25, May, 2024

Shock diamond: Fenómeno en turbinas

En los aviones supersónicos, principalmente en los de combate tales como el mítico F-22 Raptor, F-35 Lightning o el legendario SR-71 Blackbird, se genera un fenómeno peculiar en la parte del quemador de las turbinas. Un patrón que gracias a la diferencia de presiones en el ambiente y al finalizar la turbina, se pueden apreciar ciertos discos o diamantes Mach, de los cuáles te platicaremos su origen y cuándo se pueden formar.

Este fenómeno es perceptible principalmente cuando los aviones supersónicos están en el aterrizaje o despegue. Esto se debe a las condiciones atmosféricas, en donde a nivel suelo, la presión es mucho mayor. Que en contraste con las presiones bajas de la turbina en el escape, se genera una zona importante de compresión en el aire. Dicha compresión es la responsable de que el exceso de combustible que se puede llegar a escapar, se encienda y se empiece a quemar en el exterior del proceso de combustión. Y como resultado, podemos observar este peculiar fenómeno que hace que los aviones de combate se vean aún mucho más agresivos.

Este es un fenómeno que los científicos e ingenieros tienen en mente debido a que si los diamantes o discos se forman demasiado cerca entre sí, se puede llegar a formar una zona de alta temperatura cerca del fuselaje del avión, que puede desgastar o derretir el mismo. Es por ello, que se llega a la siguiente fórmula: x=0.67*Do*(Po/P1)^1/2, en donde x es la distancia entre los discos, Do es el diámetro de la turbina, Po es la presión de flujo, P1 es la presión atmosférica y 0.67 viene siendo una constante derivada de número de Mach. Un dato curioso es que si no existieran las pérdidas por fricción y el gas que sale de la turbina fuera considerado ideal, los diamantes de choque se verían permanentemente y no de desvanecerán a los pocos metros de la turbina.

Este fenómeno de anillos de choque también está presente en otra área militar supersónica mucho menos costosa y más común, cualquier tipo de rifle o arma supersonica, tiende a generar este tipo de diamantes debido a los mismos fenómenos que en las turbinas supersónicas. Al ser disparado un proyectil, el famoso «fogonazo» es nada más y nada menos que los diamantes siendo visibles por un corto periodo de tiempo. Dicho fenómeno tiende a ser negativo ya que en el uso militar, este fogonazo de diamantes puede delatar la posición del personal y ponerlo en riesgo. Es por ello que se han diseñado supresores de fogonazos, que reducen considerablemente el fenómeno y simplemente queda la onda de choque cuando el proyectil supera la barrera de sonido.

kilyanocampo@gmail.com

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