De eerste windtunnels waren slechts kanalen met ventilatoren aan het ene uiteinde. Deze tunnels maakten schokkerig, ongelijke lucht, dus ingenieurs werkten gestaag aan het verbeteren van de luchtstroom door tunnellay-outs aan te passen. Moderne tunnels zorgen voor een veel soepelere luchtstroom dankzij een fundamenteel ontwerp met vijf basissecties:de bezinkkamer, samentrekking kegel, test sectie, diffusor en aandrijfgedeelte.
Lucht is een wervelende, chaotische puinhoop als het de tunnel binnenkomt. De beslechtingskamer doet precies wat de naam aangeeft:het helpt de lucht te regelen en recht te maken, vaak door het gebruik van panelen met honingraatvormige gaten of zelfs een gaasscherm. De lucht wordt dan direct door de samentrekking kegel , een vernauwde ruimte die de luchtstroomsnelheid aanzienlijk verhoogt.
De wanden van de tunnel zijn buitengewoon glad omdat eventuele onvolkomenheden als verkeersdrempels kunnen werken en turbulentie kunnen veroorzaken. De meeste windtunnels zijn ook middelgroot en klein genoeg om in een universitair wetenschappelijk laboratorium te passen, wat betekent dat testobjecten moeten worden verkleind om in de tunnel te passen. Deze schaalmodellen kunnen hele vliegtuigen in miniatuur zijn, gebouwd (tegen hoge kosten) met veeleisende precisie. Of ze kunnen slechts een enkel onderdeel zijn van een vliegtuigvleugel of een ander product.
Ingenieurs monteren modellen in het testgedeelte met behulp van verschillende methoden, maar gewoonlijk, de modellen worden stationair gehouden met behulp van draden of metalen palen, die achter het model zijn geplaatst om verstoringen in de luchtstroom te voorkomen. Ze kunnen sensoren aan het model bevestigen die de windsnelheid registreren, temperatuur, luchtdruk en andere variabelen.
Blijf lezen om meer te weten te komen over hoe windtunnels wetenschappers helpen om ingewikkeldere aerodynamische puzzels op te lossen en hoe hun bevindingen technologische vooruitgang stimuleren.
" " Rook biedt stromingsvisualisatie, zodat wetenschappers kunnen zien hoe lucht rond het testobject beweegt. Bill Pugliano/Nieuws/Getty Images
Lift en drag zijn slechts twee elementen van aerodynamische krachten die een rol spelen in een windtunnel. Met name voor het testen van vliegtuigen, er zijn tientallen variabelen (zoals toonhoogte, geeuw, rollen en vele anderen), die de uitkomst van experimenten kunnen beïnvloeden.
Ook andere factoren spelen een rol tijdens het testen, ongeacht de proefpersoon. Bijvoorbeeld, de kwaliteit van de lucht in de tunnel is veranderlijk en heeft een enorme invloed op de testresultaten. Naast het zorgvuldig meten van de vorm en snelheid van het object (of de wind die langs het object waait), moeten testers rekening houden met de viscositeit: (of kleverigheid) en samendrukbaarheid (stuiterigheid) van de lucht tijdens hun experimenten.
Normaal zie je lucht niet als een plakkerige substantie, natuurlijk, maar als lucht over een object beweegt, zijn moleculen raken het oppervlak en klampen zich eraan vast, al is het maar voor even. Dit creëert een grenslaag , een luchtlaag naast het object die de luchtstroom beïnvloedt, net zoals het object zelf doet. Hoogte, temperatuur, en andere variabelen kunnen de viscositeit en samendrukbaarheid beïnvloeden, die op zijn beurt de eigenschappen van de grenslaag verandert en slepen, en de aerodynamica van het testobject als geheel.
Om erachter te komen hoe al deze omstandigheden het testobject beïnvloeden, is een systeem van sensoren en computers nodig voor het loggen van sensorgegevens. pitotbuizen worden gebruikt om de luchtstroomsnelheid te meten, maar geavanceerde tunnels worden ingezet laser anemometers die windsnelheid detecteren door in de lucht zwevende deeltjes in de luchtstroom te "zien". Druksondes luchtdruk bewaken en waterdampdruk sensoren volgen de vochtigheid.
Naast sensoren, visuele observaties zijn ook uiterst nuttig, maar om de luchtstroom zichtbaar te maken, wetenschappers vertrouwen op verschillende stroom visualisatie technieken. Ze kunnen het testgedeelte vullen met gekleurde rook of een fijne nevel van vloeistof, zoals water, om te zien hoe lucht over het model beweegt. Ze kunnen dik, gekleurde oliën naar het model om te zien hoe de wind de olie langs het oppervlak van het model duwt.
