cuadrada (101 330 Pa) al nivel del mar).
Para un avión de línea que navega a 755 pies por segundo (828 km/h) a una altitud de 33.000 pies (10 km) (donde la densidad del aire es de aproximadamente 0,0258 libras por pie cúbico (0,413 kg/m 3 )), la presión dinámica sobre la parte delantera del avión es de 1,586 libras por pulgada cuadrada (10.940 Pa), aproximadamente el 41% de la presión estática (3,84 libras por pulgada cuadrada (26.500 Pa)).
Para el lanzamiento de un vehículo espacial desde la Tierra, la presión dinámica es:
Durante el lanzamiento, la velocidad del vehículo aumenta pero la densidad del aire disminuye a medida que el vehículo se eleva. Por lo tanto, según el teorema de Rolle , hay un punto donde la presión dinámica es máxima.
En otras palabras, antes de alcanzar el máximo q , el aumento de la presión dinámica debido al aumento de la velocidad es mayor que la disminución de la presión dinámica debido a la disminución de la densidad del aire, de modo que la presión dinámica neta (energía cinética opuesta) que actúa sobre la nave continúa aumentando. Después de pasar max q , ocurre lo contrario. La presión dinámica neta que actúa contra la nave disminuye más rápido a medida que la densidad del aire disminuye con la altitud que aumenta al aumentar la velocidad, y finalmente llega a 0 cuando la densidad del aire se vuelve cero.
Este valor es significativo, ya que es una de las condicionantes que determina la carga estructural que debe soportar el vehículo. Para muchos vehículos, si se lanzan a toda velocidad, las fuerzas aerodinámicas serían mayores de lo que pueden soportar. Por esta razón, a menudo se reduce el gas antes de acercarse al máximo q y se vuelve a acelerar después, para reducir la velocidad y, por tanto, la presión dinámica máxima encontrada durante el vuelo.
Durante el lanzamiento normal de un transbordador espacial , por ejemplo, se produjo un valor q máximo de 0,32 atmósferas a una altitud de aproximadamente 11 km (36.000 pies), aproximadamente un minuto después del lanzamiento. [2] Los tres motores principales del transbordador espacial se desaceleraron hasta aproximadamente el 65-72% de su empuje nominal (dependiendo de la carga útil) a medida que la presión dinámica se acercaba al máximo q ; [3] combinado con el diseño de grano propulsor de los propulsores de cohetes sólidos , que redujo el empuje al máximo q en un tercio después de 50 segundos de combustión, las tensiones totales sobre el vehículo se mantuvieron a un nivel seguro.
Durante una misión Apolo típica, la q máxima (también un poco más de 0,3 atmósferas) se produjo entre 13 y 14 kilómetros (43 000 a 46 000 pies) de altitud; [4] [5] Aproximadamente los mismos valores ocurren para el SpaceX Falcon 9 . [6]
El punto de max q es un hito clave durante el lanzamiento de un vehículo espacial, ya que es el punto en el que la estructura del avión sufre la máxima tensión mecánica.
