China vollendet den leistungsstärksten Überschallwindkanal der Welt.

Der im bergigen Bezirk Huairou nördlich von Peking gelegene Windkanal JF-22 hat einen Durchmesser von 4 Metern und kann Luftgeschwindigkeiten von bis zu 10 Kilometern pro Sekunde erzeugen, wie aus den abschließenden Bewertungen vom 30. Mai hervorgeht.

China vollendet den leistungsstärksten Hyperschallwindkanal der Welt (Abbildung 1). — Die in Peking stationierte JF-22 kann extreme Flugbedingungen bei Geschwindigkeiten bis zum 30-Fachen der Schallgeschwindigkeit simulieren. Foto: SCMP

Damit ist er der größte und schnellste Windkanal der Welt , der in der Lage ist, Hyperschallflugbedingungen bis zu Mach 30 zu simulieren, so das Chinesische Institut für Mechanik, dem die Anlage gehört.

Das Institut erklärte am Freitag in einer Mitteilung, der Windkanal werde „die Forschung und Entwicklung von Chinas Hyperschall-Raumtransportsystemen und -Flugzeugen unterstützen“. Zum Vergleich: Der Mach-10-Windkanal des Langley Research Center der NASA in den USA, einer bedeutenden Hyperschall-Testanlage, hat einen Testabschnittsdurchmesser von knapp 0,8 Metern. Der größere Testabschnitt ermöglicht es den Forschern, größere Flugzeugmodelle oder sogar ganze Instrumente in den Windkanal zu bringen, um genauere Flugdaten zu erhalten.

Die JF-22 ist ein integraler Bestandteil der Ziele der chinesischen Regierung für 2035. Bis dahin will Peking eine Flotte von Hyperschallflugzeugen einsetzen, die jährlich Tausende von Passagieren ins All oder innerhalb einer Stunde zu jedem beliebigen Ort der Erde befördern können. Diese Flugzeuge müssen jedoch den extremen Temperaturen und Drücken des Hyperschallflugs standhalten und gleichzeitig eine stabile Flugbahn sowie eine sichere und komfortable Umgebung für die Passagiere gewährleisten.

Bei der fünffachen Schallgeschwindigkeit werden die Luftmoleküle um das Flugzeug herum stark komprimiert und erhitzt, was zu einem Phänomen namens Moleküldissoziation führt. Die Luftmoleküle zerfallen in ihre Bestandteile, die Atome, welche dann miteinander reagieren und neue chemische Substanzen bilden können.

Laut dem Forschungsinstitut ist das Verständnis der komplexen physikalischen Eigenschaften von Strömungen, die bei der Moleküldissoziation auftreten, entscheidend für die Entwicklung von Überschallflugzeugen. Durch die Untersuchung dieser Phänomene in Laborumgebungen mit Einrichtungen wie Windkanälen können Forscher lernen, wie Überschallfahrzeuge mit ihrer Umgebung interagieren, und neue Technologien entwickeln, um deren Leistung und Sicherheit zu verbessern.

Windkanaltests helfen zudem, potenzielle Probleme oder Konstruktionsfehler vor dem Bau und dem ersten Flug des Fahrzeugs zu erkennen und so das Risiko von Fehlfunktionen oder Unfällen zu verringern. Schätzungen zufolge würde die Simulation von Mach-30-Flugbedingungen in einem großen Windkanal die Energiemenge des Drei-Schluchten-Staudamms erfordern – ein unmögliches Unterfangen.

Professor Jiang Zonglin, der leitende Wissenschaftler des JF-22-Projekts, entwickelte eine innovative Lösung. Um den für den Überschalltest benötigten Hochgeschwindigkeitsluftstrom zu erzeugen, schlug Jiang einen neuartigen Stoßwellengenerator vor, den sogenannten „direktreflektierenden Stoßwellentreiber“. In herkömmlichen Überschallwindkanälen wird der Luftstrom durch einen Prozess namens „Expansion“ erzeugt, bei dem Hochdruckgas rasch in eine Niederdruckkammer geleitet wird, wodurch ein Überschallstrom entsteht.

Dieses Verfahren stößt jedoch bei der Erzeugung der für Ultraschallprüfungen erforderlichen extrem hohen Geschwindigkeiten und Temperaturen an seine Grenzen. Jiangs reflektierter Stoßwellentreiber überwindet diese Einschränkungen, indem er eine Reihe präzise getimter Impulse nutzt, um eine Reihe von Stoßwellen zu erzeugen, die sich gegenseitig reflektieren und in einem einzigen Punkt zusammenlaufen.

Das Ergebnis ist ein starker Energiestoß, der zur Steuerung des Luftstroms im Windkanal bei extrem hohen Geschwindigkeiten genutzt wird. Laut dem Institut hat diese Innovation den Weg für weitere Fortschritte geebnet, indem sie die Forschung im Bereich des Hyperschallflugs präziser und effizienter gestaltet.

Durch die Kombination von Daten können Forscher besser verstehen, wie sich verschiedene Materialien und Konstruktionen unter unterschiedlichen Flugbedingungen verhalten, und diese Informationen nutzen, um die Leistung und Zuverlässigkeit von Hyperschallwaffen oder -flugzeugen zu verbessern. Laut Jiangs Team könnten diese Anlagen China einen Vorsprung von Jahren gegenüber seinen Konkurrenten verschaffen.

Mai Anh (laut SCMP)

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