China stellt den leistungsstärksten Überschall-Windkanal der Welt fertig

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Der im bergigen Bezirk Huairou nördlich von Beijing gelegene Windkanal JF-22 hat einen Durchmesser von vier Metern und kann Luftströmungsgeschwindigkeiten von bis zu zehn Kilometern pro Sekunde erzeugen, wie aus einer abschließenden Bewertung vom 30. Mai hervorgeht.

China stellt den schnellsten Hyperschall-Gleitpfad der Welt fertig Bild 1 — Die in Peking stationierte JF-22 kann extreme Flugbedingungen bei 30-facher Schallgeschwindigkeit simulieren. Foto: SCMP

Damit ist es der größte und schnellste Windkanal der Welt , der laut dem China Institute of Mechanics, dem Eigentümer der Anlage, Hyperschallflugbedingungen bis zu Mach 30 simulieren kann.

Der Tunnel werde „Chinas Forschung und Entwicklung von Hyperschallflugzeugen und Raumtransportsystemen unterstützen“, erklärte das Institut am Freitag. Zum Vergleich: Der Mach-10-Tunnel im Langley Research Center der NASA in den USA, einer großen Hyperschall-Testanlage, verfügt über einen Testabschnitt von knapp 80 Zentimetern Durchmesser. Dieser größere Testabschnitt ermöglicht es den Forschern, größere Flugzeugmodelle oder sogar ganze Fahrzeuge in den Windkanal zu stellen, um genauere Flugdaten zu erhalten.

Die JF-22 ist ein wesentlicher Bestandteil der Ziele der chinesischen Regierung bis 2035. Peking hofft, bis dahin eine Flotte von Hyperschallflugzeugen in Betrieb nehmen zu können, die jährlich Tausende von Passagieren ins All oder innerhalb einer Stunde an jeden beliebigen Ort der Erde befördern können. Solche Flugzeuge müssen jedoch den extremen Temperaturen und Drücken des Hyperschallflugs standhalten und gleichzeitig eine stabile Flugbahn sowie eine sichere und komfortable Umgebung für die Passagiere gewährleisten.

Bei fünffacher Schallgeschwindigkeit beginnen sich die Luftmoleküle um das Flugzeug herum zu verdichten und zu erhitzen. Dies führt zu einem Phänomen, das als molekulare Dissoziation bekannt ist. Die Luftmoleküle zerfallen in ihre Atome, die dann miteinander reagieren und neue chemische Verbindungen bilden können.

Das Verständnis der komplexen Physik der bei der Molekültrennung beteiligten Strömungen sei entscheidend für die Entwicklung von Hyperschallflugzeugen, so das Institut. Durch die Untersuchung der Phänomene im Labor, beispielsweise in Windkanälen, können Forscher lernen, wie Hyperschallfahrzeuge mit ihrer Umgebung interagieren und neue Technologien zur Verbesserung ihrer Leistung und Sicherheit entwickeln.

Windkanaltests können zudem dazu beitragen, potenzielle Probleme oder Konstruktionsfehler zu erkennen, bevor ein Fahrzeug tatsächlich gebaut und geflogen wird. So wird das Risiko von Ausfällen oder Unfällen verringert. Schätzungen zufolge würde die Simulation von Flugbedingungen mit Mach 30 in einem großen Tunnel die gleiche Energiemenge erfordern wie der Drei-Schluchten-Damm – etwas, das schlichtweg unmöglich ist.

Professor Jiang Zonglin, der leitende Wissenschaftler des JF-22-Projekts, entwickelte eine innovative Lösung. Um den für Hyperschalltests erforderlichen Hochgeschwindigkeitsluftstrom zu erzeugen, schlug er einen neuen Stoßwellengenerator vor, den sogenannten „Direktreflexions-Stoßwellentreiber“. In herkömmlichen Hyperschall-Windkanälen wird der Luftstrom durch einen Prozess namens „Expansion“ erzeugt, bei dem Hochdruckgas schnell in eine Niederdruckkammer abgelassen wird, wodurch ein Hyperschallstrom entsteht.

Dieses Verfahren ist jedoch bei der Erzeugung der für Ultraschallprüfungen erforderlichen extrem hohen Geschwindigkeiten und Temperaturen nicht immer optimal. Jiangs Reflective Shockwave Driver überwindet diese Einschränkungen, indem er durch eine Reihe präzise getimter Explosionen Stoßwellen erzeugt, die sich gegenseitig reflektieren und in einem Punkt zusammenlaufen.

Der entstehende Energiestoß wird genutzt, um den Luftstrom in einem Windkanal bei extrem hohen Geschwindigkeiten zu manipulieren. Laut Institut ebnet diese Innovation den Weg für weitere Fortschritte, indem sie die Hyperschallflugforschung präziser und effizienter macht.

Durch die Kombination der Daten können Forscher das Verhalten verschiedener Materialien und Designs unter verschiedenen Flugbedingungen besser verstehen und diese Informationen nutzen, um die Leistung und Zuverlässigkeit von Hyperschallwaffen oder -flugzeugen zu verbessern. Diese Anlagen könnten China einen Vorsprung vor der Konkurrenz um Jahre verschaffen, so Jiangs Team.

Mai Anh (laut SCMP)

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