Este enunciado ha sido probado por nuestros especialistas así garantizamos la veracidad de este enunciado.
Solución:
No olvide que el avión se moverá hacia adelante, por lo que no depende de un llenado de vacío por delante de la hélice para suministrar aire a esta última.
Ahora me atrevo a decir que hay buenas razones de ingeniería por las que las hélices no son eficientes e incluso impracticables para vuelos supersónicos, pero no creo que haya una razón teórica fundamental de física que las descarte.
Una hélice, desde un punto de vista teórico, no es muy diferente de un chorro de turbina de gas o incluso de un cohete en la medida en que simplemente “lanza cosas hacia atrás”, empujando así el aire que arroja y siendo empujado hacia adelante a fuerza de la tercera ley de Newton. Si se le puede suministrar suficiente aire para lanzarlo hacia atrás (y creo que mi primera oración muestra que probablemente no haya escasez de suministro) y si puede impartir un impulso lo suficientemente alto al aire, entonces, en principio, no hay límite en cuanto a qué tan rápido el aire es lanzado hacia atrás por la hélice. ¿Qué sucede si se lanza hacia atrás a una velocidad superior a la del sonido? Bueno, en este caso habría un presión demasiada, lo que significa que habría una acumulación de aire allí, el aire se vuelve más denso y “más rígido”, y la velocidad local del sonido detrás de la hélice puede ser mucho mayor que la del aire circundante. A medida que la hélice hace esto, el aire sufrirá un fuerte aumento de temperatura adiabático. Llevando esta idea a su extremo lógico, observe que los motores de los cohetes arrojan gas detrás de ellos a aproximadamente 10 veces la velocidad del sonido. Es simplemente una cuestión de cuánto aceleras el gas; en principio, no hay diferencia si esta aceleración se logra mediante energía química o un gran murciélago golpeando el aire hacia atrás.
No físicamente, pero prácticamente hay (actualmente) mejores alternativas.
El problema limitante con las hélices es similar al problema limitante con los helicópteros: las hélices funcionan como secciones de ala en el sentido de que deben acelerar el flujo para trabajar; cuando estás cerca de la velocidad del sonido, esto significa que vas a causar que se formen descargas, y este problema es particularmente malo (en comparación con un turboventilador, por ejemplo) ya que las hélices funcionan acelerando un poco una gran masa de flujo, lo que significa que hace que sus hélices sean muy grandes y, por extensión, aumenta la longitud de su amortiguador; los choques dañan todo y también requieren una gran cantidad de energía para superarlos; a los aerodinámicos les gusta evitar los choques.
Editar: la información que falta aquí es que, si bien muchas personas entienden que, en un tubo 1D, el flujo se acelera como área de sección transversal disminuyehasta M=1 (conservación de masa) – lo que es menos conocido es que como el área de la sección transversal entonces aumenta, el flujo puede continuar acelerándose a M>1. Este es el resultado de la compresibilidad, entre otras cosas. Debido a esto, no hay un límite físico (inserte un gesto con la mano aquí, ciertamente existe uno, solo que no es aplicable en esta región) que no podemos exceder cuando aceleramos nuestro flujo con una sección del ala, por ejemplo, un apoyo. La cuestión es que, como siempre perdemos energía lentamente de nuestro flujo, en algún momento un flujo supersónico siempre volverá a las condiciones subsónicas, lo que sucede con un choque fuerte y violento, a través del cual una gran cantidad de energía se convierte de KE en calor.
Como resultado de una mejor comprensión en esta área, se espera que en las próximas décadas los aviones transónicos hagan la transición a diseños de turbohélice con hélices contrarrotatorias.
Una hélice puede funcionar a velocidades supersónicas porque a medida que se acerca a esas velocidades alcanza las moléculas de aire a medida que se mueve. Por lo tanto, no tiene que “esperar” a que las moléculas se muevan hacia el vacío que crea.
En otras palabras, el empuje de una hélice no llega a cero solo porque el avión alcanza una cierta velocidad.
Pero no es suficiente tener empuje. Necesitas “mucho” impulso…
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