At bryde lydmuren
Brug af vindtunneller til at forske i supersonisk flyvning
Hvad har et kampfly, en rumraket og et stjerneskud til fælles? De bevæger sig alle hurtigere end lydens hastighed! Men hvordan kan forskerne undersøge, hvad der sker ved supersoniske hastigheder? De simulerer de ekstreme betingelser for højhastighedsflyvning via eksperimenter. Hér spiller vakuumteknologi fra Busch Group en helt afgørende rolle.
Når en raket bevæger sig ud i rummet, når den overlydshastigheder, fordi den accelererer hurtigt. Denne acceleration udøver en enorm kraft på rumfartøjet. Alle komponenter og materialer, der udgør raketten, skal derfor testes på forhånd for at sikre, at den kan modstå disse kræfter. Disse tests sikrer ikke kun, at astronauter kan rejse sikkert i rummet, men gør også fremtidens luftfart mere effektiv og miljøvenlig. Men hvordan kan man simulere disse betingelser på jorden? Svaret er en højhastighedsvindtunnel. Den bruger samspillet mellem tryk og vakuum til at efterligne de ekstreme flyvebetingelser i rummet. I den ene ende af tunnelen er der et eller flere store akkumulatorrør, hvori luften komprimeres. I den anden ende er der en vakuumbeholder, der evakueres af en vakuumpumpe. Selve eksperimentet udføres i målesektionen, som sidder midt i mellem de to.
Hypersoniske hastigheder bragt ned til jorden
I målesektionen placerer forskerne flymodeller, sensorer eller materialeprøver for at observere, hvordan de interagerer med det ultrasoniske flow. Den indsamlede data hjælper ingeniører med at forbedre designet og øge sikkerheden, effektiviteten og bæredygtigheden ved fremtidige fly og rumfartøjer. Når der skal udføres en test, åbnes ventilen til akkumulatorrøret, hvilket skaber en fortyndingsbølge, der kommer ind i akkumulatorrøret og får akkumulatorluften til at strømme hurtigere mod dysen. På grund af differenstrykket mellem akkumulatorrøret og vakuumbeholderen, og takket være den specialformede ultralydsdyse, skabes der et ultralydsflow i målesektionen. Denne luftstrøm når op på en hastighed svarende til syv gange lydens hastighed – over 8.600 km/t eller tyve gange hurtigere end en Formel 1-bil!
Hemmeligheden bag ultralydsflow: vakuum
Vakuumpumper fra Busch Group er nøglen til at accelerere, men også til at bremse den høje flowhastighed. Disse vakuumpumper skaber de nødvendige betingelser for vakuum i vakuumbeholderen, der er placeret for enden af målestationen, for effektivt at skabe det nødvendige differenstryk. Uden vakuumpumpen ville det kræve en meget større teknisk indsats at opnå det nødvendige trykforhold. Under testen opsamles luften fra akkumulatoren i vakuumbeholderen og ledes derefter ud som normal atmosfærisk luft.
Hypersoniske hastigheder bragt ned til jorden
I målesektionen placerer forskerne flymodeller, sensorer eller materialeprøver for at observere, hvordan de interagerer med det ultrasoniske flow. Den indsamlede data hjælper ingeniører med at forbedre designet og øge sikkerheden, effektiviteten og bæredygtigheden ved fremtidige fly og rumfartøjer. Når der skal udføres en test, åbnes ventilen til akkumulatorrøret, hvilket skaber en fortyndingsbølge, der kommer ind i akkumulatorrøret og får akkumulatorluften til at strømme hurtigere mod dysen. På grund af differenstrykket mellem akkumulatorrøret og vakuumbeholderen, og takket være den specialformede ultralydsdyse, skabes der et ultralydsflow i målesektionen. Denne luftstrøm når op på en hastighed svarende til syv gange lydens hastighed – over 8.600 km/t eller tyve gange hurtigere end en Formel 1-bil!
Hemmeligheden bag ultralydsflow: vakuum
Vakuumpumper fra Busch Group er nøglen til at accelerere, men også til at bremse den høje flowhastighed. Disse vakuumpumper skaber de nødvendige betingelser for vakuum i vakuumbeholderen, der er placeret for enden af målestationen, for effektivt at skabe det nødvendige differenstryk. Uden vakuumpumpen ville det kræve en meget større teknisk indsats at opnå det nødvendige trykforhold. Under testen opsamles luften fra akkumulatoren i vakuumbeholderen og ledes derefter ud som normal atmosfærisk luft.
Læs mere – Hvorfor rumfartøjer bliver varme, når de kommer tilbage til jordens atmosfære
Når et rumfartøj kommer tilbage til atmosfæren fra en lav bane omkring jorden, bevæger det sig med ca. 28.160 km/t – omkring 25 gange lydens hastighed. Samtidig udsættes det for temperaturer, der er varmere end smeltet lava – nogle gange over 1.600 °C. Dette sker på grund af en proces, der kaldes kompressionsopvarmning.
Ved så høje hastigheder har luftmolekylerne lige foran rumfartøjet ikke tid til at strømme omkring det, fordi de ikke kan overstige lydens hastighed (1.235 km/t). I stedet komprimeres luftmolekylerne hurtigt til en chokbølge, der skaber et område med høj temperatur og højt tryk, som opvarmer rumfartøjets overflade. Derfor er raketter og kapsler udstyret med varmeskjolde, der er designet til at absorbere og afgive energien på en sikker måde. Uden dem ville det være umuligt at komme ind i atmosfæren igen, da metallet, der udgør raketten, ellers ville smelte. Det er afgørende at forstå disse effekter, når næste generation af rumfartøjer skal designes. De samme vindtunneller, der blev brugt til at teste overlydsfly, hjælper også forskerne med at simulere betingelserne for genindtræden, hvilket sikrer, at fremtidige rumfartøjer kan vende sikkert tilbage til Jorden.
Når et rumfartøj kommer tilbage til atmosfæren fra en lav bane omkring jorden, bevæger det sig med ca. 28.160 km/t – omkring 25 gange lydens hastighed. Samtidig udsættes det for temperaturer, der er varmere end smeltet lava – nogle gange over 1.600 °C. Dette sker på grund af en proces, der kaldes kompressionsopvarmning.
Ved så høje hastigheder har luftmolekylerne lige foran rumfartøjet ikke tid til at strømme omkring det, fordi de ikke kan overstige lydens hastighed (1.235 km/t). I stedet komprimeres luftmolekylerne hurtigt til en chokbølge, der skaber et område med høj temperatur og højt tryk, som opvarmer rumfartøjets overflade. Derfor er raketter og kapsler udstyret med varmeskjolde, der er designet til at absorbere og afgive energien på en sikker måde. Uden dem ville det være umuligt at komme ind i atmosfæren igen, da metallet, der udgør raketten, ellers ville smelte. Det er afgørende at forstå disse effekter, når næste generation af rumfartøjer skal designes. De samme vindtunneller, der blev brugt til at teste overlydsfly, hjælper også forskerne med at simulere betingelserne for genindtræden, hvilket sikrer, at fremtidige rumfartøjer kan vende sikkert tilbage til Jorden.