چین با تونل باد خود رکوردشکنی کرد

دانشمندان چینی با شبیه‌سازی شرایط پرواز در تونل باد با سرعت ۳۳ برابر سرعت صوت، به رکورد جدیدی در حوزه تحقیقات پرواز مافوق صوت دست یافت.

کد خبر: ۵۱۲۰۲۳

تاریخ: ۲۱ شهريور ۱۴۰۱ - ۱۵:۲۹

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از آی‌ای، غول پیکرترین تونل باد در جهان در حال حاضر در جنوب غربی چین عملیاتی شده است که آزمایشات کم هزینه و عالی را برای تحقیقات مافوق صوت امکان پذیر می‌کند.

بر اساس گزارشی که توسط رسانه دولتی "ساوث چاینا مورنینگ پست" منتشر شده است، این مرکز می‌تواند شرایط پروازی پرآشوب را با سرعت‌های بین ۲.۵ تا ۱۱.۵ کیلومتر در ثانیه، یعنی بیش از ۳۳ برابر سرعت صوت شبیه‌سازی کند.

لیو ژیگو، سرپرست این تیم پژوهش از موسسه آیرودینامیک Hypervelocity تحت نظارت مرکز تحقیقات و توسعه آیرودینامیک چین در میانیانگ گفت: ما بزرگترین تونل باد لوله انبساط با پیستون آزاد جهان را با آنتالپی بالا ساخته‌ایم.

آنتالپی اندازه‌گیری مقدار گرمای موجود در هوا یا مقدار کل محتوای انرژی یک سامانه در فشار و دمای ثابت است. آنتالپی جمع انرژی درونی سیستم و حاصل ضرب فشار و حجم آن است.

به گفته پژوهشگران، این تاسیسات پیشرفته که توسط یک دانشمند استرالیایی طراحی شده است، در نهایت به تعدادی از ماموریت‌ها از جمله فرستادن فضانوردان چینی به ماه و توسعه یک هواپیمای مافوق صوت که می تواند در یک ساعت به هر نقطه از جهان سفر کند، کمک خواهد کرد.

پژوهشگران ادعا کردند که این تونل آزمایشی با قطر ۸۰ سانتیمتر (۲.۶ فوت) تقریباً دو برابر بزرگتر از امکانات مشابه در دنیای غرب است. آنها با اشاره به سرعت فرار از میدان گرانشی زمین ادعا کردند که می‌توان از آن برای پروژه‌های مهندسی در سطح ملی مانند کپسول برگشت پروژه فرود ماه، ورود به جو یک دنیای بیگانه با هواپیمای اکتشافی میان‌ستاره‌ای و توسعه وسایل نقلیه مافوق صوت استفاده کرد.

به گفته پژوهشگران، قابلیت استفاده مجدد کامل از این پیستون، هزینه‌های عملیاتی تونل باد را به شدت کاهش می‌دهد.

با این حال، این پیستون ۸۴۰ کیلوگرمی که سنگین‌ترین پیستونی است که تاکنون در یک تونل باد استفاده شده است، با یک دشواری مواجه است. این پیستون باید فشار خرد کننده هوای فشرده معادل ۱۰ هزار برابر نیروی گرانش را در حین حرکت با سرعت تا ۵۴۰ کیلومتر در ساعت تحمل کند.

به گفته محققان چینی، این پیستون به دلیل طراحی خاص و استفاده از مواد جدید، آزمایش‌های مکرر و طاقت فرسا را ​​بدون آسیب دیدگی تحمل کرده است.

تونل استاکر

ریموند استاکر، مهندس فضایی استرالیایی، یک تونل پیستون آزاد را در دهه ۱۹۶۰ ایجاد کرد و به همین دلیل به این نوع تونل، تونل استاکر(Stalker tube) می‌گویند.

اتحاد جماهیر شوروی و ایالات متحده برای تحقیق در مورد پرواز با سرعت فوق العاده یا سرعت بیش از ۵ ماخ (پنج برابر سرعت صوت)، تعداد زیادی تونل باد در طول جنگ سرد ساختند. در این تونل‌های باد، شرایط پیچیده پرواز معمولاً با استفاده از گاز هیدروژن داغ شبیه‌سازی می‌شد. با این حال، از آنجایی که هیدروژن گران است، ذخیره آن دشوار است و بسیار انفجاری است و توسعه، استفاده و نگه‌داری از آن پیچیده و پرهزینه است.

نیتروژن پرفشار، یک گاز بی‌اثر ارزان قیمت است که ۸۰ درصد جو زمین را تشکیل می‌دهد و به عنوان ماده جدیدی برای تونل استاکر پیشنهاد شد.

از این نیتروژن برای به حرکت درآوردن پیستون استفاده می‌شود. وقتی پیستون سنگین تا چند صد کیلومتر در ساعت شتاب می‌گیرد، ممکن است هوا را فشرده کرده و لایه‌های متعددی از غشاهای جامد را سوراخ کند تا امواج ضربه‌ای داغ و سریعی تولید کند که با امواجی که توسط هواپیماهایی که با سرعت مافوق صوت حرکت می‌کنند قابل مقایسه است.

فناوری پیشرفته پرواز مافوق صوت، مانند "اسکرام جت" توسط استرالیا با سرمایه‌گذاری و نیروی کار اندک به لطف تونل‌های باد پیستونی که توسط استاکر و همکارانش در دهه ۱۹۸۰ ایجاد شد، توسعه یافته است.

به دلیل عملکرد تونل استاکر، ایالات متحده و استرالیا در سال ۲۰۲۰ قراردادی را امضا کردند تا با همکاری یکدیگر یک وسیله نقلیه مافوق صوت با سرعت ۸ ماخ ایجاد کنند تا با پیشرفت سریع فناوری در چین و روسیه همگام شوند.

به گفته پژوهشگران چینی، تأسیسات جدید آنها چیزی بیش از یک نسخه بزرگ شده از تونل استرالیا است. آنها می‌گویند اتصال این تونل به مخزن نیتروژن پرفشار که همراه با تونل هنگام حرکت پیستون می‌لرزد، می‌تواند دقت نتایج آزمایش زمینی را به خطر بیندازد و محققان با پوشاندن پیستون با جزء ذخیره نیتروژن، راه حل این مشکل را پیدا کردند.

طبق تحقیقات آنها، این طراحی جدید نه تنها اندازه و پیچیدگی کل تأسیسات را کاهش داد، بلکه ارتعاشات را به بخش کوچکی از ارتعاشات تونل‌های استاکر معمولی کاهش داد.

تونل‌های باد پیستونی دیگری در چند دهه گذشته در سراسر جهان ساخته شده‌اند، اما تونل باد دانشگاه کوئینزلند با قطر حدود ۴۰ سانتیمتر تا همین اواخر بزرگترین تونل باد دنیا بود.