Der leistungsstärkste Überschall-Windkanal der Welt

China: Nach fünfjähriger Bauzeit wurde in einem Vorort von Peking der größte und schnellste Windkanal der Welt eröffnet.

Der Windkanal der JF-22 kann Hyperschallgeschwindigkeiten von Mach 30 simulieren. Foto: SCMP

Der im Bezirk Huairou im Norden Beijings gelegene Windkanal JF-22 hat einen Durchmesser von vier Metern und kann Luftströme mit Geschwindigkeiten von bis zu zehn Kilometern pro Sekunde erzeugen, wie aus einer am 30. Mai durchgeführten Abschlussbewertung hervorgeht. Damit ist er der größte und schnellste Windkanal der Welt und kann Hyperschallflugbedingungen bis zu Mach 30 (37.044 km/h) simulieren, so das Institut für Maschinenbau, das den JF-22 verwaltet.

Der Tunnel werde „Chinas Forschung und Entwicklung von Hyperschallflugzeugen und Raumtransportsystemen unterstützen“, erklärte das Institut in einer Erklärung vom 2. Juni. Zum Vergleich: Der Mach-10-Tunnel (12.348 km/h) im Langley Research Center der NASA in den USA, einer wichtigen Hyperschall-Testanlage, hat einen Testkammerdurchmesser von knapp 0,8 Metern. Die größere Testkammer ermöglicht es Forschern, große Flugzeugmodelle und sogar ganze Waffen in den Windkanal zu stellen, um genauere Flugdaten zu sammeln. Die meisten Interkontinentalraketen haben einen Durchmesser von weniger als vier Metern.

Die JF-22 ist mit einem Ziel der chinesischen Regierung verknüpft, das sie bis 2035 erreichen möchte: die Bereitstellung einer Flotte von Hyperschallflugzeugen, die jährlich Tausende von Passagieren ins All oder innerhalb einer Stunde an jeden beliebigen Ort der Erde befördern können. Ein solches Flugzeug muss jedoch den extremen Temperaturen und Drücken des Hyperschallflugs standhalten, eine stabile Flugroute einhalten und den Passagieren eine sichere und komfortable Umgebung bieten.

Bei Geschwindigkeiten von fünffacher Schallgeschwindigkeit beginnen sich die Luftmoleküle um das Flugzeug herum zu komprimieren und zu erhitzen, was zur molekularen Dissoziation führt. Die Gasmoleküle zerfallen in ihre Atome, die miteinander reagieren und neue chemische Verbindungen bilden können. Das Verständnis der komplexen Physik von Luftströmungen und molekularer Dissoziation ist der Schlüssel zur Entwicklung von Überschallflugzeugen.

Durch die Untersuchung von Phänomenen in experimentellen Umgebungen wie Windkanälen können Wissenschaftler die Interaktion von Hyperschallfahrzeugen mit ihrer Umgebung erforschen und neue Technologien zur Verbesserung von Leistung und Sicherheit entwickeln. Windkanaltests können helfen, potenzielle Probleme oder Konstruktionsfehler zu erkennen, bevor ein Fahrzeug gebaut und getestet wird, und so das Risiko von Ausfällen oder Unfällen verringern.

Schätzungen zufolge würde die Simulation von Flugbedingungen mit Mach 30 in einem großen Windkanal die gleiche Energiemenge erfordern wie der Drei-Schluchten-Damm, was praktisch unmöglich ist. Deshalb hatte Professor Jiang Zonglin, der leitende Wissenschaftler des JF-22-Projekts, eine Idee.

Um den für Hyperschalltests benötigten Hochgeschwindigkeitsgasstrom zu erzeugen, schlug Jiang einen neuen Stoßwellengenerator vor, den sogenannten „Direktreflexions-Stoßwellenmotor“. In einem konventionellen Windkanal wird der Gasstrom durch einen Expansionsprozess erzeugt, bei dem Hochdruckgas schnell in eine Niederdruckkammer abgelassen wird, wodurch ein Überschallstrom entsteht. Diese Methode ist jedoch hinsichtlich der für Hyperschalltests erforderlichen extrem hohen Geschwindigkeiten und Temperaturen mit Einschränkungen verbunden.

Jiangs Reflected Shockwave Engine überwindet diese Einschränkung, indem sie eine Reihe präzise getimter Explosionen nutzt, um Stoßwellen zu erzeugen, die sich gegenseitig reflektieren und in einem einzigen Punkt zusammenlaufen. Der daraus resultierende, extrem starke Energiestoß wird genutzt, um Luft mit ultrahoher Geschwindigkeit durch einen Windkanal zu treiben.

Diese Innovation ermöglicht zahlreiche Erfolge, indem sie die Forschung an Hyperschallflügen präziser und effizienter macht. Die Energieerzeugung durch Sprengstoffe in Windkanälen birgt viele Nachteile, darunter die Gefährdung von Mensch und Maschine sowie Lärm und Luftverschmutzung. Da die Energiequelle jedoch durch Explosionen und nicht durch feste mechanische Systeme erzeugt wird, lassen sich Intensität und Dauer der Explosionen anpassen, um unterschiedliche Luftströme für die Erprobung unterschiedlicher Fahrzeugtypen oder Materialien zu erzeugen.

Die National Natural Science Association of China entsandte 16 unabhängige Experten, um den JF-22 in mehreren Schlüsselbereichen zu bewerten, darunter effektive Testzeit, Gesamttemperatur, Gesamtdruck und Düsendurchfluss. Sie kamen zu dem Schluss, dass der JF-22 weltweit führende Leistungen erbringt. Zusammen mit dem JF-12-Tunnel ist der JF-22 die einzige bodengestützte Testanlage, die alle Anforderungen an erdnahe Raumfahrzeuge erfüllt.

An Khang (laut SCMP )

Quellenlink: https://vnexpress.net/duong-ham-gio-sieu-thanh-manh-nhat-the-gioi-4614482.html