Σύνταξη – επιμέλεια: Στέλιος Βασιλούδης
Ένα Κινεζικό στρατιωτικό ερευνητικό ινστιτούτο λέει ότι έχει αναπτύξει έναν αποτελεσματικό τρόπο για τον έλεγχο μιας από τις μεγαλύτερες προκλήσεις των υπερηχητικών πτήσεων: την θερμότητα καύσης. Η νέα συσκευή ψύξης μπορεί να λειτουργήσει έως και 2½ ώρες – πολύ περισσότερο από τις λύσεις που έχουν δοκιμαστεί μέχρι τώρα και αρκετά για ένα ταξίδι από τη μια πλευρά της Γης στην άλλη.
Έχει απλή δομή και το κόστος της είναι σχετικά χαμηλό γιατί δεν έχει πολύπλοκα εξαρτήματα όπως σωλήνες θερμότητας ή ενισχυτικές αντλίες. Επίσης, είναι επαναχρησιμοποιήσιμη – χρειάζεται απλώς προσθήκη καθαρού νερού πριν από κάθε πτήση.
Η ομάδα πίσω από τη συσκευή, έχει επικεφαλής τον Li Shibin βοηθό ερευνητή στο Κολλέγιο Αεροδιαστημικής Επιστήμης και Μηχανικής του Εθνικού Πανεπιστημίου Αμυντικής Τεχνολογίας στο Changsha, Hunan της Κίνας. Τα σχετικά με την εφεύρεσή τους δημοσιεύθηκαν στο Journal of National University of Defense Technology, αυτόν τον μήνα.
«Το σύστημα χρησιμοποιεί αποτελεσματικά τη θερμική ενέργεια που παράγεται από την αεροδυναμική θέρμανση ως κινητήρια δύναμη για τον ενεργό κύκλο ψύξης, επιτυγχάνοντας αυτόνομη συμπίεση και ψύξη της συσκευής ελέγχου θερμότητας», ανέφερε η επιστημονική εργασία. «Εξασφαλίζει την κανονική λειτουργία κρίσιμων εξαρτημάτων σε ειδικά τμήματα υπό συνθήκες πτήσης μεγάλης διάρκειας και πληροί τον σχεδιαστικό στόχο της αποτελεσματικής θερμικής χρήσης για υπερηχητικά αεροσκάφη».
Η Κίνα βρίσκεται σε αγώνα δρόμου με τις Ηνωμένες Πολιτείες και τη Ρωσία για την ανάπτυξη υπερηχητικών δυνατοτήτων. Έχει πραγματοποιήσει δοκιμαστικές πτήσεις υπερηχητικών μη επανδρωμένων αεροσκαφών μεγάλης διάρκειας και μεγάλης εμβέλειας και στοχεύει σε πτήσεις με πλήρωμα παγκοσμίως έως το 2035.
Μεγάλη προτεραιότητα έχει δοθεί στην ανάπτυξη υπερηχητικών όπλων, τα οποία μπορούν να ταξιδεύουν στην ατμοσφαιρα με ταχύτητα μεγαλύτερη κατα πέντε φορες αυτης του ήχου και να έχουν απρόβλεπτες τροχιές – καθιστώντας δύσκολη την αναχαίτιση τους. Η Κίνα παρουσίασε τον πρώτο υπερηχητικό πύραυλο ολίσθησης στον κόσμο, τον DF-17, πριν από πέντε χρόνια. Ο αμερικανικός στρατός δοκίμασε ένα παρόμοιο όπλο, το C-HGB, αυτόν τον μήνα και ελπίζει να λάβει έγκριση παραγωγής σύντομα.
Όμως η διάρκεια της πτήσης είναι περιορισμένη. Ορισμένες εκτιμήσεις λένε ότι το C-HGB μπορεί να πετάξει για λιγότερο από μισή ώρα, με εμβέλεια περίπου 3.000 km, ενώ τα νέα υπερηχητικά όπλα της Κίνας μπορούν να εισέλθουν στην ατμοσφαιρα και να εξέλθουν πολλές φορές με παγκόσμια εμβέλεια, χρόνο πτήσης πάνω από μία ώρα και τελική ταχύτητα κοντά στα 20 Mach.
Αυτά τα όπλα θέτουν νέες προκλήσεις για τη θερμική διαχείριση. «Σε περιβάλλοντα πτήσης υψηλής ταχύτητας, η πυκνότητα ροής θερμότητας στην επιφάνεια του αεροσκάφους αυξάνεται γρήγορα σε ισχύ τρίτης δύναμης της ταχύτητας πτήσης», έγραψε ο Li και η ομάδα του στο άρθρο τους. «Ειδικά σε συνθήκες μεγάλης διάρκειας, η συσσώρευση αεροδυναμικής θερμότητας καθιστά τη θερμική προστασία καθοριστικό παράγοντα που επηρεάζει την επιτυχία ή την αποτυχία του έργου». Οι παραδοσιακές προσεγγίσεις ψύξης δεν λειτουργούν πλέον σε αυτές τις συνθήκες.
