อุโมงค์ลมได้กลายมาเป็นกำลังหลักในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ โดยช่วยในการทดสอบอากาศพลศาสตร์ของเครื่องบินและจรวดจำนวนนับไม่ถ้วน
อุโมงค์ลมคือเครื่องจักรที่จำลองการไหลของอากาศผ่านวัตถุ ระบบนี้มักประกอบด้วยท่อยาวแคบ ซึ่งอากาศจะถูกป้อนเข้าไปโดยวิธีการต่างๆ เช่น พัดลมกำลังสูง แบบจำลองหรือวัตถุที่จะทดสอบจะถูกวางไว้ภายในท่อ การไหลของอากาศจะถูกควบคุมเพื่อศึกษาผลกระทบของอากาศที่มีต่อวัตถุภายใต้สภาวะต่างๆ เช่น การเปลี่ยนแปลงของความเร็วลม อุโมงค์ลมถูกพัฒนาขึ้นครั้งแรกในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 และปัจจุบันถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในหลายอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่น อุโมงค์ลมที่ใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์ใช้ทดสอบอากาศพลศาสตร์ของรถยนต์ รถแข่ง รถบรรทุก และยานพาหนะอื่นๆ
ในงานวิศวกรรมโยธา อุโมงค์ลมจะทดสอบความแข็งแรงของโครงสร้างของอาคารและโครงสร้างพื้นฐาน นอกจากนี้ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบเครื่องบินและจรวดเพื่อการบินที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น ต่อไปนี้คืออุโมงค์ลมที่ทรงพลังที่สุดในโลก ในปัจจุบัน จากข้อมูลของ Interesting Engineering
1. เจเอฟ-22
อุโมงค์ลม JF-22 สามารถจำลองสภาพแวดล้อมได้เมื่อยานอวกาศกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ ภาพ: CCTV
JF-22 คืออุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียงที่ทรงพลังที่สุดในโลก สร้างขึ้นที่สถาบันวิศวกรรมเครื่องกลแห่ง สถาบันวิทยาศาสตร์แห่ง ชาติจีน (IMCAS) ทางตอนเหนือของกรุงปักกิ่ง JF-22 สามารถทำความเร็วได้ถึง 30 มัค (37,044 กิโลเมตรต่อชั่วโมง หรือ 10.3 กิโลเมตรต่อวินาที)
JF-22 ไม่ได้ใช้พัดลม ซึ่งไม่สามารถสร้างกระแสลมความเร็วสูงเช่นนี้ได้ แต่อุโมงค์ลมใช้การระเบิดแบบตั้งเวลาเพื่อสร้างคลื่นกระแทกที่สะท้อนออกจากกันและมาบรรจบกันที่จุดเดียวภายในท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 เมตร ยาว 167 เมตร JF-22 สามารถผลิตพลังงานได้ 15 กิกะวัตต์ (GW) หรือ 70 เปอร์เซ็นต์ของกำลังการผลิตของเขื่อนสามผา ซึ่งเป็นเขื่อนผลิตไฟฟ้าพลังน้ำที่ใหญ่ที่สุดในโลก ในเมืองอี้ชาง ประเทศจีน
2. เจเอฟ-12
JF-12 มักถูกมองว่าเป็นรุ่นก่อนของ JF-22 ซึ่งเป็นอุโมงค์ลมวงจรเปิด เช่นเดียวกับอุโมงค์ลม JF-22 รุ่นล่าสุด JF-12 ใช้คลื่นกระแทกเพื่อสร้างสภาวะการบินตั้งแต่ความเร็วมัค 5 (6,174 กิโลเมตร/ชั่วโมง) ถึงมัค 9 (11,174 กิโลเมตร/ชั่วโมง) ที่ระดับความสูงตั้งแต่ 25,000 เมตร ถึง 50,000 เมตร
เครื่องบิน JF-12 ซึ่งสร้างขึ้นโดยสถาบันวิศวกรรมเครื่องกลภายใต้โครงการ IMCAS ระหว่างปี พ.ศ. 2551-2555 มีบทบาทสำคัญในการพัฒนายานร่อนความเร็วเหนือเสียง (HGV) รุ่น DF-ZF ของจีน ตามรายงานของสถาบันวิจัยการบินและอวกาศจีน JF-12 ยังคงประจำการควบคู่ไปกับ JF-22
3. อุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียง T-117 TsAGI
อุโมงค์ลม TsAGI T-117 ภาพถ่าย: “TsAGI”
T-117 TsAGI เป็นอุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียงขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นที่สถาบันอุทกพลศาสตร์กลาง (Central Hydro-Aerodynamics Institute) ในกรุงมอสโก ประเทศรัสเซีย ในช่วงทศวรรษ 1970 ระบบนี้ทำงานบนหลักการ Blowdown ซึ่งก๊าซแรงดันสูงจะถูกปล่อยออกอย่างรวดเร็วไปยังพื้นที่ส่วนที่เหลือของอุโมงค์ลมเพื่อสร้างการไหลของก๊าซ เตาเผาไฟฟ้าสองเตาแยกกัน ซึ่งสามารถถอดออกได้ขึ้นอยู่กับการทดลอง ทำหน้าที่ให้ความร้อนกับการไหลของก๊าซ
