Najveći broj nas svoj hobi najpre je posvetio avionima, jednom od čuda tehnike. Za relativno kratko vreme, od braće Rajt i njihovog ”Flajera 1” do današnjih modela, ljudi su uspeli da savladaju brojne prepreke.
Jedan od najdelikatnijih problema svakog aviona je aerodinamika i sve što se pod njom podrazumeva. Kako će se avion ponašati u susretu s vazduhom, strujama, itd? Ispitivanje ”uživo”, bilo je rizično i odnelo je mnogo života.
Stoga su konstruisani aerodinamički tuneli pomoću kojih je simulirano ponašanje aviona kako bi se otkrio najbezbedniji i najdelotvorniji način. Englezi ih zovu Wind tunnel, Nemci Windkanal, Rusi Аэродинами́ческая труба́.
Kod nas je ustaljen naziv aero tunel, ali i vazdušni tunel. Jedno od najdragocenijih sredstava svih vazduhoplovnih instituta. Bez njega, rad je gotovo bespredmetan. Naravno, oni mogu biti i minijaturni, veličine modela, za razliku od bogatih država koje svoje modele ispituju u prirodnoj veličini, ali to nije isto.
Princip rada je relativno jednostavan. Inžinjeri ne moraju da čekaju vetar ili rizikuju i pošalju avion u nepredvidivu situaciju, već ga proizvode. Reklo bi se da je to veštački vetar, odnosno strujanje vazduha. Aerotunel dakle simulira reverzibilnost kretanja struje vazduha i njen uticaj na model.
On može imati jedan ili više ventilatora ili drugih uređaja za ubrizgavanje vazduha. Oni potiskuju vazduh u cev gde se u srednjem delu nalazi model koji se izučava, stvarajući tako prividni efekat da se model kreće određenom brzinom kroz vazduh. Stvara se, najkraće, obrnuta slika vazdušne struje koja se može i vizuelizovati, puštanjem ”obojenog” vazduha.
Ko se prvi setio?
Prvi vazdušni tuneli napravljeni su još 1871. godine. Nezavisno jedan od drugog, član Kraljevskog avijatičarskog društva Velike Britanije, Frensis Gerbert (Francis Herbert Wenham) i ruski vojni inžinjer V. A. Paškevič došli su do upotrebljivih rešenja.
Venhem je najpre koristio tunel radi ispitivanja nosivosti krila; njegov ruski kolega je odmah počeo da se bavi aerodinamikom, i to artiljerijskih granata.
Godine 1897. Cilkovski je napravio originalnu konstrukciju, onakvu kakvu poznajemo. Njegov tunel koristio je protok vazduha koji je proizvodio centralni ventilator i prvi ga je koristio za ono što se i danas koristi – ispitivanje aerodinamike aviona, raketa, ali i automobila, sportskih rekvizita, pa čak i igračaka (!).
Drugo veliko ime, N. E. Žukovski (po kome jedan deo Moskve i komercijalno-vojni aerodrom nose ime) u prostorijama mehaničkog kabineta Moskovskog univerziteta 1902. godine, napravio je vazdušni tunel u kome je postigao brzinu vazduha od 9 m/sec. Prvi tunel sa otvorenom petljom napravio je T. Stenton u Nacionalnoj fitičkoj laboratoriji u Londou 1903. godine. Isto to je uradio Žukovski u Moskvi tri godine kasnije, 1906.
Prvi zatvoreni tunel napravio je 1909. godine u Getingenu (Göttingen, Donja Saksonija) Ludvig Prandtlem, a drugi samo godinu dana kasnije T. Stenton koji se, kako vidimo, nije zaustavio na svom prvom primerku.
Prvi tunel sa slobodnom strujom u radnom delu napravio je čuveni pronalazač svetskog imena, inžinjer koji je maksimalno umeo da iskoristi tada revolucionarne, nove tehnike montaže gvozdenih konstrukcija.
Taj tunel je postavljen na Marsovom polju Parizu, 1909. godine. Pronalazač? Gistav Ajfel, konstruktor dve građevine koje su obeležile svetsku umetnost i gradove u kojima se nalaze – kip slobode i Ajfelov toranj, ali i glavnu železničku stanicu u Parizu, itd.
Kada su naučnici utvrdili da su osnovni modeli ispitani, pouzdani i dovedeni do svoje optimalnosti, krenulo se na povećanje dimenzija. Godine 1934. U Berlinu ( reon Adekrshof), u blizini aerodroma Johanistal (Flugplatz Johannisthal), nacisti su napravili najveći vazdušni tunel na svetu do tada.
To je već bio ambiciozan projekat, jer su Nemci krenuli u razvoj oružja u svim oblastima, a posebno u avijaciji. Dijametar tunela bio je varijabilan – od osam do 12 metara i mogao je da prihvati kako avione u prirodnoj veličini, tako i modele.
Posebna oseobenost ovog tunela bila je konstrukcija firme ”Zeiss-Sywidag” koja je uspela da napravi tunel čiji su zidovi bili debeli samo osam centimentara. On je danas spomenik primenjene arhitekture.
