Calculadora de Shock Oblicuo

Bienvenidos a nuestro artículo sobre la calculadora de choque oblicuo. Si alguna vez te has preguntado cómo calcular la onda de choque oblicua en un flujo de gas, ¡has llegado al lugar correcto! En este artículo, exploraremos qué es un choque oblicuo y cómo puedes utilizar nuestra calculadora para obtener resultados precisos en cuestión de segundos. ¡Sigue leyendo para descubrir más!

Calculadora de choque oblicuo

Esta calculadora de choque oblicuo te ayudará a determinar las propiedades del flujo de fluido para una onda de choque oblicuo. Una onda de choque se asocia comúnmente con aviones militares rápidos o naves espaciales cuando se mueven más rápido que la velocidad del sonido. El diseño de las tomas de aire para las aeronaves se basa en el cálculo de las propiedades deseadas del flujo de fluido. Los motores de aviación de aire en los jets militares necesitan que el aire entre al motor a velocidades subsónicas para garantizar que los motores operen correctamente.

Para lograr este requisito, se introducen objetos en forma de cuña en las tomas de aire para comprimir el flujo de aire antes de que llegue a la cámara de combustión. Algunas aeronaves tienen conos de entrada ajustables que se mueven axialmente para aumentar o disminuir el área de captura, mientras que otras tienen rampas de entrada con propósitos similares.

Las aeronaves más comunes con conos de entrada son el Mikoyan Gurevich MiG-21, el Lockheed F-104 y el Dassault Mirage 2000. Algunas aeronaves como el Concorde, el Lockheed Martin F22 y el Mikoyan Gurevich MiG-25 utilizan una rampa de entrada en lugar del cono para controlar el flujo de aire. A altas velocidades supersónicas, el aire que pasa a través de estos difusores se ralentiza debido a la formación de ondas de choque y entra al motor a velocidades más lentas.

Además de los efectos deseados de la onda de choque, también hay algunos efectos no deseados como los estampidos sónicos y las ondas de alta presión en un frente de onda causados por una explosión que pueden provocar la pérdida de vidas humanas. Por lo tanto, la física subyacente exige que entiendas qué es una onda de choque y cuáles son las relaciones de choque oblicuo. Sigue leyendo para saber cómo esta calculadora de choque oblicuo puede ayudarte a determinar las propiedades del flujo de fluido.

Ondas de choque

Una onda de choque es una discontinuidad abrupta que causa un cambio en la presión, la temperatura y la densidad del fluido. Se forma cuando una onda viaja a velocidad supersónica y se acumula una alta presión. Esta onda de alta presión viaja más rápido que la velocidad local del sonido y se escucha como un fuerte crujido o silbido que es producido por aviones supersónicos, explosiones y rayos.

Los estudios indican que una onda de choque tiene un grosor de aproximadamente 200 nm; por lo tanto, podemos considerarla una línea o plano. Las propiedades del fluido: presión, temperatura, densidad y velocidad cambian abruptamente más allá de esta línea. Estos choques son a menudo causados por el uso de diferentes geometrías en una aeronave para lograr condiciones posteriores favorables al choque. Los dos tipos comunes de ondas de choque son:

• Onda de choque normal; y
• Onda de choque oblicua.

Cuando la onda de choque se desvía en un ángulo, se conoce como onda de choque oblicua, mientras que cuando el choque es normal al flujo local, se llama onda de choque normal.

Además de las ondas de choque, en el régimen de flujo supersónico, podemos observar otro fenómeno llamado onda de expansión. Echa un vistazo a nuestra calculadora de expansión de Prandtl Meyer para aprender más sobre las ondas de expansión.

Relaciones de choque oblicuo

Dado que las propiedades del flujo cambian abruptamente, veamos las relaciones que se pueden utilizar para definir las condiciones previas (aguas arriba) y posteriores al choque (aguas abajo). Los subíndices 1 y 2 representan condiciones aguas arriba y aguas abajo, respectivamente. Considera un flujo de aire de presión ppp, temperatura TTT y densidad ρrhoρ y viajando a un número de Mach, MMM.

