Wanneer de vliegsnelheid Mach 5 overschrijdt, zullen hypersonische vliegtuigen te maken krijgen met hoge temperaturen van meer dan 2200°C (4000°F). Hoe kan ik het vliegtuig beschermen tegen de gevolgen van hoge temperaturen? RTX Technology Research Center gelooft dat het antwoord is om ze te laten zweten.
Verwacht wordt dat hypersonische vluchten een ongekende revolutie teweeg zullen brengen in de luchtvaartindustrie sinds de geluidsbarrière in 1947 werd doorbroken. Het is echter gebleken dat de overgang van supersonische naar hypersonische snelheden een grotere uitdaging is dan de overgang van subsonische naar supersonische snelheden.
Een van de grootste uitdagingen is de enorme hoeveelheid warmte die wordt gegenereerd door een vliegtuig dat meer dan vijf keer zo snel vliegt als het geluid. Bij deze temperaturen zullen alle materialen, behalve de meest exotische, smelten of onbruikbaar worden. Dit betekent dat de nauwkeurig ontworpen en machinaal bewerkte lijnen van een hypersonisch voertuig, vooral de voorrand, snel kunnen ronden en vervormen, waardoor de aerodynamica van het voertuig volledig verandert.
De voor de hand liggende manier om dit te voorkomen is door de huid van het vliegtuig te koelen. Helaas betekent dit voor traditionele systemen extra gewicht en complexiteit, waar ingenieurs niet zo van houden.
Als alternatief onderzoekt RTX, onder een DARPA-contract, het gebruik van hetzelfde mechanisme dat we gebruiken om af te koelen – zweten – om hypersonische voertuigen te koelen.
Het idee is om een netwerk van microkanalen te installeren aan de voorkant van een hypersonisch voertuig dat vloeistof naar het huidoppervlak zou brengen op een manier die vergelijkbaar is met menselijke zweetklieren. Wanneer de vloeistof het huidoppervlak bereikt, verdampt deze, waardoor de warmte wordt afgevoerd. Op deze manier behoudt het vliegtuig voldoende koelcapaciteit om zijn aerodynamische prestaties te behouden.
Volgens John Sharon, projectteamleider bij het RTX Technology Research Center, gebruikten ze voorspellende modellen en geavanceerde microfabricagetechnologie om een wigvormig testobject ter grootte van een creditcard te creëren. Het wordt eerst boven een brander geplaatst die wordt beschreven als een grote "roompuddingfakkel", en vervolgens wordt een elektrische boog gebruikt om het gas te verwarmen en uit te zetten tot hoge temperaturen en hoge snelheden die hypersonische vluchtomstandigheden beter nabootsen.
De volgende stap zal zijn om de technologie te verbeteren, de zweetkanalen kleiner te maken en het testobject op te schalen naar de schaal van een hypersonisch voertuig op ware grootte. Als de technologie succesvol blijkt, kan deze ook toepasbaar zijn op andere problemen, zoals het beschermen van gasturbinebladen.
“Als je met meer dan vijf keer de snelheid van het geluid vliegt, stijgt de temperatuur heel snel in een fractie van een seconde”, zegt Sharon. "De teamleden die betrokken waren bij de modellering hebben uitstekend werk geleverd door in te schatten hoe lang de testexemplaren zouden overleven."