En octubre de 1947, Chuck Yeager tiró de la palanca de control del Bell X-1 a Mach 0,94 y no sucedió nada. La aeronave continuó funcionando exactamente igual que antes, como si la palanca no estuviera conectada a nada.

Apagó el motor del cohete. A medida que el X-1 disminuía la velocidad, los controles volvieron a funcionar.

Lo que Yeager acababa de sobrevivir era el fenómeno que acabó con la vida de toda una generación de pilotos antes de que nadie pudiera explicarlo: un avión que, al aumentar la velocidad, inclina su morro hacia abajo y anula el mecanismo de elevación que se usaría para detenerlo.

¿Por qué baja la nariz?

Por debajo del número de Mach crítico, el aire sobre el ala permanece subsónico y el centro aerodinámico se sitúa aproximadamente a un cuarto de la cuerda. Si se supera este valor, se forma una región de flujo supersónico sobre la superficie superior, que termina en una onda de choque. A medida que aumenta la velocidad, dicha onda de choque se desplaza hacia atrás, y el punto alrededor del cual actúa la sustentación del ala se desplaza con ella.

Mueva el elevador detrás del centro de gravedad y tendrá un momento de morro hacia abajo. Esa es la primera mitad del Mach tuck.

Una aclaración sobre la terminología, ya que las fuentes difieren considerablemente. Los manuales de la FAA describen este fenómeno como el desplazamiento hacia atrás del centro de presión. Los textos académicos de aerodinámica son más estrictos y lo atribuyen a un cambio en el centro aerodinámico. Esta distinción es relevante para un ingeniero, pero no para el piloto que lo experimenta.

También conviene refutar una exageración común. El cambio de un cuarto de cuerda a media cuerda describe la diferencia entre el vuelo subsónico y el supersónico. Un avión de pasajeros que vuela a Mach 0,82 experimenta solo una fracción de este cambio.

La segunda mitad: la cola deja de funcionar.

Si el ala aún puede cabecear, es posible sobrevivir a un cambio en su sustentación. La razón por la que los primeros aviones a reacción eran letales es que las mismas ondas de choque atacan la cola horizontal.

Se combinan dos mecanismos. Primero, la separación inducida por la onda de choque sobre el ala reduce el ángulo de flujo descendente detrás de ella, lo que aumenta el ángulo de ataque efectivo en el plano de cola, incrementa la sustentación de la cola e inclina aún más el morro hacia abajo. Segundo, y de forma más directa, se forma una onda de choque en el propio estabilizador.

Ahí radica la trampa. La aeronave desarrolla un momento de cabeceo hacia abajo y, simultáneamente, elimina la superficie de control que se usaría para contrarrestarlo. El elevador queda atrapado tras una onda de choque, y accionar un flap en un flujo supersónico resulta prácticamente inútil.

El P-38 y la primera víctima mortal

El problema surgió antes que los aviones a reacción. El Lockheed P-38 Lightning era lo suficientemente rápido en picada como para alcanzar la compresibilidad, y el 4 de noviembre de 1941, el piloto de pruebas Ralph Virden falleció a causa de ello.

El diagnóstico se atribuye a John Stack y la NACA, cuya solución fue un flap de recuperación de picado bajo el ala, diseñado para preservar la sustentación durante la fase de turbulencia y así restablecer un ángulo de flujo descendente adecuado en la cola. Se desarrolló a partir de 1942 y se instaló en los aviones de producción desde 1944. Existen diferentes versiones sobre si el trabajo decisivo en el túnel se realizó en Langley o en Ames; ambos centros participaron.

El libro "Aviones y automóviles de Greg" explica en detalle los límites de Mach del P-38 y la solución para el problema de los flaps de picado, tal y como se indica más arriba.

La solución que realmente funcionó

Si un elevador articulado resulta inútil tras una onda expansiva, la solución es dejar de articularlo. En su lugar, hay que mover toda la cola horizontal.

El X-1 contaba con esta característica desde el principio. Su ángulo de incidencia del estabilizador era ajustable, y el equipo de la NACA y la Fuerza Aérea planeó deliberadamente volar el avión con el elevador convencional hasta el punto en que perdiera control, para luego cambiar al compensador del estabilizador para el control de cabeceo. Esa decisión explica por qué Yeager alcanzó Mach 1.06 el 14 de octubre de 1947 en lugar de convertirse en una estadística más.

El F-86E lo introdujo en producción en 1951 y lo utilizó en combate sobre Corea. Todo el estabilizador horizontal se movía, en lugar de solo el elevador, impulsado por un sistema irreversible totalmente motorizado con sensación artificial. Todos los cazas supersónicos posteriores han utilizado alguna versión de esta misma idea.

Cómo los transportes conviven con ello

Los aviones comerciales no alcanzan velocidades supersónicas, pero vuelan lo suficientemente cerca del número Mach crítico como para empezar a sentir el mismo efecto. La solución es la automatización.

La FAA lo explica claramente: los aviones de transporte a reacción emplean sistemas que compensan automáticamente la tendencia a inclinarse hacia abajo, reajustando la aeronave, generalmente moviendo el estabilizador horizontal, para mantener la velocidad de crucero deseada. Si el sistema de compensación de Mach falla, la aeronave suele estar limitada a un número Mach máximo reducido.

El Concorde, que realmente volaba a velocidad supersónica, no pudo corregir la trayectoria. En pleno vuelo, desplazó unas 20 toneladas de combustible hacia atrás, lo que movió el centro de gravedad aproximadamente seis pies, de modo que el equilibrio del avión siguió su propio centro aerodinámico hacia atrás.

La trampa vecina

El fenómeno de Mach tuck pertenece a un grupo de problemas transónicos, y uno de ellos merece ser analizado por separado. El vuelo de crucero a gran altitud acerca peligrosamente la velocidad de pérdida y el número Mach máximo, una condición descrita en la documentación de la FAA como el punto en el que el piloto no puede reducir la velocidad sin entrar en pérdida ni aumentarla. El margen entre ambos puede ser tan estrecho que una maniobra de 1,4 g a 51 000 pies y Mach 0,73 produce vibraciones a baja velocidad.

Mentour Pilot explica qué sucede cuando un avión de pasajeros es empujado hacia el límite de altitud mencionado anteriormente.

Tanto la vibración de Mach a alta velocidad como a baja velocidad tienen el mismo origen. Según la FAA, la vibración depende de la velocidad del flujo de aire sobre el ala, no de la velocidad de avance del avión, y es la intensidad de la onda de choque, y no la entrada en pérdida, la que separa el flujo.

Ese es el resumen honesto de todo el asunto. Ya no hay misterio alguno sobre el Mach tuck. Fue letal durante una década porque la aerodinámica del vuelo transónico se estaba definiendo en pruebas de vuelo, por pilotos, a las velocidades exactas en las que sus controles dejaban de responder.

Fuentes: NASA SP-4303 (Hallion); NASA SP-4219 (Anderson); Manual de vuelo de aviones de la FAA y Manual del piloto de conocimientos aeronáuticos; Lecciones aprendidas de accidentes de aviones de transporte de la FAA; Referencias de aerodinámica del Centro Glenn de la NASA; Concorde Heritage.