El Delta Dagger y la regla del área

A fines de los años 40 y principios de los 50 el diseño de aeronaves pasó completamente de aviones a hélice a aviones con turborreactor, algo inevitable que otorgó a la aviación velocidades fantásticas.

Lamentablemente los diseñadores empezaron a encontrarse con algunos límites propios de la ignorancia de un campo totalmente nuevo para ellos: el vuelo supersónico. Aun habiendo quebrado la barrera del sonido ¿Cómo funcionaba?

Estaban en pleno diseño de un avión cuando se toparon con una enorme pared, algo no los dejaba volar más allá de la barrera del sonido aun con un motor super potente...

El avión en cuestión era un interceptor de alta velocidad, el F-102 Delta Dagger, pero ¿Cómo podría ser de alta velocidad si no lograba alcanzar y superar Mach 1?

Con este problema se encontraron durante el trabajo en el primer prototipo, el YF-102 el cual, en la medida que se acercaba a Mach 1 se iba tornando más y más difícil bloqueándolo en Mach 0.98 ¿Qué estaba sucediendo?

El primer prototipo voló en Octubre de 1953 pero se perdió en un accidente, en enero voló el segundo y notaron que la performance era horrible, sufría de mucho arrastre transónico y aun a una altitud de 14.600 metros no superaba el Mach 0.98.

La regla del área

Otto Frenzl, un ingeniero alemán, había descubierto la razón unos cuantos años antes cuando estaba trabajando, en medio de la Segunda Guerra Mundial, en diseños de aviones de alta velocidad.

Notó que si se achicaba la silueta del carenado de los motores el diseño que estaban probando podía pasar de Mach 0.72 a 0.77 y luego de presentar un paper con el nombre "Anordnung von Verdrängungskörpern beim Hochgeschwindigkeitsflug" hasta le otorgaron una patente en 1944.

Sus ideas se usaron en diseños de futuros aviones que nunca vieron la luz como el Messerschmitt P.1112, el P.1106 y el Focke-Wulf 1000x1000x1000.

Otro ingeniero tomó la idea, Dietrich Küchemann, y diseñó el fuselaje con forma de botella de Coca Cola. Esto pasó a los EEUU una vez capturado todo el material y diseños.

En 1947 Wallace D. Hayes publicó la regla del área en 1947 para CalTech, pero fue Richard T. Whitcomb quien la redescubrió para la NACA, la predecesora de la NASA, y por eso en ese país lleva su nombre.

El problema que todos habían encontrado es que la velocidad local del flujo de aire, a velocidades transónicas, puede alcanzar la velocidad del sonido alrededor del cuerpo y alas del avión. La velocidad a la que esto ocurre se llama "Mach crítico" y cada avión tiene su propio coheficiente.

Las ondas de choque resultantes que se forman en estos puntos del flujo sónico pueden dar como resultado un aumento repentino de la resistencia "resistencia de la onda".

Pero si el área de la sección transversal va cambiando suavemente se contrarresta este efecto.

Por ende la regla dice que el avión debe tener distribuida la misma área de sección transversal por todo el cuerpo así tiene el mismo arrastre de onda, no importa cómo lo distribuyas, el área de una "feta" de avión debe tener el mismo tamaño.

Por ende, donde va el ala, si se estrecha el fuselaje y se mantiene el área, no se provocará el efectoy habrá menos turbulencia.

Una vez superada la velocidad del sonido la regla del área se mantiene, ademas afecta también la fecha en la que se diseñen las alas.

Pueden leer más en detalle, y mejor explicado, aquí.

El F-102A

Los diseñadores resolvieron el problema del F-102 cambiando completamente la forma del cuerpo del avión, así el nuevo fuselaje tenía una "cintura" más estilizada.

El resultado fue inmediato, la forma de "botella de coca-cola", mejores tomas de aire, cambio en la forma de la cabina, las alas, un motor más potente, y voló el 20 de Diciembre de 1954, apenas 118 días después del comienzo de su rediseño.

Ese mismo día pasó Mach 1.

A unos 16.154 metros la velocidad era de Mach 1.22 y gracias a ello la USAF aprobó la producción del avión.

Poco tiempo después diseñaron una nueva versión mejorada con todo lo aprendido en el F-102, el F-106 Delta Dart. Este nuevo avión alcanzaba Mach 2.3 como máximo.

En esos mismos años muchos aviones lograron Mach 2 sin problemas, el detalle es que no todos sabían completamente cómo eran las ondas de choque, para 1956 todo diseñador ya había adoptado una regla similar, algo que muchos descubrieron al mismo tiempo por la misma necesidad.

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Comentarios

  • Ariel    

    Tardaron mucho porque nadie tenia conocimiento de la "Ciencia Cuantica"

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  • Danbat    

    No puedo creer que gracias a ésto "Por ende la regla dice que el avión debe tener distribuida la misma área de sección transversal por todo el cuerpo así tiene el mismo arrastre de onda, no importa cómo lo distribuyas, el área de una "feta" de avión debe tener el mismo tamaño." finalmente pude entender la Regla del Área.

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    • jaja estaba buscando una forma de explicarlo, si el cono transónico no choca con una parte más gruesa fluye mejor, así que cada feta (luego del cono) tiene que tener la misma área, y funciona!

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  • Chino    

    Apologia a las fetas
    - Buenas tardes, que le doy?
    - Dame 350gr de F-102. Te queda del F-106? Buendo, agregame 200gr mas

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  • Pablo    

    Buenísimo lo de las fetas de avión, es hora de retomar el Kerbal .

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  • Nunca me lo hubiera imaginado :O :O

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  • Mauro    

    "Anordnung von Verdrängungskörpern beim Hochgeschwindigkeitsflug" :D:D:D:D:D:D

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