極超音速風洞の説明

エリック・テグラーの言葉

2021年が終わりに近づく中、中国がマッハ30で飛行する物体をシミュレートできる高度な極超音速風洞を間もなく発表するとの報道は、西側諸国に警戒を呼び起こすとともに、そのような風洞は現実には存在しないという専門家の主張の両方を引き起こした。

たとえ中国の噂の15GWのJF-22トンネルが本物だとしても、極超音速兵器や極超音速航空機の実用化競争に必要な開発範囲をカバーすることはできない。 パデュー大学の航空学および宇宙航行学のジョセフ・ジュエル教授は、「極超音速大気圏飛行のあらゆる側面を再現できる施設は地上に存在しません」と述べています。

パデュー大学には、長年にわたって極超音速研究部門があり、インディアナ州ウェストラファイエットのキャンパスには新しい極超音速応用研究施設 (HARF) が建設中です。 これらは、2020年代半ばまでに数百種類の異なる種類の極超音速兵器を対抗開発し実戦配備することで、既存および新興の中国とロシアの極超音速兵器を抑止しようとする、特に米国における取り組みの象徴である。

4月に遡ると、米国国防総省の近代化研究工学部長マーク・ルイス氏は、極超音速が国防総省の最優先事項の1つであることを認めた。 開発計画には、マッハ 10 のロケット推進ブーストグライド ミサイルからマッハ 5 の空気吸入巡航ミサイルまでが含まれています。

極超音速研究の緊急性を考慮すると、試験開発施設、特に先進的な極超音速風洞が求められています。 これらは、飛行中に極超音速機を取り巻く前例のない温度と空気の流れに耐えられるように発射体を構成する方法を理解するための鍵となります。極超音速とみなされる速度の閾値はマッハ 5 程度であることが一般的に認められており、大型の極超音速風洞はまれです。 米国に存在するほとんどの施設は、米国がミサイル開発と宇宙計画に多額の投資を行った 1950 年代から 1970 年代に設計、建設されました。 トンネルは、低温で撹乱が大きく、小さく比較的短い極超音速の流れを生成する可能性があります。

これらのトンネルは、基礎研究や極超音速飛行の問題を解決するための区画化されたアプローチには適していますが、高温で低擾乱と長い流れを同時に大規模に生成することはできません。 専門家らは、実際の飛行試験以外には何もできないと言っている。

しかし、上記の品質を個別または個別に生産できる米国の施設グループは小規模ながらも成長を続けています。 これらの先進的な極超音速風洞とその伝統的な前身は、米国と欧州の国家インフラの重要な部分です。

学生たちは夏の間、パーデューのマッハ 6 の静かな風洞で作業します。 より高度なマッハ 8 の静かな風洞は、パーデューに建設される新しい極超音速研究棟の一部となります。(パーデュー大学/ジョン アンダーウッド)

極超音速風洞には一般的に 5 つのタイプがあります。 静かなトンネルはおそらく最も人気のあるタイプです。 静かなトンネルは、極超音速で発達する境界層によって乱流が発生することなく、極超音速の速度で空気を流すことができるため、そう呼ばれています。NASA のラングレー研究センターは、1980 年代に超音速および極超音速の研究用に最初の静かな風洞を開発しました。 これらは、極超音速流研究における主要な課題の 1 つである遷移の正確な予測に対処します。

遷移とは、気流の速度が増加するにつれて、表面を横切る滑らかなまたは層流の気流が乱されたり、乱流になったりする状態です。 このような移行により、粘性抵抗と熱流束が大幅に増加し、極超音速機の性能と熱保護に厳しい制限が生じます。パーデュー社は、NASA 以外の最初の静かなトンネルの 1 つであるボーイング / AFOSR マッハ 6 静かなトンネルを、 1990年代後半。 このトンネルは、1950 年代に初めて開発されたルートウィーグ管設計 (大きな空気タンクとダイヤフラムまたはバルブによって制御される収束発散ノズルの下流にある長い円筒形の管) に基づいています。