مرکز تحقیقات لنگلی قدیمی ترین مجموعه تحقیقاتی ناسا است. این مرکز بزرگ در شهر همتن ایالت ویرجینیا قرار دارد و در زمینه هوا - فضا و علوم فضایی فعالیت می کند. لنگلی، در سال 1917 م، توسط انجمن مشاوران ملی فضانوردی تاسیس شد و امروز، که نزدیک به یک قرن از آغاز به کار آن می گذرد، دارای بیش از چهل تونل باد پیشرفته است که هر کدام در زمینه هایی چون امنیت پرواز و بررسی عملکرد و کارایی انواع هواپیماها و شاتل ها کار می کنند. از جمله معروف ترین تونل های مرکز تحقیقاتی لنگی، تونل باد گذرصوتی لنگلی است. طراحی این تونل در سال 1954 م آغاز شد و، در اوایل سال1960  م، کار خود را با نام تونل باد گذرصوتی لنگلی شروع کرد. امروزه این تونل از جمله مراکز تحقیقاتی پیشرو در عرصه مطالعات و پژوهش های ایمنی پرواز است. از جمله پروژه های مهم این مرکز، طی سالیان گذشته، آزمایش هایی درباره فلاتر و علل بروز آن در انواع هواپیماها و شاتل های فضایی بوده است. در این مقاله درباره تونل باد گذرصوتی لنگلی، ویژگی های شاخص این تونل و نمونه هایی از آزمایش ها و پروژه های انجام شده در آن صحبت خواهیم کرد.

در پژوهش حاضر عملکرد یک توربین بادی پوشش دار در مقایسه با توربین بادی معمول در تونل باد بررسی شده است. توربین های پوشش دار نوعی از توربین های بادی کوچک هستند که یک دیفیوزر در اطراف روتور قرار گرفته و باعث افزایش دبی جریان هوا از میان پره ها شده است و در نتیجه توان بیشتری را جذب می کنند. پره توربین از کامپوزیت رزین پلی استر با الیاف شیشه و به صورت توخالی ساخته شده است. پوشش مورد استفاده نیز به روش نورد نوارهای فولادی روی سطح شیب دار ساخته شده است تا بتواند شکل ظاهری قابل قبولی نیز داشته باشد. طبق طراحی BEM، توان توربین بدون پوشش با درنظرگرفتن 20% افت توان به علت اصطکاک، اینرسی و بازده ژنراتور، 300وات در سرعت باد 10متر بر ثانیه است که نتایج تونل باد، 165وات را در این سرعت نشان داد. ارزیابی سامانه در تونل باد نشان داد که توان تولیدی سامانه پوشش دار نسبت به توربین معمولی به طور متوسط 37% بیشتر است. بیشترین توان تولیدی توربین پوشش دار 286وات به دست آمد. سرعت روتور توربین پوشش دار به طور متوسط 61% بیشتر از توربین بدون پوشش بود که باعث بالارفتن نسبت سرعت نوک پره می شود.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (pdf) مراجعه فرمایید.

یکی از اهداف اصلی در تونل باد، ایجاد جریان قابل کنترل و پایا با حداقل آشفتگی (توربولانس) در مقطع کاری است. یکی از عوامل افزایش شدت آشفتگی در مقطع کاری ناپایداری ها و جدایش جریان در ابتدا و انتهای منقبض کننده تونل است. از میان روش های متعدد کاهش شدت آشفتگی در مقطع کاری، انتقال اجباری جریان با استفاده از نصب سیم نازک در قسمت خروجی منقبض کننده، یکی از جدیدترین و کم هزینه ترین روش ها است. در این پژوهش تاثیر نصب سیم نازک در چهار موقعیت در قسمت محدب منقبض کننده، بر توزیع فشار جریان مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که رفتار جریان در منقبض کننده برای سرعت های پایین و بالا متفاوت است. با نصب سیم نازک در x/L=0.79، 54 سانتی متر از شروع مقطع کاری، گرادیان نامطلوب فشار نسبت به موقعیت های دیگر ضعیف تر و در نتیجه ناپایداری جریان کم تر می شود. برای این حالت کم ترین شدت آشفتگی در مقطع کاری تونل باد نیز حاصل شده است.

یکی از گلوگاه های طراحی تونل باد ابرصوتی، طراحی گرم کن آن می باشد. هدف از انجام این پژوهش، طراحی گرم کن بستر سرامیکی در دمای 1800 کلوین برای جلوگیری از میعان هوا در تونل باد ابرصوتیمی باشد. برای طراحی اولیه گرم کن، از طریق یک کد مهندسی غیر لزج روابط حاکم بر جریان سیال و انتقال حرارت حل می شود. این کد با دریافت خواص فیزیکی ثابت و ترمودینامیکی سیال و جامد، ابعاد هندسی بستر و توزیع دمای دیواره، مقدار دمای هوای خروجی گذرا را تخمین می زند. به همین دلیل، طراحی نهایی گرم کن از طریق حل عددی معادلات ناویراستوکس، انرژی و مدل توربولانسی SST K-ω با حلگر نوع فشار پایه کاپلد با دقت مرتبه دوم انجام گردید. نتایج عددی به دست آمده از این روش انطباق خوبی با نتایج تجربی دارد. از طریق تحلیل پارامتری، طرح های مختلفی برای یافتن یک بستر گرم کن مناسب مورد ارزیابی قرار گرفت. پارامترهای موردبررسی شامل ارتفاع، قطر و تخلخل بستر و قطر سوراخ ها می باشد. نتایج نشان می دهد که قطر سوراخ، قطر بستر و سپس ارتفاع و تخلخل مهم ترین پارامترها در طراحی بستر گرم کن بوده و به ترتیب تأثیر بیشتری بر مقدار دمای هوای خروجی و مدت زمان اجرا آزمون دارند. به طوری که افزایش یا کاهش 14 درصدی هریک به ترتیب باعث افزایش 61، 51، 28 و 8 درصدی مدت زمان اجرا و 6، 3، 2 و 8/1 درصدی دمای هوای خروجی می شود. همچنین قطر سوراخ و تخلخل بستر گرم کن، دو پارامترهای مهم در تعیین ابعاد بستر گرم کن می باشند. درنهایت با استفاده از این نتایج طرح اولیه به یک طرح نهایی با ابعاد قطر بستر 45/0 متر، ارتفاع 7/1 متر، قطر سوراخ 3 میلی متر و تخلخل 2512/0 اصلاح شد.