В объятиях бури: 7 самых мощных аэродинамических труб в мире

Аэродинамическая труба — это устройство для исследования аэродинамических свойств объектов в условиях потока воздуха, которое имитирует реальные условия полёта или движения. Обычно это длинная труба, в которую поток воздуха подается с помощью мощных вентиляторов. Внутри трубы помещаются модели или объекты, а поток воздуха контролируется для изучения его воздействия на объекты в различных условиях.

Аэродинамические трубы, впервые разработанные в конце 19 века, позволяют изучать такие характеристики, как сопротивление, подъёмная сила, аэродинамические сила и момент, и другие параметры, важные при проектировании самолётов, автомобилей и различных конструкций. Существуют различные типы аэродинамических труб — от малых лабораторных до крупных, способных вместить полноразмерные объекты, такие как грузовые машины или даже самолёты.

В гражданском строительстве аэродинамические трубы помогают проверять структурную целостность зданий и инфраструктурных проектов. Трубы также стали основой аэрокосмической отрасли, помогая тестировать аэродинамику самолетов и ракет и оптимизируя их конструкцию для более безопасного и эффективного полета.

В этой статье представлено 7 самых мощных аэродинамических труб в мире на сегодняшний день.

1. JF-22

JF-22 известна как самая мощная в мире гиперзвуковая аэродинамическая труба. Построенная в Институте механики Китайской академии наук (IMCAS) в Пекине, JF-22 может развивать скорость до 30 Махов или примерно 10 километров в секунду. Такой показатель в 30 раз превышает скорость звука и в 6 раз превышает начальный предел гиперзвуковой скорости в 5 Махов.

В JF-22 не используются вентиляторы, поскольку они не способны создавать такие быстрые потоки воздуха. Вместо этого в трубе используются синхронизированные взрывы для создания ударных волн, которые отражаются друг от друга и сходятся в одной точке внутри трубы диаметром 4 метра и длиной 167 метров.

JF-22 может обеспечить мощность до 15 ГВт, что составляет почти 70% мощности плотины «Три ущелья» — крупнейшей гидроэлектростанции в мире, расположенной в Китае (мощность 22,5 ГВт)

2. JF-12

Аэродинамическая труба JF-12, которую часто считают предшественником JF-22, представляет собой аэродинамическую трубу открытого типа. Как и JF-22, JF-12 использует ударные волны для создания условий полета от 5 до 9 Маха на высоте от 25 000 до 50 000 метров.

JF-12 сыграла жизненно важную роль в разработке китайского гиперзвукового планирующего корабля DF-ZF (HGV). JF-12 все еще находится в эксплуатации и работает вместе с JF-22.

3. Гиперзвуковая аэродинамическая труба Т-117.

Т-117 — это большая гиперзвуковая аэродинамическая труба с продувочным дуговым нагревателем, построенная в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ) в Москве в 1974 году.

T-117 работает по принципу продувки, при котором газ под высоким давлением быстро подается в испытательную секцию, создавая поток воздуха. Два отдельных электродуговых подогревателя, которые можно заменять в зависимости от эксперимента, нагревают воздушный поток.

В одном нагревателе используются две электрические дуги, обеспечивающие максимальную мощность 25 МВт, а в другом — одна электрическая дуга, обеспечивающая максимальную мощность 2,5 МВт.

Т-117 может воспроизводить высокие температуры, с которыми могут столкнуться гиперзвуковые аппараты во время полета (от 630 °C до 3 200 °C), а также обеспечивать испытательную скорость от 7,5 до 18,6 Махов.

В 2018 году Т-117 использовался для отработки гиперзвуковых режимов полета возвращаемого космического корабля «Федерация» и других космических аппаратов.

4. Гиперзвуковой туннельный комплекс (HTF)

Hypersonic Tunnel Facility (HTF) расположен на испытательном полигоне NASA Нила Армстронга, удаленном кампусе Исследовательского центра Гленна в Сандаски, штат Огайо.

Первоначально созданный для испытаний сопел ядерных тепловых ракет, сейчас HTF служит для испытаний крупномасштабных гиперзвуковых воздушно-реактивных двигательных установок на скоростях от 5 до 7 Махов с имитацией реальной высоты (до 36 576 метров).

