Un túnel de viento hipersónico está diseñado para generar un campo de flujo hipersónico en la sección de trabajo, simulando así las características de flujo típicas de este régimen de flujo, incluidos los choques de compresión y los efectos de la capa límite pronunciados, la capa de entropía y las zonas de interacción viscosa y, lo que es más importante, las temperaturas totales altas de el flujo. La velocidad de estos túneles varía de Mach 5 a 15. El requisito de potencia de un túnel de viento aumenta con la sección transversal, la densidad del flujo y es directamente proporcional a la tercera potencia de la velocidad de prueba. Por lo tanto, la instalación de un túnel de viento de circuito cerrado continuo sigue siendo un asunto costoso. El primer túnel de viento continuo Mach 7-10 con una sección de prueba de 1x1 m se planeó en Kochel am See, Alemania durante la Segunda Guerra Mundial [1]y finalmente se puso en funcionamiento como 'Túnel A' a finales de la década de 1950 en AEDC Tullahoma, TN, EE.UU. para una potencia instalada de 57 MW. En vista de estas altas demandas de instalaciones, también se diseñan e instalan instalaciones experimentales operadas de manera intermitente, como túneles de viento, para simular el flujo hipersónico. Un túnel de viento hipersónico comprende en la dirección del flujo los componentes principales: disposiciones de calentador / enfriador, secador, boquilla convergente / divergente, sección de prueba, segunda garganta y difusor. Un túnel de viento de purga tiene un depósito de bajo vacío en la parte posterior, mientras que un túnel de viento de circuito cerrado de funcionamiento continuo tiene una instalación de compresor de alta potencia. Dado que la temperatura desciende con el flujo en expansión, el aire dentro de la sección de prueba tiene la posibilidad de licuarse . Por esa razón, el precalentamiento es particularmente crítico (la boquilla puede requerir enfriamiento).
Problemas tecnológicos
Existen varios problemas tecnológicos al diseñar y construir un túnel de viento de hipervelocidad:
- suministro de altas temperaturas y presiones durante tiempos lo suficientemente largos para realizar una medición
- reproducción de condiciones de equilibrio
- daño estructural producido por sobrecalentamiento
- instrumentación rápida
- requisitos de energía para ejecutar el túnel
Las simulaciones de un flujo a 5,5 km / s, 45 km de altitud requerirían temperaturas de túnel de hasta 9000 K y una presión de 3 GPa (ver discusión ).
Túnel de viento de tiro caliente
Una forma de HWT se conoce como túnel de cañones o túnel de disparo en caliente (hasta M = 27), que se puede utilizar para el análisis de flujos que pasan por misiles balísticos, vehículos espaciales en la entrada atmosférica y física de plasma o transferencia de calor a altas temperaturas. Funciona de forma intermitente, pero tiene un tiempo de ejecución muy bajo (menos de un segundo). El método de operación se basa en una alta temperatura y gas presurizado (aire o nitrógeno) producido en una cámara de arco, y un casi vacío en la parte restante del túnel. La cámara de arco puede alcanzar varios MPa , mientras que las presiones en la cámara de vacío pueden ser tan bajas como 0,1 Pa . Esto significa que las relaciones de presión de estos túneles son del orden de 10 millones. Además, las temperaturas del gas caliente son de hasta 5000 K. La cámara de arco está montada en el cañón de la pistola. El gas de alta presión se separa del vacío mediante un diafragma.
Antes de que comience una prueba de funcionamiento, una membrana separa el aire comprimido de la recámara del cañón de la pistola. Se usa un rifle (o similar) para romper la membrana. El aire comprimido se precipita hacia la recámara del cañón de la pistola, lo que obliga a un pequeño proyectil a acelerar rápidamente por el cañón. Aunque se evita que el proyectil salga del cañón, el aire delante del proyectil emerge a una velocidad hipersónica en la sección de trabajo. Naturalmente, la duración de la prueba es extremadamente breve, por lo que se requiere instrumentación de alta velocidad para obtener datos significativos.
Instalación de túnel de viento hipersónico en India
La Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO) encargó tres instalaciones principales, a saber, un túnel de viento hipersónico, un túnel de choque y un túnel de plasma en el Centro espacial Vikram Sarabhai como parte de sus esfuerzos continuos y concertados para minimizar el costo de acceso al espacio. Esta instalación integrada recibió el nombre de Complejo de túneles de viento Satish Dhawan en homenaje al profesor Satish Dhawan , que ha realizado contribuciones muy importantes en el campo de los túneles de viento y la aerodinámica. El presidente de ISRO, AS Kiran Kumar, dijo que la puesta en servicio de tales instalaciones proporcionaría datos adecuados para el diseño y desarrollo de los sistemas de transporte espacial actuales y futuros en la India. [2]
La Organización de Investigación y Desarrollo de Defensa (DRDO) encargó una instalación de prueba avanzada del Túnel de Viento Hipersónico (HWT) en el Complejo de Misiles Dr. APJ Abdul Kalam el 20 de diciembre de 2020 como parte del programa de desarrollo de instalaciones para el proyecto de Vehículo Demostrador de Tecnología Hipersónica . [3]
MARHY, Instalación de túnel de viento hipersónico en Orleans FRANCIA
El túnel de viento MARHy Hypersonic de baja densidad , ubicado en el laboratorio ICARE [4] en Orleans, Francia, es una instalación de investigación ampliamente utilizada para la investigación fundamental y aplicada de los fenómenos de dinámica de fluidos en flujos compresibles enrarecidos, aplicada a la investigación espacial. Su nombre es un acrónimo de M ach A daptable R arefied Hy personic y el túnel de viento está registrado con este nombre en el portal europeo MERIL.
Ver también
enlaces externos
Referencias
- ^ Eckardt, Dietrich: "El túnel de viento hipersónico de 1x1 m Kochel / Tullahoma 1940-1960", CEAS Space Journal, marzo de 2015, vol. 7, número 1, págs.23-36
- ^ "Complejo de túnel de viento de Satish Dhawan encargado en VSSC - ISRO" . www.isro.gov.in . Consultado el 21 de diciembre de 2020 .
- ^ "Instalación de prueba del túnel de viento hipersónico inaugurada en DRDO" . El hindú . Corresponsal especial. 2020-12-20. ISSN 0971-751X . Consultado el 18 de marzo de 2021 .CS1 maint: otros ( enlace )
- ^ Laboratorio ICARE, CNRS, Orleans