Strona główna SMIL Strona główna SMIL

Aerodynamiczny tunel dymny

Jednym z celów Stowarzyszenia Młodych Inżynierów Lotnictwa jest popularyzacja lotnictwa wśród społeczeństwa. Czynimy to biorąc udział w takich przedsięwzięciach, jak Piknik Naukowy Radia BIS czy Festiwal Nauki. Do tej pory, aby przybliżyć zainteresowanym tematy, z którymi stykamy się niemalże na co dzień posługiwaliśmy się głównie prezentacjami multimedialnymi. Wszystkie staraliśmy się opatrzyć stosownym komentarzem. Niestety wszystko pozostawało w sferze teorii. Narzędziem, które obecnie wykorzystujemy podczas naszych prezentacji jest wizualizacyjny tunel aerodynamiczny własnej konstrukcji i budowy.

Co pokazujemy?

Biorąc pod uwagę cechy konstrukcyjne jakimi musi charakteryzować każdy tunel aerodynamiczny oraz nasze możliwości, zdecydowaliśmy się na konstrukcję o stosunkowo małym przekroju przestrzeni pomiarowej - 250 x 300 mm. Pierwotnym założeniem była prezentacja modeli w skali 1:72. Takie modele (Supermarine Spitfire, PWS-26 i TS-11 Iskra) pokazywaliśmy na IX Pikniku Naukowym w maju 2007. Okazało się, że te modele tej wielkości są zbyt małe i zachodzące zjawiska nie są wystarczająco wyraźne. Na kolejnej prezentacji tunelu, na IX Festiwalu Nauki we wrześniu 2007 przygotowaliśmy więc większe modele... a raczej ich połówki. Stwierdziliśmy bowiem, że skoro opływ samolotu jest symetryczny, wystarczy wykonać część modelu (w rzeczywistości był to kompletny kadłub z jednym skrzydłem i kawałkiem drugiego. Dążyliśmy do niezaburzonego opływu kadłuba, stąd odsunięcie kadłuba od ścianki przestrzeni pomiarowej). Prezentowaliśmy kartonowy model dwupłatowca oraz model japońskiego myśliwca Ki-61 Hien. Prezentację uzupełniał fabryczny model ciężarówki. Model ten był też używany podczas Pikniku Naukowego.

Modele te służą do pokazania:
  • mechanizmu powstawania siły nośnej
  • zależności siły nośnej od kąta natarcia
  • zjawiska oderwania
  • powstawania oporu kształtu na samolocie o dobrej i złej aerodynamice
  • wirów brzegowych
  • wpływu owiewki i układu kontenerów na opór samochodu ciężarowego
  • innych zjawisk, na które zwracała uwagę publiczność

Jak zrobiliśmy tunel?

Tunel aerodynamiczny, jaki wykonaliśmy, jest tunelem z otwartym obiegiem powietrza, o znacznie mniejszych wymiarach i stopniu komplikacji konstrukcji, niż tunele z zamkniętym obiegiem powietrza. Wadą takiego rozwiązania (choć niezbyt dotkliwą) jest możliwość prezentacji tylko w miejscu dobrze wentylowanym, z uwagi na dym używany przez nas do wizualizacji. Kierując się fundamentalną zasadą konstrukcji tuneli aerodynamicznych, wentylator generujący przepływ powietrza został umieszczony za przestrzenią pomiarową celem zmniejszenia turbulencji przepływu.

