Domeniu >> Categorie >> Tip Continut

Evoluție de elită pentru cercetarea aerospațială din România: INCAS - centru internațional de testare pentru aerodinamică reactivă

Daniel Butnariu

28 Mai 2020

Reper de prim rang al infrastructurii experimentale românești în domeniul aerospațial, sufleria trisonică a Institutului Național de Cercetare-Dezvoltare Aerospațială „Elie Carafoli” (INCAS) a înregi-strat rezultate remarcabile în cei peste 40 de ani de funcționare, iar acum, grație finalizării unui proiect ambițios de modernizare, va deveni un centru de referință pe plan regional și internațional pentru teste de aerodinamică la viteze mari cu modele reactive, dispunând de o instalație de testare unică în Europa Centrală și de Est.

Impulsionată de aderarea României la Agenția Spațială Europeană (ESA – European Space Agency) în 2011, strategia de dezvoltare asumată de INCAS și coordonată cu obiectivele Agenției Spațiale Române (ROSA) a urmărit în mod activ implicarea institutului în programe spațiale de anvergură, capabile să valorifice capitalul academic și științific al specialiștilor români, punând în același timp bazele stimulării entităților industriale și economice din țară într-un segment de activitate cu perspective ample pe termen lung. În acest context, INCAS și-a integrat eforturile cu strategia ESA de a dezvolta capabilități regionale de realizare a testelor aerodinamice la viteze mari a modelelor active, dotate cu capacitate de propulsie, pentru noile generații de motoare hibride asociate misiunilor spațiale.
Un rezultat concret al acestui demers este reprezentat de proiectul CARESS (Capabilities for Active Rocket Engines Simulations under Similitude Conditions), o inițiativă de modernizare a sufleriei trisonice astfel încât să permită simularea comportamentului motoarelor reactive în condiții de similitudine într-un curent de aer cu regim controlat, cu presiuni și viteze variabile. Proiectul implică, între altele, integrarea unei instalații de producere a peroxidului de hidrogen în traseul de lucru al sufleriei trisonice, dezvoltarea unor motoare specifice, proiectarea și realizarea unei machete dedicate, urmărindu-se reproducerea și măsurarea precisă a temperaturilor, presiunilor și forțelor generate de curgerea aerului în jurul machetei și de motoarele active ale machetei.

Abordare pragmatică
Experiența îndelungată a specialiștilor INCAS în simulările de zbor la viteze transonice și supersonice confirmă rezultatele înregistrate pe plan internațional pentru lansatoarele spațiale, care scot în evidență diferențe notabile între valorile termice și sarcinile dinamice exercitate în timp real la nivelul ajutajului motorului și cele estimate în urma realizării procedurilor de laborator, care utilizează în testare un jet cu diferite temperaturi pentru simularea zborului.

În genaral, simulările cu jet rece nu iau în calcul influența temperaturii jetului de gaze asupra zonei de curgere de la bază, ceea ce determină subestimarea presiunii la baza corpului și generează o valoare neconformă a rezistenței la înaintare. Cum performanțele aerodinamice ale vehiculelor spațiale în timpul zborului atmosferic depind semnificativ de rezistența la înaintare a secțiunii posterioare, proiectarea cât mai eficientă a acestei zone este esențială, aspect relevat și în cadrul analizelor CFD (Computational Fluid Dynamics – Dinamica computerizată a fluidelor) efectuate de INCAS pe diverse configurații de test. Testele de zbor realizate cu diferite machete au demonstrat că baza vehiculelor spațiale poate reprezenta până la 35% din rezistența totală la înaintare sau chiar mai mult în anumite condiții (de pildă, până la jumătate din rezistența totală la înaintare a unei rachete balistice cu motorul oprit poate fi atribuită bazei).

Cu scopul de a simula cât mai fidel un vehicul real, este necesară simularea în condiții de laborator a jetului fierbinte de gaze emis de sistemul de propulsie al vehiculelor spațiale, și în acest sens proiectul CARESS promovat de INCAS integrează instalației existente din sufleria trisonică un sistem auxiliar de alimentare cu peroxid de hidrogen, având un debit maxim de 3 kg/s și o presiune de până la 25 bari și un sistem auxiliar de alimentare cu aer pentru simularea unui flux secundar (volum total de 8 metri cubi). Acest sistem pune în aplicare conceptul motoarelor de rachetă care funcționează cu peroxid de hidrogen, generând o reacție exotermică intensă având ca rezultat un jet de abur fierbinte controlat cu ajutorul unui ajutaj convergent-divergent (ajutaj „de Laval”). Cu ajutorul unui catalizator, peroxidul de hidrogen se descompune în oxigen și abur extrem de fierbinte într-o proporție care echivalează pentru fiecare volum de lichid injectat în catalizator un volum de 5.000 de ori mai mare de substanță gazoasă direcționată prin ajutaj. Sunt obținute astfel condiții de testare care conduc la o mai bună cunoaștere a interacțiunilor de curgere și o evaluare mai precisă a eficienței aerodinamice.

Cercetare de elită
„Sufleria trisonică a INCAS este infrastructură naţională strategică și o parte importantă a infrastructurii experimentale de pe platforma din Bucureşti. În cei peste 40 de ani de funcţionare a instalaţiei, aceasta a fost supusă la o serie de modernizări, demers ce face parte din strategia continuă a INCAS de a menţine un nivel competitiv al capabilităților sale de cercetare-dezvoltare aerospaţială, atât din punct de vedere ştiinţific şi tehnic, cât şi din punct de vedere economic. Odată cu finalizarea CARESS, proiect de modernizare a sufleriei trisonice, institutul va deveni un centru de referință regional și internațional pentru testele de aerodinamică a vitezelor mari cu modele reactive, având la dispoziție o instalație de testare unică în Europa Centrală și de Est”, apreciază dr. ing. Cătălin Nae, președinte și director general INCAS.

Din perspectiva potențialului acestui proiect asupra activității INCAS, dr. ing. Cornel Stoica, șeful instalațiilor experimentale INCAS și manager al proiectului CARESS, subliniază oportunitățile deschise pentru studii și proiecte de avangardă: „Accesul la cele mai noi tehnologii în domeniu a fost în mod constant o preocupare a institutului, de aici și ambiția noastră de a duce la bun sfârșit acest proiect care, după finalizare, în vara acestui an, ne va oferi posibilitatea de a oferi servicii de testare superioare și rezultate științifice extrem de interesante pentru comunitatea aerospațială. Proiectul CARESS atrage interesul marilor jucători din domeniu, inclusiv pentru transportul de persoane utilizând zboruri în regim hipersonic, având printre posibili beneficiari companii de prestigiu, precum Arianespace, Airbus Defense and Space, Avio,
Reaction Engines.”