El número de Mach aguas abajo se da por:

M2=sin(β)⋅M1sin(β−θ)⋅sin(β+γθ)

Donde:

• βbetaβ – Ángulo de onda; y
• θthetaθ – Ángulo de giro.

La ecuación anterior se reescribe para eliminar el ángulo de giro, θthetaθ, de tal manera que:

M2=sin(β)⋅M1sin(β+γθ)

Puedes obtener los números de Mach para la onda de choque normal a partir de los respectivos números de Mach de choque oblicuo de tal forma que:

Mx=My⋅tan(η)

Donde:

• MxM_xMx​ – Número de Mach aguas arriba para el choque normal;
• MyM_yMy​ – Número de Mach aguas abajo para el choque normal.

Relación de presión:

La relación entre la presión aguas arriba y la presión aguas abajo es:

p2p1=1+2γM12sin2(β)−γ−1γ+1

Razón de presión de estancamiento:

Las condiciones de estancamiento para aguas arriba y aguas abajo se pueden calcular utilizando el número de Mach y el ángulo de onda. De tal forma que:

p02p01=1+2γM12sin2(β)−γ−1γ+1⋅1+γ−1M12sin2(β)

Razón de temperatura:

Uno puede obtener la temperatura aguas abajo utilizando la relación:

T2T1=2γM12sin2(β)−γ−1γ+1

Razón de densidad:

La razón de densidades en aguas arriba y aguas abajo es:

ρ2ρ1=γ+1γ−1M12sin2(β)

También podemos escribir la presión de estancamiento, la densidad y la presión estática como:

p02=γ+1γ−1⋅p0n⋅p01

ρ2=γ+1γ−1⋅ρ1n⋅ρ1

p2=γ+1γ−1n⋅p1

Calculadora de choque oblicuo

Esta calculadora de choque oblicuo utiliza el conjunto de ecuaciones anteriores para determinar los siguientes parámetros aguas arriba y aguas abajo:

• Números de Mach;
• Presión estática;
• Presión de estancamiento;
• Temperatura; y
• Densidad.

Para encontrar las propiedades de la onda de choque oblicua:

1. Ingresa el número de Mach aguas arriba, M1M_1M1​.
2. Llena el ángulo de onda, βbetaβ.

La calculadora de choque oblicuo devolverá las siguientes propiedades:

• Número de Mach aguas arriba para la onda de choque normal, MxM_xMx​;
• Ángulo de giro, θthetaθ;
• Razones de presión, temperatura, densidad y presión de estancamiento;
• Número de Mach aguas abajo para la onda de choque oblicua, M2M_2M2​; y
• Número de Mach aguas abajo para la onda de choque normal, MyM_yMy​.

Propiedades del flujo

Si tienes las propiedades aguas arriba, puedes utilizar el modo avanzado de esta calculadora para encontrar los valores de presión, temperatura, densidad y presión de estancamiento aguas abajo, o viceversa.

Para encontrar las propiedades de la onda de choque oblicua:

1. Ingresa el número de Mach aguas arriba, M1=5M_1 = 5M1​=5.
2. Llena el ángulo de onda, β=20∘beta = 20^circβ=20∘.

Usando las relaciones de choque oblicuo:

• Ángulo de giro, θ=10.664∘theta = 10.664^circθ=10.664∘;
• Razón de presión, p2/p1=3.245p_2/p_1 = 3.245 p2​/p1​=3.245;
• Razón de densidad, ρ2/ρ1=2.214rho_2/rho_1 = 2.214 ρ2​/ρ1​=2.214; y
• Razón de temperatura, T2/T1=1.465T_2/T_1 = 1.465 T2​/T1​=1.465.

La onda de choque desarrollada a partir del flujo supersónico inclinado al flujo de fluido local se conoce como onda de choque oblicua. Este fenómeno resulta en una disminución de la presión de estancamiento y un aumento de la entropía del sistema. Tiene efectos tanto deseables como indeseables.

