Tunel s proměnnou hustotou - Variable Density Tunnel

Tunel s proměnnou hustotou
Tunel s proměnnou hustotou (9423916012) .jpg
Tunel s proměnnou hustotou v Langley Research Center s hnacím motorem (vlevo), potrubím kompresoru (vpředu) a operátorem (vpravo).
AkronymVDT
Ostatní jménaVětrný tunel č. 2
PoužitíMěření aerodynamických vlastností profilů křídel
Pozoruhodné experimenty„Technická zpráva NACA 460: Vlastnosti 78 souvisejících profilů křídel z testů ve větrném tunelu s proměnnou hustotou“[1]
VynálezceMax Munk
VýrobceNewport News Shipbuilding and Dry Dock Company
MateriálOcel, dřevo
SoučástiOcelový tlakový plášť, vzduchový kompresor, hnací motor, vnitřní zkušební sekce
Související zbožíNACA, Langley Research Center

The Tunel s proměnnou hustotou (VDT) byl druhý větrný tunel v Národním poradním výboru pro letectví (NACA ) Langley Research Center. Navrhl německý letecký inženýr, Max Munk v květnu 1921 to byl první aerodynamický tunel s proměnnou hustotou na světě a umožnil přesnější testování malé modely než by bylo možné dosáhnout atmosférickými aerodynamickými tunely.[2] Aktivně se používal jako aerodynamický tunel od roku 1923 až do svého odchodu do důchodu ve 40. letech. Historik Langley Research Center, James R. Hansen, napsal, že VDT poskytla výsledky lepší než v té době používané atmosférické aerodynamické tunely a byla zodpovědná za jejich výrobu NACA, předchůdce NASA, „světový lídr v oblasti aerodynamického výzkumu“.[3] Nyní je vystaven v areálu Langley, poblíž starého konferenčního centra Reid, a je Národní kulturní památka.

Technický účel

Aby bylo možné přesně změřit aerodynamika zmenšených modelů, hustota vzduchu použitého v a větrný tunel musí být také měřítko replikovat realistické podmínky, které by ovlivnily celý rozsah letadlo.

The Reynoldsovo číslo je kvantifikace komplexního chování dynamických tekutin a počítá se jako poměr setrvačných sil k viskózním silám v toku. Reynoldsovo číslo je definováno jako[4]

kde:

Větrné tunely, které byly použity před vytvořením VDT, mohly fungovat pouze za normálních atmosférických tlaků. Ve výsledku se zmenšené modely v raných aerodynamických tunelech setkaly se vzduchem s Reynoldsovými čísly, která byla vypnuta faktorem rovným inverzní hodnotě měřítka modelu (tj. Model 1:10 by byl vypnutý faktorem 10). Bez správného měřítka Reynoldsova čísla by vzduch proudící přes zmenšený model reagoval s letadlem v plném měřítku velmi odlišně než v aerodynamickém tunelu. Pokud má být plnoformální profil křídla simulován v aerodynamickém tunelu malým modelem, může být Reynoldsovo číslo pouze uzavřeno zvýšením rychlosti nebo jeho hustoty nebo snížením jeho viskozity. Tunel s proměnnou hustotou byl navržen a vyroben tak, aby byl pod tlakem; řešení tohoto problému zvýšením hustoty vzduchu za účelem zvýšení Reynoldsova čísla. VDT byl následně schopen poskytnout přesnější měření aerodynamických vlastností, protože byl schopen přesně replikovat, jak bude vzduch reagovat v plném rozsahu.[5]

Dějiny

Původ

V roce 1920 Národní poradní výbor pro letectví přinesl Max Munk, německý letecký inženýr a student Ludwig Prandtl na Univerzita v Göttingenu, pracovat pro ně v Americe. Po skončení První světová válka „Munk vyžadoval pro práci v NACA dva prezidentské příkazy a údajně měl potíže přizpůsobit se organizační struktuře NACA, která nebyla tak přísně definována jako v Německu.[6] Bez ohledu na to ve stejném roce navrhl svůj revoluční design tunelu s proměnnou hustotou.[2]

Tank tunelu s proměnnou hustotou, který dorazil v roce 1922

Velká ocelová tlaková nádrž VDT byla navržena s pracovním tlakem až 20 atmosfér a byla postavena společností Newport News Shipbuilding and Dry Dock Company v Newport News, Virginie.[3] Nádrž byla 34,5 stop (10,5 m) dlouhá a 15 stop (4,6 m) v průměru. Stěna nádrže byla 2 1⁄8 v tloušťce 54 mm. Tank vyžadoval 85 tun (77,3 tuny) oceli. Zkušební část měla průměr 5 stop (1,5 m), aby odpovídala stávajícímu aerodynamickému tunelu NACA č. 1, což byl otevřený tunel pracující při atmosférickém tlaku. Větrný tunel s proměnnou hustotou měl konstrukci uzavřeného okruhu s prstencovým zpětným tokem, aby se minimalizoval objem nádrže.[7] Ventilátor poháněný motorem o výkonu 250 hp může produkovat rychlost vzduchu až 82 km / h.[8]

Průřez původního zkušebního úseku s úzkým hrdlem (nahoře) a neúspěšného zkušebního úseku s otevřeným hrdlem po požáru z roku 1927 (dole).

