세계에서 가장 강력한 풍동

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풍동은 항공우주 산업의 주요 분야가 되었으며, 수많은 항공기와 로켓의 공기역학을 시험하는 데 도움이 되었습니다.

풍동은 물체 속의 공기 흐름을 시뮬레이션하는 기계입니다. 이 시스템은 항상 다양한 방법(예: 강력한 팬)을 통해 공기가 유입되는 길고 좁은 파이프로 구성됩니다. 테스트할 모델이나 물체를 파이프 안에 넣습니다. 다양한 조건(풍속 변화 등)에서 공기 흐름이 물체에 미치는 영향을 연구하기 위해 공기 흐름을 제어합니다. 19세기 후반에 처음 개발된 풍동은 현재 다양한 산업에서 널리 사용되고 있습니다. 예를 들어, 자동차 산업에서 사용되는 풍동은 자동차, 경주용 자동차, 트럭 및 기타 차량의 공기 역학을 테스트합니다.

토목공학에서 풍동은 건물과 인프라 프로젝트의 구조적 건전성을 테스트합니다. 또한, 더 안전하고 효율적인 비행을 위해 항공기와 로켓 설계를 최적화하는 데에도 도움이 됩니다. Interesting Engineering 에 따르면, 현재 세계에서 가장 강력한 풍동은 다음과 같습니다.

1. JF-22

JF-22 풍동은 우주선이 대기권에 재돌입할 때의 환경을 시뮬레이션할 수 있습니다. 사진: CCTV — JF-22 풍동은 우주선이 대기권에 재돌입할 때의 환경을 시뮬레이션할 수 있습니다. 사진: *CCTV*

JF-22는 세계에서 가장 강력한 초음속 풍동입니다. 베이징 북쪽의 중국 과학원 기계공학 연구소(IMCAS)에서 개발된 JF-22는 최대 마하 30(37,044km/h 또는 10.3km/s)의 속도에 도달할 수 있습니다.

JF-22는 팬을 사용하지 않습니다. 팬은 그렇게 높은 속도의 공기 흐름을 생성할 수 없기 때문입니다. 그 대신, 풍동에서는 시간에 맞춰 폭발을 일으켜 충격파를 생성하고, 이 충격파는 서로 반사되어 직경 4m, 길이 167m의 튜브 내부 지점에서 모입니다. JF-22는 중국 이창에 있는 세계 최대 규모의 수력 발전 댐인 싼샤댐 용량의 70%에 해당하는 15기가와트(GW)의 전력을 공급할 수 있습니다.

2. JF-12

JF-12는 개방형 회로 풍동인 JF-22의 전신으로 여겨진다. 최신 JF-22 풍동처럼 JF-12는 충격파를 사용해 고도 25,000m에서 50,000m에서 마하 5(6,174km/h)에서 마하 9(11,174km/h)까지의 비행 조건을 생성합니다.

중국 항공우주연구소 보고서에 따르면, IMCAS 산하 기계공학 연구소에서 2008~2012년에 제작된 JF-12는 중국의 DF-ZF 초음속 활공체(HGV) 개발에 중요한 역할을 했습니다. JF-12는 아직도 JF-22와 병행하여 운용되고 있다.

3. T-117 TsAGI 초음속 풍동

T-117 TsAGI 풍동. 사진: TsAGI — T-117 TsAGI 풍동. 사진: *TsAGI*

T-117 TsAGI는 1970년대 러시아 모스크바의 중앙수력공기역학연구소에서 건설된 대형 초음속 풍동입니다. 이 시스템은 블로우다운 원리에 따라 작동하는데, 이는 고압 가스가 풍동의 나머지 영역으로 빠르게 방출되어 흐름을 생성하는 것입니다. 실험에 따라 분리할 수 있는 두 개의 별도 전기로가 가스 흐름을 가열합니다.

한 용광로는 두 개의 전기 아크를 사용해 최대 25메가와트의 전력을 제공하는 반면, 다른 용광로는 하나의 전기 아크를 사용해 최대 2.5메가와트의 전력을 제공합니다. 용광로 안의 공기는 같은 축을 따라 직선으로 배치된 두 전극 사이에서 가열되어 전기 아크를 생성합니다. 그러면 전기 아크가 자기장에 의해 회전하면서 전극 사이를 지나는 공기가 따뜻해집니다.

이런 방식으로 T-117 TsAGI는 초음속 차량이 비행 중에 겪는 고온을 시뮬레이션할 수 있으며, 마하 5(6,174km/h)에서 마하 10(12,348km/h)까지의 시험 속도를 생성할 수 있습니다. 2018년, T-117 TsAGI는 연방 우주선의 초음속 비행 체제를 시험하는 데 사용되었습니다. 이는 러시아 우주국 로스코스모스의 프로젝트로, 지구 저궤도와 달 궤도에서 다양한 임무를 수행하는 소유즈 우주선을 대체하기 위한 것입니다.

4. 초음속 터널 시설(HTF)

초음속 터널 시설(HTF)은 오하이오주 샌더스키에 있는 글렌 연구 센터 내 NASA의 닐 암스트롱 시험 시설에 있습니다. 원래는 로켓 차량 응용 프로그램(NERVA)을 위한 핵 추진 프로그램에서 핵 열핵 로켓 노즐을 시험하기 위해 건설된 이 시설은 이제 마하 5(6,174km/h)에서 마하 7(8,644km/h)의 속도에서 대규모 초음속 흡입 추진 시스템을 시험하는 데 특화되어 있으며, 현실적인 고도(36,500m)를 시뮬레이션합니다.

HTF의 테스트 영역은 3.05m에서 4.27m까지 조절 가능합니다. 그곳에서 흑연 코어 전기로는 질소 가스를 가열하고, 이 질소는 실온에서 산소와 질소와 혼합되어 실제 비율로 오염이 없는 인공 공기를 생산합니다. 인공 공기의 온도는 시험에 필요한 특정 요구 사항에 맞게 제어됩니다. HTF는 작동 조건에 따라 5분마다 작동할 수 있습니다.

5. 단일 평면 풍동(UPWT)

UPWT 시스템 아음속 풍동 시험 로켓 모델. 사진: NASA — UPWT 시스템 아음속 풍동 시험 로켓 모델. 사진: *NASA*

단일 계획 풍동(UPWT)은 세계에서 가장 큰 규모의 운영 중인 풍동 중 하나입니다. 이 시설은 캘리포니아주 모펫 필드에 있는 NASA 에임스 연구 센터에 위치해 있습니다. 1955년 완공된 이래로, 단일 계획 풍동(UPWT)은 기존 항공기(상업용 및 군용 )와 우주선(예: NASA의 퇴역 우주 왕복선)을 테스트하는 데 도움이 되었습니다. 이 터널은 F-111 전투기와 B-1 랜서 폭격기를 포함한 보잉사의 항공기 함대 개발에 중요한 역할을 했습니다.

UPWT는 3개의 폐쇄 회로 풍동으로 구성되어 있습니다. 3.4 x 3.4m 아음속 풍동(TWT), 2.7 x 2.1m 초음속 풍동, 2.4 x 2.1m 초음속 풍동입니다. 최종 풍동은 최대 마하 3.5(4,321m)의 속도에 도달할 수 있습니다. 모든 엔진은 7,200볼트에서 작동하는 65,000마력의 권선형 회전자 전자기 모터 4개로 구동됩니다.

안캉 ( Interesting Engineering 에 따르면)

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