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極超音速風洞は、作動部に極超音速の流れ場を生成するように設計されており、これにより、圧縮衝撃と顕著な境界層効果、エントロピー層と粘性相互作用ゾーン、そして最も重要な流れの高総温度を含む、この流れ状態の典型的な流れの特徴をシミュレートします。これらのトンネルの速度はマッハ5から15まで変化します。風洞の電力要件は、その断面積と流れの密度に対して直線的に増加しますが、必要な試験速度に対しては3乗的に増加します。したがって、連続した閉回路の風洞の設置には依然としてコストがかかります。1x1mの試験セクションを備えた最初の連続マッハ7-10風洞は、第二次世界大戦中にドイツのコッヘル・アム・ゼーで計画され[1]、最終的に1950年代後半に米国テネシー州タラホーマのAEDCで「トンネルA」として57MWの設置電力で運用されました。こうした高い設備要件を考慮して、ブローダウン風洞などの断続的に動作する実験設備も設計され、極超音速流をシミュレートするために設置されています。極超音速風洞は、流れの方向に、ヒーター/クーラー装置、ドライヤー、収束/発散ノズル、テストセクション、第 2 スロート、ディフューザーという主要コンポーネントで構成されます。ブローダウン風洞には後端に低真空リザーバーがあり、連続動作の閉回路風洞には代わりに高出力コンプレッサーが設置されています。流れが膨張すると温度が下がるため、テストセクション内の空気が液化する可能性があります。そのため、予熱が特に重要です (ノズルを冷却する必要がある場合があります)。
技術的な問題
超高速風洞の設計と構築には、いくつかの技術的な問題があります。
- 測定を行うのに十分な時間、高温と高圧を供給する
- 平衡状態の再現
- 過熱による構造的損傷
- 高速計測
- トンネルを稼働させるために必要な電力
5.5 km/s、高度 45 km の流れをシミュレーションするには、トンネルの温度を 9000 Kに、圧力を 3 GPaにする必要があります。
ホットショット風洞
HWT の 1 つの形式は、ガン トンネルまたはホット ショット トンネル (最大M =27) として知られており、弾道ミサイル、大気圏突入時の宇宙船を流れる流れ、および高温でのプラズマ物理または熱伝達の解析に使用できます。断続的に実行されますが、実行時間は非常に短くなります (1 秒未満)。動作方法は、アーク チャンバーで生成された高温加圧ガス (空気または窒素) と、トンネルの残りの部分のほぼ真空に基づいています。アーク チャンバーは数MPaに達することがありますが、真空チャンバー内の圧力は 0.1 Paほど低くなります。つまり、これらのトンネルの圧力比は 1,000 万のオーダーになります。また、高温ガスの温度は最大 5,000 K です。アーク チャンバーは砲身に取り付けられています。高圧ガスは、ダイヤフラムによって真空から分離されています。
試験運転を開始する前に、膜が圧縮空気を砲身の砲尾から分離します。ライフル (または類似のもの) を使用して膜を破ります。圧縮空気が砲身の砲尾に流れ込み、小さな発射体が砲身内で急速に加速します。発射体が砲身から出ることは阻止されますが、発射体の前の空気は超音速で作動セクションに出てきます。当然、試験の継続時間は極めて短いため、意味のあるデータを取得するには高速計測が必要です。
インドの極超音速風洞施設
インド宇宙研究機関（ISRO）は、宇宙へのアクセスコストを最小限に抑えるための継続的かつ協調的な取り組みの一環として、ヴィクラム・サラバイ宇宙センターに極超音速風洞、衝撃トンネル、プラズマトンネルの3つの主要施設を開設した。この統合施設は、風洞と空気力学の分野で非常に大きな貢献をしたサティシュ・ダワン教授に敬意を表して、サティシュ・ダワン風洞複合施設と名付けられた。ISROのAS・キラン・クマール会長は、このような施設の開設により、インドの現在および将来の宇宙輸送システムの設計と開発に十分なデータが得られるだろうと述べた。[2]
防衛研究開発機構（DRDO）は、極超音速技術実証機プロジェクトの施設開発プログラムの一環として、2020年12月20日にアブドゥル・カラム・ミサイル複合施設に先進的な極超音速風洞（HWT）試験施設を開設した。[3]
MARHy、フランス・オルレアンにある極超音速風洞施設
フランスのオルレアンにあるICARE [4]研究所にあるMARHy極超音速低密度風洞は、宇宙研究に応用される希薄圧縮性流れにおける流体力学現象の基礎研究と応用研究に広く利用されている研究施設です。その名称はMach A daptable R arefied Hy personicの頭字語であり、この風洞は欧州ポータルMERILにこの名称で記録されています。
参照
外部リンク
- フォン・カルマン流体力学研究所のホットショット風洞
- ラングレー研究センターのラングレーホットショット風洞の説明と較正
- ヨーロッパの施設プラットフォームMERIL
参考文献
- ^ エッカルト、ディートリッヒ：「1x1 m 極超音速風洞 コッヘル/タラホーマ 1940-1960」、CEAS スペース ジャーナル、2015 年 3 月、第 7 巻、第 1 号、pp. 23-36
- ^ “Satish Dhawan Wind Tunnel Complex Commissioned at VSSC - ISRO”. www.isro.gov.in . 2021年1月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。2020年12月21日閲覧。
- ^ 「DRDOに極超音速風洞試験施設が開設」The Hindu 2020年12月20日ISSN 0971-751X 2021年3月18日閲覧。
- ^ ICARE研究所、CNRS、オルレアン