Ejercicios sonido 22.1-22.15

¿Cómo funciona un helicóptero?

El helicóptero

Es una aeronave sustentada, a diferencia de las aeronaves de ala fija, por un conjunto de alas giratorias, más conocido como rotor, situado en la parte superior del aparato. Esta aeronave es propulsada horizontalmente mediante la inclinación del rotor y la variación del ángulo de ataque de sus palas. La palabra helicóptero proviene de las griegas helix (hélice) y pteron (ala), y fue acuñado en 1863 por el pionero de la aviación francés Gustave Ponton d'Amécourt, por lo que deriva del francés hélicoptère («ala en hélice»).

La idea del helicóptero es muy anterior a la del autogiro, inventado por el español Juan de la Cierva, aeronave con la que tiene sólo cierta similitud externa. Sin embargo, los primeros helicópteros pagaron patente y derechos de utilización del rotor articulado, original del ingeniero español. También se tomaron ideas del genio italiano Leonardo da Vinci


pero el inventor del primer helicóptero pilotado y motorizado fue el eslovaco Jan Bahyl.
El primer aparato controlable totalmente en vuelo y producido en cadena fue fabricado por Igor Sikorsky en 1942.Comparado con otros tipos de aeronave como el avión, el helicóptero es mucho más complejo, tiene un mayor coste de fabricación, uso y manuntención, es relativamente lento, tiene menos autonomía de vuelo y menor capacidad de carga. No obstante, todas estas desventajas se ven compensadas por otras de sus características, como su gran maniobrabilidad y la capacidad de mantenerse estático en el aire, girar sobre sí mismo y despegar y aterrizar verticalmente. Si no se consideran aspectos tales como la posibilidad de repostaje o las limitaciones de carga y de altitud, un helicóptero puede viajar a cualquier lugar y aterrizar en cualquier sitio que tenga la suficiente superficie (dos veces la ocupada por el aparato).

¿Cómo funciona un Scramjet?

Un simple tubo vacío....

La idea básica de René Lorin era un tubo que mientras va absorbiendo aire lo comprime por la misma presión generada por su velocidad y el diseño aerodinámico del interior, entonces se le suministra un combustible que reacciona con el oxigeno y la combustión crea la expansión, el flujo, que impulsaba la nave. Un “simple” ciclo de compresión, combustión, y expansión que permite alcanzar altísimas velocidades, sin ninguna parte móvil necesaria para la compresión, y con un altísimo rendimiento. Siendo mecánicamente sencilla la mayor complejidad se encuentra en su diseño aerodinámico del que depende todo.

Ejemplo de una Turbina Ramjet

Podemos ver el diseño de un reactor ramjet, el aire entra a velocidades supersónicas por la boca del reactor, nada más entrar es necesario reducir su velocidad hasta niveles subsónicos por medio de difusión aerodinámica creada por el istmo y el difusor. El aire entra en la cámara de combustión y se mezcla con el combustible, prenden generando un flujo de salida que, si es mayor que el de entrada, impulsará la nave. Uno de los límites del ramjet es que hasta velocidades de mach 3 no funciona, por lo que necesita de otros propulsores para empezar a funcionar, pero también está limitado en velocidad máxima a Mach 6. Los propulsores ramjet no pueden superar este límite. El empuje deja de ser positivo, debido a la fricción generada por la desaceleración necesaria para la combustión, el aire llega tan caliente que no puede quemarse con el combustible. La única forma de evitar esto es no desacelerar el aire de entrada y es ahí donde entra el scramjet del X-43A.

Ejemplo de una Turbina Scramjet

Scramjet (supersonic combustión ramjet), tipo de reactor del X-43A, no reduce la velocidad del aire para su combustión, si no que esta se realiza a través de él. Es necesario realizar una combustión muy rápida, generalmente se usa hidrógeno, pero no crea el problema de la fricción y su velocidad límite está aún por ver, quizás mach 20. Es mecánicamente muy simple pero extremadamente complejo en aerodinámica como el ramjet sino más. Los tres ejemplares, con pequeñas diferencias cada uno, que se probaron en los ensayos del proyecto Hyper-X han sido los primeros scramjets de la historia de la aerodinámica, y todavía esta por ver todo su potencial.

¿Qué es MACH?

El Número Mach (M), es una medida de velocidad relativa que se define como el cociente entre la velocidad de un objeto y la velocidad del sonido en el medio en que se mueve dicho objeto.

Es un número adimensional usado para describir la velocidad de los aviones. Mach 1 equivale a la velocidad del sonido. Propuesto por por el físico y filósofo austríaco Ernst Mach (1838-1916), como una manera sencilla de expresar la velocidad de un objeto con respecto a la velocidad del sonido.
La utilidad del número de mach reside en que permite expresar la velocidad de un objeto no de forma absoluta en km/h o m/s, sino tomando como referencia la velocidad del sonido, algo interesante desde el momento en que la velocidad del sonido cambia dependiendo de las condiciones de la atmósfera. Por ejemplo, cuanto mayor sea la altura sobre el nivel del mar. De esta manera, no es necesario saber la velocidad del sonido para saber si un avión que vuela a una velocidad dada la ha superado: basta con saber su número de mach.
Normalmente, las velocidades de vuelo se clasifican según su número de Mach en:

Subsónico M <>

Transónico 0,7 <>
Supersónico 1,2 <>
Hipersónico M > 5

Rompiendo la barrera del sonido ...

¿Cómo navegan los Jets supersónicos?

En un jet supersónico se sobreenfría un gas rápidamente mediante una expansión adiabática a través de un pequeño orificio o tobera desde una zona de alta presión a otra zona de baja presión o alto vacío evitando que las moléculas condensen.

Las principales ventajas de estos sistemas son que producen muestras en estado gaseoso y a temperaturas muy bajas, del orden de pocos grados kelvin.Uno de los factores que definen el flujo es el número de Mach que se define como la relación entre la velocidad del flujo y la velocidad local del sonido. En un gas ideal, la velocidad del sonido depende de la temperatura, y en estos sistemas en los que la temperatura es muy baja, la velocidad del sonido es baja y se pueden alcanzar números de Mach muy altos.

Si el número de Mach es igual o superior a 1 el flujo se denomina supersónico y por esta razón estos sistemas experimentales se denominan jet supersónicos, y no porque la velocidad sea muy alta.En la expansión de un gas desde una zona de alta presión a una zona de alto vacío a través de una tobera el jet presenta la forma que se muestra en el siguiente esquema.

Las moléculas en el límite de la expansión chocan con las pocas moléculas presentes en la cámara de vacío formando las ondas de compresión, la barrera de choque en los laterales y el disco de Mach en el frente que protegen a las moléculas en el interior de la expansión de las interacciones con las moléculas de la cámara y por tanto, se pueden considerar como moléculas que se expanden en un vacío infinito. De esta manera, se forma la denominada zona de silencio en la que se alcanzan números de Mach muy altos y temperaturas muy bajas (del orden de pocos grados kelvin).

Velocidad del sonido

La velocidad del sonido es la velocidad de propagación de las ondas sonoras, un tipo de ondas mecánicas longitudinales producido por variaciones de presión del medio.

a) En agua salada, el sonido viaja a aproximadamente 1.500 m/s y en agua dulce a 1.435 m/s. Estas velocidades varían principalmente según la presión, temperatura y salinidad.
b) velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 °C) es de 343 m/s.
c) En la madera es de 3.900 m/s.
* En el hormigón es de 4.000 m/s.
* En el acero es de 5.100 m/s.
* En el aluminio es de 6.400 m/s.