Comment la technologie des vols hypersoniques passe du laboratoire au ciel

Imaginez pouvoir traverser le monde en une heure, au lieu d'y consacrer une journée entière. N'est-ce pas formidable ? 

Même si cela peut paraître utopique, une nouvelle étude rapproche considérablement les vols hypersoniques de la réalité, ce qui est sur le point de devenir possible dans un avenir proche.

Publiée dans Nature Communications, l'étude détaille a percée dans la compréhension de la turbulence hypersonique¹ qui pourrait transformer les voyages long-courriers. 

Si vous préférez hypersonique vols, le unique de l'avion est critique pour ces succès. Pour concevoir un véhicule aussi rapide, il est important de prédire avec précision la traînée aérodynamique et le transfert de chaleur, ce qui nécessite une compréhension physique des turbulences à ces vitesses extrêmes.

Pour parvenir à cette compréhension, des chercheurs de l'université de recherche privée Stevens Institute of Technology ont effectué des tests similaires, leurs expériences au krypton basées sur le laser suggérant que la turbulence à des vitesses hypersoniques se comporte davantage comme un flux d'air plus lent que prévu. 

Les résultats montrent que les turbulences à des vitesses extrêmes ne diffèrent peut-être pas beaucoup de celles-ci. à des vitesses inférieures, cela pourrait simplifier et rationaliser la conception des véhicules hypersoniques et accélérer les progrès vers la concrétisation des voyages ultra-rapides.

Et si cela venait à passer du domaine de la science-fiction à la réalité, les vols hypersoniques pourraient complètement transformer les transports mondiaux. Les liaisons long-courriers qui durent actuellement de 10 à 20 heures de vol peuvent changer en de courts trajets domicile-travail Au cours de cette réunion, Matthew a obtenu de précieux conseils et Linda lui a demandé de la tenir au courant de ses progrès. Cela ne prend qu'une heure. 

« Cela rétrécit vraiment la planète », a déclaré Nicholaus Parziale, co-auteur de l'étude. Département de génie mécanique, Institut de technologie Stevens, Hoboken, NJ, États-Unis. « Cela rendra les voyages plus rapides, plus faciles et plus agréables. »

Les recherches de Parziale visent à rendre le vol hypersonique possible. Cela signifie voler à travers l'atmosphère à des altitudes inférieures à environ 90 km (56 miles) à une vitesse supérieure à cinq fois la vitesse du son. est référé à Mach 5.

Mach 1 correspond simplement à la vitesse du son, soit 761 miles par heure. Les chercheurs tentent de faire en sorte que les avions le vol at autant que Mach 10 pour réduire drastiquement le tempsMais bien sûr, à de telles vitesses élevées, l'air ne se comporte pas autour de l'avion de la même manière qu'à basse vitesse.

Scientifiquement parlant, à basse vitesse, inférieure à Mach 1, l'écoulement est incompressible. Ce Cela signifie que la densité de l'air reste presque constante et que la conception des avions est simple.

Mais cela change à des vitesses plus élevées, où se produit un écoulement compressible, et ce parce que le gaz peut se comprimer. Que ce veux dire is qu'en raison des variations de pression et de température, le La densité de l'air varie considérablement, et cette compression influence la façon dont un avion vole.

« La compressibilité influe sur la façon dont l'écoulement de l'air contourne le corps, ce qui peut modifier des éléments comme la portance, la traînée et la poussée nécessaires au décollage ou au maintien en vol », autant d'éléments clés pour la conception de l'aéronef.

Aux faibles nombres de Mach, les ingénieurs comprennent bien comment ce flux d'air interagit avec les avions et les affecte. Mais c'est beaucoup moins évident aux nombres de Mach plus élevés.

Il y a cependant l'hypothèse de Morkovin. Cette hypothèse est fondamentale pour notre compréhension de la turbulence compressible supersonique et hypersonique. Selon cette hypothèse, « nous pouvons raisonnablement supposer que la dynamique essentielle de ces écoulements de cisaillement supersoniques suivra le modèle incompressible ».