เตาเผาหนึ่งใช้อาร์กไฟฟ้าสองอาร์กเพื่อให้ได้กำลังไฟฟ้าสูงสุด 25 เมกะวัตต์ ในขณะที่อีกเตาหนึ่งใช้อาร์กเดียวเพื่อให้ได้กำลังไฟฟ้าสูงสุด 2.5 เมกะวัตต์ อากาศในเตาเผาจะถูกให้ความร้อนระหว่างอิเล็กโทรดสองอันที่วางตัวตามแนวแกนเดียวกัน ทำให้เกิดอาร์ก จากนั้นอาร์กจะหมุนเนื่องจากสนามแม่เหล็ก ทำให้อากาศที่ผ่านระหว่างอิเล็กโทรดทั้งสองอุ่นขึ้น
ด้วยวิธีนี้ T-117 TsAGI สามารถจำลองอุณหภูมิสูงที่ยานความเร็วเหนือเสียงเผชิญระหว่างการบินได้ พร้อมทั้งสร้างความเร็วในการทดสอบตั้งแต่มัค 5 (6,174 กิโลเมตร/ชั่วโมง) ถึงมัค 10 (12,348 กิโลเมตร/ชั่วโมง) ในปี พ.ศ. 2561 T-117 TsAGI ถูกใช้เพื่อทดสอบระบบการบินความเร็วเหนือเสียงของยานอวกาศ Federation ซึ่งเป็นโครงการขององค์การอวกาศรัสเซีย Roscosmos เพื่อทดแทนยานอวกาศ Soyuz ในภารกิจต่างๆ ในวงโคจรต่ำของโลกและดวงจันทร์
4. อุโมงค์ความเร็วเหนือเสียง (HTF)
อุโมงค์ความเร็วเหนือเสียง (Hypersonic Tunnel Facility: HTF) ตั้งอยู่ที่ศูนย์ทดสอบนีล อาร์มสตรองของนาซา ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของศูนย์วิจัยเกล็นน์ ในเมืองแซนดัสกี รัฐโอไฮโอ เดิมทีสร้างขึ้นเพื่อทดสอบหัวฉีดจรวดเทอร์มอลนิวเคลียร์ในโครงการขับเคลื่อนนิวเคลียร์สำหรับยานยนต์ (Nuclear Propulsion for Vehicle Applications: NERVA) ปัจจุบันศูนย์ฯ มีความเชี่ยวชาญในการทดสอบระบบขับเคลื่อนแบบดูดอากาศความเร็วเหนือเสียงขนาดใหญ่ที่ความเร็วตั้งแต่มัค 5 (6,174 กิโลเมตร/ชั่วโมง) ถึงมัค 7 (8,644 กิโลเมตร/ชั่วโมง) โดยจำลองระดับความสูงที่สมจริง (110,000 ฟุต)
พื้นที่ทดสอบใน HTF สามารถปรับได้จาก 3.05 เมตร ถึง 4.27 เมตร เตาเผาความร้อนแกนกราไฟต์จะให้ความร้อนแก่ก๊าซไนโตรเจน จากนั้นนำไปผสมกับออกซิเจนและไนโตรเจนที่อุณหภูมิห้อง เพื่อสร้างอากาศเทียมที่บริสุทธิ์และสมจริง อุณหภูมิของอากาศเทียมจะถูกควบคุมให้เป็นไปตามข้อกำหนดเฉพาะของการทดสอบ HTF สามารถทำงานได้ครั้งละ 5 นาที ขึ้นอยู่กับสภาวะการทำงาน
5. อุโมงค์ลมแบบแผนรวม (UPWT)
แบบจำลองจรวด Space Launch System ที่ผ่านการทดสอบในอุโมงค์ลมความเร็วต่ำกว่าเสียงของ UPWT ภาพ: NASA
อุโมงค์ลมแบบแผนรวม (UPWT) เป็นหนึ่งในอุโมงค์ลมที่ใหญ่ที่สุดในโลกที่ยังคงใช้งานอยู่ ตั้งอยู่ที่ศูนย์วิจัยเอมส์ของนาซา ในเมืองมอฟเฟตฟิลด์ รัฐแคลิฟอร์เนีย นับตั้งแต่สร้างเสร็จในปี พ.ศ. 2498 อุโมงค์ลมแบบแผนรวม (UPWT) ได้ช่วยทดสอบทั้งอากาศยานทั่วไป (ทั้งอากาศยานพาณิชย์และ อากาศยานทหาร ) และยานอวกาศ (เช่น กระสวยอวกาศของนาซาที่ปลดประจำการแล้ว) อุโมงค์นี้มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาฝูงบินของโบอิ้ง รวมถึงเครื่องบินขับไล่ F-111 และเครื่องบินทิ้งระเบิด B-1 Lancer
UPWT ประกอบด้วยอุโมงค์ลมวงจรปิดสามแห่ง ได้แก่ อุโมงค์ลมความเร็วต่ำกว่าเสียง (TWT) ขนาด 3.4 x 3.4 เมตร อุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียงขนาด 2.7 x 2.1 เมตร และอุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียงขนาด 2.4 x 2.1 เมตร อุโมงค์ลมสุดท้ายสามารถทำความเร็วได้ถึงมัค 3.5 (4,321 เมตร) อุโมงค์ลมทั้งหมดขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าแบบโรเตอร์พันขดลวดขนาด 65,000 แรงม้า จำนวนสี่ตัว ทำงานที่แรงดันไฟฟ้า 7,200 โวลต์
อัน คัง (ตาม วิศวกรรมที่น่าสนใจ )
ลิงค์ที่มา
การแสดงความคิดเห็น (0)