China: Na vijf jaar bouwen is 's werelds grootste en snelstgroeiende windtunnel in de buitenwijken van Peking in gebruik genomen.
De JF-22 windtunnel kan supersonische snelheden van Mach 30 simuleren. Foto: SCMP
De JF-22-windtunnel, gelegen in het district Huairou ten noorden van Peking, heeft een diameter van 4 meter en kan luchtstromen genereren met snelheden tot 10 km/s, volgens de laatste beoordelingen die op 30 mei zijn uitgevoerd. Dit maakt de constructie 's werelds grootste en snelste windtunnel, die in staat is om supersonische vluchtomstandigheden tot Mach 30 (37.044 km/u) te simuleren, aldus het Instituut voor Werktuigbouwkunde, de instantie die de JF-22 beheert.
Deze tunnel zal "onderzoek en ontwikkeling van Chinese hypersonische ruimtetransportsystemen en -vliegtuigen ondersteunen", aldus een aankondiging van het instituut op 2 juni. Ter vergelijking: de Mach 10-tunnel (12.348 km/u) van NASA's Langley Research Center in de VS, een belangrijke testfaciliteit voor hypersonische tests, heeft een testkamerdiameter van bijna 0,8 meter. Een grotere testkamer stelt onderzoekers in staat om grotere vliegtuigmodellen, of zelfs complete wapensystemen, in de windtunnel te brengen om nauwkeurigere vluchtgegevens te verzamelen. De meeste intercontinentale ballistische raketten hebben een diameter van minder dan 4 meter.
De JF-22 is gekoppeld aan een doel dat de Chinese overheid heeft gesteld en dat ze tegen 2035 wil bereiken: het inzetten van een vloot hypersonische vliegtuigen die jaarlijks duizenden passagiers naar de ruimte kunnen vervoeren, of binnen een uur naar elke willekeurige locatie op aarde. Dergelijke vliegtuigen moeten echter bestand zijn tegen de extreme temperaturen en drukken van hypersonische vluchten, een stabiele vliegroute behouden en een veilige en comfortabele omgeving voor passagiers bieden.
Bij vijfmaal de geluidssnelheid beginnen de gasmoleculen rondom het vliegtuig samen te drukken en op te warmen, wat leidt tot moleculaire dissociatie. Deze gasmoleculen vallen uiteen in hun samenstellende atomen, die vervolgens met elkaar kunnen reageren om nieuwe chemische stoffen te vormen. Inzicht in de complexe natuurkunde van de gasstroom die gepaard gaat met moleculaire dissociatie is cruciaal voor de ontwikkeling van supersonische vliegtuigen.
Door fenomenen te bestuderen in experimentele omgevingen zoals windtunnels, kunnen wetenschappers onderzoeken hoe supersonische voertuigen interageren met hun omgeving en nieuwe technologieën ontwikkelen om de prestaties en veiligheid te verbeteren. Windtunneltests kunnen helpen potentiële problemen of ontwerpfouten te identificeren voordat het voertuig wordt gebouwd en testvluchten worden uitgevoerd, waardoor het risico op storingen of ongelukken wordt verkleind.
Volgens sommige schattingen zou het simuleren van Mach 30-vliegomstandigheden in een grote windtunnel een hoeveelheid elektriciteit vereisen die gelijk is aan het vermogen van de Drie Kloven-dam, wat praktisch onmogelijk is. Daarom bedacht professor Jiang Zonglin, de hoofdwetenschapper van het JF-22-project, een innovatieve oplossing.
Om de hoge luchtsnelheid te genereren die nodig is voor supersonische tests, stelde Jiang een nieuw type schokgolfgenerator voor, een zogenaamde "direct reflecterende schokgolfmotor". In conventionele windtunnels wordt luchtstroom gegenereerd door expansie, waarbij hogedrukgas snel in een lagedrukkamer wordt geperst, waardoor een supersonische stroom ontstaat. Deze methode kent echter enkele beperkingen wanneer extreem hoge snelheden en temperaturen vereist zijn voor supersonische tests.
Jiangs gereflecteerde schokgolfmotor overwint de beperkingen door middel van een nauwkeurig getimede reeks explosies, waarmee een reeks schokgolven wordt gegenereerd die van elkaar weerkaatsen en op één punt samenkomen. De resulterende extreem krachtige energiestoot wordt vervolgens gebruikt om de luchtstroom in de windtunnel met ultrahoge snelheden voort te stuwen.
Dit initiatief heeft de weg vrijgemaakt voor vele successen door onderzoek naar hypersonische vluchten preciezer en efficiënter te maken. Het gebruik van explosieven om energie op te wekken in windtunnels kent veel nadelen, zoals gevaar voor zowel mensen als apparatuur, geluidsoverlast en luchtvervuiling. Omdat de energie echter wordt opgewekt door explosies in plaats van vaste machines, kunnen de intensiteit en duur van de explosies worden aangepast om diverse luchtstromen te creëren voor het testen van verschillende soorten voertuigen of materialen.
De Chinese Nationale Vereniging voor Natuurwetenschappen stuurde 16 onafhankelijke experts om de JF-22 te evalueren op verschillende belangrijke aspecten, waaronder effectieve testtijd, totale temperatuur, totale druk en straalstroom. Zij concludeerden dat de JF-22 wereldwijd toonaangevende prestaties leverde. Samen met de JF-12-tunnel werd de JF-22 de enige testfaciliteit op de grond die aan alle eisen voor het testen van ruimtevaartuigen in de nabije ruimte voldeed.
An Khang (volgens SCMP )
Bronlink
