Depășirea barierei sunetului
Utilizarea tunelurilor aerodinamice pentru studiul zborului supersonic
Ce au în comun un avion de vânătoare, o rachetă spațială și o stea căzătoare? Toate se deplasează mai repede decât viteza sunetului! Dar cum studiază oamenii de știință ce se întâmplă la viteze supersonice? Aceștia simulează prin experimente condițiile extreme ale zborului de mare viteză. Tehnologia vidului de la Busch Group este o parte indispensabilă.
Pe măsură ce o rachetă se deplasează în spațiu, atinge viteze supersonice deoarece accelerează rapid. Această accelerare exercită o forță enormă asupra navei spațiale. Prin urmare, fiecare componentă și material care alcătuiește racheta trebuie testat în prealabil pentru a se asigura că poate rezista la aceste forțe. Aceste teste nu numai că se asigură că astronauții pot călători în siguranță în spațiu, ci și că viitorul sector aerospațial devine mai eficient și mai ecologic. Dar cum puteți simula aceste condiții la sol? Răspunsul este un tunel aerodinamic de mare viteză. Acesta utilizează interacțiunea dintre presiune și vid pentru a imita condițiile extreme de zbor din spațiu. La un capăt al tunelului se află unul sau mai multe tuburi mari acumulatoare, unde este comprimat aerul. La celălalt capăt se află un vas cu vid, evacuat cu ajutorul unei pompe de vid. Experimentul în sine este efectuat în secțiunea de măsurare intermediară.
Aducerea vitezelor hipersonice pe Pământ
În interiorul secțiunii de măsurare, cercetătorii poziționează machete de aeronave, senzori sau probe de materiale pentru a observa modul în care acestea interacționează cu curgerea ultrasonică. Datele pe care le colectează ajută inginerii să îmbunătățească proiectele, perfecționând siguranța, eficiența și sustenabilitatea viitoarelor aeronave și nave spațiale. Pentru a efectua un test, supapa de la tubul acumulator este deschisă, generând o undă de diluare, care curge în tubul acumulator și accelerează debitul de aer din acumulator spre duză. Datorită presiunii diferențiale dintre tubul acumulator și vasul cu vid și datorită duzei cu ultrasunete cu formă specială, în secțiunea de măsurare se creează o curgere ultrasonică. Acest flux de aer atinge o viteză de până la șapte ori mai mare decât cea a sunetului – peste 8.600 km/h sau de 20 de ori mai rapid decât o mașină de Formula 1!
Secretul din spatele curgerii ultrasonice: vidul
Pompele de vid de la Busch Group sunt esențiale pentru accelerarea, dar și pentru încetinirea vitezei mari de curgere. Aceste pompe de vid generează condițiile de vid necesare în vasul cu vid poziționat la capătul stației de măsurare, pentru a crea în mod eficient presiunea diferențială necesară. Fără pompa de vid, ar fi necesar mult mai mult efort tehnic pentru a atinge raportul de presiune necesar. Aerul din acumulator este colectat în vasul cu vid în timpul testului și apoi este evacuat în exterior ca aer ambiental normal.
Aducerea vitezelor hipersonice pe Pământ
În interiorul secțiunii de măsurare, cercetătorii poziționează machete de aeronave, senzori sau probe de materiale pentru a observa modul în care acestea interacționează cu curgerea ultrasonică. Datele pe care le colectează ajută inginerii să îmbunătățească proiectele, perfecționând siguranța, eficiența și sustenabilitatea viitoarelor aeronave și nave spațiale. Pentru a efectua un test, supapa de la tubul acumulator este deschisă, generând o undă de diluare, care curge în tubul acumulator și accelerează debitul de aer din acumulator spre duză. Datorită presiunii diferențiale dintre tubul acumulator și vasul cu vid și datorită duzei cu ultrasunete cu formă specială, în secțiunea de măsurare se creează o curgere ultrasonică. Acest flux de aer atinge o viteză de până la șapte ori mai mare decât cea a sunetului – peste 8.600 km/h sau de 20 de ori mai rapid decât o mașină de Formula 1!
Secretul din spatele curgerii ultrasonice: vidul
Pompele de vid de la Busch Group sunt esențiale pentru accelerarea, dar și pentru încetinirea vitezei mari de curgere. Aceste pompe de vid generează condițiile de vid necesare în vasul cu vid poziționat la capătul stației de măsurare, pentru a crea în mod eficient presiunea diferențială necesară. Fără pompa de vid, ar fi necesar mult mai mult efort tehnic pentru a atinge raportul de presiune necesar. Aerul din acumulator este colectat în vasul cu vid în timpul testului și apoi este evacuat în exterior ca aer ambiental normal.
Citiți mai multe – De ce navele spațiale se încing când intră din nou în atmosfera Pământului
Când o navă spațială reintră în atmosfera de pe o orbită joasă a Pământului, aceasta se deplasează cu aproximativ 28.160 km/h – de aproximativ 25 de ori viteza sunetului. În acest timp, se confruntă cu temperaturi mai ridicate decât cele ale lavei topite – uneori depășind 1.600 °C. Acest lucru se întâmplă printr-un proces numit încălzire prin compresie.
La viteze atât de mari, moleculele de aer aflate direct în fața navei spațiale nu au timp să curgă în jurul acesteia, deoarece se pot deplasa doar cu viteza sunetului (1.235 km/h). În schimb, moleculele de aer se comprimă rapid într-o undă de șoc, creând o regiune de temperatură și presiune ridicate, care încinge suprafața navei spațiale. Din acest motiv, rachetele și capsulele sunt echipate cu scuturi termice cu design special pentru a absorbi și a disipa în siguranță această energie. Fără acestea, reintrarea în atmosferă ar fi imposibilă, deoarece metalul din care este realizată racheta s-ar topi. Înțelegerea acestor efecte este esențială pentru designul următoarei generații de vehicule spațiale. Aceleași tuneluri aerodinamice utilizate pentru testarea aeronavelor supersonice ajută, de asemenea, oamenii de știință să simuleze condițiile de reintrare în atmosferă, asigurându-se că viitoarele nave spațiale se pot întoarce pe Pământ în condiții de siguranță.
Când o navă spațială reintră în atmosfera de pe o orbită joasă a Pământului, aceasta se deplasează cu aproximativ 28.160 km/h – de aproximativ 25 de ori viteza sunetului. În acest timp, se confruntă cu temperaturi mai ridicate decât cele ale lavei topite – uneori depășind 1.600 °C. Acest lucru se întâmplă printr-un proces numit încălzire prin compresie.
La viteze atât de mari, moleculele de aer aflate direct în fața navei spațiale nu au timp să curgă în jurul acesteia, deoarece se pot deplasa doar cu viteza sunetului (1.235 km/h). În schimb, moleculele de aer se comprimă rapid într-o undă de șoc, creând o regiune de temperatură și presiune ridicate, care încinge suprafața navei spațiale. Din acest motiv, rachetele și capsulele sunt echipate cu scuturi termice cu design special pentru a absorbi și a disipa în siguranță această energie. Fără acestea, reintrarea în atmosferă ar fi imposibilă, deoarece metalul din care este realizată racheta s-ar topi. Înțelegerea acestor efecte este esențială pentru designul următoarei generații de vehicule spațiale. Aceleași tuneluri aerodinamice utilizate pentru testarea aeronavelor supersonice ajută, de asemenea, oamenii de știință să simuleze condițiile de reintrare în atmosferă, asigurându-se că viitoarele nave spațiale se pot întoarce pe Pământ în condiții de siguranță.