Süpersonik koşullar zeminde çoğaltılabilir mi?

In a previous question the P&W J 58 engine for the SR-71 was discussed. The engine was a new and innovative design combining the characteristics of a turbojet and a ramjet.

Böyle yeni bir tasarımla uçmadan önce pilotun ve uçağın güvenliğini sağlamak için mümkün olduğu kadar çok yerde test etmek isteyeceklerini düşünürdüm. Aksi halde, birileri yapmalı işleyen ancak sadece kağıt üzerinde olan bir kişiyi gönderiyorsunuz. (Test pilotlarının kaydolduğu şey bu, biliyorum ama bu konuda umursamaz olmak istemiyorlar.)

J-58 ground test
J-58 ground test. from Wikimedia commons

Bildiğim kadarıyla saf bir ramjet sıfır hava hızında bile çalışmayacaktır. Merak ettiğim şey, bu türden radikal bir yeni tasarım ya da bu konudaki herhangi bir süpersonik tasarımın zemin testinden ne kadar öğrenilebileceğidir? Süpersonik koşullar zeminde çoğaltılabilir mi?

36
Yerde çalışan süpersonik arabalar var. Ama sanırım yerdeki motorları test ediyorsun? Ve J-58, sahada da çalışabilirdi, çünkü bu, subsonik operasyonlar da yapabilirdi (kalkışlar, inişler ve yakıt ikmali).
katma yazar SMS von der Tann, kaynak

4 cevap

Yes, supersonic conditions can indeed be replicated on the ground for purposes of airframe and engine testing.

Arnold Mühendislik Geliştirme Kompleksi (AEDC)

The U.S. Air Force and NASA both operate supersonic wind tunnels, as do Lockheed, P&W, and others. The most advanced of these facilities are probably those at Arnold Engineering Development Complex on Arnold Air Force Base. I won't mention any specific numbers from memory because they've likely changed since I worked there and I can't remember exactly which ones were classified/FOUO/otherwise-not-public, but let's just say they're pretty good.

AEDC, hem jet motorlarını test etmek için hem de uçak modellerinin (veya bir füze gibi yeterince küçük bir uçaksa, tam ölçekli uçakların test edilmesi için) test edilmek üzere tasarlanmış test hücrelerine sahiptir. Ayrıca, üst kademe roket motorlarını test etmek için tesislere sahiptir. Alt aşama roket motorları Arnold'taki tesislere ihtiyaç duymazlar, çünkü bunlar atmosferde çalışacak şekilde tasarlanmıştır ve bir yerlerde bir çölde yakılabilirler.

Vikipedi'ye göre (ki bu da kamuya açık bilgilerden kaynaklandığına inanıyorum), Hypervelocity Wind Tunnel 9 Deniz seviyesinden 173.000 ft'ye kadar simüle edilmiş irtifalarla Mach 14'ün hava akışını üretin.

AEDC Tunnel 9 with Test Article
AEDC Tunnel 9 (with test article) Source: Wikipedia

Yeterli olmaması durumunda, G Aralığı , mermileri kabaca düşük Dünya yörüngesinin hızına fırlatabilir. Bununla birlikte, bu, "süpersonik" tanımının gerilmesidir, çünkü tipik olarak Mach sayısının, bu tür bir hızdaki bir atıştan önce gerçekten tanımlanmadığı kadar ihmal edilebilir bir hava basıncına pompalanmasıdır. Yine de, wiki makalesinde de belirtildiği gibi, 1,7 atmosfere kadar çekim yapabiliyor, bu yüzden bu çekimlerde kesinlikle süpersonik olarak sayılıyor.

AEDC G Range
AEDC Range G Source: Wikipedia

Holloman Hava Kuvvetleri Üssü

In addition to wind tunnels and other facilities at AEDC, the U.S. Air Force also occasionally uses rocket sleds, such as the one at Holloman Hava Kuvvetleri Üssü, which currently holds the speed record for any type of non-air/space vehicle at 6,416 mph/10,326 km/h (Mach 8.5.)

