อุโมงค์ลมที่ทรงพลังที่สุดในโลก

อุโมงค์ลมได้กลายเป็นรากฐานสำคัญของอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ช่วยในการทดสอบหลักอากาศพลศาสตร์ของเครื่องบินและขีปนาวุธจำนวนนับไม่ถ้วน

อุโมงค์ลมเป็นเครื่องมือที่จำลองการไหลของอากาศผ่านวัตถุ ระบบนี้มักประกอบด้วยท่อแคบยาวซึ่งมีการนำอากาศเข้าไปโดยใช้วิธีต่างๆ เช่น พัดลมกำลังสูง จากนั้นจะวางแบบจำลองหรือวัตถุที่ต้องการทดสอบไว้ภายในท่อ และควบคุมการไหลของอากาศเพื่อศึกษาผลกระทบต่อวัตถุภายใต้สภาวะต่างๆ เช่น ความเร็วลมที่เปลี่ยนแปลงไป อุโมงค์ลมได้รับการพัฒนาขึ้นครั้งแรกในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 และปัจจุบันมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในหลายอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่น อุโมงค์ลมที่ใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์ใช้ทดสอบหลักอากาศพลศาสตร์ของรถยนต์ รถแข่ง รถบรรทุก และยานพาหนะอื่นๆ

ในงานวิศวกรรมโยธา อุโมงค์ลมใช้ทดสอบความแข็งแรงของโครงสร้างอาคารและโครงการโครงสร้างพื้นฐาน นอกจากนี้ยังช่วยปรับปรุงการออกแบบเครื่องบินและขีปนาวุธให้ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ด้านล่างนี้คืออุโมงค์ลมที่ทรงพลังที่สุด ในโลก บางแห่งในปัจจุบัน ตามข้อมูลจาก Interesting Engineering

1. เจเอฟ-22

อุโมงค์ลม JF-22 สามารถจำลองสภาพแวดล้อมระหว่างการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของยานอวกาศได้ ภาพ: CCTV

JF-22 คืออุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียงที่ทรงพลังที่สุดในโลก สร้างขึ้นที่สถาบันวิศวกรรมเครื่องกลแห่ง สถาบันวิทยาศาสตร์ จีน (IMCAS) ทางตอนเหนือของปักกิ่ง JF-22 สามารถทำความเร็วได้สูงสุดถึง Mach 30 (37,044 กิโลเมตรต่อชั่วโมง หรือ 10.3 กิโลเมตรต่อวินาที)

เครื่องทดลอง JF-22 ไม่ใช้พัดลมเนื่องจากพัดลมไม่สามารถสร้างกระแสลมความเร็วสูงได้ แทนที่จะใช้พัดลม อุโมงค์ลมนี้ใช้การระเบิดตามเวลาที่กำหนดเพื่อสร้างคลื่นกระแทกที่สะท้อนกันและมาบรรจบกันที่จุดเดียวภายในท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 เมตร ยาว 167 เมตร JF-22 สามารถผลิตพลังงานได้ 15 กิกะวัตต์ (GW) ซึ่งเทียบเท่ากับ 70% ของพลังงานจากเขื่อนสามหุบเขา ซึ่งเป็นเขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำที่ใหญ่ที่สุดในโลกในเมืองอี้ฉาง ประเทศจีน

2. เจเอฟ-12

เครื่องบิน JF-12 มักถูกมองว่าเป็นต้นแบบของ JF-22 เนื่องจากเป็นอุโมงค์ลมแบบวงจรเปิด เช่นเดียวกับอุโมงค์ลม JF-22 รุ่นล่าสุด JF-12 ใช้คลื่นกระแทกเพื่อสร้างสภาวะการบินที่มีความเร็วตั้งแต่ Mach 5 (6,174 กม./ชม.) ถึง Mach 9 (11,174 กม./ชม.) ที่ระดับความสูงตั้งแต่ 25,000 เมตรถึง 50,000 เมตร

รายงานจากสถาบันวิจัยการบินและอวกาศแห่งประเทศจีนระบุว่า เครื่องบิน JF-12 ซึ่งสร้างโดยสถาบันวิศวกรรมเครื่องกลภายใต้ IMCAS ระหว่างปี 2008 ถึง 2012 มีบทบาทสำคัญในการพัฒนายานร่อนความเร็วเหนือเสียง DF-ZF ของจีน ปัจจุบันเครื่องบิน JF-12 ยังคงประจำการอยู่ควบคู่ไปกับเครื่องบิน JF-22

3. อุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียง T-117 TsAGI

T-117 อุโมงค์ลม TsAGI ภาพถ่าย: “TsAGI”

อุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียง T-117 TsAGI เป็นอุโมงค์ลมขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นที่สถาบันอุทกพลศาสตร์กลางในกรุงมอสโก ประเทศรัสเซีย ในช่วงทศวรรษ 1970 ระบบนี้ทำงานโดยใช้หลักการแบบปล่อยอากาศจากด้านล่างขึ้นด้านบน (bottom-out principle) ซึ่งอากาศแรงดันสูงจะถูกปล่อยอย่างรวดเร็วเข้าไปในพื้นที่ที่เหลือของอุโมงค์ลมเพื่อสร้างกระแสลม เตาไฟฟ้าแบบถอดได้สองเตาแยกกัน จะทำหน้าที่ให้ความร้อนแก่กระแสลม ขึ้นอยู่กับการทดลอง

