อุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียงที่ทรงพลังที่สุดในโลก

ประเทศจีน หลังจากก่อสร้างมาเป็นเวลา 5 ปี อุโมงค์ลมที่ใหญ่และเร็วที่สุดในโลก ได้เปิดทำการในเขตชานเมืองของปักกิ่งแล้ว

อุโมงค์ลม JF-22 สามารถจำลองความเร็วเหนือเสียงที่มัค 30 ได้ ภาพ: SCMP — อุโมงค์ลม JF-22 สามารถจำลองความเร็วเหนือเสียงที่มัค 30 ได้ ภาพ: *SCMP*

อุโมงค์ลม JF-22 ตั้งอยู่ในเขตหวยโหรว ทางตอนเหนือของกรุงปักกิ่ง มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 เมตร และสามารถสร้างกระแสลมด้วยความเร็วสูงสุด 10 กิโลเมตรต่อวินาที ตามการประเมินขั้นสุดท้ายเมื่อวันที่ 30 พฤษภาคม ทำให้อุโมงค์ลมแห่งนี้เป็นอุโมงค์ลมที่ใหญ่ที่สุดและเร็วที่สุดในโลก ซึ่งสามารถจำลองสภาวะการบินความเร็วเหนือเสียงได้เร็วถึงมัค 30 (37,044 กม./ชม.) ตามข้อมูลของสถาบันวิศวกรรมเครื่องกล ซึ่งเป็นผู้จัดการ JF-22

สถาบันดังกล่าวระบุในแถลงการณ์เมื่อวันที่ 2 มิถุนายนว่าอุโมงค์ดังกล่าวจะ "สนับสนุนการวิจัยและพัฒนาของจีนในด้านระบบขนส่งทางอวกาศและเครื่องบินความเร็วเหนือเสียง" เมื่อเปรียบเทียบแล้ว อุโมงค์ความเร็ว 10 มัค (12,348 กม./ชม.) ที่ศูนย์วิจัยแลงลีย์ของ NASA ในสหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นศูนย์ทดสอบความเร็วเหนือเสียงที่สำคัญ มีเส้นผ่านศูนย์กลางช่องทดสอบเกือบ 0.8 ม. ห้องทดสอบที่ใหญ่ขึ้นช่วยให้นักวิจัยสามารถนำโมเดลเครื่องบินขนาดใหญ่หรือแม้แต่อาวุธทั้งชิ้นเข้าไปในอุโมงค์ลมเพื่อรวบรวมข้อมูลการบินที่แม่นยำยิ่งขึ้น ขีปนาวุธข้ามทวีปส่วนใหญ่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 4 เมตร

JF-22 เชื่อมโยงกับเป้าหมายที่ รัฐบาล จีนกำหนดไว้และมุ่งหวังที่จะบรรลุให้ได้ภายในปี 2035 นั่นก็คือการนำฝูงบินเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงที่สามารถขนส่งผู้โดยสารได้หลายพันคนสู่อวกาศทุกปี หรือไปยังสถานที่ใดๆ บนโลกได้ภายในหนึ่งชั่วโมง แต่เครื่องบินดังกล่าวจะต้องทนต่ออุณหภูมิและแรงกดดันที่รุนแรงของการบินที่ความเร็วเหนือเสียง รักษาเส้นทางการบินที่เสถียร และมอบสภาพแวดล้อมที่ปลอดภัยและสะดวกสบายสำหรับผู้โดยสาร

ด้วยความเร็ว 5 เท่าของความเร็วเสียง โมเลกุลของอากาศรอบๆ เครื่องบินจะเริ่มบีบอัดและร้อนขึ้น ส่งผลให้โมเลกุลแตกตัว โมเลกุลของก๊าซจะสลายตัวเป็นอะตอมที่ประกอบขึ้น ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยากันเพื่อสร้างสารเคมีใหม่ได้ ความเข้าใจทางฟิสิกส์ที่ซับซ้อนของการไหลของก๊าซที่เกี่ยวข้องกับการแยกโมเลกุลมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาเครื่องบินความเร็วเหนือเสียง