Holloman High Speed Test Track
Holloman High Speed Test Track Source: Wikipedia

Land Speed Record Rocket Sled at Holloman
Land Speed Record Rocket Sled at Holloman Source: Wikipedia

Holloman The "Speed Limit" at Holloman Hava Kuvvetleri Üssü
Source: some guy's website, which got them from publically-released images from Holloman AFB

42
katma
@FreeMan Eğlenceliydi. Üniversite sırasındaydı. Üniversiteden sonra daimi bir pozisyon almayı düşündüm, ama daha iyi çalışan başka bir teklif aldım. Yine de orada çalışan bazı arkadaşlarım var. Yine de Tünel 9'a gitmedim. Bu Maryland'de. Tennessee'de ana üssünde çalıştım. Eminim ki bu kutuların bazı ilginç aerodinamik etkiler ürettiğine eminim, ama test makalesinin rüzgarı onlardır, bu yüzden çok fazla önemli olmamalı.
katma yazar pauldoo, kaynak
@FreeMan Ben aslında bir t-shirt üzerinde gördüm ve işaret gerçekten orada olduğunu bulmak için hoş bir sürpriz oldu. Yine de, onu ihlal eden adamı çekerek iyi şanslar. Ayrıca, bunu ihlal eden iyi şanslar.
katma yazar pauldoo, kaynak
A) Orada çalıştın mı? Bu eğlenceli olmalıydı! B) Eminim ki bu gümüş bloklar, ilk resimde yaklaşık 5 ve 10 saatte çeşitli sensörler içindir, ama onların oldukça künt olduklarını hayal etmek zorundayım. Önde gelen kenarlar Mach 14 'de bir miktar hava akışı üzerinde bir çeşit etkiye sahip olacaktır! Sheesh!
katma yazar FreeMan, kaynak
Hız sınırı işareti için ekstra bir +1! Dang, işe yaramadı ...: (
katma yazar FreeMan, kaynak
Adil olmak gerekirse, o kızak bir helyum tüpünün içinde koştu (tamam, bir sopa çerçevesinin üzerine bol dökümlü bazı ince plastik levhalar - kızak geçerken yok oldu - ama yine de bir jet motorunun bazı sorunları olacak bir ortam) ve ön tekerlek donanımı, çalışmanın sonunda neredeyse tamamen ortadan kaldırıldı. Daha pratik test yataklarınızdan değil, gerçekten, ama izlemek için eğlenceli.
katma yazar venergiac, kaynak
En sevdiğim Mythbusters bölümleri roket kızağını kullandıklarıydı. Bu kadar hızlı hareket eden şeyleri izlemek çok harika. Özellikle ikinci bir aşama eklediklerinde. Hiçbir şeyin bu kadar hızlı gitmediğini düşündüğünüzde, ikinci aşama başlıyor ve ... DAMN!
katma yazar TomMcW, kaynak

It is a struggle, but it can be done. For the J58, Pratt&Whitney had a test facility at West Palm Beach which would simulate conditions at speed and altitude. From this site:

J-58 Engine Testing in Afterburner at test cell A-1 at Pratt and Whitney’s West Palm Beach facility.

Resim aslında Pratt ve Whitney’in Batı’daki test hücresi A-1’i gösteriyor   Palm Beach tesisi. [...]. Bu test hücresi aslında bir irtifa simülasyonu idi.   test amaçları için kullanılan hücre. (Denizde kullanılan ek bir hücre vardı.   Aynı zamanda yerinde revize edilmiş motorlar için seviye çalışır.)   köle motor olarak olmayan-afterburning J-79. Kölenin egzozu   J-58'in girişine bir dizi valf aracılığıyla sokulur.   girişteki havanın hızını, sıcaklığını ve yoğunluğunu simüle etmek   normalde uçuş sırasında görülür. Bu özel resimde motor   giriş ekranında belirtildiği gibi deniz seviyesinde çalışıyor.

