αεροδυναμική σήραγγα

Εγκατάσταση μέσα στην οποία μελετώνται τα φαινόμενα που συνδέονται με τη σχετική κίνηση ενός ρεύματος αέρα σε σχέση με αεροπλάνα, αυτοκίνητα, αμαξοστοιχίες, γέφυρες, κτίρια, πυραύλους και βλήματα. Για να αποφευχθεί η κατασκευή υπερβολικά ογκωδών και πολυδάπανων σηράγγων, η διεξαγωγή αυτών των πειραμάτων γίνεται συνήθως με μικρά πρότυπα, ομοιώματα. Η εγκατάσταση περιλαμβάνει βασικά έναν αγωγό μεταβλητής διατομής, ο οποίος διαρρέεται από ένα γρήγορο ρεύμα ρευστού, συνήθως αέρα. Η σήραγγα για πειράματα σε ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του ήχου –δηλαδή κατώτερες από περίπου 1,5 Μαχ– μπορεί να είναι ανοικτού ή κλειστού κυκλώματος. Στην πρώτη περίπτωση, ο αέρας για το πείραμα λαμβάνεται συνεχώς από την ατμόσφαιρα. Αντίθετα, στις εγκαταστάσεις κλειστού κυκλώματος κατά τη διάρκεια του πειράματος χρησιμοποιείται συνεχώς το ίδιο ρευστό, το οποίο κυκλοφορεί σε έναν αγωγό σχήματος απλού ή διπλού δακτυλίου. Το πρότυπο τοποθετείται σε ένα βραχύ τμήμα του κυκλώματος, που ονομάζεται θάλαμος πειραμάτων. Μέσα σε αυτόν το ρεύμα υποχρεώνεται να αποκτήσει την ταχύτητα με την οποία θέλουμε να πραγματοποιούμε τα πειράματά μας. Για να μην παρασυρθεί το πρότυπο από το ρευστό που το προσβάλλει, συγκρατείται σταθερά με συνδέσμους (ράβδους ή σχοινιά), οι οποίοι μεταδίδουν σε παρακείμενους αεροδυναμικούς ζυγούς τις δυνάμεις που πρέπει να μετρηθούν. Η ορθότητα της διαδικασίας που ακολουθείται στις α.σ. είναι εγγυημένη από την αρχή των σχετικών κινήσεων, σύμφωνα με την οποία υπάρχει ισοδυναμία μεταξύ των αεροδυναμικών δράσεων-δυνάμεων και ροπών, που ασκούνται πάνω σε ένα στερεό που κινείται μέσα σε ένα ρευστό, και των αεροδυναμικών δράσεων, που ασκούνται πάνω στο ίδιο στερεό όταν αυτό μένει σταθερό και προσβάλλεται από ένα ρεύμα ταχύτητας ίσης και αντίθετης προς την ταχύτητα που είχε το στερεό στην πρώτη περίπτωση. Από τις δυνάμεις και τις ροπές που μετριούνται πάνω στο πρότυπο, υπολογίζουμε τις αντίστοιχες που θα ασκούνται πάνω στο στερεό με τις πραγματικές διαστάσεις του με βάση την αρχή της μηχανικής ομοιότητας. Για να το πετύχουμε αυτό, υιοθετούμε τις αναγκαίες πειραματικές παραδοχές και εφαρμόζουμε τους διορθωτικούς συντελεστές, που προκύπτουν από τη θεωρητική αεροδυναμική, ούτως ώστε να ληφθεί υπόψη η διαφορά συνθηκών περιβάλλοντος μεταξύ του πειράματος και της πραγματικότητας. Οι α.σ. είναι συνήθως οριζόντιες, αλλά ορισμένες κατασκευάζονται με άξονα που έχει μία κλίση ή και κατακόρυφο για να μελετώνται τα φαινόμενα που παρουσιάζονται σε ιδιαίτερες περιπτώσεις: π.χ. κατά την πτώση ενός αεροπλάνου με περιδίνηση. Στις σήραγγες με ταχύτητες υποηχητικές ή σχεδόν ηχητικές το ρεύμα του αέρα παράγεται από ανεμιστήρες ή συχνότερααπό έλικες, ενώ στις σήραγγες για ταχύτητες υπερηχητικές παράγεται από αεροσυμπιεστές, με τη βοήθεια αεριοφυλακίων και θαλάμων εκτόνωσης. Στις εγκαταστάσεις των δύο πρώτων τύπων η ροή είναι συνεχής και ο θάλαμος πειραμάτων μπορεί να έχει (σε μερικές περιπτώσεις) διαστάσεις τέτοιες, ώστε να επιτρέπουν πειράματα πάνω σε αεροπλάνα φυσικού μεγέθους·π.χ. η εγκατάσταση του Moffe Field στην Καλιφόρνια έχει έναν θάλαμο πειραμάτων ύψους 12,20 μ. και πλάτους 24,40 μ. Στις υπερηχητικές σήραγγες η ροή διακόπτεται και o θάλαμος πειραμάτων έχει μικρές διαστάσεις. Αν και τα πρώτα πειράματα είχαν γίνει κατά τις τελευταίες δεκαετίες του 19ου αι., η χρησιμότητα της α.σ. έγινε ιδιαίτερα αντιληπτή γύρω στο 1910, χάρη στις εργασίες ορισμένων επιστημόνων, από τους οποίους πιο διακεκριμένοι ήταν ο Γάλλος Γκιστάβ Άιφελ και ο Γερμανός Λούντβιχ Πραντς. Οι α.σ., οι οποίες συνετέλεσαν πάρα πολύ στην πρόοδο της αεροδυναμικής, μέσα σε λίγες δεκαετίες πέρασαν από ταχύτητες ροής 180-450 χλμ. την ώρα με ισχύ μερικές δεκάδες ίππων, σε ταχύτητες ροής 1.000-5.000 χλμ. την ώρα με ισχύ άνω των 100.000 ίππων. Ταχύτητες ροής μεγαλύτερες, δηλαδή γύρω στα 5 Max, χρησιμοποιούνται σε υπερηχητικές σήραγγες για πειράματα σε πρότυπα ειδικών αεροσκαφών και κυρίως βαλλιστικών βλημάτων (βλ. λ. αεροδυναμική, αερομοντελισμός). Λεπτομέρειες της κύριας ρυθμιστικής βαλβίδας ροής του αέρα και του αεραγωγού ρυθμιζόμενης διατομής αεροδυναμικής σήραγγας. Η αεροδυναμική σήραγγα είναι μια ειδική εγκατάσταση, που χρησιμοποιείται για τη μελέτη της αντίστασης του αέρα στα σώματα που, όπως διαπιστώθηκε, κινούνται πάντοτε ανάλογα με το σχήμα τους. Η τομή του σχεδιαγράμματος εικονίζει την πορεία που πραγματοποιεί ο αέρας με κατεύθυνση από τα δεξιά προς τα αριστερά, για να περιβάλλει σε μια ορισμένη ταχύτητα το σώμα που βρίσκεται υπό παρατήρηση.