เตาหลอมหนึ่งใช้ประกอไฟฟ้าสองอันเพื่อให้ได้กำลังไฟฟ้าสูงสุด 25 เมกะวัตต์ ในขณะที่อีกเตาหลอมหนึ่งใช้ประกอไฟฟ้าเพียงอันเดียวเพื่อให้ได้กำลังไฟฟ้าสูงสุด 2.5 เมกะวัตต์ อากาศในเตาหลอมจะถูกทำให้ร้อนระหว่างขั้วไฟฟ้าสองขั้วที่วางตัวอยู่ในแนวแกนเดียวกัน ทำให้เกิดประกอไฟฟ้าขึ้น จากนั้นประกอไฟฟ้าจะหมุนเนื่องจากสนามแม่เหล็ก ทำให้ความร้อนแก่อากาศที่ไหลผ่านระหว่างขั้วไฟฟ้า

ด้วยวิธีนี้ T-117 TsAGI สามารถจำลองอุณหภูมิสูงที่ยานความเร็วเหนือเสียงต้องเผชิญระหว่างการบิน ในขณะเดียวกันก็สร้างความเร็วในการทดสอบได้ตั้งแต่ Mach 5 (6,174 กม./ชม.) ถึง Mach 10 (12,348 กม./ชม.) ในปี 2018 T-117 TsAGI ถูกนำมาใช้ทดสอบโหมดการบินความเร็วเหนือเสียงของยานอวกาศเฟเดอเรชั่น ซึ่งเป็นโครงการขององค์การอวกาศรัสเซีย Roscosmos ที่มุ่งเป้าไปที่การทดแทนยานอวกาศโซยุซในภารกิจต่างๆ ในวงโคจรต่ำของโลกและดวงจันทร์

4. โครงการอุโมงค์ความเร็วสูง (HTF)

ศูนย์ทดสอบอุโมงค์ความเร็วเหนือเสียง (Hypersonic Tunneling Facility หรือ HTF) ตั้งอยู่ที่ศูนย์ทดสอบนีล อาร์มสตรองของนาซา ภายในศูนย์วิจัยเกล็นน์ ในเมืองแซนดัสกี รัฐโอไฮโอ เดิมทีสร้างขึ้นเพื่อทดสอบหัวฉีดจรวดที่ให้ความร้อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์ในโครงการยานขับเคลื่อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์ (Nuclear-Driven Vehicle หรือ NERVA) ปัจจุบันศูนย์แห่งนี้เชี่ยวชาญในการทดสอบระบบขับเคลื่อนความเร็วเหนือเสียงขนาดใหญ่ที่ความเร็วตั้งแต่ Mach 5 (6,174 กม./ชม.) ถึง Mach 7 (8,644 กม./ชม.) โดยจำลองระดับความสูงในโลกแห่งความเป็นจริง (36,500 เมตร)

พื้นที่ทดสอบในเครื่อง HTF สามารถปรับได้ตั้งแต่ 3.05 เมตร ถึง 4.27 เมตร ภายในนั้น เตาไฟฟ้าแบบแกนกราไฟต์จะให้ความร้อนแก่ก๊าซไนโตรเจน จากนั้นจึงผสมกับออกซิเจนและไนโตรเจนที่อุณหภูมิห้องเพื่อสร้างอากาศสังเคราะห์ที่ปราศจากมลพิษในอัตราส่วนที่ถูกต้อง อุณหภูมิของอากาศสังเคราะห์จะถูกควบคุมให้ตรงตามข้อกำหนดเฉพาะของการทดสอบ เครื่อง HTF สามารถทำงานได้ครั้งละ 5 นาที ขึ้นอยู่กับสภาวะการทำงาน

5. แผนผังอุโมงค์ลมแบบรวม (UPWT)

ภาพจำลองระบบปล่อยจรวดอวกาศ UPWT (Ultrasonic Wind Tunnel) ที่กำลังทดสอบในอุโมงค์ลมความเร็วต่ำกว่าเสียง ภาพ: NASA

อุโมงค์ลม Unitary Plan (UPWT) เป็นหนึ่งในอุโมงค์ลมที่ใหญ่ที่สุดในโลกที่ยังใช้งานอยู่ ตั้งอยู่ที่ศูนย์วิจัยเอมส์ของนาซา ในเมืองมอฟเฟตฟิลด์ รัฐแคลิฟอร์เนีย นับตั้งแต่สร้างเสร็จในปี 1955 อุโมงค์ลม Unitary Plan (UPWT) ถูกใช้ในการทดสอบทั้งเครื่องบินทั่วไป (ทั้งเชิงพาณิชย์และ ทางทหาร ) และยานอวกาศ (เช่น กระสวยอวกาศของนาซา ซึ่งปัจจุบันเลิกใช้งานไปแล้ว) อุโมงค์นี้มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาฝูงบินของโบอิ้ง รวมถึงเครื่องบินขับไล่ F-111 และเครื่องบินทิ้งระเบิด B-1 Lancer ด้วย

UPWT ประกอบด้วยอุโมงค์ลมแบบวงปิดสามอุโมงค์ ได้แก่ อุโมงค์ลมความเร็วต่ำกว่าเสียง (TWT) ขนาด 3.4 x 3.4 เมตร อุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียงขนาด 2.7 x 2.1 เมตร และอุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียงขนาด 2.4 x 2.1 เมตร โดยอุโมงค์ลมสุดท้ายสามารถทำความเร็วได้ถึง Mach 3.5 (4,321 เมตร) อุโมงค์ลมทั้งหมดขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าแบบขดลวดขนาด 65,000 แรงม้า จำนวน 4 ตัว ที่ทำงานที่แรงดัน 7,200 โวลต์

อันคัง (อ้างอิงจาก Interesting Engineering )

ลิงก์แหล่งที่มา: https://vnexpress.net/nhung-duong-ham-gio-manh-nhat-the-gioi-4733176.html