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Rival donne le pouvoir à un jockey de premier plan dans les avions hypersoniques

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Les avions hypersoniques auront besoin d’une nouvelle technologie de moteur

«J’ai passé ma carrière à voler rapidement», déclare Adam Dissel, qui dirige les opérations américaines de Reaction Engines.

Cette société britannique construit des moteurs capables de fonctionner à des vitesses vertigineuses, dans des conditions qui feraient fondre les réacteurs existants.

L’entreprise veut atteindre une vitesse hypersonique, au-delà de cinq fois la vitesse du son, autour de 4 000 mph (6 400 km / h) ou Mach 5.

L’idée est de construire un transport de passagers à grande vitesse d’ici les années 2030. «Il n’est pas nécessaire que cela passe à Mach 5. Il peut s’agir de Mach 4,5, ce qui est une physique plus facile», explique M. Dissel.

À ces vitesses, vous pourriez voler de Londres à Sydney en quatre heures ou de Los Angeles à Tokyo en deux heures.

Cependant, la plupart des recherches sur le vol hypersonique ne concernent pas l’aviation civile. Il vient de l’armée, où il y a eu une explosion d’activité ces dernières années.

‘Zoo de systèmes’

James Acton est un physicien britannique qui travaille pour le Carnegie Endowment for International Peace à Washington. En examinant les efforts des États-Unis, de la Chine et de la Russie dans le domaine des armes hypersoniques, il conclut qu ‘”il y a tout un zoo de systèmes hypersoniques sur la planche à dessin”.

Des matériaux spéciaux capables de résister à la chaleur extrême créée autour de Mach 5 et à une foule d’autres technologies rendent possible le vol hypersonique dans l’atmosphère terrestre.

Plus de technologie des affaires

Les expériences de vol hypersonique piloté remontent à l’avion-fusée X-15 américain des années 1960. Et les missiles balistiques intercontinentaux (ICBM) rentrent également dans l’atmosphère à des vitesses hypersoniques très élevées.

Maintenant, les puissances rivales s’efforcent de créer des armes qui peuvent rester dans l’atmosphère, sans avoir besoin d’utiliser les propriétés de refroidissement de l’espace extra-atmosphérique, et qui peuvent être manoeuvrées – contrairement à un ICBM statique visant une ville – vers une cible qui pourrait se déplacer.

Transporteurs-tueurs

Les dépenses militaires sont le moteur de la poussée hypersonique des trois grands acteurs nationaux.

Dans un récent point de presse du Pentagone, Mike White, directeur adjoint pour l’hypersonique dans l’armée américaine, a parlé du développement mené par “nos concurrents de grande puissance et leurs tentatives de contester notre domination de domaine”.

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La Chine a présenté son arme hypersonique lors d’un défilé en 2019

La précision est un défi majeur pour ces missiles hypersoniques.

La simple possession de missiles hypersoniques, surnommés «porte-avions tueurs», pourrait contraindre les porte-avions américains à rester loin des côtes chinoises au milieu du Pacifique.

Mais frapper un porte-avions à propulsion nucléaire voyageant à 30 nœuds ou plus (35 mph ou 56 km / h) nécessite des ajustements fins à la trajectoire d’un missile qui sont difficiles à atteindre à Mach 5.

La chaleur générée autour de la peau d’un missile crée une gaine de plasma, ou de matière gazeuse, à des vitesses hypersoniques.

Cela peut bloquer les signaux reçus de sources externes, telles que les satellites de communication, et peut également aveugler les systèmes de ciblage internes essayant de voir vers l’extérieur pour localiser un objet en mouvement.

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Le nez d’un avion hypersonique devrait résister à des températures extrêmes

Le plasma ne s’accumule que là où se trouve la température la plus élevée.

Un missile de forme conique aura un revêtement uniforme de plasma, mais les missiles qui ressemblent à des fléchettes aux ailes épurées peuvent éloigner cet écran plasma des surfaces contenant les antennes les plus sensibles.

Mâchoires de requin

Comme si le vol hypersonique n’était pas assez difficile, la dissociation chimique ajoute aux problèmes.

À des vitesses et des températures extrêmes, ce phénomène provoque la décomposition des atomes qui maintiennent les molécules d’oxygène ensemble.

Cela complique à son tour le modèle chimique sur lequel tout moteur respiratoire est basé.

