Quando a velocidade de voo excede Mach 5, as aeronaves hipersônicas encontrarão altas temperaturas superiores a 2.200°C (4.000°F). Como proteger a aeronave dos efeitos das altas temperaturas? O RTX Technology Research Center acredita que a resposta é fazê-los suar.
Espera-se que o voo hipersônico revolucione a indústria da aviação sem precedentes desde que a barreira do som foi quebrada em 1947. No entanto, passar de velocidades supersônicas para hipersônicas provou ser mais desafiador do que passar de velocidades subsônicas para supersônicas.
Um dos maiores desafios é a enorme quantidade de calor gerada por uma aeronave viajando a mais de cinco vezes a velocidade do som. Nessas temperaturas, todos os materiais, exceto os mais exóticos, derreterão ou se tornarão inutilizáveis. Isso significa que as linhas precisamente projetadas e usinadas de um veículo hipersônico, especialmente a borda dianteira, podem arredondar e deformar rapidamente, alterando completamente a aerodinâmica do veículo.
A maneira óbvia de evitar isso é resfriar a superfície da aeronave. Infelizmente, para os sistemas tradicionais, isso significa maior peso e complexidade, algo que os engenheiros não gostam particularmente.
Como alternativa, a RTX, sob um contrato da DARPA, está considerando usar o mesmo mecanismo que usamos para resfriar – suor – para resfriar veículos hipersônicos.
A ideia é instalar uma rede de microcanais na ponta de um veículo hipersônico que entregaria fluido à superfície da pele de maneira semelhante às glândulas sudoríparas humanas. Quando o líquido atinge a superfície da pele, ele evapora, retirando o calor. Dessa forma, a aeronave mantém capacidade de refrigeração suficiente para manter seu desempenho aerodinâmico.
De acordo com John Sharon, líder da equipe de projeto do RTX Technology Research Center, eles usaram modelagem preditiva e tecnologia avançada de microfabricação para criar um objeto de teste em forma de cunha do tamanho de um cartão de crédito. Ele é primeiro colocado sobre um queimador descrito como uma grande “tocha de pudim de creme” e, em seguida, um arco elétrico é usado para aquecer e expandir o gás a altas temperaturas e altas velocidades que simulam mais de perto as condições de vôo hipersônico.
O próximo passo será melhorar a tecnologia, diminuir os canais de suor e ampliar o objeto de teste para a escala de um veículo hipersônico em escala real. Se a tecnologia for bem sucedida, também poderá ser aplicável a outros problemas, como a proteção das pás das turbinas a gás.
“Quando você voa a mais de cinco vezes a velocidade do som, a temperatura sobe muito rapidamente em uma fração de segundo”, disse Sharon. "Os membros da equipe envolvidos na modelagem fizeram um ótimo trabalho ao estimar quanto tempo os corpos de prova sobreviveriam."