q máximo

La condición de q máxima , o presión dinámica máxima , es el punto en el que el vuelo atmosférico de un vehículo aeroespacial alcanza la máxima diferencia entre la presión total de la dinámica de fluidos y la presión estática ambiente . Para un avión , esto ocurre en el punto de máxima velocidad a mínima altitud de la envolvente de vuelo . Para el lanzamiento de un vehículo espacial , esto ocurre en el punto de transición entre el aumento de la presión dinámica con la velocidad y la disminución de la presión estática con el aumento de la altitud. Este es un factor de diseño importante para los vehículos aeroespaciales, ya que la carga estructural aerodinámica sobre el vehículo es proporcional a la presión dinámica.

La presión dinámica q se define en la dinámica de fluidos incompresibles como $${\displaystyle q={\tfrac {1}{2}}\rho v^{2}}$$ donde ρ es la densidad local del aire y v es la velocidad del vehículo . La presión dinámica puede considerarse como la densidad de energía cinética del aire con respecto al vehículo, y para un flujo incompresible es igual a la diferencia entre la presión total y la presión estática . Esta magnitud aparece notablemente en las ecuaciones de sustentación y resistencia .

Para un automóvil que viaja a 56 millas por hora (90 km/h) a nivel del mar (donde la densidad del aire es de aproximadamente 0,0765 libras por pie cúbico (1,225 kg/m ³ ) , ^{[ 1 ]} ) la presión dinámica en la parte delantera del automóvil es de 0,0555 libras por pulgada cuadrada (3,83 hPa) , aproximadamente el 0,38% de la presión estática ( 14,696 libras por pulgada cuadrada (1013,3 hPa) a nivel del mar).    

Para un avión de pasajeros que vuela a 755 pies por segundo (828 km/h) a una altitud de 33 000 pies (10 km) (donde la densidad del aire es de aproximadamente 0,0258 libras por pie cúbico (0,413 kg/m³ ⁾ ) , la presión dinámica en la parte delantera del avión es de 1,586 libras por pulgada cuadrada (109,4 hPa) , aproximadamente el 41 % de la presión estática ( 3,84 libras por pulgada cuadrada (265 hPa) ).     

Para el lanzamiento de un vehículo espacial desde tierra, la presión dinámica es:

• cero en el despegue, cuando la densidad del aire ρ es alta pero la velocidad del vehículo v = 0;
• cero fuera de la atmósfera, donde la velocidad v es alta, pero la densidad del aire ρ = 0;
• siempre no negativo, dadas las cantidades involucradas.

Durante el lanzamiento, la velocidad del vehículo aumenta, pero la densidad del aire disminuye a medida que el vehículo asciende. Por lo tanto, según el teorema de Rolle , existe un punto donde la presión dinámica es máxima.

En otras palabras, antes de alcanzar el valor máximo de q , el aumento de la presión dinámica debido al incremento de la velocidad es mayor que la disminución de la presión dinámica debida a la disminución de la densidad del aire, de modo que la presión dinámica neta (energía cinética opuesta) que actúa sobre la aeronave continúa aumentando. Tras superar el valor máximo de q , ocurre lo contrario. La presión dinámica neta que actúa contra la aeronave disminuye más rápidamente a medida que la densidad del aire disminuye con la altitud que a medida que aumenta con el incremento de la velocidad, llegando finalmente a cero cuando la densidad del aire se vuelve cero.

Este valor es significativo, ya que constituye una de las limitaciones que determinan la carga estructural que debe soportar el vehículo. En muchos vehículos, si se lanzan a máxima potencia, las fuerzas aerodinámicas superarían su capacidad de resistencia. Por este motivo, suelen reducir la potencia antes de alcanzar el factor q máximo y aumentarla posteriormente, con el fin de disminuir la velocidad y, por consiguiente, la presión dinámica máxima experimentada durante el vuelo.

• Singularidad de Prandtl-Glauert
• Ley de los gases ideales
• Giro de gravedad
• Pérdida por gravedad
• Velocidad aerodinámica equivalente : el valor máximo de q para una nave espacial corresponde a la velocidad aerodinámica equivalente máxima para una aeronave.