Los túneles de viento se han convertido en un pilar de la industria aeroespacial, ayudando a probar la aerodinámica de innumerables aeronaves y cohetes.
Un túnel de viento es una máquina que simula el flujo de aire a través de objetos. El sistema siempre consta de un tubo largo y estrecho donde se introduce el aire mediante diversos métodos como un potente ventilador. El modelo u objeto a probar se coloca dentro de la tubería. Se controlará el flujo de aire para estudiar su efecto sobre el objeto bajo diferentes condiciones, como cambios en la velocidad del viento. Los túneles de viento, desarrollados por primera vez a finales del siglo XIX, ahora se utilizan ampliamente en muchas industrias. Por ejemplo, los túneles de viento utilizados en la industria automotriz prueban la aerodinámica de automóviles, autos de carrera, camiones y otros vehículos.
En ingeniería civil, los túneles de viento prueban la solidez estructural de edificios y proyectos de infraestructura. También ayudan a optimizar los diseños de aeronaves y cohetes para un vuelo más seguro y eficiente. A continuación se muestran los túneles de viento más potentes del mundo en la actualidad, según Interesting Engineering .
1. JF-22
El túnel de viento JF-22 puede simular el entorno cuando la nave espacial reingresa a la atmósfera. Foto: CCTV
JF-22 es el túnel de viento supersónico más potente del mundo. Construido en el Instituto de Ingeniería Mecánica de la Academia China de Ciencias (IMCAS) al norte de Beijing, el JF-22 puede alcanzar velocidades de hasta Mach 30 (37.044 km/h o 10,3 km/s).
El JF-22 no utiliza un ventilador porque un ventilador no puede generar un flujo de aire de tan alta velocidad. En lugar de ello, el túnel de viento utiliza explosiones cronometradas para producir ondas de choque que se reflejan entre sí y convergen en un punto dentro de un tubo de 4 metros de diámetro y 167 metros de largo. El JF-22 puede proporcionar 15 gigavatios (GW) de energía, equivalente al 70% de la capacidad de la presa de las Tres Gargantas, la presa hidroeléctrica más grande del mundo en Yichang, China.
2. JF-12
El JF-12 a menudo se considera el predecesor del JF-22, que es un túnel de viento de circuito abierto. Al igual que el último túnel de viento JF-22, el JF-12 utiliza ondas de choque para crear condiciones de vuelo desde Mach 5 (6.174 km/h) a Mach 9 (11.174 km/h), a altitudes de 25.000 m a 50.000 m.
Construido por el Instituto de Ingeniería Mecánica bajo IMCAS entre 2008 y 2012, el JF-12 fue crucial en el desarrollo del vehículo de planeo hipersónico (HGV) DF-ZF de China, según un informe del Instituto de Investigación Aeroespacial de China. El JF-12 sigue funcionando en paralelo con el JF-22.
3. Túnel de viento supersónico T-117 TsAGI
Túnel de viento T-117 TsAGI. Foto: TsAGI
El T-117 TsAGI es un gran túnel de viento supersónico construido en el Instituto Central de Hidroaerodinámica en Moscú, Rusia, en la década de 1970. El sistema funciona según el principio de purga, en el que se libera rápidamente gas a alta presión en el área restante del túnel de viento para crear un flujo. Dos hornos eléctricos separados, que pueden separarse según el experimento, calentarán la corriente de gas.
Un horno utiliza dos arcos eléctricos para proporcionar una potencia máxima de 25 megavatios, mientras que el otro horno utiliza un arco eléctrico para una potencia máxima de 2,5 megavatios. El aire en el horno se calienta entre dos electrodos colocados en línea recta a lo largo del mismo eje, produciendo un arco eléctrico. El arco eléctrico gira entonces debido al campo magnético, calentando el aire que pasa entre los electrodos.
De esta forma, el T-117 TsAGI puede simular las altas temperaturas que encuentran los vehículos hipersónicos durante el vuelo, al tiempo que genera velocidades de prueba desde Mach 5 (6.174 km/h) hasta Mach 10 (12.348 km/h). En 2018, el T-117 TsAGI se utilizó para probar el régimen de vuelo hipersónico de la nave espacial de la Federación, un proyecto de la agencia espacial rusa Roscosmos para reemplazar a la nave espacial Soyuz en varias misiones en órbita baja terrestre y lunar.
4. Instalación de Túnel Hipersónico (HTF)
La Instalación de Túnel Hipersónico (HTF) está ubicada en las Instalaciones de Pruebas Neil Armstrong de la NASA, dentro del Centro de Investigación Glenn en Sandusky, Ohio. Originalmente construida para probar toberas de cohetes termonucleares nucleares en el programa de Propulsión Nuclear para Aplicaciones de Vehículos Cohetes (NERVA), la instalación ahora se especializa en probar sistemas de propulsión aspirada hipersónica a gran escala a velocidades de Mach 5 (6,174 km/h) a Mach 7 (8,644 km/h), simulando altitudes realistas (36,500 m).
El área de prueba en el HTF es ajustable de 3,05 m a 4,27 m. Allí, un horno eléctrico con núcleo de grafito calienta gas nitrógeno, que luego se mezcla con oxígeno y nitrógeno a temperatura ambiente para producir aire artificial libre de contaminación en proporciones reales. La temperatura del aire artificial se controla para cumplir con los requisitos específicos de la prueba. El HTF puede funcionar cada 5 minutos, dependiendo de las condiciones de operación.
5. Túnel de Viento de Planta Unitaria (UPWT)
Modelo de cohete de prueba en túnel de viento subsónico con sistema UPWT. Foto: NASA
El Túnel de Viento de Planta Unitaria (UPWT) es uno de los túneles de viento en funcionamiento más grandes del mundo. La instalación está ubicada en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Moffet Field, California. Desde su finalización en 1955, el Túnel de Viento del Plan Unitario (UPWT) ha ayudado a probar tanto aeronaves convencionales (comerciales y militares ) como naves espaciales (como el transbordador espacial retirado de la NASA). El túnel jugó un papel clave en el desarrollo de la flota de aviones de Boeing, incluido el avión de combate F-111 y el bombardero B-1 Lancer.
UPWT consta de tres túneles de viento de circuito cerrado: un túnel de viento subsónico (TWT) de 3,4 x 3,4 m, un túnel de viento supersónico de 2,7 x 2,1 m y un túnel de viento supersónico de 2,4 x 2,1 m. El túnel de viento final puede alcanzar velocidades de hasta Mach 3,5 (4.321 m). Todos están propulsados por cuatro motores electromagnéticos de rotor bobinado de 65.000 caballos de fuerza que funcionan a 7.200 voltios.
An Khang (según Interesting Engineering )
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