Hypersonisk forskning sætter fokus på fremtidige flyudfordringer

Ingeniører fra Southwest Research Institute fremmer, hvad forskere ved om hypersonisk flyvning. En ny undersøgelse præsenteret på 2019 Joint Army-Navy-NASA-Air Force (JANNAF) Propulsion Meeting beskriver en række test udført ved SwRI's San Antonio hovedkvarter, der belyser de forhold et fremtidigt fly kan opleve, når de rejser hurtigere end 10 gange lydens hastighed .

"Hypersonisk hastighed er defineret som hurtigere end fem gange lydens hastighed eller større end Mach 5. Når noget flyver så hurtigt, luften nedbrydes kemisk omkring fartøjet, " sagde SwRI's Dr. Nicholas J. Mueschke, undersøgelsens hovedforfatter. "Nogle punkter bag chokbølgen skabt af køretøjet er varmere end solens overflade. det flyver gennem dette mærkelige kemiske miljø, der får det, der rejser gennem det, til at varme op, smelter og reagerer kemisk med luften."

Fordi det miljø er så unikt, at genskabe realistiske flyveforhold for at teste køretøjer til hypersonisk flyvning er en udfordring. Vindtunneler kan matche nogle af forholdene, men repliker ikke de kemiske effekter, som et hypersonisk køretøj ville opleve i det rigtige flyvemiljø. Mueschke og hans kolleger brugte SwRI's to-trins lysgaspistolsystem til at simulere hypersoniske flyveforhold.

Pistolsystemet er designet til at generere meget høje hastigheder op til 7 kilometer i sekundet (15, 660 mph). Selve systemet er 22 meter (72 fod) langt og bruges traditionelt til at studere ballistik.

SwRI-ingeniører brugte pistolsystemet til at fremdrive objekter med hastigheder fra 10 til 15 Mach for at studere, hvordan de hypersoniske flyveforhold ville påvirke en række forskellige materialer og geometrier.

"Målet her er at undersøge, hvordan disse aerodynamisk ustabile projektiler reagerer på dette ekstremt intense kemiske miljø, " sagde Mueschke.

Mueschke og hans kolleger arbejder på at forstå, hvordan disse mindre projektilers flyvninger replikerer de sande hypersoniske flyveforhold, som fuldskala køretøjer oplever. Dette kan opnås, fordi flyverækkevidden med let gaspistol kan efterligne en bred vifte af flyvehøjder, samtidig med at den giver et akustisk og kemisk uberørt flyvemiljø.

Studiet, medforfatter af Mueschke, beskriver rækken af ​​tests. De viste, at ved at flyve små genstande af varierende form gennem forskellige ækvivalente flyvehøjder, de kan observere den intense opvarmning og køretøjsmaterialetab, der opstår på køretøjer i fuld størrelse på grund af turbulente grænselagsovergange og komplekse chokbølgeinteraktioner.

"Vi demonstrerer ikke kun en ny forskningskapacitet, " sagde Mueschke. "Denne forskning vil hjælpe os med at løse materielle problemer forbundet med hypersonisk flyvning, det første skridt mod fremtidens teknologi."