Quando se rompe a barreira do som?

A velocidade do som no ar depende apenas da temperatura, não da pressão nem da altitude em si. A relação é simples: aumenta com a raiz quadrada da temperatura absoluta. Na atmosfera padrão ao nível do mar, a 15°C, o som viaja a 340,3 m/s, ou seja, 1.225 km/h (661 kt). Na tropopausa, a 11.000 metros e -56,5°C, baixa para 295 m/s, cerca de 1.062 km/h (573 kt), e mantém-se constante acima dessa altitude enquanto a temperatura não variar.

Por isso a referência operacional não é a velocidade em km/h, mas o número de Mach: a relação entre a velocidade do avião e a velocidade do som nesse ar específico. Um avião comercial que viaja a Mach 0,85 move-se a cerca de 900 km/h; esse mesmo valor em baixa altitude seria muito mais rápido em termos absolutos.

Não existe uma barreira física em Mach 1, mas há uma transição incómoda. Já na zona transónica, a partir de Mach 0,7 ou 0,8, formam-se sobre as partes mais curvas da asa zonas de fluxo supersónico local e, com elas, ondas de choque que provocam um forte aumento da resistência e descolamentos do fluxo. Este fenómeno, chamado divergência de resistência, fez com que vários prototipos dos anos 1940 sofressem vibrações violentas, perda de controlo e até inversão do comando do leme de profundidade, o que alimentou a ideia de uma "barreira do som".

A solução foi uma questão de desenho: asas em flecha, que retardam a aparição de ondas de choque; perfis finos; a regra da área de Whitcomb, que estreita a fuselagem na zona da ala para suavizar a distribuição das áreas de secção transversal; e o estabilizador horizontal totalmente móvel, precisamente a alteração que tornou o Bell X-1 controlável.

Acima de Mach 1, o avião voa adiante das suas próprias perturbações, que se acumulam num cone de choque cuja passagem, ao nível do solo, se percebe como um estrondo sónico. O estrondo é contínuo enquanto dura o voo supersónico: arrasta-se como um rasto, não acontece apenas no momento de romper Mach 1.

O primeiro voo supersónico registado foi o do Bell X-1, pilotado por Charles "Chuck" Yeager em 14 de outubro de 1947 sobre o deserto de Mojave, a Mach 1,06 e cerca de 13.000 metros de altitude, após ser largado de um B-29. Em 1976, o Lockheed SR-71 Blackbird estabeleceu o recorde de velocidade para um avião tripulado com motor de combustão: 3.529,6 km/h. O recorde absoluto em terra pertence ao ThrustSSC, que em 1997 superou Mach 1 ao nível do solo.

Na aviação civil, o voo supersónico foi uma breve exceção. O Concorde voou entre 1976 e 2003 a Mach 2,02, e o Tupolev Tu-144 teve uma carreira comercial ainda mais curta. O estrondo sónico levou à proibição dos voos supersónicos civis sobre o território de numerosos países, o que limitou estes aviões a rotas oceânicas e destruiu a sua viabilidade económica. A investigação atual centra-se precisamente em atenuar esse estrondo através de formas que dispersem as ondas de choque.