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Regime ipersonico

Regime ipersonico e velocità ipersonica

Il numero di Mach è un numero puro adimensionale definito come il rapporto tra la velocità v di un corpo che si sta muovendo all’interno di un fluido e la velocità di propagazione del suono c all’interno del fluido stesso. In formule:

M = v / c

In particolare a seconda di come si comprimono le molecole al passaggio del corpo in movimento, il numero di Mach assumerà valori pari a:

  • M << 1 regime incomprimibile (per M < 0,4 l’aria è considerata incomprimibile, come l’acqua)
  • M < 1 regime subsonico (il corpo sta viaggiando al di sotto della velocità del suono)
  • M = 1 regime sonico (il corpo sta viaggiando alla velocità del suono)
  • M > 1 regime supersonico
  • M > 5 regime ipersonico

In particolare il valore al denominatore nell’espressione del numero di Mach cambia a seconda della temperatura e non è costante.

Regime ipersonico

Si tratta di corpi che stanno viaggiando a velocità con numero di Mach superiore a 5 cioè con velocità almeno cinque volte superiori a quella del suono (oltre 6125,22 km/h).

Tra i velivoli che hanno viaggiato a questa velocità ricordiamo il Boeing X-43 e X-15 mentre tra gli spazioplani ipersonici il Buran e RLV-TD.

Veicoli che hanno viaggiato alla velocità ipersonica

Veicoli che hanno viaggiato alla velocità ipersonica.

Solitamente il regime ipersonico è classificabile da un punto di vista fisico in altri 5 sotto regimi a seconda del comportamento del gas.

Regime di "gas ideale o perfetto" (tra 5 e 10-12 Mach): in questo regime il gas può ancora essere considerato perfetto si semplifica il modello con il raggiungimento di una temperatura limite costante.

Regime "gas perfetto a due temperature": si considerano due differenti temperature una a livello rotazionale ed una a livello vibrazionale.

Regime "gas dissociato": le molecole gassose iniziano a dissociarsi con effetti di ionizzazione (tra 15 e 20 Mach)

Regime di "gas ionizzato": gli elettroni ionizzati si comportano come quelli di un plasma non radiante (20 – 25 Mach)

Regime "radiazione": la propagazione del calore avviene adesso per irraggiamento.

Esempio

Una navetta spaziale deve essere progettata per rientrare in atmosfera alla velocità di 7,8 km/s. A quali effetti bisogna preparare la navetta ?

Svolgimento dell'esempio

La velocità di 7,8 km/s corrisponde ad una velocità espressa in metri al secondo di:

V = 7800 m/s

Per cui il numero di Mach corrispondente è:

M = v / c = 7800 / 340 = 22,9

A tale velocità quindi bisogna aspettarsi una dissociazione chimica dell’aria con conseguente ionizzazione presente nello stato d’urto della navetta.

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