극초음속 풍동 설명

에릭 테글러(Eric Tegler)의 말

2021년이 끝나가면서 중국이 마하 30으로 비행하는 물체를 시뮬레이션할 수 있는 첨단 극초음속 풍동을 곧 공개할 것이라는 보도는 서구에 경각심을 불러일으켰고 그러한 터널이 실제로 지평선에 있지 않을 것이라는 전문가들의 주장을 촉발시켰습니다.

중국의 소문난 15GW 전력 JF-22 터널이 실제라고 하더라도 극초음속 무기와 극초음속 항공기 배치 경쟁에 필요한 개발 범위를 포괄할 수는 없습니다. 퍼듀 대학(Purdue University) 항공우주학 교수인 Joseph Jewell은 "지상의 어떤 시설도 극초음속 대기 비행의 모든 ​​측면을 재현할 수 없습니다"라고 말합니다.

퍼듀 대학교(Purdue University)는 오랫동안 지속되어 온 극초음속 연구 부서와 인디애나 주 웨스트 라파예트 캠퍼스에 건설 중인 새로운 극초음속 및 응용 연구 시설(HARF)을 보유하고 있습니다. 이는 특히 미국에서 2020년대 중반까지 다양한 유형의 수백 가지 극초음속 무기를 대응 개발하고 배치함으로써 중국과 러시아의 기존 및 신흥 극초음속 무기를 억제하려는 추진을 상징합니다.

지난 4월, 미국 국방부의 현대화 연구 및 엔지니어링 책임자인 마크 루이스(Mark Lewis)는 극초음속을 국방부의 최우선 과제 중 하나로 확인했습니다. 개발 계획에는 마하 10 로켓 추진 부스트 활공 미사일부터 마하 5 공기 호흡 순항 미사일까지 포함됩니다.

극초음속 연구의 시급성을 감안할 때 테스트 및 개발 시설, 특히 첨단 극초음속 풍동에 대한 수요가 있습니다. 이는 비행 중 극초음속 차량 주변의 전례 없는 온도와 공기 흐름을 견딜 수 있도록 발사체를 구성하는 방법을 이해하는 데 중요합니다. 극초음속으로 간주되는 임계값은 일반적으로 마하 5 정도이며 대규모 극초음속 풍동은 드뭅니다. 미국에 있는 대부분의 기존 시설은 미국이 미사일 개발과 우주 프로그램에 막대한 투자를 했던 1950년대부터 1970년대까지 설계 및 건설되었습니다. 터널은 차갑고 교란이 심하며 작고 상대적으로 짧은 극초음속 흐름을 생성할 수 있습니다.

이러한 터널은 기초 연구와 극초음속 비행 문제를 해결하는 구획화된 접근 방식에 적합하지만 대규모로 뜨겁고 낮은 교란과 긴 흐름을 동시에 생성할 수는 없습니다. 전문가들은 실제 비행 테스트 외에는 아무것도 할 수 없다고 말합니다.

그러나 위의 품질을 개별적으로 또는 개별적으로 생산할 수 있는 소규모 및 성장하는 미국 시설 그룹이 있습니다. 이러한 첨단 극초음속 풍동과 보다 전통적인 이전 풍동은 미국과 유럽의 국가 기반 시설의 중요한 부분입니다.

학생들은 여름 동안 Purdue의 Mach 6 조용한 풍동을 이용하여 작업합니다. 보다 발전된 마하 8의 조용한 풍동은 퍼듀에 건설될 새로운 극초음속 연구 건물의 일부가 될 것입니다.(Purdue University/John Underwood)

극초음속 풍동에는 다섯 가지 일반적인 유형이 있습니다. 조용한 터널은 아마도 가장 인기 있는 유형일 것입니다. 조용한 터널은 이러한 속도로 발달하는 경계층에 의해 생성된 난류 없이 극초음속의 속도로 공기를 흐를 수 있기 때문에 소위 말하는 것입니다. NASA의 랭글리 연구 센터는 1980년대에 초음속 및 극초음속 연구를 위한 최초의 조용한 풍동을 개발했습니다. 이는 극초음속 흐름 연구의 주요 과제 중 하나인 전환의 정확한 예측을 해결합니다.

전환은 공기 흐름 속도가 증가함에 따라 표면을 가로지르는 매끄럽거나 층류의 공기 흐름이 방해를 받거나 난류가 되는 현상입니다. 이러한 전환은 점성 항력과 열 유속의 상당한 증가를 발생시켜 극초음속 차량의 성능과 열 보호에 심각한 제한을 초래합니다. Purdue는 NASA가 아닌 최초의 조용한 터널 중 하나인 Boeing/AFOSR Mach-6 Quiet Tunnel을 1990년대 후반. 터널은 1950년대에 처음 개발된 Ludwieg Tube 설계(대형 공기 탱크 하류의 긴 원통형 튜브와 다이어프램 또는 밸브로 제어되는 수렴-발산 노즐)를 기반으로 합니다.