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La Cina sembra dimostrarsi all’avanguardia per quanto riguarda la ricerca nel campo della propulsione ipersonica. Recentemente l’Istituto di Meccanica dell’Accademia della Scienze di Pechino ha affermato di essere riuscito a testare con successo un motore aeronautico capace di sviluppare velocità che si avvicinano a Mach 9, ovvero 9 volte la velocità del suono.

Secondo quanto riferito, il test condotto nella speciale galleria del vento dell’istituto è stato un successo, e sembrerebbe che il propulsore sia alimentato da normale combustibile avio, ovvero escludendo l’iniezione dell’idrogeno.

Il team guidato da Liu Yunfeng ha rivelato i dettagli tecnici del motore in un articolo pubblicato nel Journal of Experiments in Fluid Mechanics l’11 novembre scorso: il motore sfrutta il principio della “detonazione obliqua” per funzionare in modo più efficiente e potente rispetto ad altri motori ipersonici come lo scramjet. L’onda di detonazione innesca una serie di esplosioni, che avvengono quasi istantaneamente e rilasciano molta più energia rispetto alla combustione convenzionale utilizzando la stessa quantità di carburante, specialmente a velocità superiori a Mach 8.

Il principio non è nuovo, ma solitamente si utilizza l’idrogeno come combustibile, che ha un prezzo elevato ed è pericoloso. Il motore cinese invece utilizza l’RP-3, un carburante per jet di diverso tipo rispetto a Jet-A e JP-8, ecc. che è quello più importante e diffuso per l’aviazione civile in Cina.

L’idea di utilizzare il carburante per aerei per alimentare il volo ipersonico esiste da decenni, ma la difficoltà di accendere il cherosene in aria estremamente calda e veloce ha rappresentato una sfida per gli scienziati. Mantenere la velocità ipersonica durante tutto il volo non è possibile coi normali propulsori per questioni legate alla fluidodinamica interna: i motori aeronautici convenzionali richiedono che il flusso di aria sia rallentato a velocità subsoniche prima del suo ingresso nella camera di combustione per poter funzionare, ed è possibile farlo solo per velocità fino a Mach 3. Esistono due soluzioni attualmente per ovviare a questo problema: i motori ramjet che utilizzano il movimento in avanti del velivolo e possono funzionare fino a Mach 5 (ma necessitano di un booster per accelerarli), e i motori scramjet per velocità più elevate, utilizzati dalla maggior parte dei missili da crociera ipersonici attualmente in servizio. Ramjet e scramjet sono due tipi di propulsione air breathing (cioè che “respirano” aria) che offrono il vantaggio di non dover trasportare l’ossidante per la combustione.

L’ingegnere cinese ha riferito che non è semplice “accendere” il carburante perché il cherosene brucia più lentamente dell’idrogeno, quindi i motori che lo utilizzano, in genere, richiedono una camera di detonazione più lunga per trattenere la miscela aria-carburante per un periodo di tempo più lungo. Chi ha familiarità con l’aviazione militare ricorderà infatti del velivolo da ricognizione strategica supersonico statunitense SR-71 e dei suoi lunghi motori, che utilizzavano dei coni telescopici all’interno delle prese d’aria per modulare la quantità di aria aspirata in modo tale da mantenerla a regimi subsonici.

La lunghezza extra non è raccomandabile per la maggior parte degli aerei ipersonici, dove ogni millimetro conta. Secondo quanto riferito gli scienziati cinesi avrebbero scoperto che una semplice modifica, ovvero l’aggiunta di una protuberanza delle dimensioni di un pollice sulla superficie della presa d’aria del motore, potrebbe facilitare l’accensione del cherosene mantenendo piccole le dimensioni della camera di combustione.

Quando l’aria fresca arriva alla stretta imboccatura a forma di cuneo del motore, le molecole d’aria in rapido movimento vengono compresse e riscaldate. L’aria calda si mescola quindi con minuscole goccioline di cherosene, che si rompono per formare molecole ancora più piccole. Quando la miscela di aria e carburante colpisce la protuberanza sulla superficie della presa d’aria, vengono prodotte onde d’urto. I risultati delle prove, condotte in varie condizioni nella galleria del vento speciale JF-12, suggerirebbero che queste onde d’urto indotte potrebbero non solo accendere il cherosene, ma aiutare a confinare le esplosioni in un piccolo spazio, generando una fornitura costante di spinta. Non sappiamo come i cinesi avrebbero risolto il problema del surriscaldamento dell’aria: un altro fattore che limita l’accensione del cherosene ad alte velocità è il calore, e nei motori aeronautici classici (come quelli del già citato SR-71 o del Concorde) si ovviava a questo problema prelevando aria fredda dall’esterno della presa d’aria principale.

La Cina ha sviluppato diversi missili ipersonici, tra cui il vettore balistico DF-17 (con testata ipersonica planante) e l’YJ-21, visto ufficialmente per la prima volta all’ultima edizione del salone aeronautico di Zhuhai ma che era stato svelato lo scorso aprile, quando era stato effettuato un test di lancio da un cacciatorpediniere classe Type 055. L’YJ-21, a discapito della sua designazione, sembra essere un Asbm (Anti Ship Ballistic Missile) ovvero un missile balistico antinave, lo stesso visto trasportato da un bombardiere H-6 qualche tempo fa.

Il governo cinese prevede di trovare applicazioni civili per la tecnologia ipersonica costruendo una flotta di aerei in grado di trasportare passeggeri ovunque sul pianeta entro un’ora o due, ma lo sviluppo di questo motore è stato pensato per scopi militari. Avere a disposizione un aereo ipersonico, che sia pilotato oppure no, rappresenta un enorme passo avanti nella capacità di attacco e ricognizione a lungo raggio: gli Stati Uniti, col progetto Mayhem, stanno considerando l’ipotesi di dotarsi di un velivolo ipersonico pilotato a doppio uso, ovvero come piattaforma Isr (Intelligence, Surveillance and Reconnaissance) e da attacco. La riduzione dei costi di produzione e operativi rimane una sfida importante, così come lo è per tutte le nuove piattaforme “rivoluzionarie” come lo è stato l’F-35 o i nuovi caccia di sesta generazione, e un motore aeronautico “classico” in grado di funzionare a regimi ipersonici potrebbe essere una strada percorribile in questo senso.

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