عندما تتجاوز سرعة الطيران 5 ماخ، ستواجه الطائرات التي تفوق سرعتها سرعة الصوت درجات حرارة عالية تتجاوز 2200 درجة مئوية (4000 درجة فهرنهايت). كيف تحمي الطائرة من تأثيرات درجات الحرارة المرتفعة؟ يعتقد مركز أبحاث تقنية RTX أن الإجابة هي جعلهم يتعرقون.
من المتوقع أن تُحدث الرحلات التي تفوق سرعتها سرعة الصوت ثورة في صناعة الطيران بشكل غير مسبوق منذ كسر حاجز الصوت في عام 1947. ومع ذلك، فقد ثبت أن الانتقال من سرعات تفوق سرعة الصوت إلى سرعات تفوق سرعة الصوت يمثل تحديًا أكبر من الانتقال من سرعات دون سرعة الصوت إلى سرعات تفوق سرعة الصوت.
أحد أكبر التحديات هو كمية الحرارة الهائلة التي تولدها طائرة تسافر بسرعة تزيد عن خمسة أضعاف سرعة الصوت. في درجات الحرارة هذه، جميع المواد باستثناء المواد الأكثر غرابة سوف تذوب أو تصبح غير صالحة للاستعمال. وهذا يعني أن الخطوط المصممة والمُصنعة بدقة للمركبة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت، وخاصة الحافة الأمامية، يمكن أن تلتف وتتشوه بسرعة، مما يؤدي إلى تغيير الديناميكيات الهوائية للمركبة تمامًا.
الطريقة الواضحة لتجنب ذلك هي تبريد سطح الطائرة. ولسوء الحظ، بالنسبة للأنظمة التقليدية، فإن هذا يعني زيادة الوزن والتعقيد، وهو ما لا يحبه المهندسون بشكل خاص.
وكبديل، تدرس RTX، بموجب عقد DARPA، استخدام نفس الآلية التي نستخدمها للتبريد - التعرق - لتبريد المركبات التي تفوق سرعتها سرعة الصوت.
تتمثل الفكرة في تركيب شبكة من القنوات الدقيقة على الحافة الأمامية لمركبة تفوق سرعتها سرعة الصوت والتي من شأنها توصيل السوائل إلى سطح الجلد بطريقة مشابهة للغدد العرقية البشرية. عندما يصل السائل إلى سطح الجلد، فإنه يتبخر، ويزيل الحرارة. بهذه الطريقة، تحافظ الطائرة على قدرة تبريد كافية للحفاظ على أدائها الديناميكي الهوائي.
وفقًا لجون شارون، قائد فريق المشروع في مركز أبحاث تكنولوجيا RTX، فقد استخدموا النمذجة التنبؤية وتقنية التصنيع الدقيق المتقدمة لإنشاء كائن اختبار على شكل إسفين بحجم بطاقة الائتمان. يتم وضعه أولاً فوق موقد يوصف بأنه "شعلة بودنغ كريمية" كبيرة، ثم يتم استخدام قوس كهربائي لتسخين الغاز وتوسيعه إلى درجات حرارة عالية وسرعات عالية تحاكي بشكل أوثق ظروف الطيران التي تفوق سرعتها سرعة الصوت.
وستكون الخطوة التالية هي تحسين التكنولوجيا، وتصغير قنوات العرق، ورفع مستوى جسم الاختبار إلى مستوى مركبة تفوق سرعتها سرعة الصوت واسعة النطاق. إذا أثبتت التكنولوجيا نجاحها، فقد تكون قابلة للتطبيق أيضًا على مشاكل أخرى، مثل حماية شفرات توربينات الغاز.
وقال شارون: "عندما تطير بسرعة تزيد عن خمسة أضعاف سرعة الصوت، ترتفع درجة الحرارة بسرعة كبيرة خلال جزء من الثانية". "لقد قام أعضاء الفريق المشاركون في عملية النمذجة بعمل رائع في تقدير المدة التي ستبقى فيها عينات الاختبار على قيد الحياة."