بخشی از مقاله
خلاصه
با توسعه و پیشرفت سریع تکنولوژی راکت در سالهای اخیر، مطالعه پدیده های پروازی در اتمسفر زمین با سرعتهای بالاتر از 10 کیلومتر بر ثانیه و هزینه های سنگین برای تست واقعی آنها، استفاده از تونلهای باد ماورای صوت ضروری گردیده است. ، با توجه به اینکه هدف استفاده از تونل های باد ایجاد پارامترهای فیزیکی مناسب برای مقیاس پرواز حقیقی است، لذا قبل از تستهای پروازی، ارزیابی وسیعی نسبت به شرایط محیط تست باید صورت پذیرد زیرا محیط های بزرگ و نامناسب بر روی نتایج تست و ارزیابی ها تاثیرمی گذارد. در این مقاله ضمن معرفی انواع تونل باد،کاربرد آنها و اصول طراحی شان ، به طراحی یک تونل باد با ابعاد ذکر شده خواهیم پرداخت.
.1 مقدمه
هواپیماها و موشکها از جمله پیچیده ترین اختراعات بشر است که طراحی آنها نیازمند اطلاعات کامل و گسترده ای در زمینه های سیستم جلو برنده، آیرودینامیک، سازه و مکانیزمهای کنترلی می باشد؛ این چهار زمینه ارتباط تنگاتنگی با هم دارند لذا میباست تمامی اطلاعات با تکیه بر روش های تئوری بدست آمده و با روش های تجربی مورد ارزیابی مجدد قرار گیرند.
استفاده از تونل های باد در تحقیقات آیرودینامیکی و هیدرودینامیک روش تجربی ای است که میتواند با کمترین هزینه و بالاترین دقت -در مقایسه با سایر روشها- در تمامی چهار زمینه فوق اطلاعات مورد نیاز را فراهم سازد.
در این زمینه برخی از آزمایشاتی که بطور معمول در تونل های باد انجام میگیرد به شرح زیر است:
· شبیه سازی ارتفاع
· انجام آزمایش بر روی بدنه وسایل پرنده به جهت بالا بردن بازده آیرودینامیکی آنها
· بررسی مسآله سیستم پایداری وسیله پرنده
· بدست آوردن مشتقات پایداری وسیله پرنده
· بررسی مسئله نشست و برخاست هواپیما
· بررسی مسئله گرمایش آیرودینامیکی
· بررسی مسئله پایداری استاتیکی و دینامیکی سازه وسیله پرنده در مقابل نیروهای آیرودینامیکی وارده
· بررسی مسائل جنبی در هواپیماها مانند تاثیر رها کردن بمب یا موشک از آنها ویا چگونگی کنترل هواپیماهای آسیب دیده
در هریک از موارد فوق نوع تونل باد متفاوت است.
.2 تاریخچه
اساس کار یک تونل باد، قرار دادن مدل در یک موقعیت ثابت و ایجاد جریان هوا روی آن می باشدکه اولین بار توسط لئوناردو داوینچی پیشنهاد شد. او بیان کرد که نیروهای تولید شده در حالتی که جسم در میان هوا حرکت کند با حالتی که هوا بر روی جسم ثابت به حرکت درآید، برابر است.
اولین تونل باد در تاریخ به نام فرانسیس ونهام - انگلستان- - 1871ثبت شده است که محفظه مکعبی خیلی ساده ای بوده که توسط یک فن با موتورهای ماشین بخار در آن هوا دمیده می شده و نیروهای برآ و پسا روی بعضی اشکال ساده آیرودینامیکی قابل اندازه گیری بود.
دومین تونل باد به نام هورا تیوفیلیپس - انگلستان- - 1884 ثبت شده که می توانسته آزمایشات ساده زیادی را روی ایرفویل ها انجام دهد.
اولین تونل باد آمریکایی در انجمن تکنولوژی ماساچوست - 1896 - ساخته شد. بنابراین تونل باد یک وسیله نسبتا جدید و نادر بود که برادران رایت در سال 1901 یکی از آنها را ساختند .
ناسا اولین تونل بادی لانگلی را در 1920-1919 ساخت در سال 1927 تونل بادی به قطر 20 برای آزمایش ملخ ها و پروانه ها با مقیاس کامل در لانگی ساخته شد که بعدها برای تست هواپیما با مقیاس کامل نیز مفید واقع شد.
بزرگترین تونل باد لانگلی در 1931 کامل گردید .
اولین تونل باد صنعتی در لانگلی ناسا احداث شد که با مقطع 11 in2 میتوانست جریان هوایی با سرعت 7 ماخ در مقطع تست ایجاد کند. بزرگترین تونل باد جهان در مرکز تحقیقات آمز کالیفرنیا با محفظه آزمونی به ابعاد 80×40 ft2 احداث شد
قبل از دهه 50 میلادی بیشتر تونلهای باد، در ایالات متحده ساخته شدند وهمه توسط ناسا اداره میشدند. اما در سال 1946 در نتیجه یک مطالعه در مورد تونلهای باد در ایالات متحده این پیشنهاد شد که ضنعت و دانشگاهها نقش بزرگتری در توسعه تونلهای باد دارند. این مسئله به عقد قرار داد تونل باد ملی در 1949 سرانجام یافت . برای سالها تونلهای باد راه کم خرج تری را برای تست هواپیما نسبت به ساخت هواپیما با سایز اصلی ارائه کردند. اما تحقیقات تونل باد نیز گران بوده و هست در نتیجه طراحان به طور فزایندهای به سمت کامپیوتر و متدهایی، که حل عددی مکانیک سیالات - هوا، آب، ... - گفته میشود، تغییر مسیر دادند.
امروزه تونلهای باد کمتر و کمتر مورد استفاده قرار میگیرند و تونلهای باد غول پیکری که مورد نیاز بودند و در دههها 40 و 50 میلادی در بسیاری از مراکز تحقیقاتی آیرودینامیک شروع به کار کردند، هم اکنون فقط گاهی اوقات به عنوان پشتوانه شبیهسازیهای کامپیوتری مورد استفاده هستند تا ثابت کنند که حدسهای عددی درست هستند. گرچه در بسیاری از موارد مهم، طراحان هواپیما مجبور به استفاده از تونلهای باد برای آزمایش طرح هایشان بعد از شبیهسازی و حدس اشتباه هستند. برای مثال موشک هوا پرتاب " پگاسوس ایکس ال" تلفات داد، در یک نقص ایرودینامیکی در پرواز که پیشبینی نشده بود. اما در طول سالها بیشتر تونلهای بزرگ باد ساخت ناسا ممکن است به طور کامل خاموش شوند. صدای مهیب آنها با صدای وزوز کردن فن کامپیوترها جانشین شدهاست.
.3 کاربردهای تونل باد در صنایع
از جمله کاربردهای تونل باد علاوه بر رشته های هوافضا میتوان به موارد زیر اشاره کرد شهرسازی، طراحی کارخانه، نیروگاه و پالایشگاه، طراحی سازه های ساختمانهای بلند و پلها، طراحی بدنه وسایل دریایی و سریع مانند قایق های موتوری، طراحی بدنه و سازه خودروها و قطارها،طراحی چرخ و آسیاب بادی، طراحی فن، کمپرسور و توربین، طراجی موتورهای در تماس با هوا، طراحی وسایل ورزشی از قبیل انواع توپ ها، چوب اسکی، دوچرخه، موتور سیکلت، قایق های ورزشی و حتی لباسهای ورزشی، طراحی زیردریایی، جنگل کاری و محیط زیست، طراحی تابلوهای تبلیغاتی و پرچم ها و ...