Při požáru v roce 1927 byla vnitřní dřevěná zkušební část VDT zničena a byla přestavěna s otevřeným hrdlem, než si komplikace vyžádaly opětovné přestavení s uzavřeným hrdlem. VDT znovu vstoupil do služby v roce 1930 a nadále pomáhal personálu Langley při měření aerodynamických vlastností profilů křídel, dokud nebyl ve 40. letech považován za zastaralý a přeměněn na tlakovou nádrž pro jiné aerodynamické tunely. VDT byl vyřazen z provozu v roce 1978 a byl vyhlášen národní kulturní památkou v roce 1985, protože jeho historický vliv vytvořil základ pro začátek kosmického letu.[8]

Využití výzkumu

Profily křídla NACA (NACA 0006 až NACA 6721.) použité v technické zprávě NACA 460.

Tunel sloužil k výzkumu více než 20 let, až do 40. let 20. století. VDT se používal hlavně k testování profilů křídel, protože konstrukce křídla byla nejnaléhavějším problémem rané letectví.[3] VDT zejména vytvořila data pro 78 klasických tvarů profilů křídel, která byla publikována v roce 1933 v „Charakteristice 78 souvisejících sekcí profilů křídel z testů ve větrném tunelu s proměnnou hustotou“, Technická zpráva NACA 460.[1][9] Tato data byla použita při navrhování Američanů druhá světová válka letadla jako je Douglas DC-3, Boeing B-17 Flying Fortress a Lockheed P-38 Lightning. Kromě toho VDT sloužil k testování tenkých profilů profilů křídel a profilů křídel s nízkým odporem, které byly použity k návrhu P-51 Mustang a snížil odpor o téměř dvě třetiny.[3]

Status národní kulturní památky

3. října 1985 Služba národního parku USA uznal tunel s proměnnou hustotou jako národní kulturní památku. Nominace uvedla VDT jako odpovědnou za založení „NACA jako technicky kompetentní výzkumné organizace ... [omlazující] americký aerodynamický výzkum, který časem vedl k nejlepším letadlům na světě.“ [10] Budova, ve které se původně nacházela, byla zbořena v roce 2014; nádrž je nyní vystavena v areálu Langley.[11][10]

Tunel s proměnnou hustotou
Větrný tunel s proměnnou hustotou - GPN-2000-001242.jpg
Fotografie tunelu s proměnnou hustotou z roku 1929, Eastman Jacobs je zcela vlevo.
UmístěníHampton ve Virginii
Souřadnice37 ° 4'43 ″ severní šířky 76 ° 20'39 "W / 37,07861 ° N 76,34417 ° W / 37.07861; -76.34417Souřadnice: 37 ° 4'43 ″ severní šířky 76 ° 20'39 "W / 37,07861 ° N 76,34417 ° W / 37.07861; -76.34417
Postavený1921-1923
ArchitektMax Munk
Reference NRHPNe.85002795
VLRNe.114-0143
Významná data
Přidáno do NRHP3. října 1985
Určená NHL3. října 1985[8]
Určená VLR18. února 1986[12]

Viz také

Reference

  1. ^ A b „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 2008-04-30. Citováno 2008-04-30.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz) Informace o technické zprávě NACA 460
  2. ^ A b „Na novém typu větrného tunelu“ (PDF). Národní poradní výbor pro letectví. Citováno 26. května 2018.
  3. ^ A b C d Hansen, James R. (1986). Zodpovědný inženýr: Historie letecké laboratoře v Langley, 1917-1958. NASA. str. 65.
  4. ^ Sommerfeld, Arnold (1908). „Ein Beitrag zur hydrodynamischen Erkläerung der turbulenten Flüssigkeitsbewegüngen (příspěvek k hydrodynamickému vysvětlení turbulentních pohybů tekutin)“. Mezinárodní kongres matematiků . 3: 116–124.
  5. ^ Baals, D.D .; Corliss, W. R. (1981). Větrné tunely NASA. NASA. str. 15.
  6. ^ Taylor, D. Bryan; Kinney, Jeremy; Lee, J. Lawrence (2003). Hansen, James R. (ed.). The Wind and Beyond: A Documentary Journey into the History of Aerodynamics in America. NASA. 557, 578.
  7. ^ "Tunel s proměnnou hustotou". NASA. NASA. Citováno 27. května 2018.
  8. ^ A b C "Tunel s proměnnou hustotou". Souhrnný seznam národních historických památek. Služba národního parku. Archivovány od originál dne 2008-05-01. Citováno 27. června 2008.
  9. ^ „Technická zpráva 460: Vlastnosti 78 souvisejících profilů křídel z testů ve větrném tunelu s proměnnou hustotou“ (PDF). Citováno 26. května 2018.
  10. ^ A b Nominační formulář NRHP
  11. ^ Národní kulturní památky NASA Langley
  12. ^ "Registr památek Virginie". Virginie ministerstvo historických zdrojů. Archivovány od originál dne 21. září 2013. Citováno 19. března 2013.

externí odkazy