Túnel de viento supersónico

Los ingenieros revisan un modelo de avión antes de una prueba de funcionamiento en un túnel de viento supersónico ( Laboratorio de propulsión de vuelo de Lewis ).

Un túnel de viento supersónico es un túnel de viento en el que los objetos se pueden examinar experimentalmente a velocidades de flujo de números de Mach entre 1,2 y 5. El número de Mach y el flujo están determinados por la geometría de la boquilla , el número de Reynolds se determina variando la densidad (dependiendo de la presión frente a la boquilla). Es necesaria una relación de presión alta entre la entrada y la salida para la operación (una relación de presión de aproximadamente 10 es necesaria para la operación a Mach 4). A medida que el gas se enfría a medida que acelera a través de la boquilla, puede producirse condensación , lo que provoca fallos de funcionamiento. Por lo tanto, los túneles de viento supersónicos a menudo están equipados con un dispositivo de precalentamiento o secado de aire. Debido a sus muy altos requisitos de energía (ver más abajo), por lo general no se utilizan de forma continua.

Factores limitantes para el diseño

Relación de presión mínima necesaria

Una estimación optimista es que la relación de presión en el túnel de viento es menor que la relación de presión total de una onda de choque vertical con el mismo número de Mach:

${\ Displaystyle {\ frac {P_ {t}} {P_ {amb}}} \ leq \ left ({\ frac {P_ {t_ {1}}} {P_ {t_ {2}}}} \ right) _ {M_ {1} = M_ {m}}}$

Temperatura en la sección de medición y condensación

Se calcula la temperatura después de la boquilla.

${\ Displaystyle {\ frac {T_ {m}} {T_ {t}}} = \ left (1 + {\ frac {\ kappa -1} {2}} M_ {m} ^ {2} \ right) ^ {-1}}$

donde es el exponente isentrópico . Ejemplo: = 330K: = 70K en = 4 ${\ Displaystyle \ kappa}$ ${\ Displaystyle T_ {t}}$ ${\ Displaystyle T_ {m}}$ ${\ Displaystyle M_ {m}}$

Por lo tanto, el número de Mach que se puede alcanzar razonablemente viene dado por la temperatura en el depósito de gas presurizado.

Requerimientos energéticos

El requerimiento de energía de un túnel de viento supersónico es enorme, por ejemplo del orden de 50 MW por metro cuadrado de área de prueba. Es por eso que la mayoría de los canales se alimentan con gas de tanques de almacenamiento de alta presión, lo que, sin embargo, solo permite una duración de prueba limitada. Este tipo de construcción se conoce en inglés como "túneles de viento de purga supersónica intermitente" (ver ilustración). Otra forma de aumentar la relación de presión es utilizar tanques de vacío en la salida del túnel de viento; luego se habla de "túneles de viento supersónicos en proyecto". En general, los siguientes factores pueden considerarse críticos:

Suministro suficiente de aire comprimido seco
Interferencia del flujo con las paredes del túnel de viento.
Instrumentos de medición suficientemente rápidos para los cortos tiempos de experimentación

Construcción de un túnel de viento supersónico

Los túneles de viento como el tubo de Ludwieg tienen tiempos de experimento cortos (generalmente menos de un segundo), un número de Reynolds comparativamente alto, pero un requerimiento de energía bajo porque no se operan continuamente.

historia

El primer túnel de viento supersónico que funciona según el principio de vacío para una sección transversal de 100 × 100 mm² con un número de Mach variable hasta Ma = 3,3 fue diseñado por Rudolf Hermann (1904-1991) en el sistema aerodinámico dirigido por el estudiante de Prandtl. Carl Wieselsberger (1887-1941) Instituto de TH Aachen construido y puesto en funcionamiento en 1935. Hermann llevó a cabo los primeros estudios de estabilidad aerodinámica en modelos de cohetes A3 en este túnel de viento en nombre de Wernher von Braun en 1936 .

Desde abril de 1937, Hermann estableció su propio instituto aerodinámico para un túnel de viento supersónico con una sección transversal de 400 × 400 mm² y números de Mach Ma> 4 en el Centro de Investigación del Ejército de Peenemünde . En esto, se optimizó el diseño aerodinámico de los A5 y A4 . En 1944, este túnel de viento se trasladó a Kochel am See . A fines de 1945 fue desmantelado por las fuerzas armadas estadounidenses y llevado a White Oak, Maryland , como botín de guerra .

hinchar

Papa, A.; Goin, K.: Prueba de túnel de viento de alta velocidad . Krieger, 1978, ISBN 088275727X .

Ver también

enlaces web

Prueba de túnel de viento supersónico UTA (video) ( WMV ; 16,4 MB)

Evidencia individual

↑ D. Eckardt: El túnel de viento hipersónico de 1x1 m en Kochel / Tullahoma 1940-1960. (PDF; 1,54 MB) Congreso Aeroespacial Alemán, 2014, consultado el 7 de enero de 2020 .

[1] D. Eckardt: El túnel de viento hipersónico de 1x1 m en Kochel / Tullahoma 1940-1960. (PDF; 1,54 MB) Congreso Aeroespacial Alemán, 2014, consultado el 7 de enero de 2020 .

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