VOLAR SUPERSÓNICO, PASADO, PRESENTE Y FUTURO

Por: Carlos Gómez-Mira

Volar supersónico era algo que en los años 30 del pasado siglo parecía imposible de alcanzar.

Lo curioso es que había teorías explicando que si se sobrepasaba esa velocidad llamada supersónica, el avión se destruiría, explotaría y morirían sus tripulantes… teorías extrañas de cuando se va a llegar a una barrera hasta el momento desconocida.

Hace unos siglos se decía que una máquina más pesada que el aire nunca podría volar ¿Pero entonces, por qué los pájaros que llegan a pesar unos cuantos kilos podían hacerlo?

Igualmente, si hablamos en relación a la velocidad supersónica, podría haber todas las teorías que se quisiera sobre lo que le pasaría a un aeroplano si volaba más rápido que el sonido, pero ¿a qué velocidad se desplazan las balas cuando salen del ánima de un cañón? Pues a velocidad supersónica y no se destruyen en el aire.

Desde el inicio de la aviación, fundamentalmente la rama militar de esta, los cazas han tratado de volar cada vez más rápido para tener una ventaja sobre sus oponentes y para escapar de los enemigos más fácilmente, pero las velocidades que se conseguían con relación a la velocidad del sonido eran relativamente modestas.

Todos conocen lo que es el número de Mach, y sabemos que el Mach 1 es la velocidad del sonido en el aire. Es un valor que se ha dado en recuerdo del físico y filósofo austriaco Ernst Mach que murió en 1917, es decir muchísimo antes de que hubiera un avión que volara a velocidades supersónicas.

Cerca del comienzo de la Segunda Guerra Mundial, los aviones de caza podían conseguir velocidades muy altas lanzándose en picado desde grandes alturas. Entonces se dieron cuenta que por las formas aerodinámicas de las alas, de partes del fuselaje o de la hélice, había zonas en donde el flujo de aire se aceleraba y podía llegar a velocidades superiores a la del sonido aunque el avión volara bastante más lento. Por primera vez los diseñadores y pilotos se enfrentaron a algo desconocido que pasaba en los aviones. Los mandos perdían sus características, había grandes vibraciones y la única manera de salir de esa situación era reducir la velocidad del avión.

Ya en la Segunda Guerra Mundial los aviones que volaban por encima de Mach 0.72 o 0.74, llegaban a ser ingobernables. Lo curioso es que la velocidad del sonido depende casi en su totalidad de la temperatura del aire. A gran altura en donde la atmósfera se encuentra entre los cincuenta y los sesenta grados bajo cero, la velocidad del sonido es algo más baja que a poca altura en donde las temperaturas son superiores. El resultado es que en un picado desde cerca de la estratosfera con el motor a fondo cuando el avión parecía absolutamente fuera de control, tan solo era necesario cortar motor para que en pocos segundos se saliera de la situación transónica y el avión volviera a volar normalmente.

El P-51 Mustang empezaba a sufrir esa situación a Mach 0,74, el Spitfire un poco antes. ¿Se pasó la barrera del sonido durante la Segunda Guerra Mundial?. Pues es posible. El Me-163 Komet, un interceptador propulsado por un motor cohete, llegaba a superar los 1.000 Km/h.

Se dice que el piloto alemán Rudy Opitz en 1944 llegó a volar a una velocidad medida de 1.123 Km/h. ¿Y eso era una velocidad supersónica? Pues depende de a que altura lo hizo y a que temperatura del aire. Si lo hizo cerca de la tropopausa y con una temperatura del aire de unos -54º centígrados entonces iría en supersónico, pero si lo hacía a baja altura y con temperatura de unos 20º sobre cero, iría a un Mach próximo a 0.98, es decir, estaría casi en el límite de la velocidad del sonido.

Cuando acabó la Segunda Guerra Mundial, Estados Unidos se propuso traspasar esa barrera mítica del Mach 1, pero también lo intentaron los ingleses de una manera distinta.

