Windkanäle sind zu einer tragenden Säule der Luft- und Raumfahrtindustrie geworden und helfen dabei, die Aerodynamik unzähliger Flugzeuge und Raketen zu testen.
Ein Windkanal ist eine Maschine, die den Luftstrom durch Objekte simuliert. Das System besteht immer aus einem langen, schmalen Rohr, in das Luft auf verschiedene Weise, beispielsweise durch einen leistungsstarken Ventilator, eingeleitet wird. Das zu testende Modell oder Objekt wird in das Rohr gelegt. Der Luftstrom wird kontrolliert, um seine Wirkung auf das Objekt unter verschiedenen Bedingungen, beispielsweise bei wechselnden Windgeschwindigkeiten, zu untersuchen. Windkanäle wurden erstmals im späten 19. Jahrhundert entwickelt und werden heute in vielen Branchen eingesetzt. In Windkanälen der Automobilindustrie wird beispielsweise die Aerodynamik von Autos, Rennwagen, Lastwagen und anderen Fahrzeugen getestet.
Im Bauingenieurwesen wird die strukturelle Stabilität von Gebäuden und Infrastrukturprojekten in Windkanälen getestet. Sie tragen auch dazu bei, Flugzeug- und Raketendesigns für sicherere und effizientere Flüge zu optimieren. Nachfolgend finden Sie laut Interesting Engineering die leistungsstärksten Windkanäle der Welt .
1. JF-22
Der Windkanal des JF-22 kann die Umgebung simulieren, wenn das Raumfahrzeug wieder in die Atmosphäre eintritt. Foto: CCTV
JF-22 ist der leistungsstärkste Überschall-Windkanal der Welt. Der am Institut für Maschinenbau der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (IMCAS) nördlich von Peking gebaute JF-22 kann Geschwindigkeiten von bis zu Mach 30 (37.044 km/h oder 10,3 km/s) erreichen.
Der JF-22 verwendet keinen Lüfter, da dieser keinen so schnellen Luftstrom erzeugen kann. Stattdessen werden im Windkanal zeitgesteuerte Explosionen verwendet, um Stoßwellen zu erzeugen, die sich gegenseitig reflektieren und an einem Punkt in einer 167 Meter langen Röhre mit einem Durchmesser von vier Metern zusammenlaufen. Der JF-22 kann 15 Gigawatt (GW) Leistung liefern, was 70 % der Kapazität des Drei-Schluchten-Damms entspricht, dem weltweit größten Wasserkraftwerk im chinesischen Yichang.
2. JF-12
Der JF-12 wird oft als Vorgänger des JF-22 angesehen, bei dem es sich um einen Windkanal mit offenem Kreislauf handelt. Wie der neueste Windkanal der JF-22 nutzt auch die JF-12 Stoßwellen, um Flugbedingungen von Mach 5 (6.174 km/h) bis Mach 9 (11.174 km/h) in Höhen von 25.000 bis 50.000 m zu erzeugen.
Der JF-12 wurde von 2008 bis 2012 vom Institute of Mechanical Engineering unter IMCAS gebaut und war laut einem Bericht des China Aerospace Research Institute von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung des chinesischen Hyperschallgleitfahrzeugs DF-ZF (HGV). Die JF-12 ist weiterhin parallel zur JF-22 im Einsatz.
3. T-117 TsAGI Überschall-Windkanal
T-117 TsAGI Windkanal. Foto: TsAGI
Der T-117 TsAGI ist ein großer Überschall-Windkanal, der in den 1970er Jahren am Zentralen Hydro-Aerodynamischen Institut in Moskau, Russland, gebaut wurde. Das System arbeitet nach dem Blowdown-Prinzip, bei dem unter hohem Druck stehendes Gas schnell in den restlichen Bereich des Windkanals abgelassen wird, um eine Strömung zu erzeugen. Zwei separate Elektroöfen, die je nach Experiment abgeschaltet werden können, erhitzen den Gasstrom.
