Mach tuck es un efecto aerodinámico por el cual el morro de un avión tiende a inclinarse hacia abajo a medida que el flujo de aire alrededor del ala alcanza velocidades supersónicas . Esta tendencia al buceo también se conoce como esconderse hacia abajo . [1] El avión experimentará este efecto por primera vez a una velocidad significativamente inferior a Mach 1. [2]
El mach-tuck generalmente es causado por dos cosas: un movimiento hacia atrás del centro de presión del ala y una disminución en la velocidad de descenso del ala en el plano de cola , los cuales causan un momento de cabeceo con el morro hacia abajo. [ cita necesaria ] Para el diseño de una aeronave en particular, solo uno de estos puede ser significativo al causar una tendencia a hundirse - ejemplo, una aeronave con alas delta sin plano de proa ni plano de cola en el primer caso, y el Lockheed P-38 [ 3] en el segundo caso. Alternativamente, un diseño particular puede no tener una tendencia significativa, como la beca Fokker F28 . [4]
A medida que un perfil aerodinámico que genera sustentación se mueve a través del aire, el aire que fluye sobre la superficie superior acelera a una velocidad local más alta que el aire que fluye sobre la superficie inferior. Cuando la velocidad del avión alcanza su número crítico de Mach, el flujo de aire acelerado alcanza localmente la velocidad del sonido y crea una pequeña onda de choque, aunque el avión todavía viaja por debajo de la velocidad del sonido. [5] La región delante de la onda de choque genera una gran elevación. A medida que el avión vuela más rápido, la onda de choque sobre el ala se vuelve más fuerte y se mueve hacia atrás, creando una gran sustentación más atrás a lo largo del ala. Es este movimiento de sustentación hacia atrás lo que hace que la aeronave se doble o se incline con el morro hacia abajo.
La severidad del plegado de Mach en cualquier diseño determinado se ve afectada por el grosor del perfil aerodinámico, el ángulo de barrido del ala y la ubicación del plano de cola en relación con el ala principal.
Un plano de cola colocado más atrás puede proporcionar un mayor momento de estabilización de cabeceo.
La curvatura y el grosor del perfil aerodinámico afectan el número de Mach crítico, y una superficie superior más curvada provoca un número de Mach crítico más bajo.
En un ala en flecha, la onda de choque normalmente se forma primero en la raíz del ala , especialmente si está más curvada que la punta del ala . A medida que aumenta la velocidad, la onda de choque y la sustentación asociada se extienden hacia afuera y, a medida que el ala se mueve, hacia atrás.
El flujo de aire cambiante sobre el ala puede reducir la corriente descendente sobre un plano de cola convencional, promoviendo un momento de cabeceo más fuerte con el morro hacia abajo.
Otro problema con un estabilizador horizontal independiente es que él mismo puede lograr un flujo supersónico local con su propia onda de choque. Esto puede afectar el funcionamiento de una superficie de control de ascensor convencional.
Las aeronaves sin suficiente autoridad de elevación para mantener el equilibrio y el nivel de vuelo pueden entrar en una caída pronunciada, a veces irrecuperable. [6] Hasta que el avión sea supersónico, la onda de choque superior más rápida puede reducir la autoridad del elevador y de los estabilizadores horizontales . [7]
Mach tuck puede ocurrir o no dependiendo del diseño de la aeronave. Muchos aviones modernos tienen poco o ningún efecto. [8]
A veces la recuperación es imposible en aviones subsónicos; sin embargo, a medida que una aeronave desciende a un aire más bajo, más cálido y más denso, la autoridad de control (es decir, la capacidad de controlar la aeronave) puede regresar porque la resistencia tiende a desacelerar la aeronave mientras que la velocidad del sonido y la autoridad de control aumentan.
Para evitar que la pérdida de Mach progrese, el piloto debe mantener la velocidad aérea por debajo del número de Mach crítico del tipo reduciendo el empuje , extendiendo los frenos de aire y, si es posible, extendiendo el tren de aterrizaje .
Se utilizan varias técnicas de diseño para contrarrestar los efectos del Mach tuck.
Tanto en la configuración del plano de cola convencional como en el plano de proa canard , el estabilizador horizontal puede hacerse lo suficientemente grande y potente para corregir los grandes cambios de compensación asociados con el plegado Mach. En lugar de la superficie de control del ascensor convencional, todo el estabilizador puede hacerse móvil o "totalmente volador", a veces llamado estabilizador . Esto aumenta la autoridad del estabilizador en un rango más amplio de cabeceo de la aeronave, pero también evita los problemas de control asociados con un elevador separado. [7]
Los aviones que vuelan en modo supersónico durante períodos prolongados, como el Concorde , pueden compensar el retroceso de Mach moviendo combustible entre los tanques en el fuselaje para cambiar la posición del centro de masa para que coincida con la ubicación cambiante del centro de presión, minimizando así la cantidad de Se requiere ajuste aerodinámico.
Un trimmer de Mach es un dispositivo que varía el trim de cabeceo automáticamente en función del número de Mach para oponerse al retroceso de Mach y mantener el vuelo nivelado.
Los cazas más rápidos de la Segunda Guerra Mundial fueron los primeros aviones en experimentar el Mach Tuck. Sus alas no fueron diseñadas para contrarrestar la plegado de Mach porque la investigación sobre perfiles aerodinámicos supersónicos apenas estaba comenzando; En el ala estaban presentes áreas de flujo supersónico, junto con ondas de choque y separación de flujo [9] . Esta condición se conocía en ese momento como burbujeo de compresibilidad y se sabía que existía en las puntas de las hélices a altas velocidades de los aviones. [10]
El P-38 fue uno de los primeros cazas de 400 mph y sufrió más problemas iniciales que los habituales. [11] Tenía un ala gruesa y de gran elevación, distintivos brazos gemelos y una única góndola central que contenía la cabina y el armamento. Rápidamente aceleró hasta alcanzar la velocidad terminal en picado. El fuselaje corto y rechoncho tuvo un efecto perjudicial al reducir el número de Mach crítico de la sección central del ala de 15% de espesor con altas velocidades sobre la cubierta que se sumaban a las de la superficie superior del ala. [12] La reducción de Mach se produjo a velocidades superiores a Mach 0,65; [3] el flujo de aire sobre la sección central del ala se volvió transónico , provocando una pérdida de sustentación. El cambio resultante en la corriente descendente en la cola provocó un momento de cabeceo con el morro hacia abajo y la inmersión se hizo más pronunciada (Mach tuck). La aeronave estaba muy estable en estas condiciones [3], lo que dificultaba mucho la recuperación de la inmersión.
Se agregaron flaps de recuperación de buceo (auxiliares) [13] en la parte inferior del ala (P-38J-LO) para aumentar la sustentación del ala y la corriente descendente en la cola para permitir la recuperación de inmersiones transónicas.
Este artículo incorpora material de dominio público de Manual de vuelo de aviones. Gobierno de Estados Unidos . Este artículo incorpora material de dominio público del Manual de conocimientos aeronáuticos del piloto. Gobierno de Estados Unidos .