풍동은 항공우주 산업의 주요 분야가 되었으며, 수많은 항공기와 로켓의 공기역학을 시험하는 데 도움이 되었습니다.
풍동은 물체를 통과하는 공기의 흐름을 시뮬레이션하는 기계입니다. 이 시스템은 일반적으로 길고 좁은 관으로 구성되며, 강력한 팬과 같은 다양한 방법을 통해 공기가 관 안으로 유입됩니다. 시험할 모형이나 물체를 관 안에 넣습니다. 풍속 변화와 같은 다양한 조건에서 공기의 흐름을 제어하여 물체에 미치는 영향을 연구합니다. 19세기 후반에 처음 개발된 풍동은 현재 여러 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 예를 들어, 자동차 산업에서 사용되는 풍동은 자동차, 경주용 자동차, 트럭 및 기타 차량의 공기역학을 시험합니다.
토목공학에서 풍동은 건물과 사회 기반 시설 프로젝트의 구조적 강도를 시험합니다. 또한 항공기와 로켓 설계를 최적화하여 더욱 안전하고 효율적인 비행을 가능하게 합니다. Interesting Engineering 에 따르면, 현재 세계에서 가장 강력한 풍동은 다음과 같습니다.
1. JF-22
JF-22 풍동은 우주선이 대기권 재진입 시의 환경을 시뮬레이션할 수 있다. 사진: CCTV
JF-22는 세계에서 가장 강력한 극초음속 풍동입니다. 베이징 북쪽 중국 과학원 기계공정연구소(IMCAS)에서 개발된 JF-22는 최대 마하 30(시속 37,044km 또는 초속 10.3km)의 속도에 도달할 수 있습니다.
JF-22는 고속 공기 흐름을 생성할 수 없는 팬을 사용하지 않습니다. 대신 풍동에서 시한 폭발을 통해 충격파를 생성하는데, 이 충격파는 서로 반사되어 직경 4m, 길이 167m의 파이프 내부의 한 지점에 모입니다. JF-22는 15기가와트(GW)의 전력을 생산할 수 있으며, 이는 중국 이창에 있는 세계 최대 수력 발전용 댐인 싼샤댐 용량의 70%에 해당합니다.
2. JF-12
JF-12는 개방형 풍동인 JF-22의 전신으로 여겨집니다. 최신 JF-22 풍동과 마찬가지로 JF-12는 충격파를 사용하여 25,000m에서 50,000m 고도에서 마하 5(6,174km/h)에서 마하 9(11,174km/h)의 비행 조건을 생성합니다.
중국항공우주연구원(CIR) 보고서에 따르면, IMCAS 산하 기계공학 연구소에서 2008년부터 2012년까지 제작된 JF-12는 중국의 DF-ZF 극초음속 활공체(HGV) 개발에 중요한 역할을 했습니다. JF-12는 JF-22와 함께 현재도 운용되고 있습니다.
3. T-117 TsAGI 초음속 풍동
TsAGI T-117 풍동. 사진: TsAGI
T-117 TsAGI는 1970년대 러시아 모스크바 중앙수력공기역학연구소에 건설된 대형 초음속 풍동입니다. 이 시스템은 블로우다운 원리로 작동하는데, 고압 가스가 풍동의 남은 공간으로 빠르게 방출되어 가스 흐름을 생성합니다. 실험에 따라 분리될 수 있는 두 개의 개별 전기로가 가스 흐름을 가열합니다.
한 용광로는 두 개의 전기 아크를 사용하여 최대 25메가와트의 출력을 내고, 다른 용광로는 단일 아크를 사용하여 최대 2.5메가와트의 출력을 냅니다. 용광로 내부의 공기는 동일 축을 따라 정렬된 두 전극 사이에서 가열되어 아크를 생성합니다. 아크는 자기장에 의해 회전하며 전극 사이를 지나는 공기를 데웁니다.
이러한 방식으로 T-117 TsAGI는 비행 중 극초음속 비행체가 겪는 고온을 시뮬레이션하는 동시에 마하 5(6,174km/h)에서 마하 10(12,348km/h)에 이르는 시험 속도를 생성할 수 있습니다. 2018년, T-117 TsAGI는 러시아 우주국 로스코스모스(Roscosmos)가 소유즈 우주선을 대체하여 저지구 및 달 궤도에서 다양한 임무를 수행하는 프로젝트인 연방 우주선의 극초음속 비행 체계 시험에 사용되었습니다.
4. 초음속 터널 시설(HTF)
극초음속 터널 시설(HTF)은 오하이오주 샌더스키에 있는 글렌 연구 센터 산하 NASA 닐 암스트롱 시험 시설에 위치해 있습니다. 원래는 핵 추진 차량 응용 프로그램(NERVA)의 핵 열 로켓 노즐을 시험하기 위해 건설되었지만, 현재는 마하 5(6,174km/h)에서 마하 7(8,644km/h)의 속도에서 실제 고도(110,000피트)를 시뮬레이션하는 대규모 극초음속 흡입 추진 시스템 시험을 전문으로 합니다.
HTF의 시험 구역은 3.05m에서 4.27m까지 조절 가능합니다. 흑연 코어 열 충전로에서 질소 가스를 가열하여 실온에서 산소 및 질소와 혼합하여 실제와 같은 무공해 인공 공기를 생성합니다. 인공 공기의 온도는 시험의 특정 요건을 충족하도록 제어됩니다. HTF는 작동 조건에 따라 한 번에 5분씩 작동할 수 있습니다.
5. 단일 평면 풍동(UPWT)
UPWT 아음속 풍동에서 시험 중인 스페이스 론치 시스템 로켓 모형. 사진: NASA
유니터리 플랜 풍동(UPWT)은 세계에서 가장 큰 규모의 풍동 중 하나입니다. 이 시설은 캘리포니아주 모펫 필드에 있는 NASA 에임스 연구 센터에 있습니다. 1955년 완공된 유니터리 플랜 풍동(UPWT)은 일반 항공기(상업용 및 군용 )와 우주선(예: NASA의 퇴역 우주왕복선)의 시험에 활용되어 왔습니다. 이 터널은 보잉사의 항공기 개발뿐 아니라 F-111 전투기와 B-1 랜서 폭격기의 개발에도 중요한 역할을 했습니다.
UPWT는 3.4 x 3.4m 아음속 풍동(TWT), 2.7 x 2.1m 초음속 풍동, 그리고 2.4 x 2.1m 초음속 풍동 등 세 개의 폐쇄 회로 풍동으로 구성되어 있습니다. 마지막 풍동은 최대 마하 3.5(4,321m)의 속도에 도달할 수 있습니다. 모든 풍동은 7,200V로 작동하는 65,000마력의 권선형 회전자 전자기 모터 4개로 구동됩니다.
안캉 ( Interesting Engineering 에 따르면)
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