Der JF-22-Windkanal befindet sich im bergigen Bezirk Huairou nördlich von Peking und hat einen Durchmesser von 4 Metern (13 Fuß). Er kann Luftströmungsgeschwindigkeiten von bis zu 10 Kilometern (6,2 Meilen) pro Sekunde erzeugen, so eine abschließende Bewertung vom 30. Mai.
Der in Peking stationierte JF-22 kann extreme Flugbedingungen mit 30-facher Schallgeschwindigkeit simulieren. Foto: SCMP
Nach Angaben des Chinese Institute of Mechanics, dem Eigentümer der Anlage, handelt es sich um den größten und schnellsten Windkanal der Welt, der Überschallflugbedingungen mit bis zu Mach 30 simulieren kann.
Das Institut sagte in einer Erklärung am Freitag, dass der Tunnel „Chinas Forschung und Entwicklung von Überschallflugzeugen und Raumtransportsystemen unterstützen würde“. Zum Vergleich: Der Mach-10-Tunnel im Langley Research Center der NASA in den USA, einer großen Hyperschalltestanlage, hat einen Testabschnittsdurchmesser von fast 0,8 Metern. Der größere Testteil 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 wesentlicher Bestandteil der Ziele der chinesischen Regierung, die sie bis 2035 erreichen will. Bis dahin hofft Peking, eine Flotte von Überschallflugzeugen stationieren zu können, die jedes Jahr Tausende von Passagieren innerhalb einer Stunde ins All oder überall auf der Erde befördern können. Solche Flugzeuge müssen jedoch in der Lage sein, der extremen Hitze und dem Druck des Überschallflugs standzuhalten und gleichzeitig eine stabile Flugbahn und eine sichere, komfortable Umgebung für die Passagiere aufrechtzuerhalten.
Bei fünffacher Schallgeschwindigkeit beginnen sich die Luftmoleküle um das Flugzeug herum zu komprimieren und stark zu erhitzen, was zu einem Phänomen führt, das als molekulare Dissoziation bekannt ist. Luftmoleküle zerfallen in ihre Atombestandteile, die dann miteinander reagieren und neue chemische Substanzen bilden können.
Nach Angaben des Instituts ist das Verständnis der komplexen Physik der an der molekularen Dissoziation beteiligten Strömungen von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung von Überschallflugzeugen. Durch die Untersuchung von Phänomenen in einer Laborumgebung mithilfe von Einrichtungen wie Windkanälen können Forscher lernen, wie Hyperschallfahrzeuge mit ihrer Umgebung interagieren, und neue Technologien entwickeln, um ihre Leistung und Sicherheit zu verbessern.
Windkanaltests können auch dazu beitragen, potenzielle Probleme oder Konstruktionsfehler zu erkennen, bevor Fahrzeuge tatsächlich gebaut und geflogen werden, wodurch das Risiko von Pannen oder Unfällen verringert wird. Nach einigen Schätzungen erfordert die Simulation der Bedingungen eines Mach-30-Fluges in einem großen Tunnel die gleiche Energie wie der Drei-Schluchten-Staudamm – ein Ding der Unmöglichkeit.
Professor Jiang Zonglin, der leitende Wissenschaftler des JF-22-Projekts, entwickelte eine innovative Lösung. Um den für Hyperschalltests erforderlichen Hochgeschwindigkeitsluftstrom zu erzeugen, schlug Jiang einen neuen Typ eines Stoßwellengenerators vor, der als „direktreflektierter Stoßwellentreiber“ bekannt ist. In herkömmlichen Überschallwindkanälen wird der Luftstrom durch einen Prozess namens „Expansion“ erzeugt, bei dem Hochdruckgas schnell in eine Niederdruckkammer abgegeben wird, wodurch eine Überschallströmung entsteht.
Dieses Verfahren weist jedoch Einschränkungen auf, wenn es darum geht, die für die Ultraschallprüfung erforderlichen extrem hohen Geschwindigkeiten und Temperaturen zu erzeugen. Der Treiber für reflektierte Stoßwellen von Jiang überwindet diese Einschränkungen, indem er eine Reihe von zeitlich genau abgestimmten Ausbrüchen verwendet, um eine Reihe von Stoßwellen zu erzeugen, die sich gegenseitig reflektieren und an einem einzigen Punkt zusammenlaufen.
Das Ergebnis ist ein intensiver Energiestoß, mit dem der Luftstrom im Windkanal bei extrem hohen Geschwindigkeiten gesteuert wird. Nach Angaben des Instituts haben Innovationen den Weg für weitere Fortschritte geebnet, indem sie der Erforschung von Überschallflügen eine höhere Genauigkeit und Effizienz verliehen haben.
Durch die Kombination von Daten können Forscher besser verstehen, wie sich unterschiedliche Materialien und Designs unter unterschiedlichen Flugbedingungen verhalten, und diese Informationen nutzen, um die Leistung und Zuverlässigkeit einer Hyperschallwaffe oder eines Hyperschallflugzeugs zu verbessern. Laut Jiangs Team könnten diese Anlagen China seinen Konkurrenten um viele Jahre voraus sein.
Mai Anh (laut SCMP)
