Tunele Aerodynamiczne Grzegorz Makowski Grzegorz Walczyk MiBM gr 4 sem 6

Tunel aerodynamiczny jest podstawowym urządzeniem badawczym aerodynamiki doświadczalnej. Jest to rodzaj kanału o zamkniętym lub otwartym obiegu, w którym za pośrednictwem wentylatorów napędzanych przez silniki wywoływany jest jednorodny strumień powietrza, w którym umieszcza się badane obiekty

Tunel aerodynamiczny Służy do badań zachowania się strug powietrza opływającego badany przedmiot. Powietrze to jest często zabarwiane, aby gołym okiem zobaczyć strugi. Nowoczesne tunele są naszpikowane różnego rodzaju czujnikami potrzebnymi do szczegółowego obrazowania danych.

W tunelach aerodynamicznych bada się najróżniejsze przedmioty takie jak: Samoloty Samochody Poszczególne części maszyn Budynki Mosty (A nawet całe miasta) Elementy ubioru sportowców oraz ich postawy w czasie ruchu Rozstaw drzew i intensywność zalesienia w celu ochrony danego obszaru przed nadmiernym wiatrem Itp. itd.

Przykładowy model samochodu w tunelu wiatrowym

Początki tuneli wiatru Otóż wszystko zaczęło się w 1870 roku naukowcy zrozumieli, że nie było znaczenia, czy przedmiot był stacjonarny ( nieruchomy ) i powietrze działało na przedmiot poprzez dmuchawy czy jeśli przedmiot poruszał się w przestrzeni powietrznej. Bowiem wynikłe siły byłyby w jednym jak w drugim przypadku takie same. Odkrycie tego warunku ułatwiło badania nad zjawiskami działającymi np. na skrzydło samolotu

Tak też pierwszy tunel aerodynamiczny powstał w 1871 r Tak też pierwszy tunel aerodynamiczny powstał w 1871 r. w Wielkiej Brytanii zbudował go F. Wenham. Był to tunel otwarty przelotowy. Pierwszy tunel do zastosowań lotniczych zbudował również Brytyjczyk H. Maxim było to w roku 1890. Natomiast w 1907r. Powstał pierwszy tunel o zamkniętym obiegu. Zaprojektował go L. Prandtl.

Polskie tunele aerodynamiczne W latach 1920- 1940, w okresie intensywnego rozwoju lotnictwa. Powstało bardzo wiele tych urządzeń; między innymi przed II wojną światową w instytucie Aerodynamiki przy Politechnice warszawskiej działało 10 tuneli, największy z nich miał średnicę 2,5 m . Obecnie największy polski Tunel aerodynamiczny zanjduje się w Instytucie Lotnictwa w Warszawie, wybudowany po II wojnie światowej ma przestrzeń pomiarową o średnicy 5m. Zasilany jest silnikiem prądu stałego o mocy 1,5 MW poruszającym 8- łopatowym wentylatorem o średnicy 7 m. przy 500 obrotach na minutę uzyskuje się prędkość 57m/s.

Początkowo tunele były prostymi urządzeniami badawczymi

Jednymi z badaczy korzystającymi z tunelów aerodynamicznych byli bracia Wright zbudowali oni w 1901 roku tunel powietrzny o niewielkich rozmiarach do testowania modeli skrzydeł aeroplanów

Mimo bardzo intensywnego rozwoju technik obliczeniowych stosowanych do modelowania opływu samolotów, nadal zachodzi potrzeba prowadzenia badań eksperymentalnych w Tunelach aerodynamicznych, szczególnie przy budowie wielkich samolotów komunikacyjnych. W tym celu powstał w latach 90 XX w. European Transonic Windtunnel w Koloni. Jest to tunel kriogeniczny o ciśnieniowym obiegu zamkniętym . Gazem roboczym jest azot, którego temperatura może być obniżona do -163° C (110K). Tunel ten jest napędzany dwustopniowym wentylatorem z silnikiem 50 MW

European Transonic Windtunnel w Koloni

W mechanice płynów często przeprowadza się eksperymenty na modelach w tunelach aerodynamicznych Korzystając z modelu można znacznie zmniejszyć wymiary tunelu jednak przeniesienie wyników pomiarów z modelu na obiekt rzeczywisty wymaga spełnienia podobieństw - geometrycznych ( zachowując odpowiednią skale) - dynamicznych ( spełnić równości liczb kryterialnych)

Tak więc często stosuje się pomniejszone modele rzeczywistych obiektów np. samolotów

Jak i obiektów o naturalnych wymiarach

Przykładowe badania w tunelach powietrznych Opływ skrzydła samolotu Opływ skrzydła przy małych liczbach Re (prędkość podkrytyczna) charakteryzuje się znacznym oderwaniem strug opływających skrzydło, dzieje się tak na skutek małej energii opływu powietrza, objawia się to znacznym obniżeniem doskonałości skrzydła (wzrost oporu i zmniejszenie siły nośnej) przykład pokazuje górny rys.

Prowadząc badania i obserwacje w tunelu wiatru możemy stwierdzić że w takim przypadku celowe może być zastosowanie turbulatora lub zwiększenie chropowatości powierzchni w okolicach krawędzi natarcia skrzydła. Turbulator pochłania co prawda część energii, ale powodując zaburzenia warstwy przyściennej “przysysa” strugi powietrza opływające skrzydło. Powoduje to znaczne zmniejszenie oporu skrzydła i zwiększenie siły nośnej.

Obserwacje zjawisk jakimi są wiry brzegowe w tunelach dało szansę odnalezienia metod które znaczne zmniejszyły ich złe oddziaływanie podczas lotu

Koniec