Bryta ljudvallen
Vindtunnlar används vid forskning om överljudsflygning
Vad har ett stridsflygplan, en rymdraket och en ett stjärnfall gemensamt? De färdas alla snabbare än ljudets hastighet! Men hur går forskare tillväga för att studera vad som sker vid överljudshastigheter? De simulerar de extrema förhållandena vid höghastighetsflygning i olika experiment. Vakuumteknik från Busch Group ingår här som en oumbärlig del.
När en raket färdas ut i rymden når den överljudshastigheter eftersom den accelererar snabbt. Denna acceleration utövar en enorm kraft på rymdfarkosten. Varje komponent och allt material som raketen är byggd av måste därför testas i förväg för att säkerställa att den klarar dessa krafter. Testerna säkerställer inte bara att astronauter kan färdas säkert i rymden, utan gör även framtidens flyg- och rymdteknik mer effektiv och miljövänlig. Men hur kan man simulera dessa tillstånd på marken? Svaret är att man använder sig av en höghastighetsvindtunnel. Denna utnyttjar samspelet mellan tryck och vakuum för att efterlikna de extrema flygförhållandena i rymden. I ena änden av tunneln finns ett eller flera stora ackumulatorrör där luft komprimeras. I andra änden finns ett vakuumkärl som töms av en vakuumpump. Själva experimentet utförs i mätområdet däremellan.
Efterlikna hypersoniska hastigheter på jorden
I mätområdet placerar forskare flygplansmodeller, sensorer eller materialprover för att observera hur de interagerar med ultraljudsflödet. Data man samlar in hjälper ingenjörer att bygga bättre, säkrare, effektivare och mer hållbart för framtida flygplan och rymdfärjor. När ett test ska utföras öppnas ventilen till ackumulatorröret, vilket skapar en utspädningsvåg som flödar in i ackumulatorröret och accelererar ackumulatorluftens flöde mot munstycket. På grund av differenstrycket mellan ackumulatorröret och vakuumkärlet och tack vare det specialformade ultraljudsmunstycket skapas ett ultraljudsflöde i mätområdet. Detta luftflöde kommer upp i sju gånger ljudets hastighet – över 8 600 km/h eller tjugo gånger snabbare än en Formel 1-bil!
Hemligheten bakom ultraljudsflöde
: Vakuumpumpar från Busch Group är nyckeln till acceleration här, men också till retardation av den höga flödeshastigheten. Dessa vakuumpumpar genererar nödvändiga vakuumtillstånd i vakuumkärlet som är positionerat i slutet av mätstationen för att effektivt skapa det differenstryck som krävs. Utan vakuumpump skulle det krävas avsevärda tekniska insatser för att uppnå önskat tryckförhållande. Luften från ackumulatorn samlas i vakuumkärlet under testet och släpps sedan ut utomhus som normal omgivningsluft.
Efterlikna hypersoniska hastigheter på jorden
I mätområdet placerar forskare flygplansmodeller, sensorer eller materialprover för att observera hur de interagerar med ultraljudsflödet. Data man samlar in hjälper ingenjörer att bygga bättre, säkrare, effektivare och mer hållbart för framtida flygplan och rymdfärjor. När ett test ska utföras öppnas ventilen till ackumulatorröret, vilket skapar en utspädningsvåg som flödar in i ackumulatorröret och accelererar ackumulatorluftens flöde mot munstycket. På grund av differenstrycket mellan ackumulatorröret och vakuumkärlet och tack vare det specialformade ultraljudsmunstycket skapas ett ultraljudsflöde i mätområdet. Detta luftflöde kommer upp i sju gånger ljudets hastighet – över 8 600 km/h eller tjugo gånger snabbare än en Formel 1-bil!
Hemligheten bakom ultraljudsflöde
: Vakuumpumpar från Busch Group är nyckeln till acceleration här, men också till retardation av den höga flödeshastigheten. Dessa vakuumpumpar genererar nödvändiga vakuumtillstånd i vakuumkärlet som är positionerat i slutet av mätstationen för att effektivt skapa det differenstryck som krävs. Utan vakuumpump skulle det krävas avsevärda tekniska insatser för att uppnå önskat tryckförhållande. Luften från ackumulatorn samlas i vakuumkärlet under testet och släpps sedan ut utomhus som normal omgivningsluft.
Läs mer – Varför rymdfärjor värms upp när de återinträder i jordens atmosfär
När en rymdfärja återinträder i atmosfären från en låg omloppsbana runt jorden färdas den i cirka 28 160 km/h – ungefär 25 gånger ljudets hastighet. Samtidigt utsätts den för temperaturer som är varmare än smält lava – ibland över 1 600 °C. Detta har att göra med en process som kallas kompressionsuppvärmning.
Vid så höga hastigheter har luftmolekylerna direkt framför rymdfärjan inte tid att flöda runt den eftersom de bara kan röra sig i ljudets hastighet (1 235 km/h). Istället komprimeras luftmolekylerna snabbt till en stötvåg, vilket skapar en region med hög temperatur och högt tryck som värmer upp rymdfärjans yta. Därför är raketer och kapslar utrustade med värmesköldar som är designade för att absorbera och avleda denna energi säkert. Utan dem vore det omöjligt att återvända in i atmosfären eftersom metallen som raketen består av skulle smälta. Att förstå dessa effekter är avgörande för byggandet av nästa generations rymdfarkoster. Samma vindtunnlar som används för att testa överljudsflygplan hjälper också forskarna att simulera förhållandena för återinträde i atmosfären, vilket säkerställer att framtida rymdfärjor kan återvända till jorden säkert.
När en rymdfärja återinträder i atmosfären från en låg omloppsbana runt jorden färdas den i cirka 28 160 km/h – ungefär 25 gånger ljudets hastighet. Samtidigt utsätts den för temperaturer som är varmare än smält lava – ibland över 1 600 °C. Detta har att göra med en process som kallas kompressionsuppvärmning.
Vid så höga hastigheter har luftmolekylerna direkt framför rymdfärjan inte tid att flöda runt den eftersom de bara kan röra sig i ljudets hastighet (1 235 km/h). Istället komprimeras luftmolekylerna snabbt till en stötvåg, vilket skapar en region med hög temperatur och högt tryck som värmer upp rymdfärjans yta. Därför är raketer och kapslar utrustade med värmesköldar som är designade för att absorbera och avleda denna energi säkert. Utan dem vore det omöjligt att återvända in i atmosfären eftersom metallen som raketen består av skulle smälta. Att förstå dessa effekter är avgörande för byggandet av nästa generations rymdfarkoster. Samma vindtunnlar som används för att testa överljudsflygplan hjälper också forskarna att simulera förhållandena för återinträde i atmosfären, vilket säkerställer att framtida rymdfärjor kan återvända till jorden säkert.