Romper la barrera del sonido
Uso de túneles de viento para la investigación de vuelos supersónicos
¿Qué tienen en común un avión de combate, un cohete espacial y una estrella fugaz? ¡Todos viajan más rápido que la velocidad del sonido! Pero, ¿cómo estudian los científicos lo que sucede a velocidades supersónicas? Simulan las condiciones extremas del vuelo a alta velocidad en experimentos. La tecnología de vacío del Busch Group es una pieza indispensable en este proceso.
Cuando un cohete viaja hacia el espacio, alcanza velocidades supersónicas porque acelera rápidamente. Esta aceleración ejerce una enorme fuerza sobre la nave espacial. Por lo tanto, todos los componentes y materiales que componen el cohete deben someterse a pruebas previas para garantizar que pueden soportar estas fuerzas. Estas pruebas no solo garantizan que los astronautas puedan viajar en el espacio de forma segura, sino que también hacen que el futuro espacio aéreo sea más eficiente y respetuoso con el medio ambiente. Pero, ¿cómo se pueden simular estas condiciones en tierra? La respuesta es un túnel de viento de alta velocidad. En él se utiliza la interacción de la presión y el vacío para imitar las condiciones de vuelo extremas en el espacio. En un extremo del túnel hay uno o más tubos acumuladores de gran tamaño en los que se comprime el aire. En el otro extremo hay un depósito de vacío, evacuado por una bomba de vacío. El experimento en sí se lleva a cabo en la sección de medición intermedia.
Llevar las velocidades hipersónicas a la Tierra
Dentro de la sección de medición, los investigadores colocan modelos de aeronaves, sensores o muestras de materiales en posición para observar cómo interactúan con el caudal ultrasónico. Los datos que recopilan ayudan a los ingenieros a mejorar los diseños, la seguridad, la eficiencia y la sostenibilidad de futuras aeronaves y naves espaciales. Para realizar una prueba, se abre la válvula al tubo del acumulador, lo que crea una onda de dilución que fluye hacia el tubo del acumulador y acelera el caudal de aire del acumulador hacia la boquilla. Debido a la presión diferencial entre el tubo del acumulador y el depósito de vacío, y gracias a la boquilla ultrasónica de forma especial, se crea un caudal ultrasónico en el tramo de medición. Este flujo de aire alcanza hasta siete veces la velocidad del sonido, ¡más de 8600 km/h o 20 veces más rápido que un coche de Fórmula 1!
El secreto detrás del caudal ultrasónico: el vacío
Las bombas de vacío de Busch Group son clave para acelerar, pero también para reducir la velocidad de caudal. Estas bombas de vacío generan las condiciones de vacío necesarias en el depósito de vacío en posición al final de la estación de medición para crear de forma eficiente la presión diferencial necesaria. Sin la bomba de vacío, sería necesario mucho más esfuerzo técnico para alcanzar la relación de presión requerida. El aire del acumulador se recoge en el depósito de vacío durante la prueba y luego se descarga como aire ambiente normal.
Llevar las velocidades hipersónicas a la Tierra
Dentro de la sección de medición, los investigadores colocan modelos de aeronaves, sensores o muestras de materiales en posición para observar cómo interactúan con el caudal ultrasónico. Los datos que recopilan ayudan a los ingenieros a mejorar los diseños, la seguridad, la eficiencia y la sostenibilidad de futuras aeronaves y naves espaciales. Para realizar una prueba, se abre la válvula al tubo del acumulador, lo que crea una onda de dilución que fluye hacia el tubo del acumulador y acelera el caudal de aire del acumulador hacia la boquilla. Debido a la presión diferencial entre el tubo del acumulador y el depósito de vacío, y gracias a la boquilla ultrasónica de forma especial, se crea un caudal ultrasónico en el tramo de medición. Este flujo de aire alcanza hasta siete veces la velocidad del sonido, ¡más de 8600 km/h o 20 veces más rápido que un coche de Fórmula 1!
El secreto detrás del caudal ultrasónico: el vacío
Las bombas de vacío de Busch Group son clave para acelerar, pero también para reducir la velocidad de caudal. Estas bombas de vacío generan las condiciones de vacío necesarias en el depósito de vacío en posición al final de la estación de medición para crear de forma eficiente la presión diferencial necesaria. Sin la bomba de vacío, sería necesario mucho más esfuerzo técnico para alcanzar la relación de presión requerida. El aire del acumulador se recoge en el depósito de vacío durante la prueba y luego se descarga como aire ambiente normal.
Leer más: Por qué las naves espaciales se calientan al volver a entrar en la atmósfera de la Tierra
Cuando una nave espacial vuelve a entrar en la atmósfera desde una órbita terrestre baja, viaja a unos 28 160 km/h, aproximadamente 25 veces la velocidad del sonido. Al hacerlo, se enfrenta a temperaturas más altas que la lava fundida, a veces superiores a 1600 °C. Esto se debe a un proceso llamado calentamiento por compresión.
A velocidades tan elevadas, las moléculas de aire situadas directamente delante de la nave espacial no tienen tiempo de circular por ella, ya que solo pueden moverse a la velocidad del sonido (1235 km/h). En lugar de ello, las moléculas de aire se comprimen rápidamente en una onda de choque, creando una región de alta temperatura y presión que calienta la superficie de la nave espacial. Por este motivo, los cohetes y las cápsulas están equipados con blindajes térmicos diseñados para absorber y disipar esta energía de forma segura. Sin ellos, sería imposible volver a entrar en la atmósfera, ya que el metal que compone el cohete se derretiría. Comprender estos efectos es crucial para el diseño de vehículos espaciales de última generación. Los mismos túneles de viento utilizados para las pruebas de aeronaves supersónicas también ayudan a los científicos a simular las condiciones de reentrada, lo que garantiza que las futuras aeronaves espaciales puedan regresar a la Tierra de forma segura.
Cuando una nave espacial vuelve a entrar en la atmósfera desde una órbita terrestre baja, viaja a unos 28 160 km/h, aproximadamente 25 veces la velocidad del sonido. Al hacerlo, se enfrenta a temperaturas más altas que la lava fundida, a veces superiores a 1600 °C. Esto se debe a un proceso llamado calentamiento por compresión.
A velocidades tan elevadas, las moléculas de aire situadas directamente delante de la nave espacial no tienen tiempo de circular por ella, ya que solo pueden moverse a la velocidad del sonido (1235 km/h). En lugar de ello, las moléculas de aire se comprimen rápidamente en una onda de choque, creando una región de alta temperatura y presión que calienta la superficie de la nave espacial. Por este motivo, los cohetes y las cápsulas están equipados con blindajes térmicos diseñados para absorber y disipar esta energía de forma segura. Sin ellos, sería imposible volver a entrar en la atmósfera, ya que el metal que compone el cohete se derretiría. Comprender estos efectos es crucial para el diseño de vehículos espaciales de última generación. Los mismos túneles de viento utilizados para las pruebas de aeronaves supersónicas también ayudan a los científicos a simular las condiciones de reentrada, lo que garantiza que las futuras aeronaves espaciales puedan regresar a la Tierra de forma segura.