Hogesnelheidsvideocamera's kunnen de rook of olie opnemen terwijl ze bewegen om wetenschappers te helpen aanwijzingen te ontdekken die niet duidelijk zijn voor het blote oog. In sommige gevallen, lasers worden gebruikt om mist of rook te verlichten en details van de luchtstroom te onthullen.
Windtunnels bieden eindeloze configuraties voor het testen van onbeperkte ideeën en concepten. Blijf lezen, en je zult de fantasierijke tunnels zien die ingenieurs bouwen wanneer ze het geld vinden om een briesje van een idee om te zetten in een volledige technologische storm.
Windtunnels van A tot Z
Supersonische en hypersonische tunnels gebruiken geen ventilatoren. Om deze halsbrekende luchtsnelheden te genereren, wetenschappers gebruiken ontploffingen van samengeperste lucht die zijn opgeslagen in tanks onder druk die stroomopwaarts van het testgedeelte zijn geplaatst, daarom worden ze soms genoemd afblazen tunnels. evenzo, hypersonische tunnels worden soms genoemd schok buizen, een verwijzing naar de krachtige maar zeer korte ontploffingen die ze produceren. Beide hebben een enorme stroombehoefte, waardoor ze over het algemeen het beste zijn voor korte of intermitterende tests.
Luchtdrukmogelijkheden onderscheiden ook windtunnels. Sommige tunnels hebben bedieningselementen voor het verlagen of verhogen van de luchtdruk. Bijvoorbeeld, bij het testen van ruimtevoertuigen, NASA zou een tunnel kunnen opzetten om de lagedrukatmosfeer van Mars na te bootsen.
U kunt tunnels ook indelen op grootte. Sommige zijn relatief klein, en daarom, zijn alleen nuttig voor het testen van verkleinde modellen of secties van een object. Anderen zijn op ware grootte en groot genoeg om voertuigen op ware grootte te testen.
En sommige windtunnels zijn gewoon... nou ja, echt groot.
NASA's Ames Research Center, in de buurt van San José, Californië is de thuisbasis van 's werelds grootste windtunnel. Het is ongeveer 180 voet (54,8 meter) hoog, meer dan 1, 400 voet (426,7 meter) lang, met één testgedeelte van 24 meter lang en 36,5 meter breed, groot genoeg voor een vliegtuig met een spanwijdte van 30 meter. De tunnel gebruikt zes, vier verdiepingen hoge fans, elk aangedreven door zes 22, Motoren van 500 pk die windsnelheden tot 115 mph (185 km / u) kunnen aandrijven.
Grootte is niet de enige factor in buitengewone windtunnels. Blijf lezen, en je zult ontdekken hoe modern sommige van deze tunnels werkelijk zijn.
DIY Wervelwinden Windtunnels zijn niet alleen voor professionals. Online vindt u plannen voor het bouwen van uw eigen windtunnel thuis, of koop zelfs kits met alle benodigde onderdelen inbegrepen. Er zijn veel soorten windtunnels voor allerlei verschillende doeleinden. Deze tunnels zijn gecategoriseerd op basis van hun kenmerken, zoals de windsnelheid die ze genereren in het testgedeelte.
Subsonisch windtunnels testen objecten met een luchtstroom van minder dan 402 km/u. transonisch tunnels bedekken tunnels bestrijken een windsnelheidsbereik van 250 mph tot 760 mph (1, 223 km/u).
Supersonisch tunnels genereren winden sneller dan de snelheid van het geluid (768 mph of 1, 235,9 km/u). hypersonisch tunnels creëren eng-snelle windstoten van 3, 800 mph tot 11, 400 mph (6, 115,5 km/u tot 18, 346,5 km/u) -- of zelfs sneller.
Lees verder
Slechte windtunnels " " General Motors is eigenaar van 's werelds grootste windtunnel gewijd aan autotesten. De ventilator heeft een diameter van 13 meter. Bill Pugliano/Nieuws/Getty Images
Ingenieurs moeten vaak meerdere aerodynamische en omgevingsvariabelen tegelijk testen. Daarom bieden sommige tunnels een breed scala aan testmogelijkheden op één locatie. De grote klimaatwindtunnel in Wenen, meestal gebruikt voor het testen van auto's en railvoertuigen, is zo'n tunnel. Het testgedeelte alleen is 328 voet (100 meter) lang, waardoor windsnelheden tot 186 mph (299 km/u) stromen.
