A fúvó (angol szélcsatorna ) az aerodinamikában használt vizsgálati létesítmény , amely a légáramlás testre gyakorolt hatásainak tanulmányozására szolgál, általában a valósághoz képest kisebb méretű mintázat. Méréseket, például erőket, és az áramlás vizualizációit, amelyeket valós utazási körülmények között leggyakrabban lehetetlen elvégezni, egy szélcsatornában lehet elvégezni. A világon több száz szélcsatorna található, amelyek közül a legtöbb az Egyesült Államokban található.
A szélcsatorna egy szabadesés-szimulátorra is utal. Ebben az esetben a levegő áramlása felfelé irányul.
Az első kísérleteket a testen lévő levegő áramlásának tesztelésére szabad eséssel vagy körhintákkal végezték, nevezetesen George Cayley 1800 körül; a testet egy forgó kar támasztja alá. Ez a második módszer, amelynek hátránya a centrifugális hatások bevezetése és a test saját aerodinamikai nyomán történő fejlődésének elősegítése, jött az ötlet, hogy légmozgást hozzon létre egy álló testen. Az első szélcsatornát Francis Herbert Wenham találta ki és építette meg Angliában 1871-ben. Constantin Tsiolkovski 1897-ben megépítette és kipróbálta az első orosz szélcsatornát (kép szemközt). A Wright testvérek , kérve, hogy elemezzék és javítsák a teljesítményét, hogy vitorlázó is gyártott kis szélcsatornában 1901. Ezután a Charles Renard , az első francia szélcsatornákhoz voltak a Gustave Eiffel az ő aerodinamikai laboratórium épül a Champ-de - A Mars (Párizs) 1909-ben, majd 1912- ben az Auteuil kerületben települt (kép szemben). Az első zártkörű szélcsatorna Ludwig Prandtl volt, a göttingeni Aerodinamikai Kutatóközpontnál 1909-ben.
A katonai repülés 1910-től történő fejlődésével és az első világháborút követően a nagy nemzetek több szélcsatornát építettek nagyobbakba; Chalais-Meudoné volt a legnagyobb 1929-ben.
A szélcsatorna egy aerodinamikai áramkörből áll, amely egy tesztáramot tartalmaz. A légáramkör lehet nyitott vagy zárt:
A tesztáram lehet nyitott vagy "szabad", mint az Eiffel szélcsatornákban, vezetve (például padlóval az autók teszteléséhez), vagy zárt állapotban. A legtöbb visszatérő fúvóban a tesztáram zárva van, lehetővé téve a levegő hőmérsékletének és nyomásának szabályozását (és megváltoztatását).
A levegő áramlását általában szívják, és nem fújják a modellre, a ventilátort (vagy kompresszort) a tesztcsatorna után helyezik el.
Mobil (repülőgép, jármű) esetében úgy tekintjük, hogy a mozgásban lévő levegő hatása az álló modellre megegyezik a rögzített légtömegben mozgó modell hatásával. A csökkentett skálán érvényes vizsgálati eredmények érdekében be kell tartani a hasonlóság törvényét, amely előírja a Reynolds-szám megtartását, amely tükrözi a tehetetlenségi erők és a levegő viszkozitásának arányát.
Reynolds-szám : Re = V. L. rho / mu V: légsebesség, L: testhossz (a szárny profiljának húrja) rho: a levegő sűrűsége, mu: dinamikus viszkozitásFigyelembe véve a legnagyobb repülőgépek (nagy repülőgépek) méreteit, a szélcsatornában nagyon magas Reynolds-számokat kell kapni; ehhez V, L és rho-n játszhatunk. L és V esetében meg kell növelnünk a modell méretét és a légsebességet: ez nagyobb fúvókhoz és erősebb motorokhoz vezet. Növelheti az rho-t (a levegő sűrűségét) úgy is, hogy növeli a ventilátor légnyomását (túlnyomásos fúvó), vagy csökkenti a levegő hőmérsékletét (kriogén fúvó), vagy mindkettőt.
Mivel a levegő összenyomható, nagy sebesség esetén is tiszteletben kell tartani a Mach számot . A legtöbb utasszállító repülőgép (repülőgép) M 0,8 felett repül.
A sebességtől és a Reynolds-követelményektől függően az áramlás fizikai jellemzői megváltoztathatók:
Tanulmányozza a szélcsatornákat
Egyszerű modellek oktatási célokra, általában nyitott áramkörök. A véna mérete 60 × 60 cm nagyságrendű . A kevésbé nagy teljesítményűek néhány kilowattos teljesítményűek, ami lehetővé teszi, hogy szakaszonként néhány négyzetdeciméteres folyadékvénát mozgásba hozzanak.
Egyetemi szélcsatornák
1–5 m 2 szakaszon lévő erek , 40–60 m / s nagyságrendű sebességgel , lehetővé teszik a vitorlázó repülőgépek és repülőgépek modelljeinek tesztelését alacsony ( 200 km / h alatti ) sebességnél . Példák, az ISAE S4 vagy az Orleans-i Egyetem szélcsatornája.
Vénák 5-8 m 2 szakaszában, sebessége nagyságrendileg 50 , hogy 100 m / s , lehetővé teszik tesztelése nagyobb repülőgép modellek nagyobb sebességgel. Tipikus példa: az Amerikai Texas Egyetem szélcsatornája 7 x 10 láb (6,32 m 2 ).