U to vreme već već je mogla da bude sačinjena klasifikacija po vrstama, koja se praktično, do danas nije izmenila. Vazdušni tuneli se dele najpre po spektru mogućnosti brzine protoka vazduha (dozvučni, transzvučni, nadzvučni, hiperzvučni); zatim, po veličini i tipu radnog dela (otvoren, zatvoren), ali i po tome da li mogu omogućiti prednaprezanje -odnos površina/poprečni presek mlaznice i pretkomora.
Stoga postoje i funkcionalno različite vrste:
- Komore sa mogućnošću pregrevanja vazdušne struje. Pomoću njih izučava se uticaj visokih temperatura (pri velikim brzinama aviona) kao i glavne pojave koje ta toplota izaziva – disocijaciju (raspršivanje vazdušne struje prilikom promena temeperature u neposrednoj blizini aviona) i jonizaciju – razbijanja molekula radi rashlađivanja vazdušne struje, odnosno snižavanje temperature letelice koje može veoma bitno da utiče na sve što leti velikim brzinama.
- Komore sa imitacijom visine koje ispituju ponašanje aviona na veliikim visinama i pri razređenom vazduhu, na rizičnoj granici plafona leta.
- Aeroakustičke – u njima se ispituje uticaj akustičkih polja na čvrstinu konstrukcije, funkcionisanje senzora i drugih mehanizama, itd.
Koliko su ova sredstva važna neka ilustruje podatak da ”Centralni aerodinamički institut” (”CAGI Центральный аэрогидродинамический институт”) u Moskvi ima 60 različitih vazdušnih tunela u kojima može da razvije brzinu protoka vazduha od 10m/sec do Mahovog broja 25!
Neki od tih tunela mogu da izazovu magnetnodinamičko ubrzanje do 8.000 metara u sekundi, ali i da izazovu pritisak kočenja do 5.000 atmosfera, što ih čini jedinstvenim u svetu.
Kako oni rade?
Pored toga što je model prikopčan na mnoštvo senzora, da bi se videli pravi efekti, vrši se vizuelizacija protoka vazduha (i vode, u tunelima koji se bave hidrodinamikom). Oni mogu da koriste svilene niti zalepljene na model, ili privezane za tanku mrežu koja oblaže model.
Moguće je i eskeprimentisati s ”obojenim” dimom, ali je takav način kratkotrajnog efekta. U tunelima koji imaju povratnu struju vazduha, on se gomila i vrlo brzo se gubi realna slika.
Sada se, uz pomoć 3D tehnologije, može vrlo verno prikazati ponašanje modela u tunelu i eksperimentisati i putem računarskog programa. Moguće je da će ova tehnologija i vazdušne tunele, velike građevine i velike potrošače, poslati na rashod nauke.
Pored vodoravnog vazdušnog tunela postoji i vertikalna varijanta, gde se vazduh podiže kroz cev pod pravim uglom. U suštini, takvi vertikalni vazdušni tuneli dozvoljavaju uvežbavanje i imitiranje slobodnog pada kod padobranskih skokova, u svrhe razonode, radi treninga sportskih padobranaca u grupnom i figurativnom skakanju, kao i u reklamne svrhe.
Često ih reklamiraju kao način da se pobedi strah od skoka s padobranom ili od visine. U takvom tunelu postoje dva načina stvaranja uzgona:
- Ventilator (ili više njih) pogonjeni snažnim elektromotorima podižu vazduh direktno, s rešetkastog poda, tako da korisnik, treba da bude uvežban da uđe u vazdušnu struju koja se postepeno pojačava.
- Ventilator može da bude postavljen na vrhu vazdušnog tunela i isisava vazduh, isto tako praveći vazdušni jastuk.
Vertikalni tunel jeste bio vojsci interesantan za obuku padobranaca, mada oni imaju daleko bolje i jevtinije načine za obuku.
Međutim, svoje pravo mesto našao je u građanstvu. Prva osoba koja je na taj način proverila svoju hrabrost bio ne anonimni Amerikanac koji je to uradio 1964. u vazduhoplovnoj bazi ‘Rajt Paterson” (Ohajo, SAD) nama dobro poznatoj.
Ubrzo su postale vrlo popularne krajem devedesetih, kako se širio građanski padobranski sport. Na ceremoniji zatvaranja Zimskih olimpijskih igra u Torinu prikazan je vertikalni vazdušni tunel ”Mašina na vetar”, iznad koje su lebdeli sportisti demonstrirajući razne zimske sportove.
Takođe, za vreme promocije ZOI 2014. u Sočiju, kaskaderi su na Crvenom trgu u Moskvi izveli sličan performans. Postoje i bogatiji sporstki centri koji u stalnoj ponudi imaju i ovu vrstu zabave.
Eto još jednog vojnog sredstva koje je svoje mesto našlo na građanskom, komercijalnom tržištu. Tako se dogodilo da vertikalne vazdušne tunele koristi visokoprofitabilna oblast – sport.
Sportska disciplina nazvana je ”bodyflight”, gde se učesnici takmiče u izvođenju raznih zadatih disciplina, grupnoj akrobatici, uvezivanju raznih figura, itd.