Ingenieurs kunnen de relatieve vochtigheid aanpassen van 10 tot 98 procent en temperaturen van zo laag als -49 graden tot 140 graden Fahrenheit (-45 tot 60 graden Celsius) duwen. Trouw aan zijn naam, de Weense klimaattunnel wordt compleet geleverd met regen, sneeuw- en ijsmogelijkheden, naast simulatoren voor blootstelling aan de zon.
ijsvorming vermogen, vooral, is al tientallen jaren een cruciaal onderdeel in windtunnels, omdat ijsafzetting op vliegtuigoppervlakken rampzalig kan zijn, waardoor een vliegtuig neerstortte. IJstunnels hebben koelsystemen die de lucht koelen en vervolgens fijne druppeltjes water in de luchtstroom spuiten, het produceren van een glazuur op de testmodellen. Ingenieurs kunnen dan sleutelen aan oplossingen om ijsvorming tegen te gaan, bijvoorbeeld, door verwarmingssystemen te installeren die de oppervlakken van het vliegtuig verwarmen.
Er zijn veel andere tunneltypes die voor specifieke doeleinden zijn ontworpen. Sommige ontwerpen slaan palen of draden over om het model vast te zetten en gebruiken in plaats daarvan krachtige magneten die metalen modellen in het testgedeelte ophangen. Anderen bieden afstandsbedieningsdraden waarmee wetenschappers daadwerkelijk een modelvliegtuig binnen het testgebied kunnen "vliegen".
De Universiteit van Texas in Arlington's Aerodynamics Research Center heeft een zogenaamde boogstraaltunnel, die supersonische stromen van zeer heet gas genereert bij temperaturen tot 8, 540 graden Fahrenheit (4, 727 Celsius). Dit soort temperaturen zijn vooral handig voor NASA, die zijn ruimtevaartuig onderwerpt aan hoge temperaturen wanneer ze de atmosfeer van de aarde opnieuw binnengaan.
Sommige tunnels laten helemaal geen lucht toe en gebruiken in plaats daarvan water. Water stroomt net als lucht, maar het heeft een grotere dichtheid dan lucht en is beter zichtbaar, te. Die eigenschappen helpen wetenschappers om stromingspatronen rond onderzeeërs en scheepsrompen te visualiseren, of nog beter schokgolven zien die worden veroorzaakt door zeer snelle vliegtuigen en raketten.
Dus wat heeft het voor zin om al deze hete en koele lucht rond te blazen, hoe dan ook? Het is niet alleen zo dat wetenschappers hun nerd aan de praat kunnen krijgen -- op de volgende pagina, u zult zien hoe windtunnels ons helpen veel meer te doen dan vliegen.
Recreatieve dammen Verticale windtunnels (of VWT's) bewijzen dat windtunnels niet alleen voor werk zijn. VWT's laten mensen binnen skydiven (ook wel bodyflying ), een goede manier voor zowel beginners als professionals om veilig te leren parachutespringen en tegelijkertijd plezier te hebben.
Windtunnels bewijzen hun waarde " " Verticale windtunnels, zoals deze in China, laat parachutisten hun technieken binnenshuis oefenen. Getty Images Nieuws/Getty Images
Ingenieurs en productiespecialisten gebruiken windtunnels om niet alleen vliegtuigen en ruimtevaartuigen te verbeteren, maar een heel assortiment van industriële en consumentenproducten. autofabrikanten, vooral, sterk afhankelijk van windtunnels.
Het Aerodynamics Laboratory van General Motors heeft de grootste windtunnel voor het bestuderen van de aerodynamica van auto's. Sinds de bouw van de tunnel drie decennia geleden, de ingenieurs van het bedrijf hebben de luchtweerstandscoëfficiënt van hun voertuigen met ongeveer 25 procent verlaagd. Dat soort verbetering verhoogt het brandstofverbruik met twee tot drie mijl per gallon.
Fabrikanten van racewagens gebruiken de tunnels om de aerodynamica van de auto te verbeteren, vooral snelheid en efficiëntie, om hen te helpen een concurrentievoordeel te behalen. AeroDyn-windtunnel, bijvoorbeeld, is gevestigd in North Carolina en is gespecialiseerd in het testen van NASCAR-voorraadauto's op ware grootte en andere raceauto's en vrachtwagens. Een ander bedrijf, genaamd Windshear, is ook actief in North Carolina en is eigenaar van een geavanceerde gesloten tunnel met een ingebouwde rollende weg, dat is eigenlijk een enorme loopband voor auto's.
