Die leistungsstärksten Windkanäle der Welt

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 üblicherweise aus einer langen, schmalen Röhre, in die Luft mithilfe verschiedener Methoden, beispielsweise eines starken Ventilators, eingeleitet wird. Das zu testende Modell oder Objekt wird in die Röhre gelegt. Der Luftstrom wird kontrolliert, um seine Wirkung auf das Objekt unter verschiedenen Bedingungen, wie beispielsweise wechselnden Windgeschwindigkeiten, zu untersuchen. Windkanäle wurden erstmals im späten 19. Jahrhundert entwickelt und finden heute in vielen Branchen breite Anwendung. Beispielsweise werden in Windkanälen der Automobilindustrie die Aerodynamik von Autos, Rennwagen, Lastwagen und anderen Fahrzeugen getestet.

Im Bauingenieurwesen testen Windkanäle die strukturelle Festigkeit von Gebäuden und Infrastrukturprojekten. Sie tragen auch dazu bei, Flugzeug- und Raketenkonstruktionen für sicherere und effizientere Flüge zu optimieren. Hier sind die leistungsstärksten Windkanäle der Welt laut Interesting Engineering .

1. JF-22

Der Windkanal der JF-22 simuliert die Bedingungen beim Wiedereintritt des Raumfahrzeugs in die Atmosphäre. Foto: CCTV

Der JF-22 ist der leistungsstärkste Hyperschall-Windkanal der Welt. Er wurde am Institut für Maschinenbau der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (IMCAS) nördlich von Peking gebaut und kann Geschwindigkeiten von bis zu Mach 30 (37.044 km/h bzw. 10,3 km/s) erreichen.

Der JF-22 kommt ohne Ventilator aus, da dieser einen so schnellen Luftstrom nicht erzeugen kann. Stattdessen erzeugt der Windkanal durch zeitgesteuerte Explosionen Stoßwellen, die sich gegenseitig reflektieren und in einem einzigen Punkt in einem 167 Meter langen Rohr mit vier Metern Durchmesser zusammenlaufen. Der JF-22 kann 15 Gigawatt (GW) Leistung liefern – das entspricht 70 Prozent der Kapazität des Drei-Schluchten-Damms, dem größten Wasserkraftwerk der Welt, im chinesischen Yichang.

2. JF-12

Die JF-12 gilt oft als Vorgängerin der JF-22, einem offenen Windkanal. Wie der neueste Windkanal der JF-22 nutzt auch die JF-12 Stoßwellen, um Fluggeschwindigkeiten von Mach 5 (6.174 km/h) bis Mach 9 (11.174 km/h) in Höhen zwischen 25.000 und 50.000 m zu erzeugen.

Die JF-12 wurde zwischen 2008 und 2012 vom Institut für Maschinenbau im Rahmen des IMCAS gebaut und war laut einem Bericht des China Aerospace Research Institute von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung des chinesischen Hyperschallgleitfahrzeugs DF-ZF. Die JF-12 ist neben der JF-22 noch immer im Einsatz.

3. T-117 TsAGI Überschall-Windkanal

TsAGI T-117 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 Hochdruckgas schnell in den verbleibenden Bereich des Windkanals abgelassen wird, um einen Gasstrom zu erzeugen. Zwei separate Elektroöfen, die je nach Experiment abmontiert werden können, erhitzen den Gasstrom.

Ein Ofen erzeugt mit zwei Lichtbögen eine maximale Leistung von 25 Megawatt, der andere mit einem Lichtbogen eine maximale Leistung von 2,5 Megawatt. Die Luft in den Öfen wird zwischen zwei parallel ausgerichteten Elektroden erhitzt, wodurch die Lichtbögen entstehen. Die Lichtbögen rotieren dann aufgrund eines Magnetfelds und erwärmen die zwischen den Elektroden strömende Luft.

Auf diese Weise kann die 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) erreichen. Im Jahr 2018 wurde die T-117 TsAGI eingesetzt, um das Hyperschallflugregime des Föderationsraumfahrzeugs zu testen, einem Projekt der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos, das das Sojus-Raumfahrzeug bei verschiedenen Missionen in der niedrigen Erd- und Mondumlaufbahn ersetzen soll.

4. Hyperschalltunnelanlage (HTF)

Die Hypersonic Tunnel Facility (HTF) befindet sich in der Neil Armstrong Test Facility der NASA, einem Teil des Glenn Research Center in Sandusky, Ohio. Ursprünglich für den Test von nuklearthermischen Raketendüsen im Rahmen des Nuclear Propulsion for Vehicle Applications (NERVA)-Programms errichtet, ist die Anlage heute auf die Erprobung großangelegter Hyperschall-Saugantriebe bei Geschwindigkeiten von Mach 5 (6.174 km/h) bis Mach 7 (8.644 km/h) spezialisiert und simuliert realistische Flughöhen (110.000 Fuß).

Der Prüfbereich im HTF ist von 3,05 m bis 4,27 m einstellbar. Dort erhitzt ein Wärmeladeofen mit Graphitkern Stickstoffgas, das anschließend bei Raumtemperatur mit Sauerstoff und Stickstoff gemischt wird, um eine naturgetreue, schadstofffreie künstliche Luft zu erzeugen. Die Temperatur der künstlichen Luft wird entsprechend den spezifischen Anforderungen des Tests geregelt. Je nach Betriebsbedingungen kann der HTF jeweils 5 Minuten lang betrieben werden.

5. Einheitlicher Plan-Windkanal (UPWT)

Ein Modell der Space Launch System-Rakete wurde im Unterschall-Windkanal des UPWT getestet. Foto: NASA

Der Unitary Plan Wind Tunnel (UPWT) ist einer der größten noch in Betrieb befindlichen Windkanäle der Welt. Die Anlage befindet sich im Ames Research Center der NASA in Moffet Field, Kalifornien. Seit seiner Fertigstellung 1955 dient der Unitary Plan Wind Tunnel (UPWT) der Erprobung sowohl konventioneller Flugzeuge (kommerzieller und militärischer Art ) als auch Raumfahrzeuge (wie beispielsweise des ausgemusterten Space Shuttles der NASA). Der Tunnel spielte eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung der Boeing-Flugzeugflotte sowie des Kampfflugzeugs 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. Letzterer kann Geschwindigkeiten von bis zu Mach 3,5 (4.321 m) erreichen. Alle Kanäle werden von vier 65.000 PS starken elektromagnetischen Wicklungsmotoren mit 7.200 Volt angetrieben.

An Khang (laut Interesting Engineering )

Quellenlink: https://vnexpress.net/nhung-duong-ham-gio-manh-nhat-the-gioi-4733176.html