ด้วยการศึกษาปรากฏการณ์ในสภาพแวดล้อมการทดลอง เช่น อุโมงค์ลม นักวิทยาศาสตร์ สามารถสำรวจว่ายานยนต์ความเร็วเหนือเสียงโต้ตอบกับสภาพแวดล้อมอย่างไร และพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ๆ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและความปลอดภัย การทดสอบในอุโมงค์ลมสามารถช่วยระบุปัญหาที่อาจเกิดขึ้นหรือข้อบกพร่องในการออกแบบก่อนที่ยานพาหนะจะถูกสร้างและทดสอบ ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงของความล้มเหลวหรืออุบัติเหตุ

จากการประมาณการบางส่วน การจำลองสภาวะการบินที่ความเร็วมัค 30 ภายในอุโมงค์ลมขนาดใหญ่จะต้องใช้พลังงานเท่ากับเขื่อนสามผา ซึ่งเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ ศาสตราจารย์เจียง จงหลิน หัวหน้านักวิทยาศาสตร์ของโครงการ JF-22 จึงเกิดแนวคิดขึ้นมา

เพื่อสร้างการไหลของก๊าซความเร็วสูงที่จำเป็นสำหรับการทดสอบความเร็วเหนือเสียง เจียงได้เสนอเครื่องกำเนิดคลื่นกระแทกแบบใหม่ที่เรียกว่า "เครื่องยนต์คลื่นกระแทกสะท้อนโดยตรง" ในอุโมงค์ลมแบบธรรมดา การไหลจะเกิดขึ้นโดยกระบวนการขยายตัว ซึ่งแก๊สแรงดันสูงจะถูกระบายออกอย่างรวดเร็วไปยังห้องแรงดันต่ำ ส่งผลให้เกิดการไหลที่มีความเร็วเหนือเสียง อย่างไรก็ตาม วิธีนี้มีข้อจำกัดบางประการเมื่อต้องสร้างความเร็วและอุณหภูมิสูงมากเพื่อการทดสอบความเร็วเหนือเสียง

เครื่องยนต์คลื่นกระแทกสะท้อนของเจียงเอาชนะข้อจำกัดนี้ได้ด้วยการใช้ชุดการระเบิดที่มีจังหวะแม่นยำเพื่อสร้างชุดคลื่นกระแทกที่สะท้อนออกจากกันและมาบรรจบกันที่จุดเดียว พลังงานมหาศาลที่เกิดขึ้นจะถูกนำมาใช้เพื่อขับเคลื่อนอากาศผ่านอุโมงค์ลมด้วยความเร็วสูงมาก

ความคิดริเริ่มนี้จะช่วยปูทางไปสู่ความสำเร็จมากมายด้วยการทำให้การวิจัยการบินความเร็วเหนือเสียงแม่นยำและมีประสิทธิภาพมากขึ้น การใช้วัตถุระเบิดเพื่อสร้างพลังงานในอุโมงค์ลมมีข้อเสียมากมาย เช่น เป็นอันตรายต่อมนุษย์และอุปกรณ์ ก่อให้เกิดเสียงดัง และมลพิษทางอากาศ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแหล่งพลังงานถูกสร้างขึ้นจากการระเบิด ไม่ใช่ระบบกลไกคงที่ จึงสามารถปรับความรุนแรงและระยะเวลาของการระเบิดได้เพื่อสร้างการไหลของก๊าซต่างๆ เพื่อทดสอบสื่อหรือวัสดุประเภทต่างๆ

สมาคมวิทยาศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติจีนได้ส่งผู้เชี่ยวชาญอิสระ 16 คนเพื่อประเมิน JF-22 ในหลายด้านที่สำคัญ เช่น เวลาการทดสอบที่มีประสิทธิภาพ อุณหภูมิรวม แรงดันรวม และอัตราการไหลของหัวฉีด พวกเขาสรุปว่า JF-22 มีประสิทธิภาพระดับโลก เมื่อรวมกับอุโมงค์ JF-12 แล้ว JF-22 จะกลายเป็นศูนย์ทดสอบภาคพื้นดินแห่งเดียวที่ครอบคลุมทุกด้านของยานอวกาศใกล้อวกาศ

อัน คัง (ตาม SCMP )

ลิงค์ที่มา