Questa volta abbiamo cercato una curiosit àscientifica :
Comprendo che le caratteristiche di il flusso d'aria cambia quando diventa super sonico (Mach 1), ma cosa c'è di speciale nello specifico 5 volte quella velocità? È solo un'etichetta umana o c'è un fenomeno fisico in Mach 5?
Ed ecco le risposte degli esperti:
L'ipersonica è convenientemente definita come qualsiasi velocità superiore a Mach 5, perché intorno a Mach 5 molti problemi tecnici cambiano la loro forma.
A velocità supersoniche, puoi facilmente mantenere la combustione subsonica (un cono d'urto o un'aspirazione della rampa faranno gran parte di questo, controlla le prese di Concorde che sono ben documentate) per un motore a turbina convenzionale .
La tua cellula subirà un riscaldamento da attrito della pelle, ma questo può essere risolto usando titanio, ceramica, carbonio, ecc.
I controlli di volo possono essere superfici di controllo convenzionali, purché si tenga conto di cose come l'inversione degli alettoni.
Mentre ci avviciniamo alle velocità ipersoniche, tutto questo inizia a cambiare. La combustione subsonica diventa impraticabile, causa troppa resistenza, quindi non è necessario aspirare ossigeno (ad esempio un razzo) o rendere supersonica la combustione (ad esempio scramjet).
Il riscaldamento della cellula è più intenso, ma è gestibile (l'imbarcazione orbitale rientra, molto più velocemente di mach 5), ciò che cambia è che il bordo anteriore è ora esposto a specie reattive dell'ossigeno ( ROS), plasma di ossigeno, ossigeno atomico, ossigeno ionizzato. L'ossigeno attacca il metallo appena seduto all'aperto, i ROS sono tipi di ossigeno trasformati in 11: l'ossigeno atomico può ossidare i fluoruri . Di ritorno dall'orbita, possiamo usare scudi termici ablativi usa e getta e grandi corpi contundenti per respingere lo shock. In volo non possiamo farlo se vogliamo rimanere in volo molto a lungo.
Anche i controlli di volo sono diversi. Se si aziona un ascensore, si perde l'ascensore e l'empennage, quindi il raggio di sterzata è estremamente grande. Le imbarcazioni ipersoniche ottengono il loro passaggio dall'inerzia (balistica) tanto quanto dall'aria, e dall'aria sono meno ali tanto quanto i corpi di sollevamento.
Questa è in parte la pura velocità dell'aria in arrivo e in parte il tuo enorme slancio inerziale. Si procede in linea retta, che diventa una traiettoria balistica a velocità ipersoniche, il volo aerodinamico è una preoccupazione secondaria.
Quindi, in sintesi, l'ipersonica è il punto in cui le sfide ingegneristiche cambiano in modo sostanziale, ed è convenzionalmente accettato di essere intorno a Mach 5 dove quelle sfide sono quelle primarie.
A velocità ipersonica, il Il numero di Mach è abbastanza alto da poter utilizzare una forte approssimazione di shock per semplificare le equazioni per densità / pressione / ecc. Ad esempio, a volte queste equazioni contengono termini come (M ^ 2 + 1), che diventano ~ M ^ 2 a velocità ipersoniche.
Il flusso ipersonico può indurre reazioni chimiche, quindi un normale approccio non reattivo non è più valido.
Quando risolvi problemi di flusso di fluido, puoi seguire due percorsi: risolvere Navier -Stokes, che è funzionalmente legge 3d di conservazione del momento, massa ed energia, o usa equazioni di approssimazione derivate empiricamente. N-S generalizzato ha solo alcune soluzioni specifiche, quindi risolverlo di solito comporta semplificazione o approssimazione. Quindi, ad esempio, se stai parlando di flusso in acqua con una pressione ragionevolmente bassa, potresti essere in grado di assumere un fluido incomprimibile. Il termine nell'equazione viene rimosso ed è ora più facile da risolvere. Quindi è molto importante conoscere molto l'ambiente che stai risolvendo. Qualsiasi cosa transonica o oltre significa che la compressibilità diventa un grosso problema. Su hypersonic, il tuo numero di Reynolds sarà così alto che potresti dover aggiungere termini aggiuntivi all'equazione, mentre altri potrebbero scendere. E non c'è nemmeno molto in termini di linee guida per questo genere di cose: spesso si riduce a quale livello di precisione è necessario raggiungere e gli strumenti a vostra disposizione.
L'altro modo di risolvere sono le equazioni empiriche. Questi sono generalmente validi solo in circostanze molto specifiche, come il flusso laminare su una geometria specifica. Equazioni empiriche che hanno come ipotesi effetti ipersonici non sarebbero valide a velocità soniche, transoniche o subsoniche.
Numero di Mach, numero di Reynolds, numero di Nuesselt, numero di Biot, ce ne sono tonnellate nella fluidodinamica e tutti aiutano a guidare le ipotesi che puoi e non puoi fare per risolvere un problema. Il numero di Mach sembra essere quello di cui la gente tende a sentire parlare.