Formulé il y a plus d'un demi-siècle par Mark Morkovin, l'hypothèse suggère qu'à Mach 5 ou 6, le comportement de la turbulence ne diffère guère de celui observé à des vitesses inférieures. Bien que la densité et la température de l'air varient davantage dans les flux rapides, l'hypothèse indique que le mouvement fondamentalement saccadé de la turbulence… Cela reste globalement inchangé. 

En résumé, l'hypothèse de Morkovin signifie que le comportement de l'air turbulent à basse et haute vitesse n'est pas si différent. Si cette hypothèse est correcte, cela signifie que nous n'avons pas besoin d'une approche entièrement nouvelle pour comprendre la turbulence à ces vitesses élevées. Nous pouvons utiliser les mêmes concepts. À utiliser pour les débits plus lents. 

- Partiel

Ce Cela signifie également qu'il n'est pas nécessaire d'adopter des approches de conception sensiblement différentes, ce qui simplifie les avions hypersoniques.

Jusqu'à présent, cependant, les preuves expérimentales étaient insuffisantes pour étayer cette hypothèse. C'est pourquoi Parziale et son équipe ont relevé le défi et ont consacré plus de dix ans à la mise en place du dispositif expérimental. pour le même.

Dans leur étude intitulée « Quantités turbulentes hypersoniques à l'appui de l'hypothèse de Morkovin », son équipe a utilisé le krypton, un gaz noble incolore, sans goût, sans odeur et le plus léger, qui n'est présent qu'à l'état de traces dans l'atmosphère.

L'équipe de Parziale a d'abord ionisé du krypton à l'aide de lasers. Le gaz a été injecté dans le flux d'air à l'intérieur d'une soufflerie, provoquant temporairement la désintégration de ses atomes. former une ligne lumineuse. Initialement rectiligne, la raie de krypton fluorescente s'est courbée et tordue en traversant le flux d'air de la soufflerie. L'équipe a utilisé des caméras à ultra-haute résolution pour capturer son mouvement.

« Lorsque cette ligne se déplace avec le gaz, on peut observer des ondulations et une structure dans l’écoulement, ce qui nous permet d’en apprendre beaucoup sur la turbulence », a expliqué Parziale. « Et nous avons constaté qu’à Mach 6, le comportement de la turbulence est très proche de celui d’un écoulement incompressible. »

Selon l'étude, leurs données expérimentales confirment l'hypothèse de Morkovin, qui est fondamentale pour notre compréhension de la turbulence compressible hypersonique et supersonique.

Bien que l'hypothèse de Morkovin ne soit pas entièrement confirmée, elle représente une avancée majeure. En suggérant que les avions n'ont pas besoin d'une conception totalement inédite pour voler à des vitesses hypersoniques, elle simplifie les choses et nous rapproche considérablement du vol hypersonique.

« Aujourd'hui, la conception d'un avion nécessite l'utilisation d'ordinateurs, et les ressources de calcul nécessaires pour concevoir un appareil capable de voler à Mach 6, en simulant tous les moindres détails, seraient impossibles à mobiliser », a déclaré Parziale. « L'hypothèse de Morkovin nous permet de formuler des hypothèses simplificatrices afin de rendre plus accessible la conception de véhicules hypersoniques. »

Selon Parziale, qui a a reçu le Prix présidentiel pour le début de carrière des scientifiques et des ingénieurs pour Ses recherches sur la mécanique des fluides qui influe sur les vols à grande vitesse pourraient contribuer à transformer le transport spatial. Il a déclaré :

« Si nous parvenons à construire des avions hypersoniques, nous pourrons aussi les envoyer dans l'espace, au lieu de lancer des fusées, ce qui simplifierait considérablement les transports vers et depuis l'orbite terrestre basse. Ce serait une véritable révolution pour les transports, non seulement sur Terre, mais aussi en orbite basse. »

La course pour maîtriser le vol hypersonique, la mobilité et la défense

Bien que le vol hypersonique ne soit pas encore une réalité, le premier avion de ligne supersonique a effectué son vol inaugural en 1976. Le Concorde, fruit d'une collaboration franco-britannique, était un avion de ligne commercial supersonique capable de voler à une vitesse supersonique. Réputé pour son luxe et sa rapidité, il assurait des liaisons transatlantiques et réduisait de moitié les temps de vol. 