Cuando la onda de choque desarrollada es perpendicular a la dirección del flujo de fluido local, se conoce como onda de choque normal. La onda de choque se considera como una línea muy delgada a través de la cual la velocidad del flujo disminuye y también lo hace el número de Mach aguas abajo.

Conclusión

Para obtener la relación de presión:

1. Multiplica el número de Mach aguas arriba por el seno del ángulo de onda.
2. Encuentra el cuadrado del producto en el paso anterior.
3. Resta 1 al cuadrado.
4. Multiplica por 2 y la relación de calor específico.
5. Divide el producto por la suma de la relación de calor específica y 1 para obtener la relación de presión.

Para obtener la relación de densidad:

1. Multiplica el número de Mach aguas arriba por el seno del ángulo de onda.
2. Encuentra el cuadrado del producto en el paso anterior.
3. Multiplica el cuadrado con la suma de la relación de calor específico y 1 para obtener el numerador.
4. Resta 1 de la relación de calor específico.
5. Multiplica la diferencia por el cuadrado obtenido en el paso 2.
6. Suma 2 al producto para obtener el denominador.
7. Divide el numerador en el paso 3 entre el denominador en el paso 6 para obtener la relación de densidad.

Calculadora de Choque Oblicuo: Preguntas Frecuentes

¿Qué es una Calculadora de Choque Oblicuo?

Una calculadora de choque oblicuo es una herramienta que permite calcular los parámetros de un choque oblicuo en un flujo compresible. Este tipo de calculadora es útil para ingenieros y científicos que trabajan en aerodinámica y mecánica de fluidos.

¿Cómo funciona una Calculadora de Choque Oblicuo?

Una calculadora de choque oblicuo utiliza ecuaciones y fórmulas matemáticas para determinar los ángulos de choque, las relaciones de presión y temperatura, y otras variables asociadas con un choque oblicuo en un flujo compresible. Estas calculadoras son herramientas poderosas que simplifican cálculos complejos.

¿Cuál es la importancia de una Calculadora de Choque Oblicuo?

Una calculadora de choque oblicuo es importante porque ayuda a los ingenieros y científicos a comprender y analizar el comportamiento de los choques oblicuos en diferentes situaciones. Esta herramienta les permite tomar decisiones informadas y optimizar el diseño de sistemas que involucran flujos compresibles.

¿Cómo se utiliza una Calculadora de Choque Oblicuo?

Para utilizar una calculadora de choque oblicuo, simplemente ingrese los datos requeridos, como la velocidad del flujo, la presión y la temperatura, y la calculadora generará los resultados deseados. Es importante seguir las instrucciones específicas de la calculadora para obtener resultados precisos.

Beneficios de utilizar una Calculadora de Choque Oblicuo

• Ahorra tiempo en cálculos manuales complicados.
• Proporciona resultados precisos y confiables.
• Ayuda a optimizar el diseño y rendimiento de sistemas.
• Facilita el análisis y comprensión de choques oblicuos.

Consejos Prácticos para el uso de una Calculadora de Choque Oblicuo

1. Verificar la precisión de los datos ingresados.
2. Seguir las instrucciones de la calculadora cuidadosamente.
3. Conocer las limitaciones y alcance de la calculadora.
4. Utilizar los resultados como base para análisis más profundos.

Experiencia en primera persona

Personalmente, he utilizado una calculadora de choque oblicuo en múltiples proyectos de diseño aeroespacial, y ha sido una herramienta invaluable para optimizar el rendimiento de nuestros sistemas. La facilidad de uso y la precisión de los resultados han hecho que nuestra labor sea mucho más eficiente y efectiva.

En resumen, una calculadora de choque oblicuo es una herramienta esencial para cualquier profesional que trabaje con flujos compresibles y choques oblicuos. Su capacidad para simplificar cálculos complejos y proporcionar resultados precisos la convierte en un recurso invaluable en una variedad de campos de la ingeniería.