آشنایی با تونل باد

تونل باد یک کانال می باشد که هوا با سرعت زیاد در آن جریان دارد و برای تست نمودن هواپیماها، خودروها و... به کار می رود. سرعت هوا در تونل باد می تواند تا ده برابر سرعت صوت نیز برسد.

 

شکل زیر جزئیات جریان هوا در اطراف یک هواپیمای مدل را که در یک تونل بادر در حال تست می باشد، نشان می دهد. دانشمندان برای بررسی مقاومت هواپیما و عملکرد مناسب آن، مدل هواپیمای مورد نظر را ساخته و آن را درون تونل باد تست می نمایند. با رسیدن سرعت پرواز هواپیمای مدل به سرعت صوت، از امواج صوتی تولید شده توسط موتور خود سبقت می گیرد و امواج فشاری را در پشت سر خود به جای می گذارد.

در شکل فوق نقطه 1 امواج تولید شده در اثر شکستن دیوار صوتی را نشان می دهد. این امواج همان گونه که در نقطه 2 مشاهده می شود با دور شدن از هواپیما کوچک تر می شوند. نقطه 3 بازوی فلزی نگهدارنده هواپیمای مدل را در درون تونل باد نشان می دهد. همان گونه که در نقطه 4 مشاهده می شود، امواج فشاری مانند امواج آب بر روی یک استخر به سمت خارج پخش می شوند. نقطه 5 نیز منحرف شدن هوا در برخورد با دماغه هواپیما را نشان می دهد.

 

تونل باد دارای 5 مقطع می باشد که در شکل زیر مشاهده می شوند:

در این شکل نقطه 1 فن تونل را نشان می دهد. فن های عظیم به کار گرفته شده در تونل های باد، وظیفه تولید جریان باد را برعهده دارند.

مقطع 2، ورودی هوای تونل باد را نشان می دهد. هوا در این مرحله پس از گذشتن از یک محفظه لانه زنبوری، موازی دیواره های تونل جهت می گیرد و وارد بخش بعد می شود.

مقطع 3، سطح مقطع عبور هوا را کم می کند و باعث می شود سرعت حرکت هوا نسبت به ورودی افزایش یابد.

مقطع 4 محل تست می باشد. حسگرهای نصب شده در این مقطع اثرات باد بر روی هواپیما را بررسی می کنند.

مقطع 5 نیز سطح مقطع عبور جریان را افزایش می دهد تا سرعت باد کاهش یافته و از تونل خارج شود. هوای خروجی یک مدار بسته را طی خواهد نمود و مجدداً به تونل وارد خواهد شد.

 
تونل های باد برای بررسی تاثیر شکل هواپیما بر نحوه پرواز آن، نیروی برای تولید شده، مقاومت هوا (نیروی پسا) و... به کار می روند.

 

 تست ها برای رساندن نیروی برا به حداکثر و نیروی پسا به حداقل مقدار خود به کار می روند. تونل های باد بسیار پر هزینه و خطرناک می باشند. هوا در تونل بادهایی که با 10 برابر سرعت صوت حرکت می کند ممکن است آن قدر سرد شود که به مایع تبدیل شود.

 

تست کردن در تونل باد با کار بسیار پیچیده ای می باشد و امروزه کم کم جای خود را به روش های CFD (دینامیک سیالات محاسبه ای) یا (computational fluid dynamics) می دهند. در این روش مدل به صورت کامپیوتری و با کمک هزاران معادله پیچیده ریاضی ساخته می شود.
 

روش های کامپیوتری، جریان هوا بر روی بال را نیز مدل می کنند و به بررسی آن کمک فراوان می کنند.