La RAF trató de hacerlo con aviones a reacción y mediante picados. Construyeron un aeroplano, el DH 108 Swallow, con una aerodinámica muy parecida a la del Me-163 Komet alemán. Un ala delta con mucha flecha. En una de las pruebas a Mach 0.9, el avión empezó a tener oscilaciones muy grandes en el mando de profundidad que llevaron a la rotura de las alas y a la muerte de su piloto Geoffrey de Havilland Jr. Al no poder salir de la maniobra.

Los Estados Unidos decidieron construir un avión experimental, el Bell X-1 propulsado por motores cohete que pensaban que pasaría la barrera del sonido volando a nivel o en ascenso de forma mucho más fácil, y si las cosas iban mal con parar los motores y tirar de la palanca de mando, en pocos segundos estaría fuera de esa situación peligrosa que se describía cerca de la famosa barrera del sonido.

Los vuelos los hacían en la base aérea de Muron, (hoy Edwards AFB), y dado que el combustible se acababa en menos de 4 minutos de vuelo, era imposible que el avión despegase del suelo y tuviera autonomía para hacer las pruebas correspondientes, así que decidieron que lanzarían el X-1 desde un avión bombardero B-29 que volase entre 20.000 y 30.000 pies de altura.

Empezaron el estudio con Chuck Yeager a los mandos desde Mach 0,85 subiendo de centésima en centésima la velocidad. El avión previendo lo que les había pasado a los ingleses en sus maniobras y aprendiendo de las roturas estructurales, estaba construido para poder soportar hasta 18 G.

Hasta Mach 0,94 todo fue bien, pero a partir de ahí se dieron cuenta de que el piloto se quedaba sin mando en el plano horizontal. La razón era que las ondas de choque enmascaraban el timón de profundidad y resolvieron el problema instalando un compensador que movía totalmente el estabilizador. A partir de ahí el avión volaba aceptablemente.

Tuvieron que ir solventando problemas menores según se presentaban, y uno de ellos era que el parabrisas se congelaba. Chuck Yeager decía que volar el X-1 era peor que estar en una nevera ya que detrás del piloto había un gran depósito de oxígeno líquido a una temperatura inferior a 200 grados bajo cero y también solía decir que casi lo más complicado del vuelo era cuando se desprendía del B-29, pues aunque éste trataba de volar a la mayor velocidad posible, el X-1 estaba en pérdida y tenía que picar perdiendo unos 1000 pies para alcanzar la velocidad de vuelo estable del avión cohete.

Por fin el día 14 de octubre de 1947, después de lanzar el X-1 a unos 20.000 pies para que tuviera algo más de velocidad indicada, y al encender los 4 motores cohete, el avión se puso a ascender y a unos 41.000 pies llegó a Mach 1,05. Un hecho histórico.

 

Pero queda la duda de si éste fue en realidad el primer vuelo supersónico.

Dos semanas antes, el 1 de octubre de 1947, el piloto de pruebas George Welch en el prototipo del F-86 Sabre, dicen que en un picado sobrepasó el Mach 1, pero después de toda la parafernalia montada con los vuelos del X-1, le dijeron que se callara y no dijera nada, dejando “la gloria” para Chuck Yeager.

¿Pudo ser eso posible? Yo tuve la fortuna de volar el F-86 Sabre en mis años mozos, y es cierto que si te subías a unos 41.000 pies, casi el techo práctico del avión, hacías una inversión y te lanzabas perpendicular al suelo con el motor a fondo, llegabas a ver en el “machometro”, (el instrumento que medía el número de Mach) la aguja por encima de Mach 1.

Recuerdo que a partir de Mach 0,94 o 0,95, casi perdías el mando de alabeo, el avión se volvía inestable pero no experimentabas vibraciones ni sensaciones raras. En el suelo se podía escuchar el estampido sónico.

¿Cómo se resolvió el problema de la falta de efectividad de los mandos, enmascarados por las ondas de choque? Pues a base de fabricar alas de un espesor muy pequeño, del orden del 4%, y en el mando de profundidad, haciendo que no hubiera estabilizador y timón de profundidad, tan solo una superficie móvil total, como podéis ver en todos los cazas supersónicos de hoy en día.

