Briser le mur du son
Utilisation de souffleries pour la recherche de vols supersoniques
Qu’ont en commun un avion de chasse, une fusée spatiale et une étoile filante ? Ils se déplacent tous plus vite que la vitesse du son ! Mais comment les scientifiques étudient-ils ce qu'il se passe à des vitesses supersoniques ? Ils simulent les conditions extrêmes du vol à grande vitesse pendant leurs expériences. La technologie de vide du Busch Group en est un élément indispensable.
Lorsqu’une fusée se déplace dans l’espace, elle atteint des vitesses supersoniques parce qu’elle accélère rapidement. Cette accélération exerce une force énorme sur l’engin spatial. Chaque composant et matériau constituant la fusée doit faire l’objet de tests préalables afin de s’assurer qu’il peut résister à ces forces. Ces tests permettent aux astronautes de voyager dans l’espace en toute sécurité, et rendent ainsi l’aérospatiale du futur plus efficace et plus respectueuse de l’environnement. Mais comment simuler ces conditions au sol ? La réponse est une soufflerie à grande vitesse. Elle utilise l’interaction de la pression et du vide pour imiter les conditions de vol extrêmes dans l’espace. À une extrémité de la soufflerie se trouvent un ou plusieurs grands tubes accumulateurs dans lesquels l’air est comprimé. À l’autre extrémité se trouve un réservoir de vide, évacué par une pompe à vide. L’expérience elle-même est réalisée dans la section de mesure intermédiaire.
Ramener les vitesses hypersoniques sur Terre
Dans la trajectoire de mesure, les chercheurs positionnent des modèles d’avions, des capteurs ou des échantillons de matériaux pour observer comment ils interagissent avec le flux ultrasonique. Les données qu’ils collectent aident les ingénieurs à améliorer les conceptions, renforçant ainsi la sécurité, l’efficacité et la durabilité des futurs avions et engins spatiaux. Pour effectuer un test, la vanne du tube de l’accumulateur est ouverte, créant une onde de dilution qui s’écoule dans le tube de l’accumulateur et accélère le flux d’air de l’accumulateur vers la buse. En raison de la pression différentielle entre le tube de l'accumulateur et le réservoir de vide, et grâce à la buse à ultrasons de forme spéciale, un flux ultrasonique est créé dans la trajectoire de mesure. Ce flux d’air atteint jusqu’à sept fois la vitesse du son – plus de 8 600 km/h, soit vingt fois plus vite qu’une voiture de Formule 1 !
Le secret du flux ultrasonique : le vide
Les pompes à vide du Busch Group sont essentielles pour accélérer, mais aussi pour ralentir la vitesse d'écoulement élevée. Ces pompes à vide génèrent les conditions de vide nécessaires dans le réservoir de vide placé à l’extrémité du poste de mesure, pour créer efficacement la pression différentielle nécessaire. Sans la pompe à vide, il faudrait beaucoup plus d’efforts techniques pour atteindre le rapport de pression nominale. L’air de l’accumulateur est collecté dans le réservoir de vide pendant le test, puis évacué sous forme d’air ambiant normal.
Ramener les vitesses hypersoniques sur Terre
Dans la trajectoire de mesure, les chercheurs positionnent des modèles d’avions, des capteurs ou des échantillons de matériaux pour observer comment ils interagissent avec le flux ultrasonique. Les données qu’ils collectent aident les ingénieurs à améliorer les conceptions, renforçant ainsi la sécurité, l’efficacité et la durabilité des futurs avions et engins spatiaux. Pour effectuer un test, la vanne du tube de l’accumulateur est ouverte, créant une onde de dilution qui s’écoule dans le tube de l’accumulateur et accélère le flux d’air de l’accumulateur vers la buse. En raison de la pression différentielle entre le tube de l'accumulateur et le réservoir de vide, et grâce à la buse à ultrasons de forme spéciale, un flux ultrasonique est créé dans la trajectoire de mesure. Ce flux d’air atteint jusqu’à sept fois la vitesse du son – plus de 8 600 km/h, soit vingt fois plus vite qu’une voiture de Formule 1 !
Le secret du flux ultrasonique : le vide
Les pompes à vide du Busch Group sont essentielles pour accélérer, mais aussi pour ralentir la vitesse d'écoulement élevée. Ces pompes à vide génèrent les conditions de vide nécessaires dans le réservoir de vide placé à l’extrémité du poste de mesure, pour créer efficacement la pression différentielle nécessaire. Sans la pompe à vide, il faudrait beaucoup plus d’efforts techniques pour atteindre le rapport de pression nominale. L’air de l’accumulateur est collecté dans le réservoir de vide pendant le test, puis évacué sous forme d’air ambiant normal.
En savoir plus – Pourquoi les engins spatiaux s’échauffent lorsqu’ils rentrent dans l’atmosphère terrestre
Lorsqu’un engin spatial revient dans l’atmosphère depuis une orbite terrestre basse, il se déplace à environ 28 160 km/h, soit environ 25 fois la vitesse du son. En faisant cela, il est exposé à des températures plus élevées que la lave fondue, parfois supérieures à 1 600 °C. Cela est dû à un processus appelé chauffage par compression.
À de telles vitesses, les molécules d’air situées directement devant l’engin spatial n’ont pas le temps de circuler autour de lui, car elles ne peuvent se déplacer qu’à la vitesse du son (1 235 km/h). Au lieu de cela, les molécules d’air se compriment rapidement en une onde de choc, créant une région de température et de pression élevées, qui réchauffe la surface de l’engin spatial. C’est pourquoi les fusées et les capsules sont équipées d’écrans thermiques conçus pour absorber et dissiper cette énergie en toute sécurité. Sans eux, il serait impossible de rentrer dans l’atmosphère car le métal qui compose la fusée fondrait. La compréhension de ces effets est cruciale pour la conception des véhicules spatiaux de nouvelle génération. Les mêmes souffleries utilisées pour les tests d’avions supersoniques aident aussi les scientifiques à simuler les conditions de rentrée, afin de s'assurer que les futurs avions spatiaux pourront revenir sur Terre en toute sécurité.
Lorsqu’un engin spatial revient dans l’atmosphère depuis une orbite terrestre basse, il se déplace à environ 28 160 km/h, soit environ 25 fois la vitesse du son. En faisant cela, il est exposé à des températures plus élevées que la lave fondue, parfois supérieures à 1 600 °C. Cela est dû à un processus appelé chauffage par compression.
À de telles vitesses, les molécules d’air situées directement devant l’engin spatial n’ont pas le temps de circuler autour de lui, car elles ne peuvent se déplacer qu’à la vitesse du son (1 235 km/h). Au lieu de cela, les molécules d’air se compriment rapidement en une onde de choc, créant une région de température et de pression élevées, qui réchauffe la surface de l’engin spatial. C’est pourquoi les fusées et les capsules sont équipées d’écrans thermiques conçus pour absorber et dissiper cette énergie en toute sécurité. Sans eux, il serait impossible de rentrer dans l’atmosphère car le métal qui compose la fusée fondrait. La compréhension de ces effets est cruciale pour la conception des véhicules spatiaux de nouvelle génération. Les mêmes souffleries utilisées pour les tests d’avions supersoniques aident aussi les scientifiques à simuler les conditions de rentrée, afin de s'assurer que les futurs avions spatiaux pourront revenir sur Terre en toute sécurité.