Mais après seulement 50 000 vols, il fut retiré du service en 2003 suite à un accident mortel, un faible nombre de passagers et des coûts de maintenance élevés. Ce premier chapitre de l’histoire de l’aviation à grande vitesse a mis en lumière à la fois le potentiel et les limites des développements futurs.

Bien que Concorde ait échoué, il montré qu'il était possible de traverser l'Atlantique en quelques heures, et maintenant les organisations se concentrent sur croissant efficacité énergétique et conception des aéronefs qui peut réaliser vitesses élevées. Une nouvelle génération d'avions travaille également à concrétiser la promesse du vol hypersonique.

Alors que les avions commerciaux Ces encore à atteindre Des vitesses extrêmes : les avions militaires volent déjà à environ trois fois la vitesse du son. aka Mars 3. Parallèlement, de nombreux vols hypersoniques ont été testés., à des vitesses beaucoup plus élevé que Mach 5 or même Mach 10.

Ces étapes marquantes remontent aux premiers objets capables de se déplacer de manière hypersonique. La première un fabriqué pour Le vol hypersonique était la fusée Bumper, qui, RETOUR en 1949, atteint une vitesse de Environ Mach 6. Il n'a cependant pas survécu à la rentrée atmosphérique.

Pour maintenir et contrôler de telles vitesses à bord des aéronefs, de nouvelles solutions de propulsion sont devenues indispensables.

Le statoréacteur à combustion supersonique (scramjet) est une technologie clé pour le vol hypersonique. Un statoréacteur à combustion supersonique, ou scramjet, est un variante d'un moteur à réaction à statoréacteur, qui effectue la combustion dans un flux d'air supersonique, ce qui le rend plus efficace pour le vol hypersonique qu'un statoréacteur traditionnel.

Le statoréacteur à combustion supersonique (scramjet), un type avancé de moteur à réaction aérobie, fonctionne à Mach 5 et plus. Dépourvu de pièces mobiles, il utilise le mouvement de l'avion pour comprimer l'air en vue de la combustion.  

Avant les statoréacteurs à combustion supersonique (scramjets), les statoréacteurs offraient la voie la plus efficace pour atteindre Mach 3 à Mach 5, servant d'étage inférieur à de nombreux systèmes hypersoniques. Entre statoréacteur et Scramjet sont des statoréacteurs à double mode permettant des vols de Mach 3 à Mach 8 dans une moteur.

Il existe ensuite les moteurs à cycle combiné turboréacteur (TBCC), qui sont un hybride entre un turboréacteur classique et un statoréacteur/scramjet. Si les turboréacteurs peuvent fonctionner jusqu'à Mach 2 ou Mach 3 environ, au-delà, ils passent en mode statoréacteur/scramjet.

Parmi les autres types de moteurs, on trouve les moteurs à turbofusée à air (ATR) qui utilisent l'oxygène atmosphérique pour brûler le carburant, les moteurs à détonation rotative (RDE) qui utilisent une onde de détonation rotative continue pour la combustion, et les moteurs à cycle combiné de Reaction Engines (SABRE), qui sont des moteurs hybrides à air et à fusée avec un prérefroidisseur qui refroidit l'air hypersonique entrant à la température ambiante.
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Ces innovations ont ouvert la voie à des concepts commerciaux ambitieux. Par exemple, le projet A-HyM Hypersonic Air Master envisage un avion commercial fonctionnant à Mach 7.3. Ce concept de jet futuriste est conçu pour un avion de ligne commercial qui permettrait un voyage de Londres à Los Angeles à être completé en seulement 90 minutes. Sa capacité est estimée à environ 170 passagers.

Son système de propulsion combinerait les technologies de moteur à détonation oblique (ODE), de statoréacteur et de turboréacteur dans une configuration à cycle combiné. De plus, il serait être alimenté par une moteur à hydrogèneDe plus, A-HyM aurait un titane et une structure en fibre de carbone, et pour répondre aux préoccupations liées au bruit, elle intégrera un système d'atténuation des bangs soniques.

