Immagine video ad alta velocità del corpo di volo conico lanciato da un cannone a gas leggero a due stadi che viaggia a 5,1 km/s (Mach 14.8, 11, 400 miglia orarie). Il materiale strappato dall'oggetto volante è così caldo che brilla, consentendo di fotografare l'oggetto in volo. Credito:Southwest Research Institute
Gli ingegneri del Southwest Research Institute stanno avanzando ciò che i ricercatori sanno sul volo ipersonico. Un nuovo studio presentato al Joint Army-Navy-NASA-Air Force (JANNAF) Propulsion Meeting del 2019 descrive una serie di test condotti presso la sede centrale di SwRI a San Antonio che chiariscono le condizioni che un futuro aereo potrebbe sperimentare viaggiando a una velocità 10 volte superiore a quella del suono .
"La velocità ipersonica è definita come più veloce di cinque volte la velocità del suono o maggiore di Mach 5. Quando qualcosa sta volando così velocemente, l'aria si decomporrà chimicamente intorno all'imbarcazione, " ha detto il Dr. Nicholas J. Mueschke di SwRI, l'autore principale dello studio. "Alcuni punti dietro l'onda d'urto creata dal veicolo sono più caldi della superficie del sole. In sostanza, sta volando attraverso questo strano ambiente chimico che fa riscaldare tutto ciò che lo attraversa, si sciolgono e reagiscono chimicamente con l'aria."
Perché quell'ambiente è così unico, ricreare condizioni di volo realistiche per testare i veicoli per il volo ipersonico è una sfida. Le gallerie del vento possono soddisfare alcune delle condizioni, ma non replicare gli effetti chimici che un veicolo ipersonico sperimenterebbe nell'ambiente di volo reale. Mueschke e i suoi colleghi hanno utilizzato il sistema di cannoni a gas leggero a due stadi di SwRI per simulare condizioni di volo ipersoniche.
Il sistema di cannoni è progettato per generare velocità molto elevate fino a 7 chilometri al secondo (15, 660 miglia orarie). Il sistema stesso è lungo 22 metri (72 piedi) ed è tradizionalmente utilizzato per studiare la balistica.
Il cannone a gas leggero a due stadi presso la sede di San Antonio del Southwest Research Institute è stato determinante in un nuovo studio incentrato sulle condizioni del volo ipersonico. Credito:Southwest Research Institute
Gli ingegneri SwRI hanno utilizzato il sistema di cannoni per spingere gli oggetti a velocità da 10 a 15 Mach per studiare come le condizioni di volo ipersoniche avrebbero influenzato una varietà di materiali e geometrie.
"L'obiettivo qui è esaminare come questi proiettili aerodinamicamente instabili reagiscono a questo ambiente chimico estremamente intenso, " ha detto Mueschke.
Mueschke e i suoi colleghi stanno lavorando per capire come i voli di questi proiettili più piccoli replicano le vere condizioni di volo ipersoniche che i veicoli su larga scala sperimentano. Ciò può essere ottenuto perché la gamma di volo del cannone a gas leggero può imitare un'ampia gamma di altitudini di volo fornendo anche un ambiente di volo acusticamente e chimicamente incontaminato.
Lo studio, co-autore di Mueschke, descrive la serie di prove. Il dimostrato che facendo volare piccoli oggetti di varia forma attraverso diverse altitudini di volo equivalenti, possono osservare l'intenso riscaldamento e la perdita di materiale del veicolo che si verificano sui veicoli a grandezza naturale a causa delle turbolente transizioni dello strato limite e delle complesse interazioni delle onde d'urto.
"Non stiamo solo dimostrando una nuova capacità di ricerca, " Ha detto Mueschke. "Questa ricerca ci aiuterà ad affrontare i problemi materiali associati al volo ipersonico, il primo passo verso la tecnologia di domani."
