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Pesquisa hipersônica destaca futuros desafios de vôo

Os engenheiros do Southwest Research Institute estão avançando no que os pesquisadores sabem sobre o vôo hipersônico. Um novo estudo apresentado na Reunião de Propulsão Conjunta Exército-Marinha-NASA-Força Aérea da NASA (JANNAF) descreve uma série de testes realizados na sede do SwRI em San Antonio que elucidam as condições que uma futura aeronave pode experimentar viajando mais rápido que 10 vezes a velocidade do som .

“A velocidade hipersônica é definida como superior a cinco vezes a velocidade do som ou superior a Mach 5. Quando algo está voando tão rápido, o ar se decompõe quimicamente em torno da nave”, disse o Dr. Nicholas J. Mueschke do SwRI, principal autor do estudo. . “Alguns pontos por trás da onda de choque criada pelo veículo são mais quentes que a superfície do sol. Essencialmente, ele está voando por esse ambiente químico estranho que faz com que tudo o que está viajando por ele se aqueça, derreta e reaja quimicamente com o ar”.

Como esse ambiente é tão único, recriar condições de vôo realistas para testar veículos em vôo hipersônico é um desafio. Os túneis de vento podem corresponder a algumas condições, mas não replicam os efeitos químicos que um veículo hipersônico experimentaria no ambiente real de voo. Mueschke e seus colegas utilizaram o sistema de pistola de gás leve de dois estágios do SwRI para simular condições de voo hipersônicas.

O sistema de armas é projetado para gerar velocidades muito altas de até 7 quilômetros por segundo (15.660 mph). O sistema em si tem 22 metros (72 pés) de comprimento e é tradicionalmente usado para estudar balística.

Os engenheiros do SwRI usaram o sistema de armas para impulsionar objetos a velocidades de Mach 10 a 15 para estudar como as condições de vôo hipersônicas afetariam uma variedade de materiais e geometrias.

“O objetivo aqui é examinar como esses projéteis aerodinamicamente instáveis ​​reagem a esse ambiente químico extremamente intenso”, disse Mueschke.

Mueschke e seus colegas estão trabalhando para entender como os vôos desses projéteis menores replicam as verdadeiras condições de vôo hipersônicas que os veículos em grande escala experimentam. Isso pode ser conseguido porque o alcance de vôo de uma pistola de gás leve pode imitar uma ampla gama de altitudes de voo, além de proporcionar um ambiente de voo acústico e quimicamente intocado.

O estudo, em co-autoria de Mueschke, descreve a série de testes. Eles demonstraram que ao voar pequenos objetos de formas variadas em diferentes altitudes de voo equivalentes, eles podem observar a intensa perda de material de aquecimento e veículo que ocorre em veículos de tamanho normal devido a transições turbulentas da camada limite e interações complexas de ondas de choque.

“Não estamos apenas demonstrando uma nova capacidade de pesquisa”, disse Mueschke. “Esta pesquisa nos ajudará a resolver problemas materiais associados ao voo hipersônico , o primeiro passo em direção à tecnologia de amanhã”.