Un bang sonique est un bruit de tonnerre causé par un objet se déplaçant plus vite que la vitesse du son. Il ne s'agit pas d'un simple « boum », mais plutôt d'une émission sonore continue.d tant que l'objet vole à des vitesses supersoniques. 

Il y a ensuite le concept d'avion spatial hypersonique réutilisable appelé Stargazer, proposé par Venus Aerospace, qui vise des vitesses d'environ Mach 9, une autonomie de l'ordre de 5 000 miles et des altitudes de croisière bien supérieures à 100 000 pieds, ce qui le positionne comme une plateforme ultra-rapide pour les voyages à l'échelle mondiale.

Récemment, Lockheed Martin (LMT ) Ventures a acquis une participation stratégique dans la start-up spécialisée dans la propulsion de fusées, dans un contexte de concurrence croissante visant à accélérer le développement des missiles hypersoniques.

Venus Aerospace a mis au point un système de propulsion, un moteur-fusée à détonation rotative (RDRE), qui utilise une onde de choc de détonation rotative continue pour générer une poussée. L'entreprise a réalisé avec succès son essai en vol d'un RDRE de 907 kg de poussée (2 000 livres) en début d'année. Le financement, dont le montant n'a pas été divulgué, permettra à Venus Aerospace de développer ses capacités de production et de déploiement à grande échelle.

Les entreprises aérospatiales privées accélèrent donc leur développement. vers des sons hypersoniques réutilisables plateformes, mais elles ne sont pas seules ; les agences gouvernementales du monde entier le sont également. Investir dans la recherche hypersonique avancée.

Des ingénieurs de la NASA travaillent avec le Laboratoire de recherche de l'armée de l'air (AFRL) et l'Organisation australienne des sciences et technologies de la défense (DSTO) sur un programme international de recherche et d'expérimentation en vol hypersonique (HIFiRE) qui testerait un statoréacteur/scramjet à double mode pour une vitesse cible de Mach 8. 

Le gouvernement australien s'est récemment engagé dans un investissement en actions de 10 millions de dollars. développement La société aérospatiale locale Hypersonix Launch Systems (HLS), qui développe un aéronef qui pourra voler à plus de Mach 12 et vont être alimenté au carburant hydrogène. Leur moteur scramjet exclusif is appelé « SPARTAN », et cela est réutilisable et imprimé en 3D.

Le mois dernier, GE Aérospatiale (GE ) ATLAS, un démonstrateur propulsé par le nouveau statoréacteur à propergol solide de la société, a effectué des essais en vol dans le cadre du programme Defense Production Act Title III du département américain de la Défense.

L'Agence spatiale européenne (ESA) a également lancé un programme de recherche appelé INVICTUS développera ses propres technologies de vol hypersonique. Il permettra de démontrer des technologies clés pour le vol hypersonique soutenu et sera un véhicule entièrement réutilisable capable de voler à Mach 5.

Investir dans les technologies de vol hypersonique

Lockheed Martin Corporation est une entreprise aérospatiale et de sécurité qui conçoit, fabrique, intègre et assure le support de systèmes technologiques de pointe. Elle opère à travers :

• Aéronautiques
• Missiles et contrôle de tir (MFC)
• Systèmes rotatifs et de mission (RMS)
• segments spatiaux

La compagnie se consacre principalement au développement de avions militaires, systèmes de défense antimissile aériens, maritimes et terrestres, hélicoptères militaires et commerciaux, pilotés et sans équipage Véhicules terrestres, satellites, systèmes de transport spatial et solutions de gestion de l'énergie.

En partenariat avec la NASA, Lockheed Martin a développé le X-59 pour traiter spécifiquement le problème du bang supersonique.

Doté d'un fuselage allongé, le X-59 est conçu pour redistribuer l'onde de choc lors du franchissement du mur du son. Il réduit le bruit perçu au sol à environ 75 décibels, ne produisant qu'un léger claquement sonore, comparable au bruit d'une portière de voiture qui claque.