Ein Ofen verwendet zwei Lichtbögen, um eine maximale Leistung von 25 Megawatt bereitzustellen, während der andere Ofen einen Lichtbogen für eine maximale Leistung von 2,5 Megawatt verwendet. Die Luft im Ofen wird zwischen zwei Elektroden erhitzt, die in einer geraden Linie entlang derselben Achse angeordnet sind, wodurch ein Lichtbogen entsteht. Der Lichtbogen rotiert dann aufgrund des Magnetfelds und erwärmt die zwischen den Elektroden strömende Luft.
Auf diese Weise kann der T-117 TsAGI die hohen Temperaturen simulieren, denen Hyperschallfahrzeuge während des Fluges ausgesetzt sind, und gleichzeitig Testgeschwindigkeiten von Mach 5 (6.174 km/h) bis Mach 10 (12.348 km/h) erzeugen. Im Jahr 2018 wurde die T-117 TsAGI zum Testen des Hyperschallflugregimes des Raumfahrzeugs Föderation eingesetzt, einem Projekt der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos, das das Raumfahrzeug Sojus bei verschiedenen Missionen in niedrigen Erd- und Mondumlaufbahnen ersetzen soll.
4. Hyperschalltunnelanlage (HTF)
Die Hypersonic Tunnel Facility (HTF) befindet sich in der Neil Armstrong Test Facility der NASA im Glenn Research Center in Sandusky, Ohio. Ursprünglich wurde die Anlage für den Test thermonuklearer Raketendüsen im Rahmen des Programms „Nuclear Propulsion for Rocket Vehicle Applications“ (NERVA) errichtet. Heute ist sie auf die Erprobung groß angelegter Hyperschall-Saugantriebssysteme bei Geschwindigkeiten von Mach 5 (6.174 km/h) bis Mach 7 (8.644 km/h) spezialisiert und simuliert dabei realistische Flughöhen (36.500 m).
Der Prüfbereich im HTF ist von 3,05 m bis 4,27 m einstellbar. Dort erhitzt ein Elektroofen mit Graphitkern Stickstoffgas, das dann bei Raumtemperatur mit Sauerstoff und Stickstoff gemischt wird, um schadstofffreie künstliche Luft in realen Anteilen zu erzeugen. Die Temperatur der künstlichen Luft wird geregelt, um die spezifischen Anforderungen des Tests zu erfüllen. HTF kann je nach Betriebsbedingungen alle 5 Minuten betrieben werden.
5. Einheitlicher Plan-Windkanal (UPWT)
Unterschall-Windkanal-Testraketenmodell des UPWT-Systems. Foto: NASA
Der Unitary Plan Wind Tunnel (UPWT) ist einer der größten in Betrieb befindlichen Windkanäle der Welt. Die Einrichtung befindet sich im Ames Research Center der NASA in Moffet Field, Kalifornien. Seit seiner Fertigstellung im Jahr 1955 wurde der Unitary Plan Wind Tunnel (UPWT) zum Testen sowohl konventioneller Flugzeuge (kommerzieller und militärischer Art ) als auch von Raumfahrzeugen (wie beispielsweise dem ausgemusterten Space Shuttle der NASA) verwendet. Der Tunnel spielte eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung der Boeing-Flugzeugflotte, darunter des Kampfjets F-111 und des Bombers B-1 Lancer.
UPWT besteht aus drei geschlossenen Windkanälen: einem 3,4 x 3,4 m großen Unterschall-Windkanal (TWT), einem 2,7 x 2,1 m großen Überschall-Windkanal und einem 2,4 x 2,1 m großen Überschall-Windkanal. Der letzte Windkanal kann Geschwindigkeiten von bis zu Mach 3,5 (4.321 m) erreichen. Alle werden von vier 65.000 PS starken elektromagnetischen Schleifringläufermotoren mit 7.200 Volt angetrieben.
An Khang (laut Interesting Engineering )
[Anzeige_2]
Quellenlink
Kommentar (0)