อุโมงค์ลมเหนือเสียงที่ทรงพลังที่สุดในโลก

ประเทศจีน อุโมงค์ลมที่ใหญ่ที่สุดและเร็วที่สุดในโลก ได้เปิดทำการในเขตชานเมืองของปักกิ่งแล้ว หลังจากก่อสร้างมาเป็นเวลา 5 ปี

อุโมงค์ลม JF-22 สามารถจำลองความเร็วเหนือเสียงที่มัค 30 ได้ ภาพ: SCMP — อุโมงค์ลม JF-22 สามารถจำลองความเร็วเหนือเสียงที่มัค 30 ได้ ภาพ: *SCMP*

อุโมงค์ลม JF-22 ตั้งอยู่ในเขตหวยโหรว ทางตอนเหนือของกรุงปักกิ่ง มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 เมตร และสามารถสร้างกระแสลมด้วยความเร็วสูงสุด 10 กิโลเมตรต่อวินาที ตามการประเมินขั้นสุดท้ายที่ดำเนินการเมื่อวันที่ 30 พฤษภาคม ทำให้เป็นอุโมงค์ลมที่ใหญ่ที่สุดและเร็วที่สุดในโลก ซึ่งสามารถจำลองสภาวะการบินความเร็วเหนือเสียงได้สูงสุดถึงมัค 30 (37,044 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) ตามข้อมูลของสถาบันวิศวกรรมเครื่องกล ซึ่งเป็นผู้จัดการ JF-22

สถาบันฯ ระบุในแถลงการณ์เมื่อวันที่ 2 มิถุนายนว่าอุโมงค์นี้จะ “สนับสนุนการวิจัยและพัฒนาอากาศยานความเร็วเหนือเสียงและระบบขนส่งทางอวกาศของจีน” เมื่อเทียบกับอุโมงค์ความเร็วเหนือเสียง 10 มัค (12,348 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) ที่ศูนย์วิจัยแลงลีย์ของนาซาในสหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นศูนย์ทดสอบความเร็วเหนือเสียงที่สำคัญ มีเส้นผ่านศูนย์กลางห้องทดสอบเกือบ 0.8 เมตร ห้องทดสอบที่มีขนาดใหญ่กว่าช่วยให้นักวิจัยสามารถนำแบบจำลองอากาศยานขนาดใหญ่และแม้แต่อาวุธทั้งชุดเข้าไปในอุโมงค์ลมเพื่อรวบรวมข้อมูลการบินที่แม่นยำยิ่งขึ้น ขีปนาวุธข้ามทวีปส่วนใหญ่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 4 เมตร

JF-22 เชื่อมโยงกับเป้าหมายที่ รัฐบาล จีนกำหนดไว้และกำลังพยายามทำให้สำเร็จภายในปี 2035 นั่นคือการนำฝูงบินเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงที่สามารถขนส่งผู้โดยสารหลายพันคนขึ้นสู่อวกาศในแต่ละปี หรือไปยังที่ใดก็ได้บนโลกภายในหนึ่งชั่วโมง อย่างไรก็ตาม เครื่องบินดังกล่าวจะต้องทนทานต่ออุณหภูมิและแรงกดดันที่รุนแรงของการบินด้วยความเร็วเหนือเสียง รักษาเส้นทางการบินให้คงที่ และมอบสภาพแวดล้อมที่ปลอดภัยและสะดวกสบายสำหรับผู้โดยสาร

ที่ความเร็วห้าเท่าของความเร็วเสียง โมเลกุลของอากาศรอบเครื่องบินจะเริ่มบีบอัดและร้อนขึ้น นำไปสู่การแตกตัวของโมเลกุล โมเลกุลของก๊าซจะสลายตัวเป็นอะตอมที่ประกอบกันขึ้น ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยากันจนเกิดเป็นสารเคมีชนิดใหม่ การทำความเข้าใจฟิสิกส์ที่ซับซ้อนของการไหลของอากาศและการแยกตัวของโมเลกุลเป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาเครื่องบินความเร็วเหนือเสียง