À la fin du mois dernier, le X-59 a volé pour la toute première fois, de son installation Skunk Works de Palmdale au centre de recherche en vol Armstrong de la NASA, ce que Lockheed Martin décrit comme un « élan » qui prouve que « l'avenir du vol peut être plus rapide et plus silencieux que jamais auparavant ».

Il mesure moins de 30 mètres de long, son envergure est d'environ 9 mètres et sa hauteur d'environ 4,2 mètres. Il vole à une altitude d'environ 16 760 mètres et peut atteindre Mach 14. vitesses de 925 mph.

"Le X-59 servira à recueillir des données sur la réaction du public quant à l'acceptabilité d'un bang supersonique atténué généré par la conception unique de l'appareil. Ces données aideront la NASA à fournir aux autorités réglementaires les informations nécessaires à l'établissement d'une norme acceptable en matière de bruit supersonique commercial, afin de lever l'interdiction des vols supersoniques commerciaux au-dessus des terres.« » déclare l’entreprise. « »Cette avancée majeure ouvrirait la porte à un tout nouveau marché mondial pour les constructeurs aéronautiques, permettant aux passagers de voyager partout dans le monde en deux fois moins de temps qu'aujourd'hui."

Non seulement elle a développé le X-59 avec la NASA, mais elle travaille également sur le SR-72, avec un objectif opérationnel d'environ Mach 6. Bien que peu de choses soient encore à l'étude. On sait Concernant ce successeur conceptuel du SR-71 Blackbird, le SR-72 est destiné au renseignement, à la surveillance et à la reconnaissance. est communément appelé comme « Fils de merle ».

Celui-ci est positionné comme un avion hypersonique qui pourrait entrer en service dans les années 2030.

Avec une capitalisation boursière de 109 milliards de dollars, les actions de Lockheed Martin se négocient actuellement à 470.78 dollars. ces Plage de 52 semaines qui est $410.11 et $ 546.00. Son BPA (TTM) est de 17.95 et son P/E (TTM) est de 26.22.

Lockheed paie un rendement en dividende of % 2.93. Début du mois dernier, elle a autorisé un dividende du quatrième trimestre Paiement de 3.45 $ par action, soit une augmentation de 5 % par rapport au précédent trimestriel les revenues de dividendes Paiement. L'entreprise a également redistribué 1.8 milliard de dollars à ses actionnaires au troisième trimestre 2024 sous forme de dividendes et de rachats d'actions, qui ont été augmentés de 2 milliards de dollars pour atteindre un total de 9 milliards de dollars.

Durant cette période, la société a enregistré un chiffre d'affaires de 18.6 milliards de dollars et un bénéfice net de 1.6 milliard de dollars, soit 6.95 dollars par action. Son flux de trésorerie d'exploitation s'est élevé à 3.7 milliards de dollars, tandis que son flux de trésorerie disponible a atteint 3.3 milliards de dollars. 

Lockheed a également annoncé un carnet de commandes record de 179 milliards de dollars, ce qui, selon son PDG Jim Taiclet, « témoigne de la confiance que nos clients nous accordent et soutient les perspectives de croissance à long terme de notre entreprise ». Il a également souligné qu'en raison d'une « demande sans précédent, nous augmentons considérablement notre capacité de production dans un large éventail de nos secteurs d'activité ».

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Conclusion

Le vol hypersonique n'est plus une frontière lointaine mais un défi d'ingénierie réalisable. qui devient plus proche de devenant une réalité marquée par des avancées majeures dans les systèmes de propulsion, des investissements mondiaux dans les véhicules réutilisables à grande vitesse et de nouvelles expériences validant des hypothèses vieilles de plusieurs décennies.

Références

1. Segall, BA, Keenoy, TC, Kokinakos, JC, Langhorn, JD, Hameed, A., Shekhtman, D., & Parziale, NJ « Quantités turbulentes hypersoniques à l'appui de l'hypothèse de Morkovin. » Communications Nature 16, Article 9584 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-65398-4