Ein Windkanal ist eine Maschine, die den Luftstrom durch Objekte simuliert und so dazu beiträgt, die Aerodynamik unzähliger Flugzeuge und Raketen zu testen.
Das System besteht aus einer langen, schmalen Röhre, in die Luft mithilfe verschiedener Methoden, beispielsweise eines leistungsstarken Ventilators, eingeleitet wird. In der Röhre befindet sich das zu testende Modell oder Objekt.
Der einströmende Luftstrom wird kontrolliert, um seine Wirkung auf das Objekt unter verschiedenen Bedingungen, beispielsweise bei wechselnder Windgeschwindigkeit, zu untersuchen.
Windkanäle wurden erstmals im späten 19. Jahrhundert entwickelt und finden heute in vielen Branchen breite Anwendung. Interesting Engineering hat eine Liste der leistungsstärksten Windkanäle zusammengestellt, die heute erhältlich sind.
1. JF-22
Der am Institut für Maschinenbau der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (IMCAS) im Norden Pekings gebaute JF-22 ist der leistungsstärkste Hyperschall-Windkanal der Welt. Der JF-22 hat einen Durchmesser von vier Metern und kann Geschwindigkeiten von bis zu Mach 30 (37.044 km/h bzw. 10,3 km/s) erreichen.
Der JF-22 erzeugt durch zeitgesteuerte Explosionen Stoßwellen, die sich gegenseitig reflektieren und an einem Punkt innerhalb der Pipeline zusammenlaufen, wodurch ein extrem schneller Gasstrom entsteht. Der JF-22 kann 15 Gigawatt (GW) Leistung liefern – 70 % der Kapazität des Drei-Schluchten-Staudamms, des größten Wasserkraftwerks der Welt.
2. JF-12
Der JF-12 ist ein offener Windkanal, der mithilfe von Stoßwellen Flugbedingungen von Mach 5 (6.174 km/h) bis Mach 9 (11.174 km/h) in Höhen von 25.000 bis 50.000 m erzeugt.
Der JF-12 wurde von 2008 bis 2012 vom Institut für Maschinenbau unter IMCAS gebaut und spielte eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des chinesischen Hyperschallgleitfahrzeugs DF-ZF.
3. T-117 TsAGI Überschall-Windkanal
T-117 TsAGI ist ein großer Überschall-Windkanal, der in den 1970er Jahren am Zentralen Hydro-Aerodynamischen Institut in Moskau, Russland, gebaut wurde.
Das System arbeitet nach dem Blowdown-Prinzip, wobei Hochdruckgas schnell in den restlichen Bereich des Windkanals abgelassen wird, um einen Gasstrom zu erzeugen. Der Gasstrom wird durch zwei separate Elektroöfen erhitzt, die je nach Experiment abgenommen werden können.
Der T-117 TsAGI kann Testgeschwindigkeiten von Mach 5 (6.174 km/h) bis Mach 10 (12.348 km/h) erzeugen und die hohen Temperaturen simulieren, denen Hyperschallfahrzeuge während des Fluges ausgesetzt sind.
Der Hyperschallflugmodus des Föderationsraumschiffs wurde 2018 von T-117 TsAGI getestet. Dabei handelt es sich um ein Projekt der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos, um das Sojus-Raumschiff bei verschiedenen Missionen in niedrigen Erd- und Mondumlaufbahnen zu ersetzen.
4. Hyperschalltunnelanlage (HTF)
Die Hypersonic Tunnel Facility (HTF) ist auf die Erprobung großformatiger Hyperschall-Saugtriebwerke bei Geschwindigkeiten von Mach 5 (6.174 km/h) bis Mach 7 (8.644 km/h) spezialisiert und simuliert dabei reale Flughöhen (36.500 m). Die Anlage befindet sich in der Neil Armstrong Test Facility der NASA im Glenn Research Center in Sandusky, Ohio.
Der Prüfbereich im HTF ist von 3,05 m bis 4,27 m einstellbar. Dort kann ein Graphitkern-Thermochargerofen durch Erhitzen von Stickstoffgas und anschließendes Mischen mit Sauerstoff und Stickstoff bei Raumtemperatur schadstofffreie künstliche Luft in realen Verhältnissen erzeugen. Die Temperatur der künstlichen Luft wird entsprechend den spezifischen Prüfanforderungen geregelt. Je nach Betriebsbedingungen kann der HTF jeweils 5 Minuten lang betrieben werden.
5. Einheitlicher Plan-Windkanal (UPWT)
Der Unitary Plan Tunnel (UPWT) befindet sich im Ames Research Center der NASA in Moffet Field, Kalifornien. Der 1955 fertiggestellte Tunnel dient der Erprobung sowohl konventioneller Flugzeuge (kommerziell und militärisch) als auch von Raumfahrzeugen.
UPWT besteht aus drei geschlossenen Windkanälen: einem 3,4 x 3,4 m großen Unterschall-Windkanal (TWT), einem 2,7 x 2,1 m großen Überschall-Windkanal und einem 2,4 x 2,1 m großen Überschall-Windkanal. Diese Windkanäle werden von vier 65.000 PS starken elektromagnetischen Motoren mit gewickeltem Rotor und einer Betriebsspannung von 7.200 Volt angetrieben.
Der letzte Windkanal kann Geschwindigkeiten von bis zu Mach 3,5 (4.321 m) erreichen.
UPWT spielte eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung der Flugzeugflotte von Boeing, beispielsweise beim Kampfflugzeug F-111 und dem Bomber B-1 Lancer.
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