Η κυλινδρική συσκευή ψύξης τους σχεδιάστηκε για τη νέα γενιά υπερηχητικών αεροσκαφών και υποβλήθηκε σε δοκιμές εδάφους το 2022, σύμφωνα με το άρθρο. Το κάτω μέρος του κυλίνδρου έρχεται σε επαφή με το κάτω μέρος του αεροσκάφους, όπου θερμαίνεται. Κατά τη διάρκεια της πτήσης, αυτή η θερμότητα μετακινείται στην κορυφή του κυλίνδρου, ενώ το νερό ψύξης ρέει δεξιόστροφα μέσα στη συσκευή, λόγω της πίεσης που παράγεται από εξαρτήματα ευαίσθητα στη θερμοκρασία. Ένα δοχείο αποθήκευσης νερού στο επάνω μέρος είναι γεμάτο με ένα αεροτζελ που μπορεί να απορροφήσει νερό.
Οι δοκιμές έχουν δείξει ότι η συσκευή μπορεί να κρατησει τη θερμοκρασία της καμπίνας σε κάτω από τους 100 βαθμούς Κελσίου κατά τα πρώτα 50 λεπτά της πτήσης. Μετά από αυτό, το ψυκτικό αρχίζει να βράζει και να εξατμίζεται, μεταφέροντας θερμότητα με μεγαλύτερη ταχύτητα έως ότου φτάσει στο μέγιστο βαθμό απόδοσης μέχρι το 66ο λεπτό.
Σε αυτό το σημείο, ο ατμός υψηλής θερμοκρασίας απελευθερώνεται αργά από μια βαλβίδα εκτόνωσης πίεσης και η πορώδης δομή του αεροτζελ εξασφαλίζει μια σταθερή και παρατεταμένη διαδικασία εξάτμισης. Το αεροτζελ παρέχει επίσης θερμομόνωση, διατηρώντας τη θερμοκρασία της καμπίνας χαμηλή ακόμη και μετά την εξάτμιση του νερού.
Η ομάδα του Li είπε ότι η συσκευή τους είναι πιο απλή από τους σωλήνες θερμότητας υψηλής θερμοκρασίας που χρησιμοποιούν υγρό μέταλλο ως ψυκτικό μέσο. Ισχυρίζονται επίσης ότι θα ήταν ευκολότερο να εφαρμοστούν στην πράξη από τα ενεργά συστήματα ψύξης που οδηγούνται από εξωτερικές δυνάμεις, όπως συσκευές που προσομοιώνουν την εφίδρωση.
«Χωρίς αύξηση της πολυπλοκότητας του το σύστημα μπορεί να μεγιστοποιήσει τη χρήση ενός ψυκτικού μέσου για την απορρόφηση και την απελευθέρωση θερμότητας σε διαφορετικές φάσεις, επιτυγχάνοντας βέλτιστο έλεγχο θερμοκρασίας», δήλωσαν οι επιστήμονες.
Δεδομένου ότι η υπερηχητική πτήση απαιτεί ένα εκτεταμένο και πολύπλοκο σύστημα θερμικής διαχείρισης, η νέα συσκευή θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με άλλες τεχνολογίες θερμικής προστασίας, όπως επιστρώσεις ανθεκτικές σε υψηλές θερμοκρασίες και ελαφρες μονωτικές δομές. Η συσκευή θα ήταν κατάλληλη για την ψύξη κρίσιμων περιοχών, συμπεριλαμβανομένων των πηδαλίων αέρα και ευαισθητου ηλεκτρονικού εξοπλισμού, σύμφωνα με την ομάδα.
Μια έρευνα του αμερικανικού Κογκρέσου πέρυσι διαπίστωσε ότι τα ανεπαρκή συστήματα ψύξης ήταν ο κύριος λόγος που οι Ηνωμένες Πολιτείες υστερούν σε σχέση με την Κίνα όσον αφορά τα υπερηχητικά όπλα. «Η θεμελιώδης εναπομένουσα πρόκληση περιλαμβάνει τη διαχείριση της ακραίας θερμότητας στην οποία εκτίθενται οι υπερηχητικοί πύραυλοι ταξιδεύοντας με υψηλές ταχύτητες στην ατμόσφαιρα για το μεγαλύτερο μέρος της πτήσης τους», ανέφερε η έκθεση του Κογκρέσου που δημοσιεύθηκε τον Ιανουάριο του 2023.
«Η θωράκιση των ευαίσθητων ηλεκτρονικών των υπερηχητικών πυραύλων, η κατανόηση της απόδοσης των διαφόρων υλικών και η πρόβλεψη της αεροδυναμικής σε σταθερές θερμοκρασίες έως και 1650 βαθμούς Κελσιου απαιτούν εκτεταμένες δοκιμές πτήσης», ανέφερε. «Οι δοκιμές συνεχίζονται, αλλά οι αποτυχίες τα τελευταία χρόνια έχουν καθυστερήσει την πρόοδο».
Πηγή: South China Morning Post
