Hace cinco años, el temerario austríaco Felix Baumgartner rompió la barrera del sonido durante su caída libre desde una altitud de casi 39 kilómetros. Ahora los investigadores de la Universidad Técnica de Munich TUM han analizado la dinámica de fluidos de su descenso. El sorprendente resultado:Baumgartner, con su equipo de forma irregular, cayó más rápido que un cuerpo liso y simétrico.
El audaz salto de Felix Baumgartner desde la estratosfera el 14 de octubre de 2012 estableció un récord mundial: fue la primera vez que un ser humano rompió la barrera del sonido en caída libre. Prof. Ulrich Walter, jefe de la Cátedra TUM paraLa astronáutica reconoció el salto récord de Baumgartner como una oportunidad única para estudiar cómo cae un objeto de forma irregular: "En el pasado, nadie sabía cómo las superficies ásperas e irregulares como los pliegues del traje protector y la mochila que llevaba Baumgartner afectarían la dinámica de los fluidos".
Un salto genera muchas preguntas
La primera sorpresa llegó poco después del aterrizaje, recuerda Walter, quien siguió el salto en vivo como asesor científico del equipo Stratos: "Nuestros cálculos, basados en la dinámica de fluidos de un cuerpo liso, indicaron que Baumgartner necesitaría saltar de unaltitud de unos 37 kilómetros para atravesar la barrera del sonido, es decir, caer más rápido que Mach 1 o aproximadamente 1200 kilómetros por hora. Pero en realidad Baumgartner alcanzó una velocidad mucho mayor de Mach 1.25 ".
¿Pero cómo podría un atleta equipado con un traje protector y una mochila caer más rápido que un objeto de forma simétrica con una superficie lisa? Utilizando datos recopilados, por ejemplo, sobre la presión atmosférica, la temperatura, la velocidad de Baumgartner y su posición en el espacio en cada momento en el tiempodurante el salto, por primera vez fue posible investigar la aerodinámica de cuerpos de forma irregular a velocidades extremas.
cuando el aire se endurece
Calcular la dinámica de fluidos en el rango transónico cerca de la barrera del sonido no es tan fácil, ya que una serie de fenómenos físicos diferentes se superponen aquí: a velocidades entre Mach 0.7 y 1.3, el flujo de aire alrededor de un objeto en movimiento ya no es elástico,sino que el aire reacciona rígidamente: se forman ondas de choque, lo que resulta en turbulencia. A su vez, esta turbulencia absorbe energía, lo que lleva a un aumento de la resistencia aerodinámica a velocidades cercanas a la velocidad del sonido. Por el contrario, en ciertas condiciones de flujo, las irregularidades de la superficie pueden reducir la resistencia aerodinámica:Así como una pelota de golf con pequeños hoyuelos en su superficie vuela mejor, un cuerpo en caída libre puede ser más rápido si no tiene una superficie lisa.
Datos de sensores y videos
En un análisis teórico, Walter primero estableció la base matemática para calcular la resistencia al flujo de cuerpos con formas arbitrarias directamente de los datos medidos. Con esto y con los valores medidos del salto de registro de Baumgartner, el coeficiente de arrastre y la aerodinámica podrían ser conducidos.
"Consolidamos datos de varias fuentes en una variedad de formatos diferentes; algunos de los datos consistían en valores medidos, pero tuvimos que extraer parte de la información de los videos", recuerda Markus Gürster, quien preparó los datos y aplicó variosmétodos analíticos en su tesis de licenciatura.
"Los resultados realmente nos sorprendieron", recuerda el ingeniero de aviación y astronáutica, que actualmente está trabajando en un doctorado en el MIT después de completar su tesis de maestría allí: "Mientras el coeficiente de arrastre de un cubo liso aumenta continuamente de Mach 0.6 a Mach 1.1, según nuestros resultados, el coeficiente se mantuvo casi sin cambios durante el vuelo de Baumgartner, lo que significa que la barrera del sonido apenas generó ningún arrastre adicional ".
abolladuras y golpes significan más velocidad
"La investigación muestra que cualquier variedad de abolladuras, arrugas e irregularidades en la superficie disminuyen significativamente el arrastre aerodinámico a velocidades transónicas", explica Walter. Las superficies formadas irregularmente significan mayor velocidad: en comparación con objetos lisos, su coeficiente de arrastre y, por lo tanto, también sula resistencia aerodinámica se corta casi a la mitad.
Walter agregó que estos cálculos siguen siendo investigaciones puramente fundamentales, pero agrega que si, por ejemplo, la velocidad de crucero de los aviones continúa aumentando, los resultados pueden ser útiles algún día. Resume: "Si está tratando de acercarse a la velocidad desonido, abolladuras y golpes realmente pueden ser muy útiles "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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