Windkanalbau
Allgemeines
Ein Windkanal dient dazu, die aerodynamischen und aeroakustischen Eigenschaften von Objekten zu untersuchen und zu vermessen.
Am bekanntesten sind wohl die Windkanaluntersuchungen von Flugzeugen und Autos. Während bei Autos hauptsächlich ein niedriger Luftwiderstand und optimale Auftriebswerte erzielt werden sollen, spielen bei Flugzeugen wesentlich mehr Aspekte eine Rolle: neben Luftwiderstand und Auftrieb auch Tragflächenprofil, Stabilität, Steuerung usw. Daneben werden inzwischen auch Eisenbahnzüge und Schiffe im Windkanal untersucht. Wichtig ist mittlerweile auch die Untersuchung von Bauwerken wie Hochhäusern, Schornsteinen und Brücken.
Hier muss darauf geachtet werden, dass diese bei Stürmen dem Winddruck und vor allem den Windkräften standhalten und nicht in kritische Schwingungen nahe der Eigenschwingung geraten. Um die Windströmung richtig simulieren zu können, muss dafür manchmal die gesamte nähere Umgebung modelliert werden.
Nur selten können Objekte in Originalgröße im Windkanal untersucht werden; Autos bilden hier eine Ausnahme, da sie nicht allzu groß sind und die relativ niedrigen Luftgeschwindigkeiten ausreichend große Windkanäle erlauben.
Modelle
Für Flugzeuge oder Gebäude müssen meist maßstabsgerechte Modelle gebaut werden. Ein Problem besteht jedoch darin, dass die Luft sich bei kleinen Modellen anders verhält als bei den Objekten in ihrer tatsächlichen Größe. Durch Erhöhung des Luftdrucks und/oder Verringerung der Temperatur lassen sich jedoch die Lufteigenschaften dem Maßstab des Modells anpassen. In manchen Windkanälen wird daher statt mit Luft mit −160 °C kaltem Stickstoff gearbeitet.
Aufbau
Windkanäle bestehen aus einem oder mehreren Gebläsen, die die Luftströmung erzeugen, Gleichrichterelementen, die für eine möglichst gleichmäßige, unverwirbelte Strömung sorgen sollen, einer Düse zur Beschleunigung des Luftstromes sowie der eigentlichen Messstrecke, in der die Untersuchungen durchgeführt werden. Die Strömung in der Messstrecke soll dabei möglichst gleichförmig, parallel, turbulenz- und lärmarm sein. Eine quantitative Aussage über die turbulenten Schwankungsgeschwindigkeiten macht der Turbulenzgrad des Windkanals.
Die Messstrecke kann, wie in der Grafik dargestellt, offen sein, d. h., die Strömung wird von der Düse in eine Messhalle ausgeblasen und an der anderen Messhallenseite von einem Auffänger oder Kollektor aufgefangen, wobei sich in der Messhalle eine Scherschicht zwischen der bewegten und der stehenden Luft aufbaut. Es gibt jedoch auch geschlossene Messstrecken, in denen die Strömung auch in der Messstrecke durch Wände geführt wird, und geschlitzte Messstrecken, bei denen einige dieser Wände mit Schlitzen versehen sind.
Prinzip
Geschlossener Umlaufwindkanal in Göttinger Bauart für den subsonischen Geschwindigkeitsbereich.
Bauarten
Auch die Luftführung von Windkanälen kann offen oder geschlossen sein. Bei der offenen Bauweise wird die Luft aus der Umgebung angesaugt, fließt durch die Messstrecke und entweicht am anderen Ende wieder ins Freie. Geschlossene Luftführungen sind ringförmig. Hier wird die nach der Messstrecke vom Kollektor aufgenommene Luftströmung wieder dem Gebläse zugeführt. Tiefe Temperaturen und hoher Druck können nur in geschlossenen Windkanälen erzeugt werden (Klimawindkanal). Windkanäle für Unterschallgeschwindigkeiten können mehrere Meter Durchmesser haben, dagegen schrumpft die Größe von Windkanälen für den hohen Überschallbereich auf wenige Zentimeter zusammen. (Quelle Wikipedia)
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