أقوى أنفاق الرياح في العالم

[إعلان 1]

أصبحت أنفاق الرياح ركيزة أساسية في صناعة الطيران والفضاء، حيث تساعد في اختبار الديناميكا الهوائية لعدد لا يحصى من الطائرات والصواريخ.

نفق الرياح هو جهاز يحاكي تدفق الهواء عبر الأجسام. يتكون النظام عادةً من أنبوب طويل وضيق، يُدخل فيه الهواء بطرق مختلفة، مثل مروحة قوية. يُوضع النموذج أو الجسم المراد اختباره داخل الأنبوب. يتم التحكم في تدفق الهواء لدراسة تأثيره على الجسم في ظل ظروف مختلفة، مثل تغير سرعة الرياح. طُوّرت أنفاق الرياح لأول مرة في أواخر القرن التاسع عشر، وتُستخدم الآن على نطاق واسع في العديد من الصناعات. على سبيل المثال، تُستخدم أنفاق الرياح في صناعة السيارات لاختبار الديناميكية الهوائية للسيارات، وسيارات السباق، والشاحنات، وغيرها من المركبات.

في الهندسة المدنية، تختبر أنفاق الرياح المتانة الهيكلية للمباني ومشاريع البنية التحتية. كما أنها تساعد في تحسين تصميمات الطائرات والصواريخ لضمان طيران أكثر أمانًا وكفاءة. إليكم أقوى أنفاق الرياح في العالم اليوم، وفقًا لمجلة "إنتيريستنج إنجينيرينغ" .

1. جيه إف-22

يُحاكي نفق الرياح JF-22 بيئة عودة المركبة الفضائية إلى الغلاف الجوي. الصورة: CCTV — يُحاكي نفق الرياح JF-22 بيئة عودة المركبة الفضائية إلى الغلاف الجوي. الصورة: *CCTV*

طائرة JF-22 هي أقوى نفق رياح فرط صوتي في العالم. بُنيت في معهد الهندسة الميكانيكية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم (IMCAS) شمال بكين، ويمكنها الوصول إلى سرعات تصل إلى 30 ماخ (37,044 كم/ساعة أو 10.3 كم/ثانية).

لا تستخدم طائرة JF-22 مروحة، مما يحول دون توليد تدفق هواء بهذه السرعة العالية. وبدلاً من ذلك، يستخدم نفق الرياح انفجارات موقوتة لإنتاج موجات صدمية تنعكس عن بعضها البعض وتتجمع في نقطة واحدة داخل أنبوب قطره 4 أمتار وطوله 167 مترًا. تستطيع طائرة JF-22 توليد 15 جيجاواط من الطاقة، أي ما يعادل 70% من سعة سد الخوانق الثلاثة، أكبر سد كهرومائي في العالم، في ييتشانغ، الصين.

2. جيه إف-12

غالبًا ما تُعتبر طائرة JF-12 سلفًا لطائرة JF-22، وهي طائرة ذات نفق هوائي مفتوح الدائرة. وكما هو الحال في أحدث نفق هوائي من JF-22، تستخدم JF-12 موجات الصدمة لخلق ظروف طيران تتراوح سرعتها بين 5 ماخ (6,174 كم/ساعة) و9 ماخ (11,174 كم/ساعة)، على ارتفاعات تتراوح بين 25,000 و50,000 متر.

صُنعت طائرة JF-12، التي بناها معهد الهندسة الميكانيكية التابع لمعهد IMCAS بين عامي 2008 و2012، في إطار تطوير مركبة الانزلاق الأسرع من الصوت الصينية DF-ZF، وفقًا لتقرير صادر عن معهد أبحاث الفضاء الصيني. ولا تزال طائرة JF-12 في الخدمة إلى جانب طائرة JF-22.

3. نفق الرياح الأسرع من الصوت T-117 TsAGI

نفق الرياح TsAGI T-117. الصورة: تساجي — نفق الرياح TsAGI T-117. الصورة: *تساجي*

T-117 TsAGI هو نفق رياح فائق السرعة، بُني في المعهد المركزي للديناميكا الهوائية والهيدروديناميكية في موسكو، روسيا، في سبعينيات القرن الماضي. يعمل النظام على مبدأ النفخ، حيث يُطلق غاز عالي الضغط بسرعة إلى المساحة المتبقية من نفق الرياح لتوليد تدفق غازي. يقوم فرنان كهربائيان منفصلان، يمكن إزالتهما حسب التجربة، بتسخين تدفق الغاز.