Mucha gente piensa que ese sonido que suena como una explosión, se produce cuando “rompes la barrera del sonido”, pues no es así, y trataré de explicarlo lo mejor posible a continuación.

Si tiramos una piedra en un estanque, desde donde se ha hundido la piedra, se forman unas ondas concéntricas que se desplazan relativamente despacio por la superficie del agua. Si navegamos con un barquito y vamos más rápido de lo que se desplazan las ondas en la superficie del agua, se forma una “estela” en la proa del barco. ¿Cómo notamos esa estela si estamos cerca de ella? Pues en una “ola” que va siguiendo al barco y se desplaza con él.

Veremos también, que hay como dos estelas, una que produce la proa y otra la popa. ¿Y de qué depende que la “estela” sea más grande o más pequeña? Pues del tamaño del barco, de la distancia a la que pase de la costa, si es que estamos en ella, de la velocidad de la nave etc.

Pues ahora cambiamos el barco por un avión, el agua por el aire y la costa por el terreno, y así un avión que se desplace más rápido que el sonido, va dejando detrás y a los costados como un cono, una “ola” que en este caso es un cambio brusco de presión en el aire, lo notamos como el sonido de una explosión. ¿Y de qué depende el volumen del ruido de esa explosión? Pues igual que en el agua el barco, el tamaño de éste, el tamaño del avión, la velocidad, “la distancia a la costa”, en este caso la altura de vuelo etc, siempre que un avión vuele en supersónico va dejando detrás una estela, un “boom sónico” que se desplaza detrás de él todo el tiempo que vaya a velocidad mayor que la del sonido.

Esta es la razón de por qué no dejaban volar en supersónico al Concorde sobre tierra, pues porque por encima del Atlántico solo afectaría a unos cuantos barcos, pero sobre el terreno iría dejando una explosión por todos los pueblos que fuera sobrevolando.

Vemos que después de los dos “petacazos” la estela del morro y la de la cola queda en el aire como una reverberación, algo parecido a cuando escuchamos un trueno. Como he dicho eso no es cuando se “rompe la barrera del sonido” es siempre que el avión se desplace supersónico.

El Concorde hubo un tiempo que hacía Londres-New York y después un salto New York-Miami, pero esa etapa la tenía que hacer volando a Mach 0,95, para no hacer saltar el “boom sónico”.

En mi andadura persona,l después del “apenas supersónico” Sabre, me vi volando un avión “bisónico” como el Mirage III y mucha gente me ha preguntado qué se siente al pasar la barrera del sonido. Pues la respuesta es prácticamente nada, no te quedas en silencio como algunos piensan, al revés, cada vez el ruido aerodinámico aumenta en la cabina al incrementarse la velocidad indicada.

Hay que tener en cuenta que Mach 2 a unos 36.000 pies son cerca de los 700 nudos lo que nos marca el anemómetro.

Lo único que me acuerdo es que en el Mirage III, cuando empezabas a volar por encima de Mach 1.6, en la cabina comenzaba a oler a pintura requemada debido a cómo se calentaba por el rozamiento del aire. A Mach 2 prácticamente la temperatura exterior se había incrementado en unos 200 grados, pasando de 55º bajo cero, que es lo que suele haber a la altura de la tropopausa, hasta unos 140º sobre cero.

Otra cosa curiosa es que en el momento que sobrepasas el Mach 1, al desplazarse la onda de Mach por las tomas estáticas lo notan los instrumentos de “aire” y el altímetro pega un salto de casi 1000 pies. También hay que decir que a medida que incrementabas el número de Mach, los mandos iban perdiendo efectividad, debido al enmascaramiento por las ondas de choque, y a Mach 2, “tirando” a fondo con el mando de profundidad apenas podías coger poco más de 2 G. También era debido a que cuando pasas a volar supersónico, el centro de presiones se desplaza “hacia atrás” bastante.

