Un túnel de viento hipersónico está diseñado para generar un campo de flujo hipersónico en la sección de trabajo, simulando así las características de flujo típicas de este régimen de flujo, incluidos choques de compresión y efectos pronunciados de la capa límite, capa de entropía y zonas de interacción viscosas y, lo más importante, altas temperaturas totales de el flujo. La velocidad de estos túneles varía de Mach 5 a 15. El requerimiento de potencia de un túnel de viento aumenta linealmente con su sección transversal y densidad de flujo, pero cúbicamente con la velocidad de prueba requerida. Por lo tanto, la instalación de un túnel de viento de circuito cerrado continuo sigue siendo una tarea costosa. El primer túnel de viento continuo Mach 7-10 con una sección de prueba de 1x1 m se planeó en Kochel am See, Alemania, durante la Segunda Guerra Mundial [1] y finalmente se puso en funcionamiento como 'Túnel A' a finales de la década de 1950 en AEDC Tullahoma, Tennessee, EE.UU. para una potencia instalada de 57 MW. En vista de estas altas exigencias de las instalaciones, también se diseñan e instalan instalaciones experimentales operadas de forma intermitente, como túneles de viento de purga, para simular el flujo hipersónico. Un túnel de viento hipersónico comprende, en la dirección del flujo, los componentes principales: disposiciones de calentador/enfriador, secador, boquilla convergente/divergente, sección de prueba, segunda garganta y difusor. Un túnel de viento de purga tiene un depósito de bajo vacío en la parte trasera, mientras que un túnel de viento de circuito cerrado de funcionamiento continuo tiene en su lugar una instalación de compresor de alta potencia. Dado que la temperatura desciende con el flujo en expansión, el aire dentro de la sección de prueba tiene posibilidades de licuarse . Por esa razón, el precalentamiento es particularmente crítico (la boquilla puede requerir enfriamiento).
Existen varios problemas tecnológicos en el diseño y construcción de un túnel de viento de hipervelocidad:
Las simulaciones de un flujo a 5,5 km/s, a 45 km de altitud requerirían temperaturas del túnel de hasta 9.000 K y una presión de 3 GPa .
Una forma de HWT se conoce como túnel de armas o túnel de tiro caliente (hasta M = 27), que puede usarse para analizar flujos que pasan por misiles balísticos, vehículos espaciales en entrada a la atmósfera y física del plasma o transferencia de calor a altas temperaturas. Funciona de forma intermitente, pero tiene un tiempo de ejecución muy bajo (menos de un segundo). El método de operación se basa en un gas presurizado y a alta temperatura (aire o nitrógeno) producido en una cámara de arco, y un casi vacío en la parte restante del túnel. La cámara de arco puede alcanzar varios MPa , mientras que las presiones en la cámara de vacío pueden ser tan bajas como 0,1 Pa . Esto significa que las relaciones de presión de estos túneles son del orden de 10 millones. Además, las temperaturas del gas caliente alcanzan los 5000 K. La recámara de arco está montada en el cañón del arma. El gas a alta presión se separa del vacío mediante un diafragma.
Antes de comenzar la prueba, una membrana separa el aire comprimido de la recámara del cañón del arma. Se utiliza un rifle (o similar) para romper la membrana. El aire comprimido entra por la recámara del cañón del arma, lo que obliga a un pequeño proyectil a acelerar rápidamente hacia abajo por el cañón. Aunque se impide que el proyectil salga del cañón, el aire que se encuentra delante del proyectil sale a velocidad hipersónica hacia la sección de trabajo. Naturalmente, la duración de la prueba es extremadamente breve, por lo que se requiere instrumentación de alta velocidad para obtener datos significativos.
La Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO) encargó tres instalaciones importantes, a saber, un túnel de viento hipersónico, un túnel de choque y un túnel de plasma en el Centro Espacial Vikram Sarabhai como parte de sus esfuerzos continuos y concertados para minimizar el costo del acceso al espacio. Esta instalación integrada recibió el nombre de Complejo de túneles de viento Satish Dhawan en homenaje al Prof. Satish Dhawan , quien ha realizado contribuciones muy significativas en el campo de los túneles de viento y la aerodinámica. El presidente de ISRO , AS Kiran Kumar, dijo que la puesta en servicio de dichas instalaciones proporcionaría datos adecuados para el diseño y desarrollo de los sistemas de transporte espacial actuales y futuros en la India. [2]
La Organización de Investigación y Desarrollo de Defensa (DRDO) encargó una instalación de prueba avanzada de túnel de viento hipersónico (HWT) en el complejo de misiles Dr. APJ Abdul Kalam el 20 de diciembre de 2020 como parte del programa de desarrollo de instalaciones para el proyecto de vehículo demostrador de tecnología hipersónica . [3]
El túnel de viento hipersónico de baja densidad MARHy , ubicado en el laboratorio ICARE [4] en Orleans, Francia, es una instalación de investigación utilizada ampliamente para la investigación fundamental y aplicada de fenómenos fluidodinámicos en flujos compresibles enrarecidos, aplicados a la investigación espacial. Su nombre es un acrónimo de M ach A daptable R arefied Hy personic y el túnel de viento está registrado con este nombre en el portal europeo MERIL.