يستخدم أحد الفرنين قوسين كهربائيين لإنتاج طاقة قصوى تبلغ 25 ميغاواط، بينما يستخدم الآخر قوسًا واحدًا لإنتاج طاقة قصوى تبلغ 2.5 ميغاواط. يُسخّن الهواء داخل الفرنين بين قطبين كهربائيين متوازيين على نفس المحور، مما يُنتج الأقواس. ثم تدور الأقواس بفعل مجال مغناطيسي، مما يُسخّن الهواء المار بين القطبين.

بهذه الطريقة، يُمكن لطائرة T-117 TsAGI محاكاة درجات الحرارة العالية التي تواجهها المركبات الأسرع من الصوت أثناء الطيران، مع توليد سرعات تجريبية تتراوح بين 5 ماخ (6,174 كم/ساعة) و10 ماخ (12,348 كم/ساعة). في عام 2018، استُخدمت طائرة T-117 TsAGI لاختبار نظام الطيران الأسرع من الصوت لمركبة الاتحاد الفضائية، وهو مشروع لوكالة الفضاء الروسية روسكوزموس ليحل محل مركبة سويوز في مهام مختلفة في مدارات أرضية وقمرية منخفضة.

4. منشأة النفق الأسرع من الصوت (HTF)

يقع مرفق نفق فرط الصوت (HTF) في منشأة نيل أرمسترونغ للاختبار التابعة لناسا، وهي جزء من مركز جلين للأبحاث في ساندوسكي، أوهايو. بُني المرفق في الأصل لاختبار فوهات الصواريخ الحرارية النووية ضمن برنامج الدفع النووي لتطبيقات المركبات (NERVA)، وهو الآن متخصص في اختبار أنظمة الدفع الفرط صوتي واسعة النطاق بسرعات تتراوح بين 5 ماخ (6,174 كم/ساعة) و7 ماخ (8,644 كم/ساعة)، مع محاكاة ارتفاعات واقعية (110,000 قدم).

يمكن تعديل مساحة الاختبار في وحدة الاحتراق الحراري (HTF) من 3.05 متر مربع إلى 4.27 متر مربع. هناك، يُسخّن فرن شحن حراري ذو قلب من الجرافيت غاز النيتروجين، الذي يُخلط بعد ذلك بالأكسجين والنيتروجين في درجة حرارة الغرفة لإنتاج هواء صناعي طبيعي وخالٍ من التلوث. تُضبط درجة حرارة الهواء الصناعي لتلبية المتطلبات المحددة للاختبار. يمكن تشغيل وحدة الاحتراق الحراري لمدة 5 دقائق متواصلة، حسب ظروف التشغيل.

5. نفق الرياح ذو الخطة الموحدة (UPWT)

نموذج لصاروخ نظام الإطلاق الفضائي الذي تم اختباره في نفق الرياح دون الصوتي (UPWT). الصورة: ناسا — نموذج لصاروخ نظام الإطلاق الفضائي الذي تم اختباره في نفق الرياح دون الصوتي (UPWT). الصورة: *ناسا*

يُعد نفق الرياح الموحد (UPWT) أحد أكبر أنفاق الرياح العاملة في العالم. يقع المرفق في مركز أبحاث أميس التابع لناسا في موفيت فيلد، كاليفورنيا. منذ اكتماله عام ١٩٥٥، ساعد نفق الرياح الموحد (UPWT) في اختبار الطائرات التقليدية (التجارية والعسكرية ) والمركبات الفضائية (مثل مكوك الفضاء المتقاعد التابع لناسا). لعب النفق دورًا رئيسيًا في تطوير أسطول طائرات بوينغ، بالإضافة إلى مقاتلة إف-١١١ وقاذفة بي-١ لانسر.

يتكون نظام UPWT من ثلاثة أنفاق رياح مغلقة الدائرة: نفق رياح دون سرعة الصوت (TWT) بأبعاد 3.4 × 3.4 متر، ونفق رياح أسرع من الصوت بأبعاد 2.7 × 2.1 متر، ونفق رياح أسرع من الصوت بأبعاد 2.4 × 2.1 متر. يصل نفق الرياح الأخير إلى سرعات تصل إلى 3.5 ماخ (4,321 مترًا). جميعها تعمل بأربعة محركات كهرومغناطيسية ذات دوار ملفوف بقوة 65,000 حصان، تعمل بجهد 7,200 فولت.

آن كانج (وفقًا للهندسة المثيرة للاهتمام )

[إعلان 2]
رابط المصدر