Đôi nét về chiếc hầm gió siêu tốc số 9 (Tunnel 9) của AEDC

Trước đây TinhTe đã có dịp giới thiệu về những chiếc hầm gió đầu tiên do NASA chế tạo nhưng bên cạnh NASA thì trung tâm phát triển kỹ thuật Arnold (AEDC) tại White Oak, bang Maryland cũng nổi tiếng không kém với chiếc hầm gió siêu tốc số 9 (Hypervelocity Wind Tunnel 9 - Tunnel 9). Chức năng tương tự các hầm gió của NASA nhưng Tunnel 9 có tốc độ thổi cao hơn. Vì vậy, Tunnel 9 được sử dụng chủ yếu trong việc phát triển các hệ thống siêu âm và công nghệ vận chuyển siêu âm.

Ban đầu trung tâm phát triển kỹ thuật Arnold (AEDC) được thành lập tại Đức với mục đích nghiên cứu công nghệ siêu âm và cụ thể là phát triển tên lửa siêu âm để chống lại quân đồng minh thời thế chiến thứ 2. Sau chiến tranh, trụ sở và các nhà khoa học được chuyển về Hoa Kì để tiếp tục nghiên cứu. Tháng 7 năm 1945, một trong những chiếc hầm gió đầu tiên của AEDC được trao lại quyền giám sát và thiết lập tại phòng thí nghiệm quân nhu thuộc hải quân Hòa Kì ở White Oak, Maryland. Tunnel 9 bắt đầu hoạt động vào năm 1976 với mục đích ban đầu là phát triển các hệ thống tên lửa tấn công chiến lược, mạng lưới phòng thủ tiên tiến và công nghệ vận chuyển siêu âm. Sau này, Tunnel 9 được mở rộng hoạt động hơn. Các chương trình nghiên cứu của hải quân, không quân, quân đội, phòng thủ và cả NASA cũng được thực hiện tại Tunnel 9.

Tunnel 9 là thiết bị đầu tiên có chỉ số Mach (tỉ lệ giữa tốc độ của vật thể di chuyển qua không khí hoặc môi trường lỏng và tốc độ âm thanh) và số Reynolds (đại lượng đo tỉ lệ giữa lực quán tính và lực nhớt trong môi trường chất lỏng) cao, đủ để thực hiện các thí nghiệm về siêu âm cũng như xác nhận độ chính xác từ các thí nghiệm mô phỏng bằng máy tính của không quân và cơ quan phòng thủ Hoa Kì.

Một điểm đáng chú ý của Tunnel 9 là hệ thống bao gồm một bộ tăng nhiệt lưu trữ độc đáo với khả năng chịu áp suất lên đến 1900atm và nhiệt độ 3650 độ Rankine (nhiệt động học). Ngoài ra, thiết kế vành miệng ống thông gió của Tunnel 9 cũng rất đặc biệt. Tương tự vòi nước, nếu thay đổi độ rộng hẹp của miệng vòi, nước sẽ phun ra mạnh hay nhẹ. Đối với các hầm thông gió, thay đổi miệng ống thông sẽ thay đổi chỉ số Mach. Biên độ chỉ số Mach chia ra làm 2 loại là biên độ thấp (Mach 8 đến 11) và biên độ cao (Mach 12 đến 15) nhưng với thiết kế đối xứng trục của miệng ống cùng các hệ thống điều chỉnh, Tunnel 9 có thể thực hiện thử nghiệm với các chỉ số Mach 7, 8, 10, 14 và thậm chí 16.5.

So với các hệ thống hầm thông gió siêu tốc khác có thời gian vận hành chỉ vài phần nghìn giây, Tunnel 9 có thể thực hiện thí nghiệm trong khoảng thời gian đến 15 giây. Vì vậy, Tunnel 9 có hiệu suất hoạt động cao hơn. Bên cạnh đó, với một khoang thử nghiệm đường kính 1,5m dài 3,65m, Tunnel 9 có thể tiến hành kiểm tra các mô hình với tỉ lệ lớn hơn.

Sự kết hợp giữa phạm vi thử nghiệm, thời gian thử nghiệm dài và quy mô lớn khiến Tunnel 9 luôn đạt được chỉ số Reynolds cao nhất, kiểm tra được các mô hình lớn nhất, khả năng thu thập dữ liệu đồng thời giữa lực tĩnh, mômen, áp lực và sự trao đổi nhiệt trong suốt thời gian thử nghiệm. Qua đó, Tunnel 9 mang lại một môi trường nghiên cứu hiệu quả với chi phí thấp dành cho việc thử nghiệm khí động học, khí nhiệt học, khảo sát hiệu ứng khí quang học trong dòng chảy hỗn loạn, vật lý dòng chảy cơ bản, khảo sát cơ học chất lỏng, v.v... Vì vậy, các nhà khoa học có thể mở rộng nghiên cứu nhằm kết hợp ngành vật lý phức tạp với khoa học và công nghệ siêu âm.

Không chỉ phục vụ các cơ quan quân sự, các tổ chức chính phủ và công nghiệp thương mại cũng có thể sử dụng Tunnel 9 để tiến thành khảo sát. Mô hình thử nghiệm có thể được thiết kế và chế tạo ngay tại trung tâm hoặc do khách hàng cung cấp theo ý kiến và hoạch định của đội ngũ kỹ sư.