Длина испытательной секции HTF регулируется от 3 до 4,27 метров. Там нагреватель-накопитель с графитовым сердечником нагревает газообразный азот, который затем смешивается с кислородом комнатной температуры и азотом комнатной температуры для создания незагрязненного синтетического воздуха истинного состава.

Температуру синтетического воздуха регулируют так, чтобы она соответствовала конкретной температуре, необходимой для испытаний. HTF может работать до 5 минут за раз, в зависимости от условий эксплуатации.

5. Аэродинамическая труба Unitary Plan.

Unitary Plan Wind Tunnel (UPWT) — одна из крупнейших действующих аэродинамических труб в мире. Расположена в исследовательском центре NASA Ames Research Center в штате Калифорния.

С момента своей постройки в 1955 году UPWT использовалась для испытаний как традиционных самолетов (коммерческих и военных), так и космических кораблей (таких как Space Shuttle). UPWT сыграла ключевую роль в развитии парка самолетов Boeing, а также истребителя F-111 и бомбардировщика B-1 Lancer.

UPWT состоит из трех аэродинамических труб замкнутого цикла: одна трансзвуковая аэродинамическая труба (Transonic Wind Tunnel, TWT) и две сверхзвуковые аэродинамические трубы (Supersonic Wind Tunnel, SWT).

Последняя труба способна развивать скорость потока до 3,5 Маха. Все секции приводятся в движение четырьмя асинхронными электродвигателями с фазным ротором мощностью по 65 000 лошадиных сил, работающими при напряжении 7,2 кВ. В совокупности система главного привода может производить до 260 000 лошадиных сил.

UPTW был признан национальным историческим памятником в 1985 году.

6. Национальный полномасштабный аэродинамический комплекс (NFAC).

National Full-Scale Aerodynamics Complex (NFAC) расположен в исследовательском центре NASA Ames Research Center в Калифорнии.

Объект получил свое название благодаря возможности испытывать полномасштабные и крупномасштабные летательные аппараты, от коммерческих самолетов, таких как Boeing 737, до парашютов марсохода Curiosity.

NFAC состоит из двух испытательных секций: 12,2 на 24,4 метра и 24,4 на 36,6 метра. Первая секция была построена в 1944 году, вторая секция была добавлена ​​позже, в 1987 году, вместе с шестью вентиляторами диаметром 12 метров каждый.

Вентиляторы используют свои электродвигатели мощностью 22 500 лошадиных сил для забора воздуха снаружи и пропускания его через испытательный участок размером 24,4 на 36,6 метра на максимальной скорости 185 км/ч, достигая общей скорости 555 км/ч в тестовой секции размером 12,2 на 24,4 метра.

7. Национальная трансзвуковая установка

National Transonic Facility (NTF) — крупнейшая в мире криогенная аэродинамическая труба под давлением. Расположенный в Исследовательском центре Лэнгли в Хэмптоне, штат Вирджиния, NTF использует газообразный азот под высоким давлением для достижения температур до -156 °C и общей мощности в 135 000 лошадиных сил.

Хотя NTF может работать при температуре окружающей среды, как обычные аэродинамические трубы, способность NTF воссоздавать криогенные условия помогает трубе увеличить свои возможности по числу Рейнольдса до такой степени, что в настоящее время NTF обеспечивает самые высокие в мире возможности тестирования чисел Рейнольдса.

Число Рейнольдса — это безразмерная величина, используемая в гидродинамике для характеристики потока жидкостей (включая воздух) вокруг объектов. Число представляет собой отношение сил инерции к силам вязкости в потоке жидкости. С увеличением числа Рейнольдса течения переходят от ламинарных к турбулентным.

Прогнозирование такого перехода может помочь адаптировать конструкцию самолета для повышения производительности, эффективности и стабильности, отсюда важность NTF для испытаний по числу Рейнольдса.

Хотя NTF не является полномасштабной аэродинамической трубой, она использовалась для испытаний мелкомасштабных (1/50) моделей Boeing 777 и 787 и бомбардировщиков B-2, A-6 Intrumer и F-18 Hornet.