Elektronica-ingenieurs gebruiken kleine windtunnels om te zien hoe de luchtstroom de warmteopbouw in componenten beïnvloedt. Dan kunnen ze koelere computerchips en moederborden ontwerpen die langer meegaan. Beheerders van nutsbedrijven gebruiken windtunnels om windturbines te testen die worden gebruikt om elektriciteit op te wekken. Windtunnels helpen de turbines en hun wieken efficiënter te maken, effectief en duurzaam, zodat ze bestand zijn tegen constante, krachtige windstoten. Maar windtunnels helpen ingenieurs ook bij het bepalen van de lay-outs van windparken en de afstand tussen de turbines, om de efficiëntie te maximaliseren en tegelijkertijd de energiezuigende turbulentie te minimaliseren.
Windtunnels en testmodellen zijn niet goedkoop om te bouwen. Daarom deactiveren steeds meer organisaties hun windtunnels en stappen over op computermodellering (ook wel computationele vloeistofdynamica ), die nu vaak wordt gebruikt in plaats van fysieke modellen en tunnels. Bovendien, computers laten ingenieurs oneindig veel variabelen van het model en het testgedeelte aanpassen zonder tijdrovende (en dure) handmatige arbeid. Fysieke tunnels worden soms alleen gebruikt om de resultaten van computermodellering opnieuw te testen.
Bouwingenieurs gebruiken computermodellering voor windtechnische tests om hen te helpen bij het ontwerpen en bouwen van wolkenkrabbers, bruggen en andere constructies. Ze onderzoeken het samenspel van bouwvormen en materialen en wind om ze veiliger en sterker te maken.
Voor nu, Hoewel, windtunnels zijn nog steeds actief in gebruik over de hele wereld, het helpen van wetenschappers om veiligere en efficiëntere producten en voertuigen van alle soorten te maken. En zelfs als nieuwere virtuele technologieën uiteindelijk fysieke windtunnels vervangen, deze wonderen van techniek zullen altijd een plaats hebben in de geschiedenis van de ontwikkeling van de mensheid.
Veel meer informatie gerelateerde artikelen Rock You Like a Hurricane:The Ultimate Wind Tunnel Quiz
Hoe helpen windtunnels stock car chauffeurs?
5 manieren waarop de natuur technologie heeft geïnspireerd
Hoe aerodynamica werkt
Hoe vliegtuigen werken
Hoe bruggen werken
Hoe NASA werkt
Meer geweldige links De eerste windtunnels
Productie van Aerolab-windtunnels
iFly Indoor Skydiving
Duits-Nederlandse windtunnels
bronnen Toegang tot wetenschap van McGraw-Hill. "Wind tunnel." Accessscience.com. (30 mei, 2011). http://accessscience.com/abstract.aspx?id=746800&referURL=http%3a%2f%2faccessscience.com%2fcontent.aspx%3fid%3d746800
Analyse Tech website. "Halfgeleider thermische analysatoren." Analysetech.com. (30 mei, 2011). http://www.analysistech.com/semi-servo-wind-tunnel.htm
Arnolds Air Force Base persbericht. "Nationaal Full-Scale Aerodynamica Complex." Arnold.af.mil. 18 februari, 2009. (30 mei, 2011). http://www.arnold.af.mil/library/factsheets/factsheet.asp?id=13107
Baäls, Donald D. en Corliss, William R. "Windtunnels van NASA." National Aeronautics and Space Administration, 1981. (30 mei, 2011). http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/WindTunnel/history.html
Bodyflight startpagina. "Welkom bij BodyFlight." Bodyflight.nl. (30 mei, 2011). http://www.bodyflight.co.uk/
Bradshaw, Peter en Rabi Mehta. "Windtunnelontwerp." Standford.edu. 8 september 2003. (30 mei, 2011). http://www-htgl.stanford.edu/bradshaw/tunnel/index.html
Centennial of Flight website. "In de diepte:de windtunnel." Centennialofflight.gov. 2002. (30 mei, 2011). http://www.centennialofflight.gov/wbh/wr_experience/tunnel/math/index.htm
Colorado State Windlab. "Onderzoek &Dienstverlening." Windlab.colostaat.edu. 2008. (30 mei, 2011). http://www.windlab.colostate.edu/research_and_service.htm
Engineering laboratorium ontwerp. "Windtunnels." Eldinc.com. (30 mei, 2011). http://www.eldinc.com/wind/index.htm
