¿Por qué existe la barrera del sonido?

La expresión entró en el lenguaje popular en los años treinta y cuarenta, cuando los aviones empezaron a volar lo bastante rápido como para tener problemas al acercarse a la velocidad del sonido, y los periodistas convirtieron las conversaciones de los ingenieros sobre una «barrera de compresibilidad» en algo que sonaba a muro. No hay ningún muro. Lo que existe es una región, aproximadamente entre Mach 0,8 y Mach 1,2, donde el comportamiento del aire cambia de carácter, y los aviones diseñados para velocidades menores se comportan mal en ella. Los cazas de la Segunda Guerra Mundial que picaban en vertical, como el P-38 Lightning, fueron los primeros en encontrarla: vibraciones violentas, mandos que se agarrotaban y un morro que se inclinaba hacia abajo sin poder recuperarse.

El aire que fluye sobre un ala curvada se acelera, de modo que el flujo local alcanza Mach 1 mientras el avión todavía va muy por debajo de esa velocidad. Donde el flujo vuelve a desacelerarse hasta velocidad subsónica lo hace a través de una onda de choque, una superficie fina a través de la cual la presión salta de forma abrupta. Detrás del choque la capa límite se separa, se pierde sustentación en esa parte del ala y la resistencia aumenta varias veces, en lo que los ingenieros llaman el aumento de resistencia transónico. En un estabilizador horizontal convencional, el choque se situaba exactamente donde estaba la bisagra del elevador, por lo que la deflexión del elevador dejaba de tener ningún efecto. Las hélices, cuyas puntas giran más rápido que el propio avión, se topaban con el mismo problema antes, lo que es una de las razones por las que ningún avión de hélice ha volado supersónico en vuelo nivelado.

Las soluciones llegaron de la teoría, los túneles de viento y un vuelo famoso. Las alas finas y la flecha retrasan la aparición del flujo supersónico local; la investigación alemana de los años treinta sobre alas en flecha se adoptó en todo el mundo después de 1945. Un estabilizador horizontal enteramente móvil, instalado en el Bell X-1 por sugerencia de los ingenieros de la NACA, devolvió el control de cabeceo. Suficiente empuje, procedente de cohetes o de reactores con postcombustión, permitió atravesar el aumento de resistencia en lugar de rodearlo. El 14 de octubre de 1947, Chuck Yeager llevó el X-1 a Mach 1,06 en vuelo nivelado sobre el desierto de Mojave, y quedó demostrado que la barrera era un problema de ingeniería y no una ley de la naturaleza. La regla del área de Richard Whitcomb, publicada en 1952, explicó después por qué los fuselajes deben estrecharse en la raíz del ala, y en una década los cazas volaban habitualmente a Mach 2.

Hoy la barrera sobrevive sobre todo como coste. La resistencia de onda supersónica es real y permanente, por lo que el consumo de combustible por kilómetro prácticamente se duplica respecto a un reactor subsónico. El estampido sónico persiste a lo largo de toda la traza en tierra, y es la regulación, no la física, lo que mantiene a los aviones civiles en vuelo subsónico sobre tierra.