Wenn die Fluggeschwindigkeit Mach 5 überschreitet, werden Hyperschallflugzeuge hohen Temperaturen von über 2200 °C (4000 °F) ausgesetzt. Wie schützt man das Flugzeug vor den Auswirkungen hoher Temperaturen? Das RTX Technology Research Center glaubt, dass die Antwort darin besteht, sie ins Schwitzen zu bringen.
Es wird erwartet, dass der Hyperschallflug die Luftfahrtindustrie seit dem Durchbruch der Schallmauer im Jahr 1947 beispiellos revolutionieren wird. Allerdings hat sich der Übergang von Überschall- zu Hyperschallgeschwindigkeit als schwieriger erwiesen als der Übergang von Unterschall- zu Überschallgeschwindigkeit.
Eine der größten Herausforderungen ist die enorme Wärmeentwicklung, die ein Flugzeug mit mehr als der fünffachen Schallgeschwindigkeit erzeugt. Bei diesen Temperaturen schmelzen alle bis auf die exotischsten Materialien oder werden unbrauchbar. Das bedeutet, dass sich die präzise gestalteten und bearbeiteten Linien eines Hyperschallfahrzeugs, insbesondere die Vorderkante, schnell runden und verformen können, wodurch sich die Aerodynamik des Fahrzeugs völlig verändert.
Der naheliegende Weg, dies zu vermeiden, besteht darin, die Außenhaut des Flugzeugs zu kühlen. Leider bedeutet dies für herkömmliche Systeme zusätzliches Gewicht und zusätzliche Komplexität, was den Ingenieuren nicht besonders gefällt.
Als Alternative prüft RTX im Rahmen eines DARPA-Vertrags die Verwendung des gleichen Mechanismus, den wir zum Abkühlen – Schwitzen – verwenden, um Hyperschallfahrzeuge zu kühlen.
Die Idee besteht darin, ein Netzwerk von Mikrokanälen an der Vorderkante eines Hyperschallfahrzeugs zu installieren, das Flüssigkeit auf ähnliche Weise wie menschliche Schweißdrüsen an die Hautoberfläche abgibt. Wenn die Flüssigkeit die Hautoberfläche erreicht, verdunstet sie und entzieht dabei Wärme. Auf diese Weise behält das Flugzeug eine ausreichende Kühlkapazität bei, um seine aerodynamische Leistung aufrechtzuerhalten.
Laut John Sharon, Projektteamleiter am RTX Technology Research Center, nutzten sie prädiktive Modellierung und fortschrittliche Mikrofertigungstechnologie, um ein keilförmiges Testobjekt in der Größe einer Kreditkarte zu erstellen. Es wird zunächst über einen Brenner gelegt, der als großer „Cream-Pudding-Fackel“ bezeichnet wird, und dann wird ein elektrischer Lichtbogen verwendet, um das Gas zu erhitzen und auf hohe Temperaturen und hohe Geschwindigkeiten auszudehnen, die Hyperschallflugbedingungen besser simulieren.
Der nächste Schritt besteht darin, die Technologie zu verbessern, die Schweißkanäle zu verkleinern und das Testobjekt auf die Größe eines Hyperschallfahrzeugs in Originalgröße zu vergrößern. Sollte sich die Technologie als erfolgreich erweisen, könnte sie auch auf andere Probleme anwendbar sein, beispielsweise auf den Schutz von Gasturbinenschaufeln.
„Wenn man mit mehr als der fünffachen Schallgeschwindigkeit fliegt, steigt die Temperatur im Bruchteil einer Sekunde sehr schnell an“, sagte Sharon. „Die an der Modellierung beteiligten Teammitglieder haben bei der Schätzung, wie lange die Testproben überleben würden, hervorragende Arbeit geleistet.“