Franklin Instituut. "De windtunnel." Fi.edu. (30 mei, 2011). http://fi.edu/flight/first/tunnelparts/index.html
Hartley-Parkinson, Richard. "Zeldzame glimp in 's werelds grootste windtunnel die windstoten blaast die twaalf keer zo snel zijn als geluid." Dailymail.nl. 8 februari 2011. (30 mei, 2011). http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-1353982/Rare-glimpse-worlds-biggest-wind-tunnel-blows-gusts-times-speed-sound.html
Hit, David. "Wat zijn windtunnels?" Nasa.gov. 27 april 2010. (30 mei, 2011). http://www.nasa.gov/audience/forstudents/k-4/stories/what-are-wind-tunnels-k4.html
Johns Hopkins-universiteit. "Betere turbineafstand voor windparken." ScienceDaily.com. 7 februari 2011. (30 mei, 2011). http://www.sciencedaily.com/releases/2011/01/110120111332.htm
Massachusetts Institute of Technology. "MIT's Wright Brothers-windtunnel." Web.mit.edu. (30 mei, 2011). http://web.mit.edu/aeroastro/labs/wbwt/index.html
NASA-factsheet. "NASA's windtunnels." Nasa.gov. mei 1992. (30 mei, 2011). http://www.nasa.gov/centers/langley/news/factsheets/WindTunnel.html
Massachusetts Institute of Technology. "Wright Brothers-faciliteit." Web.mit.edu. (30 mei, 2011). http://web.mit.edu/aeroastro/labs/wbwt/wbwtlong.html
Montagne, Rekening. "Aerodynamica in raceauto's uitgelegd." Circletrack.com. Augustus 2009. (30 mei, 2011). http://www.circletrack.com/ultimateracing/ctrp_0908_aerodynamics_in_race_cars_explained/index.html
NASA Glenn Research Center. "1901 Windtunnel." Grc.Nasa.gov. (30 mei, 2011). http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/wrights/tunnel.html
NASA/Ames-onderzoekscentrum. "NASA-tests lanceren Abort-systeem met supersonische snelheden." ScienceDaily.com. 27 juli 2010. (30 mei, 2011). http://www.sciencedaily.com/releases/2010/07/100726141603.htm
NASA/Ames-onderzoekscentrum. "NASA gaat windturbine testen in 's werelds grootste windtunnel." ScienceDaily.com. 7 april 2000. (30 mei, 2011). http://www.sciencedaily.com/releases/2000/04/000406090140.htm
Onera website. "Capaciteiten." Windtunnel.onera.fr. (30 mei, 2011). http://windtunnel.onera.fr/capabilities
Puur, Jason. "NASA streeft naar 'Whisper Mode' in 's werelds grootste windtunnel." bedraad.com. 10 juni 2010. (30 mei, 2011). http://www.wired.com/autopia/2010/06/nasa-whisper-mode/
RailTech Arsenal. "Klimatologische windtunnel Wenen." Rta.co.at. (30 mei, 2011). http://www.rta.co.at/
Riso Nationaal Laboratorium voor Duurzame Energie. "Flexibele achterrand voor bladen om windenergie goedkoper te maken." ScienceDaily.com. 7 april 2011. (30 mei, 2011). http://www.sciencedaily.com/releases/2011/04/110407093236.htm
Rumerman, Judy. "De eerste windtunnels." Centennialofflight.gov. (30 mei, 2011). http://www.centennialofflight.gov/essay/Evolution_of_Technology/first_wind_tunnels/Tech34.htm
RWDI-website. "Overzicht windtunnels." Rwdi.com. (30 mei, 2011). http://www.rwdi.com/resource/wind_tunnels
Toyota Motorsport-site. "Windtunnel- en ondersteuningsdiensten." Toyota-motorsport.com. (30 mei, 2011). http://www.toyota-motorsport.com/services/wind-tunnel-support-services/wind-tunnels.html
Universiteit van Michigan Engineering. "Windtunnels." Lucht- en ruimtevaarttechniek.umich.edu. (30 mei, 2011). http://aerospace.engin.umich.edu/facilities/windTunnels.html
Amerikaanse Centennial of Flight Commission. "Wind tunnel." Centennialofflight.gov. (30 mei, 2011). http://www.centennialofflight.gov/essay/Dictionary/wind_tunnel/DI46.htm
wert, Straal. "Een kijkje in 's werelds grootste autowindtunnel." Jalopnik.com. 5 augustus 2010. (30 mei, 2011). http://jalopnik.com/5605286/a-look-inside-the-worlds-largest-automotive-wind-tunnel
Wind Tunnel Skydiving startpagina. "Verticale windtunnel parachutespringen voor geavanceerde training in vrije val." Windtunnelskydiving.com. (30 mei, 2011). http://www.windtunnelskydiving.com/vertical-wind-tunnel-skydiving.html