อุโมงค์ลมที่ทรงพลังที่สุดในโลก

อุโมงค์ลมกลายเป็นสิ่งสำคัญในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ โดยช่วยทดสอบพลศาสตร์อากาศของเครื่องบินและจรวดจำนวนนับไม่ถ้วน

อุโมงค์ลมคือเครื่องจักรที่จำลองการไหลของอากาศผ่านวัตถุ ระบบนี้ประกอบด้วยท่อแคบยาวซึ่งจะส่งอากาศเข้ามาด้วยวิธีต่างๆ เช่น พัดลมที่มีประสิทธิภาพ วางแบบจำลองหรือวัตถุที่ต้องการทดสอบไว้ในท่อ การไหลเวียนของอากาศจะถูกควบคุมเพื่อศึกษาผลกระทบต่อวัตถุภายใต้สภาวะต่างๆ เช่น ความเร็วลมที่เปลี่ยนแปลง อุโมงค์ลมถูกพัฒนาขึ้นครั้งแรกในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 และปัจจุบันก็ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่น อุโมงค์ลมที่ใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์ทดสอบอากาศพลศาสตร์ของรถยนต์ รถแข่ง รถบรรทุก และยานพาหนะอื่นๆ

ในงานวิศวกรรมโยธา อุโมงค์ลมจะทดสอบความแข็งแรงของโครงสร้างของอาคารและโครงการโครงสร้างพื้นฐาน นอกจากนี้ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบเครื่องบินและจรวดเพื่อการบินที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น ด้านล่างนี้เป็นอุโมงค์ลมที่ทรงพลังที่สุดในโลก ในปัจจุบัน ตามข้อมูลของ Interesting Engineering

1. เจเอฟ-22

อุโมงค์ลม JF-22 สามารถจำลองสภาพแวดล้อมได้เมื่อยานอวกาศกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศอีกครั้ง ภาพจาก : กล้องวงจรปิด — อุโมงค์ลม JF-22 สามารถจำลองสภาพแวดล้อมได้เมื่อยานอวกาศกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศอีกครั้ง ภาพจาก : *กล้องวงจรปิด*

JF-22 คืออุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียงที่ทรงพลังที่สุดในโลก JF-22 สร้างขึ้นที่สถาบันวิศวกรรมเครื่องกลแห่ง สถาบันวิทยาศาสตร์ จีน (IMCAS) ทางตอนเหนือของปักกิ่ง โดยสามารถทำความเร็วสูงสุดได้ถึงมัค 30 (37,044 กม./ชม. หรือ 10.3 กม./วินาที)

JF-22 ไม่ใช้พัดลม เนื่องจากพัดลมไม่สามารถสร้างกระแสลมความเร็วสูงได้ ในทางกลับกัน อุโมงค์ลมใช้การระเบิดแบบจับเวลาเพื่อสร้างคลื่นกระแทกที่สะท้อนออกจากกันและมาบรรจบกันที่จุดภายในท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 เมตร และยาว 167 เมตร JF-22 สามารถผลิตไฟฟ้าได้ 15 กิกะวัตต์ (GW) เท่ากับร้อยละ 70 ของกำลังการผลิตของเขื่อนสามผา ซึ่งเป็นเขื่อนผลิตไฟฟ้าพลังน้ำที่ใหญ่ที่สุดในโลกที่เมืองอี้ชาง ประเทศจีน

2. เจเอฟ-12

มักมองว่า JF-12 เป็นรุ่นก่อนของ JF-22 ซึ่งเป็นอุโมงค์ลมแบบวงจรเปิด เช่นเดียวกับอุโมงค์ลม JF-22 รุ่นล่าสุด JF-12 ใช้คลื่นกระแทกเพื่อสร้างสภาวะการบินตั้งแต่ความเร็วมัค 5 (6,174 กม./ชม.) ถึงมัค 9 (11,174 กม./ชม.) ที่ระดับความสูงตั้งแต่ 25,000 ม. ถึง 50,000 ม.

JF-12 สร้างขึ้นโดยสถาบันวิศวกรรมเครื่องกลภายใต้ IMCAS ในปี 2551-2555 และมีบทบาทสำคัญในการพัฒนายานร่อนความเร็วเหนือเสียง (HGV) DF-ZF ของจีน ตามรายงานจากสถาบันวิจัยอวกาศแห่งจีน JF-12 ยังคงทำงานคู่ขนานกับ JF-22

3. อุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียง T-117 TsAGI

อุโมงค์ลม T-117 TsAGI ภาพ: TsAGI — อุโมงค์ลม T-117 TsAGI ภาพ: *TsAGI*

T-117 TsAGI เป็นอุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียงขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นที่สถาบันไฮโดรอากาศพลศาสตร์กลางในมอสโก ประเทศรัสเซีย ในช่วงทศวรรษ 1970 ระบบทำงานบนหลักการระบายลม โดยก๊าซแรงดันสูงจะถูกปล่อยอย่างรวดเร็วลงไปยังพื้นที่ที่เหลือของอุโมงค์ลมเพื่อสร้างการไหล เตาไฟฟ้าแยกสองเตาซึ่งสามารถถอดออกได้ขึ้นอยู่กับการทดลอง จะทำการให้ความร้อนกับกระแสแก๊ส

