Recentemente o Centro de Pesquisa de Voo Armstrong, da NASA, em Edwards (Califórnia) iniciou uma pesquisa em voo para descobrir as famosas ondas de choque, quando uma aeronave passa do regime subsônico de voo para o regime supersônico.

Essa pesquisa AirBOS, ou Air-to-Air Background Oriented Schlieren Flights, também faz parte do projeto X-Planes da NASA, e entra no hall de experimentos para diminuir os efeitos do boom supersônico em aviões de alta velocidade, permitindo voos acima de Mach 1 enquanto a aeronave sobrevoa um continente.

Ao contrário de algumas matérias, a NASA já tinha capturado anteriormente os efeitos da onda de choque, muitas das vezes em túnel de vento.

Nesta situação a NASA utilizou dois aviões Northrop T-38, bem velhinhos, com seus 50 anos de idade, mas com capacidade de atingir Mach 1.3.

Duas aeronaves T-38.

O que seria responsável pela grande descoberta é um conjunto de câmeras schlieren, instaladas curiosamente em um avião Beechcraft King Air B-200, que voou a mais de 9 quilômetros de altitude (30000 pés) só para conseguir captar o devido momento na altitude em que geralmente os aviões supersônicos comerciais rompem a barreira do som.

O conjunto de câmeras estava na parte inferior do King Air, só esperando as aeronaves T-38, que passaram diversas vezes abaixo da aeronave tentando quebrar a barreira do som enquanto as câmeras captavam o momento.

Não vamos nos aprofundar nas características da barreira do som, você pode conferir Clicando Aqui, em um artigo que falamos especialmente sobre esse assunto. Mas já adiantamos um “spoiler”, envolve o choque de diversas ondas de pressão.

 

O fluxo de ar

Na imagem verde-azul podemos observar a sequência de ondas de choque, sendo o ponto de mais baixa pressão localizado no nariz (azul escuro).

Já a imagem na cor vermelha podemos observar como esses pontos mudam, de acordo com a interação do fluxo que segue na aeronave da frente, com aquela que está 30 pés atrás.

“É interessante que, se você olhar para o T-38 que está atrás, verá que esses choques interagem em uma curva”, disse Neal Smith, engenheiro de pesquisa da NASA. “Isso ocorre porque o T-38 está voando atrás, na esteira da aeronave que vai a frente, então há um amortecimento do choque entre as ondas. Esses dados realmente nos ajudarão a avançar nossa compreensão sobre a interação.”

Observamos também na imagem verde-azul a produção de ondas harmônicas, logo após a cauda de cada aeronave. No segundo avião que voa logo atrás, a produção de harmônicos é menor.

Esses dados com certeza já foram apontados em um túnel de vento, mas aqui temos uma diferença considerável de temperatura e pressão do ar, além de uma real interação entre objetos em movimento.

Na imagem azul-verde podemos observar que a equipe de engenheiros vai ter bastante trabalho em dois pontos, para conseguir diminuir as ondas de choque e a pressão do ar. O nariz é claramente um ponto crítico do avião, e deve ser especialmente projetado para escoar o fluxo com maior velocidade possível, de modo que a pressão diminua.

Se a pressão diminuir, a chance dessa onda de choque colidir fortemente com outra é bem menor, e se a colisão ocorrer, ela terá uma energia menor. Se considerarmos que a energia é transformada em ondas sonoras, logo o som produzido é menor.

Há outro ponto bastante crítico, que está paralelo a ponta das asas, este gera uma pressão dupla entre o bordo de ataque do estabilizador e o bordo de fuga da asa. Essa onda de choque dupla colide imediatamente há pouca distância, com uma boa quantidade de energia.

Aqui temos soluções que já existem, há dois tipos de asas em delta, e suas variações com ou sem estabilizador vertical. Parece que a NASA está optando, nos novos projetos, por uma asa em delta com alto ângulo de enflechamento, essa concepção permite que a onda de choque se mantenha antes do bordo de ataque da aeronave, isso elimina aquela segunda onda no bordo de fuga.

Podemos observar que no protótipo de nova geração (X-59), o bordo de ataque finaliza quase no bordo de fuga, distribuindo melhor aquela pressão na lateral da asa (tip cord). O Concorde amenizava esse efeito de pressão do ar, pois a asa em delta era do tipo Ogival.

Diminuindo a quantidade de ondas de choque, você pode reduzir a energia envolvida durante a quebra da barreira do som.

 

Nova geração

 

Novo X-59.

A NASA utilizará esses dados para comparar os aviões da antiga geração, como o T-38, com as novas pesquisas aplicadas para o protótipo Lockheed Martin X-59. Os engenheiros também obtiveram dados de ondas de choque do X-59 no túnel de vento.

O foco agora é desenvolver, a partir do X-59, um formato aerodinâmico capaz de romper a barreira do som sem um grande choque entre as ondas, produzindo somente um ruído audível, mas incapaz de estilhaçar janelas.