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Le X-51A volait à Mach 4,5

Les progrès de la course aux armements hypersoniques ont été spectaculaires. En 2010, les États-Unis ont fait voler un avion sans pilote à mâchoires de requin sur une portion de l’océan Pacifique à des vitesses hypersoniques pendant cinq minutes.

Le but était plus que la vitesse. C’était l’heure.

Cinq minutes peuvent ne pas sembler un long temps de vol, mais en termes de défaite des barrières hypersoniques, ce fut un triomphe.

Cette machine de vitesse, le X-51A, a été larguée d’un bombardier B-52 de haut vol et a utilisé un propulseur de fusée pour atteindre Mach 4,5 avant que son moteur principal ne démarre.

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Le X-15 était un pionnier des années 1960

Connu sous le nom de scramjet, ce moteur combinait la poussée d’air dans une admission dentelée avec du carburéacteur – pour accélérer à des vitesses hypersoniques.

Cela signifiait faire face pendant plusieurs minutes à des températures de l’air entrant dans l’admission à 1000 ° C. Quatre X-51A ont finalement fait un aller simple au-dessus du Pacifique entre 2010 et 2013.

Ondes de choc

Aerojet Rocketdyne est un spécialiste de l’espace et des moteurs de fusée en Californie qui a travaillé sur le X-51A. C’est une mesure du secret entourant cette technologie que son personnel ne parlera que sous couvert d’anonymat, même sept ans après la fin du projet.

Un expert hypersonique de la firme déclare à propos du X-51A: “La partie vraiment chaude de la machine est à l’avant où se forment les ondes de choc, c’est donc là que va l’investissement dans les matériaux”.

Il dit que beaucoup a été appris de l’avion-fusée X-15 des années 1960 et du programme ultérieur de la navette spatiale.

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Reaction Engines a développé un pré-refroidisseur pour refroidir l’air entrant dans le moteur

Reaction Engines a maintenant démontré un procédé qui devrait permettre à son moteur d’avion d’ingérer de l’air hypersonique surchauffé sans hoquet.

Son moteur Sabre intègre ce qu’il appelle un “pré-refroidisseur”. C’est la première partie du moteur à rencontrer l’air hypersonique brûlant.

Le défi est alors de le mélanger avec du carburant pour créer une poussée.

Aussi chaud que la lave

Le moteur Sabre a été soumis à un régime de tests intensifs sur un site du Colorado en octobre 2019, au cours duquel Reaction Engines a dû trouver un moyen de reproduire les vitesses de l’air hypersoniques.

La société a pris un moteur supersonique, l’a cloué et a canalisé l’air soufflant de l’arrière dans l’admission du moteur Sabre.

Le pré-refroidisseur Sabre a fait son travail, acheminant du liquide de refroidissement dans le système à haute pression et permettant à Sabre de mélanger cet air avec du carburant.

Les matériaux requis ici ne sont pas simples. La navette spatiale reposait sur des carreaux de céramique constitués de matériaux composites connus sous le nom d’ablatifs pour la protéger lors de la rentrée chauffée à blanc dans l’atmosphère terrestre.

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L’US Air Force évalue un éventuel avion présidentiel hypersonique

Une approche alternative aux ablatifs consiste à utiliser un alliage de nickel appelé Inconel qui peut supporter un flux d’air chauffé à la même intensité qu’un flux de lave.

M. Dissel dit que Reaction Engines emprunte maintenant cette voie d’alliage Inconel. «C’est un peu là où nous en sommes maintenant, et nous utilisons également des canaux de refroidissement pour saper la chaleur», dit-il.

Un système de gestion thermique sophistiqué associé à Inconel montre donc la voie à suivre.

Leaders hypersoniques

Si cette combinaison fonctionne, la vision de payer des passagers sur un vol hypersonique pourrait devenir une réalité d’ici 15 ans.

Le potentiel des voyages hypersoniques pour permettre aux VIP d’arriver avec un impact maximal a été repéré par l’unité de l’US Air Force qui s’occupe des jets présidentiels.

Elle a chargé la start-up hypersonique d’Atlanta Hermeus d’évaluer une conception de transport Mach 5 pouvant transporter jusqu’à 20 passagers.

Cela signifie qu’à l’avenir, le président des États-Unis pourrait un jour rejoindre un groupe très sélect de voyageurs Mach 5.

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