Souffleries hypersoniques expliquées

Paroles d'Eric Tegler

Alors que l’année 2021 touchait à sa fin, des informations selon lesquelles la Chine allait bientôt dévoiler une soufflerie hypersonique avancée capable de simuler des objets volant à Mach 30 ont déclenché à la fois l’inquiétude en Occident et les affirmations des experts selon lesquelles aucun tunnel de ce type n’était vraiment à l’horizon.

Même si le tunnel JF-22 chinois, doté d'une puissance de 15 GW, est réel, il ne peut tout simplement pas couvrir le spectre de développement nécessaire dans la course à la mise en service d'armes et d'avions hypersoniques. Comme le dit Joseph Jewell, professeur d’aéronautique et d’astronautique à l’Université Purdue : « Aucune installation au sol ne peut reproduire tous les aspects du vol atmosphérique hypersonique. »

L'Université Purdue dispose d'un département de recherche hypersonique de longue date et d'une nouvelle installation de recherche hypersonique et appliquée (HARF) en construction sur son campus de West Lafayette, dans l'Indiana. Ils sont emblématiques d’une volonté, notamment aux États-Unis, de dissuader les armes hypersoniques chinoises et russes existantes et émergentes en contre-développant et en mettant en service des centaines d’armes hypersoniques de différents types d’ici le milieu des années 2020.

En avril dernier, Mark Lewis, directeur de la recherche et de l'ingénierie pour la modernisation au ministère américain de la Défense, a confirmé que les hypersoniques étaient l'une des principales priorités du Pentagone. Les plans de développement couvrent les missiles boost-glide propulsés par fusée Mach 10 jusqu'aux missiles de croisière à respiration aérienne Mach 5 sur la table.

Compte tenu de l’urgence de la recherche hypersonique, il existe une demande en installations de test et de développement, en particulier en souffleries hypersoniques avancées. Ils sont essentiels pour comprendre comment configurer les projectiles pour résister aux températures et au flux d'air sans précédent entourant les véhicules hypersoniques pendant le vol. Il est généralement admis que le seuil pour ce qui est considéré comme une vitesse hypersonique se situe autour de Mach 5 et les grandes souffleries hypersoniques sont rares. La plupart des installations existantes aux États-Unis ont été conçues et construites entre les années 1950 et 1970, lorsque les États-Unis ont investi massivement dans le développement de missiles et dans le programme spatial. Les tunnels peuvent produire des écoulements hypersoniques froids, fortement perturbés, petits et relativement courts.

Bien que ces tunnels conviennent à la recherche fondamentale et à une approche compartimentée résolvant les problèmes de vol hypersonique, ils ne peuvent pas produire simultanément des écoulements chauds, faibles et longs à grande échelle. Les experts affirment que rien ne peut se faire en dehors des essais en vol réels.

Mais il existe un petit groupe croissant d'installations américaines capables de produire les qualités ci-dessus individuellement ou séparément. Ces souffleries hypersoniques avancées et leurs prédécesseurs plus traditionnels sont des éléments essentiels de l’infrastructure nationale aux États-Unis et en Europe.

Les étudiants travaillent pendant l'été avec la soufflerie silencieuse Mach 6 de Purdue. Une soufflerie silencieuse de Mach 8 plus avancée fera partie du nouveau bâtiment de recherche hypersonique qui sera construit à Purdue. (Université Purdue/John Underwood)

Il existe cinq types courants de souffleries hypersoniques. Les tunnels silencieux sont peut-être le type le plus recherché. Les tunnels silencieux sont ainsi appelés parce qu'ils sont capables de faire circuler l'air à des vitesses hypersoniques sans les turbulences créées par la couche limite qui se développe à de telles vitesses. Le centre de recherche de Langley de la NASA a développé les premières souffleries silencieuses pour la recherche supersonique et hypersonique dans les années 1980. Ils abordent l’un des défis majeurs de la recherche sur les flux hypersoniques : la prédiction précise de la transition.

La transition est l'endroit où le flux d'air lisse ou laminaire sur une surface devient perturbé ou turbulent à mesure que la vitesse du flux d'air augmente. Une telle transition génère une augmentation significative de la traînée visqueuse et du flux thermique, conduisant à de sévères restrictions sur les performances et la protection thermique des véhicules hypersoniques. Purdue a construit l'un des premiers tunnels silencieux non-NASA, le tunnel silencieux Boeing/AFOSR Mach-6, dans le fin des années 1990. Le tunnel est basé sur une conception de tube Ludwieg – un long tube cylindrique en aval d'un grand réservoir d'air et d'une buse convergente-divergente contrôlée par un diaphragme ou une vanne – développé pour la première fois dans les années 1950.