Volviendo a los aviones, a medida que la velocidad de los “intrusos” aumentaba de la misma forma tenía que irse incrementando la de los interceptadores. El F-104 por ejemplo, tan solo tenía como armamento los cañones y el misil Sidewinder, que había que lanzarlo persiguiendo al avión enemigo. Pero esto se acabó cuando se desarrollaron los misiles que no hacía falta dispararlos por detrás, sino de frente, con lo cual casi se podía decir que cuanto menos se corría, mejor, porque así habría una menor velocidad relativa entre los dos aviones. Por eso, la carrera desaforada por la velocidad desapareció y hoy día un F-18 o un F-16, no sobrepasan mucho más del Mach 1.6 y no se necesita más.

El cenit de esa carrera por la velocidad estuvo cuando se desarrolló el B-70 “Valkyria” con su Mach 3 y el avión diseñado para interceptarlo, el Mig 25. También el SR-71 era un diseño pensado para reconocer el terreno enemigo sin que te pudiesen derribar ya que su velocidad y su altura de vuelo era su salvaguarda. Hoy esa misión la hacen mucho más fácil los satélites.

Hace años tenía que dar un curso de Airbus 320 a una tripulación india que iba a la compañía Indigo. Como siempre antes de empezar el curso cogí el curriculum de los pilotos para ver su experiencia y su procedencia. Mi sorpresa fue cuando vi que los dos venían de las Fuerzas Aéreas Indias, uno de ellos con bastantes horas en el Mig 21 y el otro, según decían los papeles, ¡era el último “wing commander” del escuadrón de Mig 25! un avión que podía volar a más de Mach 3 y a 100.000 pies de altura.Ni que decir tiene que yo le di el curso de A-320, pero él casi me dio el curso para volar el Mig 25.

Podría escribir un manual con todo lo que aprendí de este avión, pero como cosas curiosas diré que aunque podía volar a más de Mach 3, el problema era que si la temperatura de impacto, es decir la temperatura exterior más el aumento que experimentaba por el rozamiento del aire con la velocidad, sobrepasaba los 400º, que era cerca del Mach 2,8, los motores cuando llegabas al suelo se tenían que desechar ya que por el calor tan enorme que sufrían, los álabes del compresor estaban casi destruidos. Este es el problema del vuelo a muy altas velocidades, la conocida como “la barrera del calor” que no es tal, pues cuanto más deprisa vayas, más se calienta. Con el X-15, llegaron a volar a Mach 6,5 y el avión quedó casi totalmente para tirarlo a la basura debido a las temperaturas alcanzadas en su estructura por el rozamiento del aire.

El Concorde salió en un mal momento, justo cuando empezaba la crisis del petróleo. Como decían los franceses, este avión era “un exploit technique mais un échec economique” es decir una hazaña técnica pero un fracaso económico.

Un avión muy innovador para su tiempo, fly by wire, capaz de volar horas a Mach 2. ¿Se puede intentar otro Concorde mejorado hoy día? Yo creo que no tendría demasiado éxito. Ahora lo que priva es la economía, el “low cost”. Los que se llevan el gato al agua son las aerolíneas que a base de volar casi a long range y gastar lo mínimo en su operación con prácticas digamos no muy legales, pueden vender billetes de avión que salen casi más baratos que ir al aeropuerto en taxi.

¿Hay gente dispuesta a pagar unas sumas enormes de dinero por volar más rápido? Pues es posible, pero quedaría por resolver el problema del ruido. Si nada más que te van a dejar volar en supersónico sobre el mar, has perdido gran cantidad de tu operatividad. Los proyectos que hay ahora son para aviones pequeños como los ejecutivos, que serían más factibles y si vuelan muy altos es posible que si consiguieran que el ruido disminuyese en gran manera. Cuanto más pequeño el avión, y volando más alto, pues menos ruido.

Para un futuro muy lejano se nos presentan los aviones propulsados por el Scramjet, un motor que es casi como un estatorreactor, pero que funciona en régimen supersónico. Los motores de reacción normales, funcionan internamente en régimen subsónico.

Un avión con esos motores podría volar incluso por encima de los 100.000 pies en donde el impacto del rozamiento del aire fuera muy poco determinante y así cruzar el Atlántico en menos de dos horas a números de Mach altísimos.

Veremos lo que nos depara el futuro, aunque de momento creo seguiremos volando como mucho a Mach 0.86.