Höghastighetsvideobild av konisk flygkropp avfyrad från en tvåstegs lätt gaspistol som färdades i 5,1 km/s (14,8 Mach, 11, 400 mph). Material som tas bort från det flygande föremålet är så varmt att det lyser, gör att objektet kan fotograferas under flygning. Kredit:Southwest Research Institute
Ingenjörer från Southwest Research Institute utvecklar vad forskare vet om hypersonisk flygning. En ny studie som presenterades vid 2019 Joint Army-Navy-NASA-Air Force (JANNAF) Propulsion Meeting beskriver en serie tester utförda vid SwRI:s San Antonio-högkvarter som belyser de förhållanden ett framtida flygplan kan uppleva när de reser snabbare än 10 gånger ljudets hastighet .
"Hypersonisk hastighet definieras som snabbare än fem gånger ljudets hastighet eller högre än Mach 5. När något flyger så snabbt, luften sönderdelas kemiskt runt farkosten, " sa SwRI:s Dr Nicholas J. Mueschke, studiens huvudförfattare. "Vissa punkter bakom stötvågen som skapas av fordonet är varmare än solens yta. den flyger genom den här konstiga kemiska miljön som gör att allt som färdas genom den värms upp, smälter och reagerar kemiskt med luften."
Eftersom den miljön är så unik, att återskapa realistiska flygförhållanden för att testa fordon för hypersonisk flygning är en utmaning. Vindtunnlar kan matcha vissa av förhållandena, men replikera inte de kemiska effekterna som ett hypersoniskt fordon skulle uppleva i den verkliga flygmiljön. Mueschke och hans kollegor använde SwRI:s tvåstegs lätta gaspistolsystem för att simulera hypersoniska flygförhållanden.
Pistolsystemet är utformat för att generera mycket höga hastigheter upp till 7 kilometer per sekund (15, 660 mph). Själva systemet är 22 meter (72 fot) långt och används traditionellt för att studera ballistik.
Den tvåstegs lätta gaspistolen vid Southwest Research Institutes San Antonio-högkvarter var avgörande i en ny studie med fokus på förhållandena för hypersonisk flygning. Kredit:Southwest Research Institute
SwRI-ingenjörer använde pistolsystemet för att driva fram föremål i hastigheter från 10 till 15 Mach för att studera hur de hypersoniska flygförhållandena skulle påverka en mängd olika material och geometrier.
"Målet här är att undersöka hur dessa aerodynamiskt instabila projektiler reagerar på denna extremt intensiva kemiska miljö, " sa Mueschke.
Mueschke och hans kollegor arbetar för att förstå hur dessa mindre projektilers flygningar replikerar de sanna hypersoniska flygförhållandena som fullskaliga fordon upplever. Detta kan åstadkommas eftersom det lätta gaspistolens flygområde kan efterlikna ett brett utbud av flyghöjder samtidigt som det ger en akustiskt och kemiskt orörd flygmiljö.
Studien, medförfattare av Mueschke, beskriver testserien. De visade att genom att flyga små föremål av varierande form genom olika ekvivalenta flyghöjder, de kan observera den intensiva uppvärmning och fordonsmaterialförlust som uppstår på fullstora fordon på grund av turbulenta gränsskiktsövergångar och komplexa stötvågsinteraktioner.
"Vi visar inte bara en ny forskningsförmåga, "Mueschke sa. "Denna forskning kommer att hjälpa oss att ta itu med materiella problem i samband med hypersonisk flygning, det första steget mot morgondagens teknik."
