¿Por qué los aviones rompen la barrera del sonido?

Un avión en vuelo perturba el aire a su alrededor y esas perturbaciones se propagan como ondas de presión a la velocidad del sonido: unos 340 m/s (1 225 km/h) a nivel del mar y 15 °C, y cerca de 295 m/s (1 060 km/h) en la estratosfera, donde el aire es más frío. Mientras el avión vuela más despacio que sus propias ondas, éstas se le adelantan y el aire que tiene delante «sabe» que viene y empieza a apartarse con suavidad. Cuando el avión se acerca a esa velocidad, Mach 1, las ondas ya no consiguen escapar hacia delante: se apilan en un frente de compresión brusco, la onda de choque, y el comportamiento del aire cambia de manera radical.

Antes de que el avión entero alcance Mach 1, el aire acelerado sobre la parte más curvada del ala ya se vuelve supersónico localmente. Aparecen ondas de choque sobre el extradós que desprenden la capa límite, la resistencia se multiplica y los mandos pierden eficacia o incluso invierten su efecto. Esta zona, entre Mach 0,8 y 1,2 aproximadamente, fue la que destrozó a varios aviones de los años cuarenta y dio origen a la idea de un muro infranqueable. El Bell X-1, pilotado por Chuck Yeager, demostró en octubre de 1947 que no había tal muro: con un fuselaje inspirado en una bala, un estabilizador horizontal enteramente móvil y un motor cohete, atravesó Mach 1 en vuelo nivelado.

Para volar más deprisa que el sonido hacen falta tres cosas. Primero, empuje abundante: la resistencia de onda es tan grande que muchos cazas solo la superan con posquemador, aunque algunos modelos modernos alcanzan la supercrucero sin él. Segundo, formas que retrasen y suavicen las ondas de choque: alas en flecha o delta, perfiles finos, morros puntiagudos y la regla del área, que exige que la sección transversal total del avión varíe suavemente de proa a popa. Tercero, mandos y estructura capaces de soportar los cambios de centro de presión y las cargas del régimen supersónico.

Las ondas de choque que acompañan al avión se extienden hasta el suelo como un cono y se perciben como un estampido doble, uno por la proa y otro por la popa. Ese ruido es la razón de que el Concorde solo pudiera volar supersónico sobre el mar y de que hoy se investiguen fuselajes que reduzcan el estampido a un golpe sordo, como el demostrador X-59 de la NASA.