Quebrando a barreira do som
Usando túneis de vento para estudar o voo supersônico
O que um avião de caça, um foguete espacial e uma estrela cadente têm em comum? Todos eles viajam mais rápido do que a velocidade do som! Mas como os cientistas estudam o que acontece a velocidades supersônicas? Eles simulam as condições extremas do voo em alta velocidade em experimentos. A tecnologia de vácuo do Busch Group é uma parte indispensável desses experimentos.
À medida que um foguete viaja para o espaço, ele atinge velocidades supersônicas porque acelera rapidamente. Essa aceleração exerce uma força tremenda sobre a espaçonave. Portanto, todos os componentes e materiais que compõem o foguete devem ser testados previamente para garantir que possam suportar essas forças. Esses testes não só garantem que os astronautas sejam capazes de viajar no espaço com segurança, mas também tornam o futuro aeroespacial mais eficiente e ecológico. Mas como é possível simular essas condições no solo? A resposta é um túnel de vento de alta velocidade. Ele usa a interação de pressão e vácuo para imitar as condições extremas de voo no espaço. Em uma extremidade do túnel, há um ou mais tubos acumuladores grandes nos quais o ar é comprimido. Na outra extremidade, existe um vaso de vácuo, que é evacuado por uma bomba de vácuo. O experimento em si é realizado na seção de medição intermediária.
Trazendo velocidades hipersônicas para a Terra
Dentro da seção de medição, os pesquisadores posicionam modelos de aeronaves, sensores ou amostras de materiais para observar como eles interagem com o fluxo ultrassônico. Os dados coletados ajudam os engenheiros a aprimorar os projetos, melhorando a segurança, eficiência e a sustentabilidade das futuras aeronaves e naves espaciais. Para realizar um teste, a válvula para o tubo do acumulador é aberta, criando uma onda de diluição que flui para o tubo do acumulador e acelera o fluxo de ar do acumulador em direção ao bico. Devido à pressão diferencial entre o tubo do acumulador e o vaso de vácuo, e graças ao bico ultrassônico com formato especial, é criado um fluxo ultrassônico na seção de medição. Este fluxo de ar atinge até sete vezes a velocidade do som – mais de 8.600 km/h ou vinte vezes mais rápido do que um carro de Fórmula 1!
O segredo por trás do fluxo ultrassônico: as
bombas de vácuo do Busch Group são essenciais para acelerar, mas também para desacelerar a alta velocidade de fluxo. Essas bombas de vácuo geram as condições de vácuo necessárias no vaso de vácuo posicionado no final da estação de medição, a fim de criar eficientemente a pressão diferencial necessária. Sem a bomba de vácuo, seria necessário muito mais esforço técnico para alcançar a relação de pressão necessária. O ar do acumulador é coletado no vaso de vácuo durante o teste e, em seguida, descarregado como ar ambiente normal.
Trazendo velocidades hipersônicas para a Terra
Dentro da seção de medição, os pesquisadores posicionam modelos de aeronaves, sensores ou amostras de materiais para observar como eles interagem com o fluxo ultrassônico. Os dados coletados ajudam os engenheiros a aprimorar os projetos, melhorando a segurança, eficiência e a sustentabilidade das futuras aeronaves e naves espaciais. Para realizar um teste, a válvula para o tubo do acumulador é aberta, criando uma onda de diluição que flui para o tubo do acumulador e acelera o fluxo de ar do acumulador em direção ao bico. Devido à pressão diferencial entre o tubo do acumulador e o vaso de vácuo, e graças ao bico ultrassônico com formato especial, é criado um fluxo ultrassônico na seção de medição. Este fluxo de ar atinge até sete vezes a velocidade do som – mais de 8.600 km/h ou vinte vezes mais rápido do que um carro de Fórmula 1!
O segredo por trás do fluxo ultrassônico: as
bombas de vácuo do Busch Group são essenciais para acelerar, mas também para desacelerar a alta velocidade de fluxo. Essas bombas de vácuo geram as condições de vácuo necessárias no vaso de vácuo posicionado no final da estação de medição, a fim de criar eficientemente a pressão diferencial necessária. Sem a bomba de vácuo, seria necessário muito mais esforço técnico para alcançar a relação de pressão necessária. O ar do acumulador é coletado no vaso de vácuo durante o teste e, em seguida, descarregado como ar ambiente normal.
Leia mais – Por que as naves espaciais aquecem ao reentrar na atmosfera da Terra
Quando uma nave espacial reentra na atmosfera a partir de uma órbita terrestre baixa, ela se move a cerca de 28.160 km/h – cerca de 25 vezes a velocidade do som. Ao fazê-lo, enfrenta temperaturas mais quentes do que lava derretida – às vezes excedendo 1.600 °C. Isso acontece devido a um processo chamado aquecimento por compressão.
Em velocidades tão altas, as moléculas de ar diretamente na frente da nave espacial não têm tempo de fluir ao redor dela, porque só podem se mover tão rápido quanto a velocidade do som (1.235 km/h). Em vez disso, as moléculas de ar se comprimem rapidamente em uma onda de choque, criando uma região de alta temperatura e pressão que aquece a superfície da nave espacial. Por essa razão, foguetes e cápsulas são equipados com blindagens térmicas projetadas para absorver e dissipar essa energia com segurança. Sem essas blindagens, a reentrada na atmosfera seria impossível, pois o metal que compõe o foguete derreteria. Compreender esses efeitos é crucial para projetar os veículos espaciais da próxima geração. Os mesmos túneis de vento usados para testar aeronaves supersônicas também ajudam os cientistas a simular condições de reentrada, garantindo que futuras naves espaciais possam retornar à Terra com segurança.
Quando uma nave espacial reentra na atmosfera a partir de uma órbita terrestre baixa, ela se move a cerca de 28.160 km/h – cerca de 25 vezes a velocidade do som. Ao fazê-lo, enfrenta temperaturas mais quentes do que lava derretida – às vezes excedendo 1.600 °C. Isso acontece devido a um processo chamado aquecimento por compressão.
Em velocidades tão altas, as moléculas de ar diretamente na frente da nave espacial não têm tempo de fluir ao redor dela, porque só podem se mover tão rápido quanto a velocidade do som (1.235 km/h). Em vez disso, as moléculas de ar se comprimem rapidamente em uma onda de choque, criando uma região de alta temperatura e pressão que aquece a superfície da nave espacial. Por essa razão, foguetes e cápsulas são equipados com blindagens térmicas projetadas para absorver e dissipar essa energia com segurança. Sem essas blindagens, a reentrada na atmosfera seria impossível, pois o metal que compõe o foguete derreteria. Compreender esses efeitos é crucial para projetar os veículos espaciais da próxima geração. Os mesmos túneis de vento usados para testar aeronaves supersônicas também ajudam os cientistas a simular condições de reentrada, garantindo que futuras naves espaciais possam retornar à Terra com segurança.