تونل باد و کاربرد های آن در صنعت هوانوردی

تصور کنید شما مسئول طراحی یک هواپیما تجاری هستید که قادر به حمل تعداد زیادی مسافر است. برای ساخت هر کدام از این هواپیماها میلیون ها دلار خرج می شود تا طراحی به صورت کامل ارائه شود. حال تصور کنید که در یک قسمتی از طراحی اشتباه کرده اید. هواپیما از باند بلند شده و پس چند دقیقه پرواز سقوط می کند. میلیون ها دلار هزینه برباد می رود و همچنین ممکن است تلفات جانی گسترده ای نیز داشته باشد. به همین دلایل مهندسین مکانی را برای تست وسایل پرنده طراحی کرده اند که به تونل باد معروف است.

برای بررسی دقیق مدل های مختلف هواپیما باید از نظریه های موجود در علم آئرودینامیک بهره ببرید. علم آئرودینامیک به مسائل مربوط به عبور هوا از روی بال و بدنه هواپیما می پردازد. تئوری تونل باد بسیار ساده است. اگر شما نمی توانید هواپیما را در هوا به پرواز در بیاورید، کافیست هوا را از روی هواپیما عبور دهید. این تست ها به راحتی در روی زمین قابل اجرا است که می تواند موجب تعیین ایرادات طراحی شود. برای ساخت مدل هواپیما می توانید با مشابه سازی از مدل های کوچک تر شده استفاده کنید.

ساخت تونل های بادی بزرگ می تواند هزینه ای به مراتب بیشتر را در بر داشته باشد. در این مقاله در مورد نحوه کار تونل باد و شرایط آن صحبت می شود.

همچنین بخوانید: آموزش نقشه کشی تاسیسات مکانیکی

تونل باد چگونه کار می کند ؟

تونل باد از یکسری لوله های بزرگ دایره ای شکل تشکیل شده است که هوا با استفاده از فن های پر قدرت در آن در جریان است. این لوله های به یکدیگر متصل می باشند و به عبارتی یک چرخه بسته را تشکیل می دهند. تنها کاری که برای راه اندازی تونل باد نیاز است، راه اندازی فن متصل به این لوله ها است. با راه اندازی فن جریان هوا متناسب با سطح مقطع لوله جریان پیدا می کند که متناسب با آن در سطح مقطع های کوچک سرعت بیشتر می باشد.

برای کنترل پارامترهای جریان هوا شما نیاز به یک اتاق کنترل دارید. این اتاق کنترل باید در مسیر جدای از مسیر عبور هوا باشد. در این اتاق سرعت و جهت جریان هوا تعیین می شود و همچنین در صورتی که نیاز به تغییر جایگاه هندسه باشد، در این اتاق امکان انجام آن وجود دارد. براساس این موارد در صورتی که بخواهید فضاپیماها یا هواپیماهای جنگی را تست کنید نیاز است تا در مقاطع کوچکتر این آزمایش ها را انجام دهید زیرا که در این مقاطع سرعت بالاتر است و این موضوع پیش نیاز تست این وسایل است.

تجهیزات تونل باد

تجهیزات مختلفی در زمینه راه اندازی و عملکرد توربین باد وجود دارد. به تعدادی از این تجهیزات در این قسمت اشاره می شود. موتور های رانش یکی از قطعات اصلی تونل باد است که وظیفه به حرکت در آوردن فن های قدرتمند تونل باد را دارند.

کمپرسور یکی دیگر از موارد مورد نیاز برای تولید باد با سرعت مورد نیاز است. محل قرار گیری نمونه از جمله دیگر مواردی است که باید در هنگام طراحی تونل باد در نظر گرفته شود. پره هایی نیز در گوشه های تونل باد قرار می گیرد تا جهت وزش باد را به صورت یکپارچه و با زاویه 90 درجه تنظیم کند.

صدا خفه کن یکی دیگر از قطعاتی است که باعث کاهش صدا و نویز تونل باد می شود. تونل های باد معمولا صدای زیادی را به واسطه تجهیزات مختلف تولید می کنند. هوا خشک کن یکی دیگر از تجهیزاتی است که معمولا دارای کاربرد زیادی در تونل باد است. این تجهیز باعث از بین بردن رطوبت در هوای در جریان می شود که کمک زیادی به بهبود نتایج می کند. اتاقک تست تونل باد معمولا به دو قسمت تونل باد سرعت بالا (هایپر سونیک) و سرعت پایین تقسیم می شود.

در همین رابطه بخوانید: آموزش انسیس فلوئنت

سنجش جریان باد

همانطور که گفته شد سرعت و شرایط جریان عبور هوا از نمونه مورد نظر در اتاق کنترل تعیین می شود. اما برای دیدن شرایط آیرودینامیکی هوا باید هوا را به روشی قابل رویت کنیم. در تونل های بادی معمولا از دود یا رنگ های مخصوص برای مشاهده اتفاقاتی که پس از عبور جریان هوا از هندسه رخ می دهد، استفاده می شود. علاوه بر این روش می توانید با استفاده از قرار دادن سنسورهای فشاری و سرعتی در اطراف هندسه پارامترهای فیزیکی مورد نظر را در میدان جریان پیدا کنید.

معمولا میدان های فشاری و سرعت در سه راستا می تواند بسیاری از نیاز های اولیه یک تست را ارضا کند. همچنین نحوه رفتار جریان هوا پس از عبور از هندسه نیز می تواند کمک زیادی به شناخت نقاط ضعف و قوت طراحی کند. علاوه بر تست وسایل نقلیه در تونل های بادی، بسیاری از سازه های ثابت مانند ساختمان ها نیز می توانند در تونل های بادی مورد آزمایش قرار بگیرند. به عنوان مثال میزان مقاومت سازه های بلند مانند برج ها تا چه سرعت از باد برقرار است. این تست ها میزان اهمیت استفاده از تونل باد را در چند دهه اخیر دو چندان کرده است.

ساختار های چرخشی که پس از عبور جریان هوا از نمونه ایجاد می شود یکی از مهمترین مسائل مورد مطالعه در علم آیرودینامیک می باشد.

چه کسی تونل باد را اختراع کرد؟

برادران رایت به عنوان اولین کسانی شناخته می شوند که توانستند وسیله ای را بسازند تا انسان ها بتوانند با آن به راحتی پرواز کنند. اولین پرواز توسط هواپیما در سال 1903 انجام گرفته است. برادران رایت تلاش زیادی کردند تا بال ها و تجهیزات مناسبی را برای یک پرواز سلامت ایجاد کنند. البته باید در نظر داشت که این افراد بیشتر به آزمایشات در فضای باز علاقه داشتند تا به آزمایشات در محیط های بسته.

تونل باد برای اولین بار توسط یک مهندس آیرودینامیک انگلیسی در سال 1871 طراحی و ساخته شد. محیط ساخته شده در این تونل باد بسیار کوچکتر از تونل های بادی کنونی بوده است. این تونل باد 3.7 متر طول و در اتاقکی با 46 سانتی متر عرض قرار گرفته بود که قادر بود باد را با سرعت 64 کیلومتر بر ساعت به حرکت در بیاورد.

این در حالی است که تونل باد ناسا که به عنوان بزرگترین تونل باد دنیا در حال حاضر به شمار می رود دارای 430 متر طول و 888 متر مربع مساحت اتاقک تست آن است. این تونل باد قادر است باد را با سرعت 185 کیلومتر بر ساعت به حرکت در بیاورد.