เตาเผาหนึ่งใช้อาร์คไฟฟ้าสองอันเพื่อให้ได้พลังงานสูงสุด 25 เมกะวัตต์ ในขณะที่เตาเผาอีกอันใช้อาร์คไฟฟ้าหนึ่งอันเพื่อให้ได้พลังงานสูงสุด 2.5 เมกะวัตต์ อากาศในเตาเผาจะถูกให้ความร้อนระหว่างอิเล็กโทรด 2 อันที่วางเป็นแนวตรงตามแนวแกนเดียวกัน ทำให้เกิดส่วนโค้งไฟฟ้า จากนั้นส่วนโค้งไฟฟ้าจะหมุนเนื่องจากสนามแม่เหล็ก ทำให้ความร้อนที่เกิดขึ้นกับอากาศที่ผ่านระหว่างอิเล็กโทรด

ด้วยวิธีนี้ T-117 TsAGI จึงสามารถจำลองอุณหภูมิสูงที่ยานความเร็วเหนือเสียงพบเจอในระหว่างการบินได้ ในขณะที่สร้างความเร็วในการทดสอบตั้งแต่มัค 5 (6,174 กม./ชม.) ถึงมัค 10 (12,348 กม./ชม.) ในปี 2018 T-117 TsAGI ถูกนำมาใช้ทดสอบระบบการบินความเร็วเหนือเสียงของยานอวกาศ Federation ซึ่งเป็นโครงการขององค์การอวกาศรัสเซีย Roscosmos เพื่อทดแทนยานอวกาศ Soyuz ในภารกิจต่างๆ ในวงโคจรต่ำของโลกและดวงจันทร์

4. อุโมงค์ความเร็วเหนือเสียง (HTF)

อุโมงค์ความเร็วเหนือเสียง (HTF) ตั้งอยู่ในศูนย์ทดสอบนีล อาร์มสตรองของ NASA ภายในศูนย์วิจัยเกล็นน์ในเมืองแซนดัสกี้ รัฐโอไฮโอ เดิมสร้างขึ้นเพื่อทดสอบหัวฉีดจรวดเทอร์โมนิวเคลียร์ในโครงการ Nuclear Propulsion for Rocket Vehicle Applications (NERVA) ปัจจุบันโรงงานแห่งนี้เชี่ยวชาญในการทดสอบระบบขับเคลื่อนแบบดูดอากาศความเร็วเหนือเสียงขนาดใหญ่ที่ความเร็วตั้งแต่มัค 5 (6,174 กม./ชม.) ถึงมัค 7 (8,644 กม./ชม.) โดยจำลองระดับความสูงที่สมจริง (36,500 ม.)

พื้นที่ทดสอบใน HTF สามารถปรับได้จาก 3.05 ม. ถึง 4.27 ม. เตาเผาไฟฟ้าแกนกราไฟต์จะให้ความร้อนกับก๊าซไนโตรเจน ซึ่งจะถูกผสมกับออกซิเจนและไนโตรเจนที่อุณหภูมิห้องเพื่อผลิตอากาศเทียมที่ปราศจากมลพิษในสัดส่วนที่แท้จริง อุณหภูมิของอากาศเทียมจะถูกควบคุมให้เป็นไปตามข้อกำหนดเฉพาะสำหรับการทดสอบ HTF สามารถทำงานได้ทุก ๆ 5 นาที ขึ้นอยู่กับสภาวะการทำงาน

5. อุโมงค์ลมแบบแผนรวม (UPWT)

แบบจำลองจรวดทดสอบในอุโมงค์ลมความเร็วต่ำกว่าเสียงของระบบ UPWT ภาพ: NASA — แบบจำลองจรวดทดสอบในอุโมงค์ลมความเร็วต่ำกว่าเสียงของระบบ UPWT ภาพ: *NASA*

อุโมงค์ลมแบบแผนรวม (UPWT) เป็นหนึ่งในอุโมงค์ลมที่ยังคงใช้งานอยู่ใหญ่ที่สุดในโลก สถานที่ดังกล่าวตั้งอยู่ที่ศูนย์วิจัย Ames ของ NASA ในเมือง Moffet Field รัฐแคลิฟอร์เนีย ตั้งแต่สร้างเสร็จในปี พ.ศ. 2498 อุโมงค์ลมแบบแผนรวม (UPWT) ได้ช่วยทดสอบทั้งเครื่องบินทั่วไป (เชิงพาณิชย์และ ทางทหาร ) และยานอวกาศ (เช่น กระสวยอวกาศที่ปลดประจำการแล้วของ NASA) อุโมงค์ดังกล่าวมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาเครื่องบินของบริษัทโบอิ้ง รวมถึงเครื่องบินขับไล่ F-111 และเครื่องบินทิ้งระเบิด B-1 Lancer

UPWT ประกอบด้วยอุโมงค์ลมวงจรปิด 3 แห่ง 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 ม.) ทั้งหมดขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าแบบโรเตอร์พันแผลขนาด 65,000 แรงม้าจำนวน 4 ตัวที่ทำงานที่แรงดันไฟฟ้า 7,200 โวลต์

อัน คัง (ตาม หลักวิศวกรรมที่น่าสนใจ )

ลิงค์ที่มา