Spiegazione delle gallerie del vento ipersoniche

Parole di Eric Tegler

Mentre il 2021 volgeva al termine, le notizie secondo cui la Cina avrebbe presto svelato un tunnel del vento ipersonico avanzato in grado di simulare oggetti che volano a Mach 30 hanno suscitato allarme in Occidente e affermazioni da parte degli esperti secondo cui nessun tunnel del genere è realmente all’orizzonte.

Anche se il presunto tunnel cinese JF-22 da 15 GW fosse reale, semplicemente non potrebbe coprire lo spettro di sviluppo necessario nella corsa per mettere in campo armi e velivoli ipersonici. Come afferma Joseph Jewell, professore di aeronautica e astronautica della Purdue University, “Nessuna struttura a terra può riprodurre tutti gli aspetti del volo atmosferico ipersonico”.

La Purdue University ha un dipartimento di ricerca sull'ipersonica di lunga data e un nuovo Hypersonics and Applied Research Facility (HARF) in costruzione nel suo campus di West Lafayette, nell'Indiana. Sono emblematici di una spinta, in particolare negli Stati Uniti, a scoraggiare le armi ipersoniche cinesi e russe esistenti ed emergenti, controsviluppando e mettendo in campo centinaia di armi ipersoniche di diversi tipi entro la metà degli anni 2020.

Ad aprile, Mark Lewis, direttore della ricerca e dell'ingegneria per la modernizzazione presso il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, ha confermato l'ipersonico come una delle massime priorità del Pentagono. I piani di sviluppo sul tavolo spaziano dai missili boost-glide Mach 10 ai missili da crociera a respirazione d'aria Mach 5.

Data l’urgenza della ricerca ipersonica, esiste una richiesta di strutture di test e sviluppo, in particolare gallerie del vento ipersoniche avanzate. Sono fondamentali per capire come configurare i proiettili per resistere alle temperature senza precedenti e al flusso d'aria che circonda i veicoli ipersonici durante il volo. La soglia per quella che è considerata velocità ipersonica è generalmente accettata intorno a Mach 5 e le grandi gallerie del vento ipersoniche sono rare. La maggior parte delle strutture esistenti negli Stati Uniti furono progettate e costruite tra gli anni ’50 e ’70, quando l’America investì massicciamente nello sviluppo missilistico e nel programma spaziale. I tunnel possono produrre flussi ipersonici freddi, ad alto disturbo, piccoli e relativamente brevi.

Sebbene questi tunnel siano utili per la ricerca di base e per un approccio compartimentato che risolva i problemi del volo ipersonico, non possono produrre contemporaneamente flussi caldi, poco disturbati e lunghi su larga scala. Gli esperti dicono che nulla può farlo al di fuori dei test di volo effettivi.

Ma esiste un gruppo piccolo e crescente di strutture statunitensi in grado di produrre le qualità di cui sopra individualmente o separatamente. Queste gallerie del vento ipersoniche avanzate e i loro predecessori più tradizionali sono parti critiche delle infrastrutture nazionali negli Stati Uniti e in Europa.

Gli studenti lavorano durante l'estate nella silenziosa galleria del vento Mach 6 di Purdue. Una galleria del vento più avanzata e silenziosa a Mach 8 farà parte del nuovo edificio di ricerca ipersonica che sarà costruito a Purdue.(Purdue University/John Underwood)

Esistono cinque tipi comuni di gallerie del vento ipersoniche. I tunnel silenziosi sono forse il tipo più ricercato. I tunnel silenziosi sono così chiamati perché sono in grado di far fluire l'aria a velocità ipersoniche senza la turbolenza creata dallo strato limite che si sviluppa a tali velocità. Il Langley Research Center della NASA ha sviluppato le prime gallerie del vento silenziose per la ricerca supersonica e ipersonica negli anni '80. Affrontano una delle maggiori sfide nella ricerca sul flusso ipersonico: la previsione accurata della transizione.

La transizione avviene quando il flusso d'aria liscio o laminare attraverso una superficie diventa disturbato o turbolento all'aumentare della velocità del flusso d'aria. Tale transizione genera un aumento significativo della resistenza viscosa e del flusso di calore, portando a severe restrizioni sulle prestazioni e sulla protezione termica dei veicoli ipersonici. Purdue ha costruito uno dei primi tunnel silenziosi non NASA, il Boeing / AFOSR Mach-6 Quiet Tunnel, nel fine degli anni '90. Il tunnel si basa sul design del tubo Ludwieg – un lungo tubo cilindrico a valle di un grande serbatoio d'aria e di un ugello convergente-divergente controllato da un diaframma o valvola – sviluppato per la prima volta negli anni '50.