Un túnel de viento hipersónico está diseñado para generar un campo de flujo hipersónico en la sección de trabajo, simulando así las características típicas de este régimen de flujo, incluyendo choques de compresión y efectos pronunciados de capa límite, capa de entropía y zonas de interacción viscosa y, lo más importante, altas temperaturas totales del flujo. La velocidad de estos túneles varía de Mach 5 a 15. El requisito 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 un asunto costoso. El primer túnel de viento continuo Mach 7-10 con una sección de prueba de 1x1 m fue planificado en Kochel am See, Alemania durante la Segunda Guerra Mundial [1] y finalmente se puso en funcionamiento como "Túnel A" a fines de la década de 1950 en AEDC Tullahoma, TN, EE. UU. para una potencia instalada de 57 MW. En vista de estas altas demandas de instalaciones, también se diseñan e instalan instalaciones experimentales operadas de manera intermitente, como túneles de viento de derribo, para simular el flujo hipersónico. Un túnel de viento hipersónico comprende, en la dirección del flujo, los componentes principales: dispositivos de calefacción/refrigeración, secador, tobera convergente/divergente, sección de prueba, segunda garganta y difusor. Un túnel de viento de purga tiene un depósito de bajo vacío en el extremo posterior, mientras que un túnel de viento de circuito cerrado de funcionamiento continuo tiene una instalación de compresor de alta potencia en su lugar. Dado que la temperatura desciende con el flujo en expansión, el aire dentro de la sección de prueba tiene la posibilidad de licuarse . Por ese motivo, el precalentamiento es particularmente crítico (la tobera puede requerir enfriamiento).
Existen varios problemas tecnológicos a la hora de diseñar y construir un túnel de viento de hipervelocidad:
Las simulaciones de un flujo a 5,5 km/s y 45 km de altitud requerirían temperaturas de túnel de hasta 9000 K y una presión de 3 GPa .
Una forma de HWT se conoce como túnel de cañón o túnel de tiro caliente (hasta M = 27), que se puede utilizar para el análisis de flujos que pasan por misiles balísticos, vehículos espaciales en entrada atmosférica y física de plasma o transferencia de calor a altas temperaturas. Funciona de forma intermitente, pero tiene un tiempo de funcionamiento muy bajo (menos de un segundo). El método de funcionamiento se basa en un gas presurizado y de alta temperatura (aire o nitrógeno) producido en una cámara de arco, y un vacío cercano 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 son de hasta 5000 K. La cámara de arco está montada en el cañón del cañón. El gas a alta presión está separado del vacío por un diafragma.
Antes de que comience una 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 se precipita hacia la recámara del cañón del arma, obligando a un pequeño proyectil a acelerar rápidamente hacia abajo por el cañón. Aunque se evita que el proyectil salga del cañón, el aire que se encuentra delante del proyectil emerge 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) puso en funcionamiento tres importantes instalaciones, 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 como homenaje al profesor Satish Dhawan , quien ha hecho contribuciones muy significativas en el campo de los túneles de viento y la aerodinámica. El presidente de la ISRO, AS Kiran Kumar, dijo que la puesta en funcionamiento de dichas instalaciones proporcionaría datos adecuados para el diseño y desarrollo de los sistemas de transporte espacial actuales y futuros en la India. [2]
El 20 de diciembre de 2020, la Organización de Investigación y Desarrollo de Defensa (DRDO) puso en funcionamiento una instalación de prueba avanzada de túnel de viento hipersónico (HWT) en el complejo de misiles Dr APJ Abdul Kalam 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 ampliamente utilizada para la investigación fundamental y aplicada de fenómenos fluidodinámicos en flujos compresibles enrarecidos, aplicados a la investigación espacial. Su nombre es un acrónimo de Mach Adaptable R arefied Hy personic y el túnel de viento está registrado con este nombre en el portal europeo MERIL.