การศึกษาปรากฏการณ์ต่างๆ ในสภาพแวดล้อมการทดลอง เช่น อุโมงค์ลม ช่วยให้ นักวิทยาศาสตร์ สามารถสำรวจปฏิสัมพันธ์ระหว่างยานยนต์ความเร็วเหนือเสียงกับสภาพแวดล้อม และพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ๆ เพื่อปรับปรุงสมรรถนะและความปลอดภัย การทดสอบในอุโมงค์ลมสามารถช่วยระบุปัญหาที่อาจเกิดขึ้นหรือข้อบกพร่องในการออกแบบก่อนการผลิตและทดสอบยานยนต์ ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงที่จะเกิดความล้มเหลวหรืออุบัติเหตุ

จากการประมาณการบางส่วน การจำลองสภาพการบินที่ความเร็วมัค 30 ภายในอุโมงค์ลมขนาดใหญ่จะต้องใช้พลังงานเท่ากับเขื่อนสามผา ซึ่งแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย ดังนั้น ศาสตราจารย์เจียง จงหลิน นักวิทยาศาสตร์ผู้นำโครงการ JF-22 จึงได้เกิดแนวคิดขึ้นมา

เพื่อสร้างการไหลของก๊าซความเร็วสูงที่จำเป็นสำหรับการทดสอบความเร็วเหนือเสียง เจียงได้เสนอเครื่องกำเนิดคลื่นกระแทกแบบใหม่ที่เรียกว่า “เครื่องยนต์คลื่นกระแทกแบบสะท้อนตรง” ในอุโมงค์ลมทั่วไป การไหลของก๊าซเกิดจากกระบวนการขยายตัว ซึ่งก๊าซแรงดันสูงจะถูกปล่อยออกอย่างรวดเร็วไปยังห้องความดันต่ำ ทำให้เกิดการไหลแบบเหนือเสียง อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้มีข้อจำกัดบางประการในการสร้างความเร็วและอุณหภูมิที่สูงอย่างมากที่จำเป็นสำหรับการทดสอบความเร็วเหนือเสียง

เครื่องยนต์คลื่นกระแทกสะท้อนของเจียงเอาชนะข้อจำกัดนี้ได้ด้วยการใช้ชุดการระเบิดที่กำหนดเวลาอย่างแม่นยำเพื่อสร้างคลื่นกระแทกชุดหนึ่งที่สะท้อนออกจากกันและมาบรรจบกันที่จุดเดียว พลังงานอันทรงพลังมหาศาลที่เกิดขึ้นจะถูกใช้เพื่อขับเคลื่อนอากาศผ่านอุโมงค์ลมด้วยความเร็วสูงพิเศษ

นวัตกรรมนี้ปูทางไปสู่ความสำเร็จมากมาย ด้วยการทำให้การวิจัยการบินความเร็วเหนือเสียงแม่นยำและมีประสิทธิภาพมากขึ้น การใช้วัตถุระเบิดเพื่อสร้างพลังงานในอุโมงค์ลมมีข้อเสียมากมาย ทั้งอันตรายต่อทั้งคนและอุปกรณ์ เสียง และมลพิษทางอากาศ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแหล่งพลังงานถูกสร้างขึ้นจากการระเบิด ไม่ใช่ระบบกลไกคงที่ จึงสามารถปรับความรุนแรงและระยะเวลาของการระเบิดเพื่อสร้างกระแสลมที่หลากหลายสำหรับการทดสอบยานพาหนะหรือวัสดุประเภทต่างๆ ได้

สมาคมวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติจีน (National Natural Science Association of China) ได้ส่งผู้เชี่ยวชาญอิสระ 16 คน เข้าประเมิน JF-22 ในประเด็นสำคัญหลายประการ ได้แก่ เวลาทดสอบที่มีประสิทธิภาพ อุณหภูมิรวม ความดันรวม และอัตราการไหลหัวฉีด พวกเขาสรุปว่า JF-22 มีประสิทธิภาพระดับแนวหน้าของโลก เมื่อรวมกับอุโมงค์ JF-12 แล้ว JF-22 ได้กลายเป็นศูนย์ทดสอบภาคพื้นดินแห่งเดียวที่ตอบสนองทุกแง่มุมของยานสำรวจอวกาศใกล้โลก

อัน คัง (ตาม SCMP )

ลิงค์ที่มา