Hypersonisk vindtunnel

NASA Langleys Hypersonic Facilities Complex, 1969

En hypersonisk vindtunnel är utformad för att generera ett hypersoniskt flödesfält i arbetssektionen, och på så sätt simulera de typiska flödesegenskaperna för denna flödesregim - inklusive kompressionschocker och uttalade gränsskiktseffekter, entropiskikt och viskösa interaktionszoner och viktigast av allt höga totala temperaturer på flödet. Hastigheten på dessa tunnlar varierar från Mach 5 till 15. Effektbehovet för en vindtunnel ökar linjärt med dess tvärsnitt och flödestäthet, men kubiskt med den testhastighet som krävs. Därför förblir installationen av en kontinuerlig vindtunnel med sluten krets en kostsam affär. Den första kontinuerliga Mach 7-10 vindtunneln med 1x1 m testsektion planerades i Kochel am See, Tyskland under andra världskriget och togs slutligen i drift som 'Tunnel A' i slutet av 1950-talet vid AEDC Tullahoma, TN, USA för en installerad kraft på 57 MW. Med tanke på dessa höga krav på anläggningar designas och installeras även intermittent drivna experimentanläggningar som vindtunnlar för att simulera det hypersoniska flödet. En hypersonisk vindtunnel omfattar i flödesriktningen huvudkomponenterna: värmare/kylarrangemang, torktumlare, konvergent/divergerande munstycke, testsektion, andra hals och diffusor. En nedblåsningsvindtunnel har en lågvakuumreservoar i bakänden, medan en kontinuerligt driven vindtunnel med sluten krets har en kompressorinstallation med hög effekt istället. Eftersom temperaturen sjunker med det expanderande flödet har luften inne i testdelen en chans att bli flytande . Av den anledningen är förvärmning särskilt kritisk (munstycket kan behöva kylas).

Tekniska problem

Det finns flera tekniska problem vid design och konstruktion av en vindtunnel med hög hastighet:

tillförsel av höga temperaturer och tryck under tillräckligt långa tider för att utföra en mätning
reproduktion av jämviktsförhållanden
strukturella skador orsakade av överhettning
snabb instrumentering
kraftbehov för att driva tunneln

Simuleringar av ett flöde vid 5,5 km/s, 45 km höjd skulle kräva tunneltemperaturer på så mycket som 9000 K och ett tryck på 3 GPa .

Hotshot vindtunnel

En form av HWT är känd som en Gun Tunnel eller hot shot tunnel (upp till M =27), som kan användas för analys av flöden förbi ballistiska missiler, rymdfarkoster i atmosfäriskt inträde och plasmafysik eller värmeöverföring vid höga temperaturer. Den körs intermittent, men har en mycket låg gångtid (mindre än en sekund). Arbetssättet baseras på en hög temperatur och trycksatt gas (luft eller kväve) som produceras i en bågkammare och ett nästan vakuum i den återstående delen av tunneln. Bågkammaren kan nå flera MPa , medan trycken i vakuumkammaren kan vara så låga som 0,1 Pa . Detta innebär att tryckförhållandena för dessa tunnlar är i storleksordningen 10 miljoner. Dessutom är temperaturen på den heta gasen upp till 5000 K. Bågkammaren är monterad i pistolpipan. Högtrycksgasen separeras från vakuumet med ett membran.

Innan en testkörning påbörjas separerar ett membran den komprimerade luften från pistolpipans slutstycke. Ett gevär (eller liknande) används för att spränga membranet. Tryckluft rusar in i slutstycket på pipan och tvingar en liten projektil att accelerera snabbt nerför pipan. Även om projektilen hindras från att lämna pipan, kommer luften framför projektilen ut med hypersonisk hastighet in i arbetssektionen. Testets varaktighet är naturligtvis extremt kort, så höghastighetsinstrumentering krävs för att få någon meningsfull data.

Hypersonisk vindtunnelanläggning i Indien

Indian Space Research Organisation (ISRO) beställde tre stora anläggningar, nämligen en hypersonic vindtunnel, en chocktunnel och en plasmatunnel vid Vikram Sarabhai Space Center som en del av dess kontinuerliga och samordnade ansträngningar för att minimera kostnaderna för tillgång till rymden. Denna integrerade anläggning hette Satish Dhawan Wind Tunnel Complex som en hyllning till Prof. Satish Dhawan , som har gjort mycket betydande insatser inom vindtunnlar och aerodynamik. ISRO-ordförande AS Kiran Kumar sa att driftsättning av sådana anläggningar skulle ge tillräckliga data för design och utveckling av nuvarande och framtida rymdtransportsystem i Indien.

Defense Research and Development Organisation (DRDO) beställde en avancerad testanläggning för hypersonic vindtunnel (HWT) vid Dr APJ Abdul Kalam Missile Complex den 20 december 2020 som en del av anläggningsutvecklingsprogrammet för Hypersonisk Technology Demonstrator Vehicle- projektet.

MARHy, Hypersonisk vindtunnelanläggning i Orléans, Frankrike

Foto av vindtunneln MARHy

MARHy Hypersonic vindtunneln med låg densitet , belägen vid ICARE-laboratoriet i Orléans, Frankrike, är en forskningsanläggning som används flitigt för grundläggande och tillämpad forskning av vätskedynamiska fenomen i försålda kompressibla flöden, tillämpad på rymdforskning. Dess namn är en akronym för M ach A daptable R arefied Hy personic och vindtunneln är registrerad under detta namn under den europeiska portalen MERIL.

Se även

externa länkar