Regime ipersonico: differenze tra le versioni

Versione delle 00:45, 20 dic 2019

Versione delle 22:35, 16 lug 2020

Riga 7:

La NASA ha raggiunto il regime ipersonico con aerei sperimentali senza pilota con propulsione a razzo arrivando a Mach 7 e Mach 10 registrando il record mondiale di velocità con il prototipo [[X-43]]. Il prossimo obiettivo della NASA sarà quello di raggiungere Mach 15.

== Descrizione ==

==Caratteristiche di un flusso ipersonico==

=== Caratteristiche di un flusso ipersonico===

Mentre la definizione di ''flusso ipersonico'' può sembrare piuttosto ambigua e criticabile (soprattutto a causa della relativa continuità nel passaggio tra [[regime supersonico|regimi supersonici]] e ipersonici), esso è caratterizzato da una serie di fenomeni fisici che non vengono riscontrati in altri regimi; tali fenomeni riguardano in particolare:

* Il '''fronte dell'onda d'urto''': all'aumentare dei Mach, la densità dell'onda d'urto aumenta e il suo volume diminuisce per la legge della conservazione della massa; di conseguenza, anche il fronte dell'onda d'urto diminuisce.

* L''''entropia''', che aumenta nella zona del fronte d'urto come risultato di un alto gradiente entropico e forti flussi vorticosi che interagiscono nello [[strato limite (fluidodinamica)|strato limite]].

* L''''interazione viscosa''': una parte dell'elevata energia cinetica associata ai regimi ipersonici si trasforma in energia interna del fluido a causa di effetti viscosi; questo aumento di energia interna si traduce nell'aumento della temperatura. Benché il gradiente di pressione perpendicolare al flusso all'interno dello strato limite sia pari a zero, l'aumento della temperatura coincide con una diminuzione della densità di questo strato, che si può espandere e fondere con l'onda d'urto.

* Le '''alte temperature''' raggiunte per l'interazione viscosa, che causano degli squilibri chimici nell'ambiente circostante, come ad esempio dissociazioni e ionizzazioni di molecole, attraverso dei moti convettivi e per irraggiamento.

=== Effetti ipersonici ===

Il regime ipersonico è caratterizzato da un certo numero di effetti che non sono riscontrabili nelle normali situazioni di regimi subsonici; questi effetti dipendono in primo luogo dalla velocità e dalla conformazione del veicolo in esame.

Il raggiungimento di velocità ipersoniche, sebbene sia effettuato ad altitudini elevate dove la densità dell'aria è minore che a livello del mare, determina un aumento della temperatura e, di conseguenza, produce il surriscaldamento, causato dall'attrito, dell'intero velivolo, che deve essere stato costruito con materiali che sopportino temperature molto alte.

=== Gruppi adimensionali del regime ipersonico ===

La descrizione dei flussi aerodinamici si basa su un certo tipo di parametri, detti [[gruppo adimensionale|gruppi adimensionali]], che permettono di semplificare e ridurre il numero di casi possibili da analizzare. Nel caso di flussi transonici, il [[numero di Mach]] e il [[numero di Reynolds]] ne permettono un'agevole classificazione.

Ovviamente anche il regime ipersonico richiede tali parametri: innanzitutto, l'equazione che governa l'angolo dell'[[Onda d'urto (fluidodinamica)|onda d'urto]] tende a diventare indipendente dal numero di Mach dai 10 Mach in avanti; in secondo luogo, la formazione di intense onde d'urto attorno al corpo in volo indica che il numero di Reynolds diviene meno rilevante nella descrizione dello [[strato limite]] del corpo (benché resti comunque importante); infine, le elevate temperature del regime ipersonico segnalano l'importanza degli effetti dei [[gas|gas reali]]. Per quest'ultimo motivo, lo studio del regime ipersonico è spesso denominato "'''aerotermodinamica'''".

L'introduzione dei gas reali richiede un numero superiore di variabili necessarie alla descrizione dello stato del gas: mentre un gas stazionario è caratterizzato da tre parametri (la [[pressione]], la [[temperatura]] e il [[volume]]) e un gas in movimento da quattro (i tre precedenti più la [[velocità]]), un gas ad elevate temperature e in equilibrio chimico richiede delle equazioni di stato per ogni suo componente, mentre un gas non in equilibrio è descritto da queste equazioni se si aggiunge un'ulteriore variabile, cioè il tempo. Tutto questo significa che per descrivere un flusso non all'equilibrio in ogni istante temporale servono tra le 10 e le 100 variabili; inoltre, si deve ricordare che un flusso ipersonico rarefatto (solitamente caratterizzato da un [[numero di Knudsen]] superiore a uno) non segue le [[equazioni di Navier-Stokes]].

Riga 29 ⟶ 31:

I regimi ipersonici vengono solitamente classificati in base alla loro energia totale, espressa come [[entalpia]] totale (in MJ/kg), pressione totale (in kPa o MPa), pressione di stagnazione (sempre in kPa o MPa), temperatura di stagnazione (in K), o velocità (in km/s).

== Regimi ipersonici ==

Il regime ipersonico può venire approssimativamente separato in cinque differenti sotto-regimi, anche se i confini di ciascuno di essi possono risultare molto labili.