32
katma
@FreeMan Aynı düşünceye sahiptim, ve eğer aslında uçuşta olsaydı hava akışıyla normalde daha fazla soğutulacak mı diye merak ettim.
katma yazar bwarner, kaynak
Bu cevap, yanlışlıkla bu soruya .
katma yazar FreeMan, kaynak
Ayrıca, bu motorun sonundaki turuncu bölümün değil boya gibi göründüğünü fark ettim, ama sıcak metal parlıyor! Bu tasarım mı? Brülörün o ucunda çok sıcak olduğunu farkettim ve normalde nacelle nedeniyle bunu görmüyoruz, ama egzoz nozulunun dış kısmı normalde bu sıcak mı?
katma yazar FreeMan, kaynak

Gösterildiği gibi, burada , Lockheed Martin, mach 5'e kadar rüzgar hızları üretebilen bir süpersonik rüzgar tüneline sahiptir. Hızlı bir internet araması, bu tür teknolojinin oldukça yaygın olduğunu belirten diğer süpersonik rüzgar tünellerinin kapsamlı bir listesini ortaya koydu. Ek olarak, SMSvondertann'ın önerdiği gibi, jet ve roketle çalışan arabalar, Thrust SSC gibi süpersonik hızlara ulaşmışlardır. topraklar.

12
katma
@DanNeely Belki Lockheed'in tünelleri bu kısıtlamaya sahiptir, ancak AEDC'nin tünelleri yoktur. Sonunda saatlerce koşabilirler (ve yapabilirler). Ayrıca her yarım saatte bir TVA ’nı arayarak, ne kadar elektrik planladıklarını belirtmeleri gerekiyor. hücreler çalışırken kullanmak için. :) Aksi takdirde, yerel elektrik şebekesine aşırı yüklenme ya da düşük yükler.
katma yazar pauldoo, kaynak
Önemli bir uyarı, yüksek mekanik rüzgar tünellerinin yalnızca kısa süreler boyunca çalışabilmesidir (gerçek zamanda hızlı olan havayı hızlandıramazlar ve bunun yerine büyük bir basınç binasını doldurarak ve daha sonra tünele girerek çalışabilirler). LockMart'ın tüneli, 5.0-0.3'de 15-110 saniye süreyle derecelendirilmiştir. Hipersonik hızlarda daha da kötüleşir; Rüzgar tünelleri, bu seviyelerin sadece bir ya da iki katına vurabilir, bu da Ar-Ge'nin uçuşta CFD simülasyonlarını doğrulamak için fiziki donanımı hızlandırmak için roketler kullanmasını gerektirmesi anlamına gelir.
katma yazar go minimal, kaynak
İlk düşüncem “SR71'i geliştirirken açıktı” mıydı? Bunun cevabı evet, 1958'de açıldı!
katma yazar FreeMan, kaynak

Yerde değil, bazı organizasyonlar süpersonik koşulları simüle etmek için oldukça aşırı uzunluklara gider. Düşük Yoğunluklu Süpersonik Decelerator olarak da bilinen Marslı atmosferik giriş için tasarlanmış NASA ve süpersonik paraşüt atın. Son zamanlarda bunu oldukça şaşırtıcı bir teçhizat üzerinde test ettiler:

Paraşüt bir helikopterden düştü
- 1km çelik halat, oluğu bir kasnak vasıtasıyla bir vinçe bağladı
- Vinç halatı gerginlik altında tutar ...
-... ve şovun yıldızına bağlı - bir 4-motorlu roket kızağı, yere çarpmadan önce aşırı hıza paraşütü hızlandırmak için tasarlanmış.

Bu teçhizat, en azından bahsetmeden bahsetmeye değer çünkü bu açıklama boş ACME kutularının bir görüntüsünü çağrıştırıyor!

Daha fazla bilgi için buraya bakın

8
katma
@TomMcW bu yol koşucu bir şansı yok;)
katma yazar hawxs, kaynak
... "meep, meep!"
katma yazar TomMcW, kaynak