Scirocco (tunel cu plasmă)

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Scirocco este un tunel de vânt cu plasmă construit în 2001 și administrat de Centrul italian de cercetare aerospațială (CIRA) din Capua . Scopul instalației este de a reproduce condițiile hipersonice tipice fazei de reintrare atmosferică, de a studia modelele de duze de evacuare a motorului rachetă și caracteristicile aerotermo-chimice ale combustiei la motoarele ramjet și scramjet . Un încălzitor electric cu arc cu o putere de 70 MW este utilizat pentru a genera temperaturile necesare simulărilor (până la 10.000 K ).

Istorie

Începând cu mijlocul anilor '80 , a apărut nevoia caAgenția Spațială Europeană (ESA) să se echipeze cu facilități de testare la sol pentru a studia și testa condițiile componentelor astronautice de dimensiuni mari în faza de reintrare . Studiul de fezabilitate a fost încredințat CIRA care între 1988 și 1989 a identificat tehnologii adecvate pentru a garanta o temperatură de stagnare de aproape 10.000 K în timp ce, în urma acordului definitiv între ESA și MURST , tunelul a fost finalizat în 2001 după șase ani de muncă și un cost total de 150 miliarde lire . [1] [2]

Controlul electronic și software-ul pentru automatizarea tunelului cu plasmă au fost furnizate de LABEN SpA de atunci din Milano [3] (astăzi spațiul Thales Alenia din Gorgonzola (MI)).

Tehnică

Debitul de masă al aerului din interiorul tunelului poate fi ajustat între 0,1 și 3,5 kg pe secundă. Acest aer, furnizat de o instalație de compresoare cu o presiune maximă de 8,7 MPa , este încălzit într-o conductă de un încălzitor electric cu arc cu o putere de 70 megawați. Electricitatea este furnizată de o sursă de alimentare care rectifică curentul alternativ în curent continuu. În conducta de încălzire temperatura sa poate varia între 2000 și 10000 K, cu o presiune între 0,1 și 1,7 MPa. În aval de conducta de încălzire, o duză conică permite expansiunea aerului prin introducerea acestuia în camera de testare la condițiile de temperatură și presiune dorite. Modelul studiat este introdus în camera de testare cu ajutorul unui braț robotizat și diferiții parametri sunt înregistrați de un sistem de achiziție de date (DAS). Odată ce aerul a trecut de camera de testare, acesta continuă într-o duză convergentă-divergentă care o încetinește la viteza subsonică și într-un schimbător de căldură care îi scade temperatura la valori compatibile cu sistemul de vid din aval. Ulterior, un sistem (numit DeNOx ) reduce emisiile de oxizi de azot produse în test. [2]

Incalzitor cu arc

Încălzitorul cu arc este format din patru module principale: anod , segment central, catod și cameră de amestecare. Fiecare modul este alcătuit dintr-o serie de discuri în interiorul cărora apa demineralizată (care este un conductor electric defect) este pompată la presiune ridicată pentru răcire. Canalul central este format dintr-o coloană modulară care poate atinge o lungime de 5500 mm cu un diametru interior de 110 mm. Aerul comprimat la temperatură scăzută din conductele externe este injectat tangențial în conductă și, combinat cu aerul care curge într-o direcție axială reamintită de sistemul de vid în aval de tunel, declanșează o circulație spirală care are dublu efect de a proteja pereții conductei și limitarea plasmei la axa canalului în sine. Anodul și catodul sunt plasate la capetele coloanei și fiecare constă din 9 electrozi. În plus, anodul este protejat de injecția locală de argon la presiune ridicată care facilitează aprinderea arcului și limitează coroziunea localizată. În interiorul conductei, electronii se deplasează, supuși forței Lorentz , de la anod (cu potențial electric mai mare) la catod. Datorită coliziunilor lor cu moleculele de aer și argon, o parte din energia electrică este transformată în energie mecanică și, prin urmare, termică datorită tensiunilor vâscoase. Pe măsură ce temperatura fluidului (și energia sa internă ) crește, moleculele de aer se disociază mai întâi în atomii lor respectivi și apoi în plasmă (atomi ionizați). În aval de catod, în camera de amestecare care are un diametru constant de 172 mm, entalpia plasmei este ajustată la valorile cerute prin introducerea aerului la temperatura camerei. [2]

Duză conică

În aval de camera de amestecare există o duză modulară convergentă-divergentă formată dintr-o parte convergentă în care fluxul, la viteza subsonică, este accelerat până la Mach 1 (gâtul duzei) și accelerat în continuare la viteze supersonice (până la 7000 m / s ) în secțiunea divergentă a duzei. Există mai multe configurații de duze care pot fi montate în tunelul de vânt în funcție de condițiile necesare în camera de testare. Întreaga structură a duzei este răcită printr-o circulație a apei demineralizate la presiune scăzută, dar partea gâtului (mai supusă la solicitări termice și mecanice) este răcită prin circularea apei de înaltă presiune care garantează un schimb de căldură mai mare. [2]

Camera de testare

Camera de testare are forma unui cilindru înalt de 9217 mm cu un diametru interior de 5170 mm. Camera are mai multe deschideri pentru a permite accesul personalului în timpul fazei de pregătire a testului și pentru a monitoriza tensiunile plasmatice și aerotermice pe model prin intermediul instrumentelor și senzorilor în timpul funcționării sale. Un braț robotizat numit Model Support System (MSS), răcit printr-o circulație internă a apei demineralizate, permite poziționarea adecvată a modelului în jetul de plasmă. [2]

Difuzor și schimbător de căldură

Pentru a încetini la viteze subsonice și a răci fluxul de plasmă care vine din camera de testare, este instalat un difuzor format dintr-o primă secțiune convergentă urmată de o conductă cu un diametru constant de 2120 mm lungime de câțiva metri, care constituie gâtul convergentului-divergent. duză. urmată de o secțiune divergentă care se termină în schimbătorul de căldură constând dintr-o serie de conducte în care circulă apa de răcire care sunt investite direct de debit (acum încetinit până la viteza subsonică).

Sistem de vid

Sistemul de vid permite realizarea condițiilor sonore în gâtul difuzorului și, în consecință, pentru a garanta condițiile cerute în camera de testare. Se compune din trei linii formate fiecare dintr-o serie de ejectoare cu efect Venturi activate în funcție de debitul necesar în camera de testare. O instalație pentru reducerea emisiilor de oxid de azot produse în tunel completează traseul de curgere. [2]

Notă

Elemente conexe

linkuri externe