Aby ułatwić transport tunelu, został on podzielony na moduły:
  • konfuzor (czyli część wlotowa) - wykonany z pianki styrodur. Wykorzystaliśmy płyty pianki używane do ocieplania domów. Ten segment okazał się najbardziej pracochłonny, ze względu na dość skomplikowaną geometrię (ścianki wlotu w przekroju podłużnym mają kształt 1 sinusoidy). Płyty styrodurowe były cięte za pomocą drutu oporowego, a następnie klejone tak, że powstały ścianki wlotu. Z kolei ścianki zostały zukosowane i sklejone ze sobą w taki sposób, że w przekroju poprzecznym tworzą prostokąt. Wklejenie trójkątnych naroży, szpachlowanie i wygładzenie powierzchni było już "kosmetyką", choć to potrafi zająć wiele czasu
  • przestrzeń pomiarowa o wymiarach 250 x 300 x 650 mm (pierwotnie długość wynosiła 300 mm, jednak po użyciu większych modeli konieczna była budowa nowej, dłuższej komory). Dwie ścianki zostały wykonane z płyt pilśniowych, a dwie z pleksi o grubości 5 mm
  • Moduł przejściowy służący do zmiany przekroju poprzecznego, z prostokątnego (przy komorze pomiarowej) na okrągły (przy wentylatorze). Geometrycznie składa się on z czterech trójkątów i czterech fragmentów stożka, ułożonych tak, że do krawędzi przestrzeni pomiarowych przylegają podstawy trójkątów i wierzchołki stożków, a do krawędzi wentylatora - podstawy stożków i wierzchołki trójkątów. Wycinki stożka zostały wykonane z kompozytu szklano - epoksydowego, zaś trójkąty - ze sklejki. Całość została, dla wzmocnienia, pokryta warstwą kompozytu, czyli matą szklaną przesyconą żywicą epoksydową
  • wentylator zastosowaliśmy wentylator z chłodnicy samochodu FSO Polonez, zapewniający wystarczająco dużą prędkość przepływu. Nawiasem mówiąc, wentylator ten widzieliśmy wielokrotnie w wyciągach powietrza, zainstalowanych w różnych warsztatach; widać więc, że jest to element o zastosowaniu szerszym, niż myśleli inżynierowie z Żerania
  • podstawa wykonana z płyt drewnianych.

Inne elementy tunelu to zasilanie wentylatora i wytwornica dymu. Jak dotąd, korzystaliśmy z wytwornicy dymu wypożyczonej z Instytutu Lotnictwa. Zdajemy sobie jednak sprawę, że jest to rozwiązanie przejściowe, zarówno ze względów organizacyjnych, technicznych oraz wizualizacyjnych (co w naszym wypadku odgrywa sporą rolę). Wytwornica ta generuje pojedynczą strugę dymu, co pozwala pokazać tylko jedną linię prądu. Dążymy do skonstruowania wielopunktowego źródła dymu. Pozwoli nam to pokazać jak wygląda opływ powietrza w stosunku do całego modelu, a nie tylko jednego jego elementu.

Co chcemy zrobić?

Prace nad tunelem nie zostały zakończone. Przed nami etap jego modyfikacji. W najbliższym czasie chcemy wykonać:
  • własną wytwornicę dymu, pozwalającą wizualizować przepływ w jednej płaszczyźnie. Zmieniając położenie wytwornicy można oczywiście pokazać przepływ w niemalże całej przestrzeni pomiarowej. Wymieniamy doświadczenia z Dominikiem Głowackim - studentem Politechniki Częstochowskiej, który opracował podobną instalację do tunelu aerodynamicznego dla swojej uczelni
  • konfuzor o mniejszych wymiarach - obecnie stosowany okazał się zbyt duży, i stwarzał duże problemy logistyczne
  • opracowanie i wykonanie systemu mierzącego siłę nośną i siłę oporu oraz prędkość przepływu
  • nowe modele, które uzupełnią "flotę" obecnie posiadaną. W najbliższym czasie planujemy wykonanie modeli samolotów: TS-8 Bies z ruchomym sterem wysokości i klapami, co pozwoli pokazać ich działanie, MiG-29 dla pokazania nośności wirowej i zasady działania skrzydła pasmowego, a także samolotu klasy business jet (np. Learjet 45) dla pokazania zasady działania wingletów oraz opływu płata skośnego.

Kto pracował przy tunelu?

Oczywiste jest, że w pracach nad tunelem nie uczestniczyli wszyscy członkowie SMIL, a jedynie kilkuosobowy zespół:

  • Krzysztof Błasiak - student Wydziału MEIL PW
  • Adam Dziubiński - absolwent Wydziału MEIL PW, pracownik Instytutu Lotnictwa
  • Dariusz Ejmocki - student Wydziału MEIL PW
  • Jakub Kulecki - absolwent Wydziału MEIL PW, pracownik European Design Centre
  • Paweł Maroński - student Wydziału MEIL PW
  • Paweł Ruchała - student Wydziału MEIL PW
  • Michał S. Wysocki - student Wydziału MEIL PW
www.smil.org.pl | mapa strony | e-poczta
Stowarzyszenie Młodych Inżynierów Lotnictwa
al. Krakowska 110/114 bud. S pok. 12; 02-256 Warszawa
Wersja polska