تونل باد (Wind Tunnel) 3

[amir315hossein]

شکل زیر نمونه‌ای از یک تونل باد مدار باز را به تصویر کشیده است.
تونل باد مدار باز
«وین‌های گوشه» (Corner Vanes)، ابزاری برای هدایت و مستقیم کردن جریان هوا در گوشه‌های یک تونل باد هستند و از آشفته شدن جریان در این نواحی جلوگیری می‌کنند.
وین‌ گوشه در یک تونل باد
هوای عبوری از مقطع تست تونل باد باید رژیم «لایه‌ای» (Laminar) را تجربه کند. برای جلوگیری از توربولانس شدن جریان در این مقطع، از یک سری مقاطع بسته استفاده می‌شود که این مقاطع به صورت عمودی و افقی مطابق شکل زیر در فاصله نزدیک از هم قرار گرفتند. در واقع سیال قبل از ورود به محفظه تست، از درون حفره‌هایی به شکل لانه زنبور عبور می‌کنند که این حفره‌ها هانی کامب‌ نامیده می‌شوند و در شکل زیر شیوه استفاده از آن‌ها در تونل باد نشان داده شده است. نکته مهم در رابطه با هانی‌کامب‌ها این است که طراحی و ساخت باید طوری صورت بگیرد که طول هانی‌کامب‌ها حداقل شش برابر قطرشان باشد.
هانی کامب تونل باد هانی کامب تونل باد
یک وین دیگر در نقطه‌ای از تونل باد قرار می‌گیرد که «بریزر» (Breather) نامیده می‌شود. وظیفه این عضو تونل باد این است که فشار داخلی را طوری تنظیم کند که با افزایش دمای سیال، فشار آن افزایش نیابد. مکان بهینه برای قرار گرفتن این عضو، مکانی است که فشار هوای داخلی در نزدیکی فشار اتمسفر قرار داشته باشد و معمولا در پایین دست مقطع تست قرار داده می‌شود.
یکی دیگر از اجزای اصلی و حیاتی تونل باد، خنک کننده است. مبدل حرارتی در آرام‌ترین نقطه تونل قرار می‌گیرد تا افت فشار را به حداقل برساند و بازده انتقال حرارت را افزایش دهد.
اکثر تونل‌های باد مدار بسته، از فن‌های محوری استفاده می‌کنند و باعث افزایش فشار استاتیک می‌شوند. طراحی فن‌های محوری برای تونل‌های باد، امری بسیار پیچیده است و این موضوع، دلیل استفاده از فن‌هایی با طراحی خاص در تونل‌های باد فرمول یک است. این فن‌ها به صورت گسترده با هدف افزایش بازده و کاهش اثرات دیواره طراحی می‌شوند.
فن محوری در یک تونل باد فن محوری تونل باد ناسا
تونل‌های باد چگونه به طراحی فضاپیماها کمک می‌کنند؟
ناسا فضاپیماها و راکت‌ها را نیز با استفاده از تونل‌های باد مورد آزمایش قرار می‌دهد. همانطور که می‌دانید فضاپیماها، ماشین‌هایی هستند که برای عمل در فضا طراحی شدند و در فضا هیچ اتمسفری وجود ندارد. این ماشین‌ها برای آن‌که به فضا برسند، باید از اتمسفر عبور کنند. علاوه بر این، تمامی ماشین‌هایی که انسان‌ها را به فضا می‌برند، برای بازگشت به زمین نیز باید از اتمسفر عبور کنند.
ناسا برای تست کردن میزان امنیت فضاپیماهایی که انسان‌ها و تجهیزات را به فضا می‌برند، فضاپیماها را درون تونل باد مورد آزمایش قرار می‌دهد. نکته دیگر این است که، آزمایش تونل باد روی این ابزار و تجهیزات برای اطمینان از صحت کامل آن‌ها هنگام ورود به زمین نیز صورت می‌گیرد.
علاوه بر موارد ذکر شده، تونل‌های باد به مهندسان کمک می‌کند تا فضاپیماهایی را با طراحی مناسب جهت کار کردن در سیاره‌های دیگر، تولید کنند. برای مثال، مریخ اتمسفر سبکی دارد و شیوه رفتار فضاپیما در این شرایط، نقش بسیار مهمی در طراحی آن‌ها بازی می‌کند. بنابراین همانطور که اشاره شد، طراحی مناسب یک فضاپیما امری بسیار مهم است و باید طراحی فضاپیما طوری صورت بگیرد که در شرایط مختلف جو و تغییرات آن، عملکرد مناسبی از خود نشان بدهد و رسیدن به این هدف، جز با انجام آزمایشات مختلف در تونل‌های باد امکان پذیر نخواهد بود. بنابراین فضاپیما و چتر نجات مورد استفاده فضانوردان برای شبیه‌سازی شرایط اتمسفر مریخ، در یک تونل باد مورد آزمایش قرار می‌گیرند. شکل زیر مدل یک شاتل که در تونل باد مورد آزمایش قرار گرفته است را به تصویر کشیده است.
مدل شاتل فضایی در تونل باد
ناسا انواع مختلفی از تونل‌های باد را برای انجام آزمایش‌های گوناگون مورد استفاده قرار می‌دهد. برخی از این تونل‌های باد، اندازه‌ای برابر با چند سانتی متر مربع دارند و برخی از آن‌ها به اندازه‌ای بزرگ هستند که یک هواپیما با اندازه واقعی در آن تست می‌شود. عده‌ای از این تونل‌های باد، هوایپماها را در سرعت‌های بسیار پایین مورد آزمایش قرار می‌دهند و عده‌ای دیگر هواپیماها را در سرعت‌های مافوق صوت، تست می‌کنند.
همانطور که بیان شد، تونل باد، ابزاری است که از آن برای مطالعه برخورد هوا با یک جسم استفاده می‌شود و حضور تونل‌های باد، به طراحی و ساخت دقیق ابزارها و ماشین‌های مختلف در علم آیرودینامیک کمک بسیار زیادی کرده است. همچنین حضور این تونل‌ها باعث پیشرفت در ورزش‌هایی شده که سرعت در آن‌ها اهمیت بسیار زیادی دارد.
این مطلب به صورت دقیق تونل‌های باد و روابط حاکم بر آن‌ها را مورد بررسی قرار داده است. همچنین انواع توربین‌های باد و اجزای مختلف آن‌ها نیز با بیان جزئیات مورد بررسی قرار گرفته‌اند.