Szubszonikus szélcsatornák
Ezeknek a ventilátoroknak a légsebessége legfeljebb 100 m / s ( 360 km / h vagy M 0,3). Lehetőség van közúti járművek és repülőgépek tesztelésére felszállás vagy leszállás közben. Példák: F1 (túlnyomásos) és F2 szélcsatornák az Onerától, légköri és éghajlati szélcsatornák a CSTB-től .
Nagyon nagy szélcsatornák
A legnagyobb szubszonikus visszatérő szélcsatornában, hogy a ONERA a Modane (több mint 120 m-áramkör, kísérlet véna 8 m átmérőjű), megbízást 1952 . Nagyon erős (88 MW), 4 m szárnyfesztávolságú modelleket tesztelhetünk , több mint 300 m / s sebességgel . A legnagyobb nyitott körű szubszonikus szélcsatorna a NASA Ames Kutatóközpontja; nyitott vizsgálati szakasza 80 x 120 láb vagy 24 x 36 m, közel 900 m 2 ; hat ventilátora van, teljes teljesítménye 100 MW (135 000 LE).
Transonic szélcsatornák
Légsebességük M 0,5 és M 1,3 között mozog , lehetővé téve az általában M 0,80-0,85 körül közlekedő polgári szállító repülőgépek tesztelését. Az Európai Transonic Wind Tunnel (ETW) kriogén transzonicus szélcsatornát Kölnben, Németországban létesítik. A nyomás ( 4,5 bar-ig) és a nagyon alacsony hőmérséklet ( -160 ° C-ig ) kombinációja lehetővé teszi a Reynolds-szám elérését, amely megegyezik a legnagyobb utasszállító repülőgépek számával ( Re 80 M az A380 szárnyánál). A telepített teljesítmény 50 MW (68 000 LE).
Szuperszonikus szélcsatornák
M 1,5-től 5-ig működve harci repülőgépek és rakéták tesztelésére szolgálnak. Példák: az Onera S2 MA szélcsatorna, a FAST platform EDITH szélcsatornája az ICARE laboratóriumban, CNRS, Orléans.
Hiperszonikus szélcsatornák
A tartályokban nagy nyomás alatt tárolt levegőt fújó széllökések lehetővé teszik a nagyon nagy sebesség elérését, akár 25 Mach- ig a hiperszonikus járművek teszteléséhez és a légkörbe való visszatéréshez. Példák: az Onera S3 ( 5,5 Mach ), valamint az S4 ( 12 Mach ) és az F4 szélcsatornák . Az ICARE laboratóriumban (Orléans) található FAST platformon folyamatosan üzemelő MARHy szélcsatorna lehetővé teszi a Mach20 ritkaságú áramlások szimulációját .
Magas entalpia szuperszonikus szélcsatornák
Szélcsatornák, amelyek a légtérbe való visszatérés magas entalpia fázisának bizonyos körülményeinek szimulációjára szolgálnak. Lehetővé teszik az űrhajók hővédelméhez használt anyagok hőellenállásának tesztelését. Pl .: az ICARE laboratóriumban (Orléans) található FAST platform szuperszonikus, magas entalpia, folyamatosan működő PHEDRA szélcsatorna .
Sport szélcsatornák
A szabadon eső test körülményeit megismételve eredetileg ejtőernyősök kiképzésére készültek. A szabadeséses repülésszimulátornak is nevezett szélcsatornából fokozatosan önálló sport lett, amelyet Franciaországban felügyel a Francia Ejtőernyős Szövetség, amely jelenleg azon dolgozik, hogy 2024-től olimpiai sportággá váljon. már nem feltétlenül ejtőernyősök. A sport szélcsatornában ma már vannak nemzeti csapatok és saját versenyek.
Lásd is
Mérések
A szélcsatornákat elsősorban a helyi nyomások (a modell felületén), a nyomásterületek (a modelltől lefelé), az aerodinamikai emelés (függőleges és oldalirányú) és a vonóerők , az aerodinamikai momentumok mérésére használják a három tengelyen: emelkedés , gördülés , ásítás .
Zajmérések.
Megjelenítés
Rugalmas szálak, színes légfúvókák vagy az áramlás jellegére érzékeny vegyszerek használata lehetővé teszi az áramlási vonalak és jellegük (csatolt, nem rögzített) vizualizálását. A sztiroszkópia lehetővé teszi a sokkhullámok kúpjainak szuperszonikus áramlásban történő megjelenítését.
Viselkedés
A távvezérelt skálamodell repülési viselkedését szélcsatornában lehet tanulmányozni; ha a modell nem működik, lejtős légáramban lehet tesztelni. Ha a modell motoros (légcsavarral vagy sűrített levegős sugárral), akkor egy normál szélcsatornában lehet tesztelni.
Függőleges tengelyű szélcsatornák vannak a forgó repülőgépek viselkedésének tesztelésére .
Éghajlati
hatások Az éghajlati szélcsatornákban, például a Nantes- i CSTB-n található Jules Verne szélcsatornában az éghajlati szélcsatornákban - a szélben, esőben és hóban - szenvedő éghajlati hatásokat tanulmányozzák . Ez a típusú szélcsatorna lehetővé teszi a következők tanulmányozását:
Szabad esés szimulátor
