Túnel de viento hipersónico

Túnel de viento hipersónico en el Centro de Investigación Langley de la NASA , 1969

Un túnel de viento hipersónico es una instalación de prueba en la que se pueden generar flujos a velocidad hipersónica , con influencias pronunciadas de la capa límite, zonas con altas pérdidas y altas temperaturas generales. Las velocidades alcanzables están en el rango de Mach 5 y 15. La potencia de accionamiento requerida de un túnel de viento aumenta con la sección transversal, la densidad y la tercera potencia de la velocidad de prueba. Por lo tanto, los túneles de viento cerrados y en funcionamiento continuo requieren inversiones considerables.

Desarrollo tecnológico

El primer sistema de túnel de viento Mach 7-10 diseñado apropiadamente con una sección de prueba de 1x1 my una potencia de accionamiento hidráulico de 57 MW se planeó en Kochel am See durante la Segunda Guerra Mundial . Fue encargado como 'Túnel A' en el Complejo de Desarrollo de Ingeniería Arnold (AEDC) en Tullahoma , Tennessee , EE. UU. A fines de la década de 1950 . Como alternativa a estos complejos sistemas a gran escala, se utilizan los denominados túneles de viento de derribo para la simulación a corto plazo de flujos hipersónicos.

Los componentes principales de los túneles de viento hipersónicos son calentadores y enfriadores de flujo, un sistema de secado de aire, una boquilla convergente / divergente frente a la sección de prueba real con una segunda constricción posterior y un difusor posterior . Mientras que el canal de flujo de un canal de purga abierto y operado intermitentemente está cerrado por un gran depósito de vacío, el sello distintivo de los túneles de viento hipersónicos cerrados es, en cambio, un extenso sistema de compresor de alto rendimiento. Para 'iniciar' el sistema de túnel de viento hipersónico, se requieren relaciones de presión total altas hasta que la configuración de choque de compresión se empuje hacia el área después del segundo cuello de botella. Los túneles de viento hipersónicos funcionan en ocasiones con presiones muy elevadas, dependiendo de la altitud de simulación, y debido a la fuerte caída de temperatura en el flujo durante la expansión en la boquilla, también es necesario precalentar el gas para evitar la licuefacción . Debido a las altas temperaturas, la tensión del material es crítica, por lo que es posible que sea necesario enfriar la boquilla.

Un fabricante alemán de tales sistemas es HST (Hyperschall- & Strömungstechnik) GmbH, fundada en Duderstadt en 1997 .

Problemas tecnológicos

Los siguientes puntos son decisivos a la hora de diseñar un túnel de viento hipersónico :

  • Suministro de gas a alta temperatura y presión durante la prueba necesaria de un canal de purga
  • Precisión de las condiciones iniciales y, por tanto, reproducibilidad de las medidas.
  • Fallo de la estructura por sobrecalentamiento
  • Adquisición e instrumentación de datos de medición suficientemente rápidos
  • fuente de alimentación

Ejemplo: La generación de un caudal que corresponda a 5,5 km / sa una altitud de 45 km requeriría temperaturas de alrededor de 9000 K y una presión de 3 MPa (30 bar).

Instalaciones

El túnel de viento más potente actualmente es el LENX-X ; se encuentra en Estados Unidos ( Buffalo, Nueva York ) y alcanza velocidades de hasta 10 km / s (30 veces la velocidad del sonido o Mach 30).

Túnel de viento hipersónico MARHy en Francia, 2017

En China existe el JF12 , que puede simular velocidades entre Mach 5 y Mach 9 en altitudes entre 20 y 50 kilómetros. Se está construyendo un sistema que generará velocidades de 12 km / s (Mach 35) después de su finalización en 2020.

En India, el Centro Espacial Vikram Sarabhai (VSSC) opera un túnel de viento hipersónico como parte de ISRO en Thiruvananthapuram .

En Francia, el Instituto CNRS ICARE en Orleans opera el túnel de viento hipersónico MARHy (Soufflerie à Mach Adaptable Raréfie Hypersonique).

El túnel de viento hipersónico alemán más poderosa es la H2K de la departamento de tecnologías supersónicas y hipersónicos en el Instituto para la aerodinámica y la tecnología de flujo (AS-HYP) del DLR en Colonia-Porz con velocidades superiores a Mach 11. Sólo En los siguientes temas se tratan aquí:

  • Investigación de entradas supersónicas: entrada a la entrada del motor durante las maniobras de vuelo
  • Cargas térmicas en estructuras de naves espaciales
  • Estabilidad y controlabilidad de vuelo, p. Ej. B. de naves espaciales que entran en una atmósfera planetaria
  • Interacción flujo / estructura
  • Estudios aerodinámicos básicos, por ejemplo, sobre la transición laminar-turbulenta de las capas límite y la interacción entre la capa límite y el impacto
  • Retropropulsión para sistemas de transporte espacial reutilizables
  • Basura espacial

Ver también

enlaces web

documentos de respaldo

  1. ↑ [1] , Eckardt, Dietrich: "El túnel de viento hipersónico de 1x1 m en Kochel / Tullahoma 1940-1960", Congreso Aeroespacial Alemán Augsburg 2014.
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