مقدمه
تونل باد یک محفظه بسیار بزرگ است که در آن، جریان هوا با سرعت مشخص به سمت یک جسم هدایت می‌شود. از تونل باد برای شبیه‌سازی حرکت اجسام مختلف مثل هواپیما، خودرو، قایق و… و عملکرد بخش‌های مختلف آن‌ها در برابر مقاومت باد استفاده می‌شود. تونل باد، اثرات جریان هوا روی اجسام را شبیه‌سازی می‌کند. با استفاده از این شبیه‌سازی، ویژگی‌های آئرودینامیکی اجسام مورد ارزیابی قرار می‌گیرد تا بیشترین بهبود ممکن حاصل شود. در ادامه این مقاله با ما همراه باشید تا اطلاعات بیشتری راجع به تونل باد و تأثیر آن در صنعت خودروسازی به دست آورید.
تونل باد چطور کار می‌کند؟
تونل باد یک محیط آزمایشی بسیار بزرگ است که شامل فن‌های قدرتمند می‌شود. این فن‌ها، جریان باد در تونل را به وجود می‌آورند. جسم مورد آزمایش در تونل در یک نقطه ثابت قرار می‌گیرد و امکان حرکت برای آن تعریف نشده است. فن‌ها، جریان باد را به سمت جسم ثابت هدایت می‌کنند و حالتی به وجود می‌آید که گویی جسم در دنیای واقعی درون هوا حرکت می‌کند.
ازآنجاکه هوا رنگ خاصی ندارد، برای مشاهده نحوه برخورد هوا با جسم و تغییرات آن از دود استفاده می‌شود. دود به همراه جریان هوا به سمت جسم هدایت شده و نحوه تغییر جریان هوا را به نمایش می‌گذارد. بدین ترتیب می‌توان برخورد هوا با جسم را مورد مطالعه قرارداد.
از طرف دیگر، جسم در تونل باد در وضعیت ثابت قرار دارد؛ بنابراین به‌راحتی می‌توان نیروی لیفت و درگ وارد بر جسم را از طریق محاسبه نیروی کشش در جهات مختلف اندازه‌گیری کرد.
زمانی که باد به سمت جسمی ثابت هدایت می‌شود، آشفتگی روی سطح جسم به وجود می‌آید. در تونل باد همچنین برای سنجش خطوط جریان و آشفتگی موجود در سطح اجسام از خاک رس یا روغن‌های رنگی استفاده می‌شود. در برخی تونل‌های باد پیشرفته، جریان هوای اطراف جسم به‌وسیله دوربین‌های با سرعت ثبت بالا و یا با استفاده از اثر داپلر مجسم می‌شود.
انواع تونل‌های باد
تونل‌های باد بر اساس دو معیار دسته‌بندی می‌شوند. معیار اول، شکل ظاهری و معیار دوم سرعت هوا است. بر اساس شکل ظاهری، تونل‌های باد در دودسته تونل‌های باد مداربسته یا تونل‌های باد مدار باز قرار می‌گیرند.
بر اساس سرعت باد نیز می‌توان تونل‌های باد را به پنج نوع تقسیم کرد؛ زیر صوت یا ساب‌سونیک، نزدیک صوت یا ترنسونیک، صوت یا سونیک، بالای صوت یا سوپرسونیک و مافوق‌صوت یا هایپرسونیک. البته تونل‌های باد سوپرسونیک و هایپرسونیک معمولاً یک نوع در نظر گرفته می‌شوند.
اهمیت تونل باد در صنعت خودرو
خودرو در هنگام حرکت با یک عامل بازدارنده قوی مواجه است؛ باد. هوای اطراف ماشین در هنگام حرکت سه اثر مهم به همراه دارد؛ اول‌ازهمه مقاومتی که در برابر ماشین از خود نشان می‌دهد، دومین اثر به عبور جریان باد از اطراف ماشین مربوط می‌شود و سومین اثر، ایجاد سروصدا در داخل کابین به سبب هوای عبوری است.
مقاومت هوا، پیشرانه خودرو را وادار می‌کند تا برای سرعت‌گیری، قدرت بیشتری تولید کند. این موضوع باعث افزایش مصرف سوخت می‌شود. از طرف دیگر، جریانی که حین حرکت خودرو از اطراف آن عبور می‌کند، نه‌تنها عامل مقاومی در برابر حرکت است، بلکه نیروی روبه‌پایین یا همان دانفورس ماشین را کاهش یا افزایش داده و پایداری خودرو را در سرعت‌های بالا تحت‌الشعاع قرار می‌دهد. در حقیقت اثر سوم یعنی ایجاد سروصدا، کم‌دردسرترین اثر باد روی ماشین است که با عایق‌کاری کابین و همچنین بهبود طراحی ماشین، کمرنگ می‌شود.
تأثیر باد روی عملکرد خودرو یک موضوع پراهمیت تلقی می‌شود و اینجاست که تونل‌های بادی به کمک صنعت می‌آیند تا با تولید جریان هوا در حجم و سرعت متفاوت، این امکان را برای مهندسان فراهم آورند تا نحوه مقابله خودرو با اثرات باد را مورد بررسی و ارزیابی قرار دهند.
تونل باد، یکی از مهم‌ترین فناوری‌های پیشرفته برای آزمایش اثر باد روی اشیای مختلف از جمله خودرو است. در آزمایش تونل باد، مواردی همچون نیروی آئرودینامیکی، نیروی بالارونده. نیروی جانبی، نیروی پسا، تغییرات فشار پیرامون خودرو، المان‌های مختلف تنش در خودرو، تغییر نیروی آئرودینامیکی و داده‌های آئروآکوستیک مورد سنجش قرار می‌گیرند.
نحوه انجام آزمایش‌های آئرودینامیکی روی خودرو
تونل باد بهترین ابزار ممکن برای سنجش و بهبود ویژگی‌های آئرودینامیکی خودرو است. به همین خاطر مهندسین خودرو ضمن برخورداری از دانش آئرودینامیکی می‌بایست با کارشناسان آئرودینامیکی در تونل باد همکاری داشته باشند.
جریان هوا پس از عبور از رادیاتور ماشین حدود یک‌سوم سرعت خود را از دست می‌دهد. به همین خاطر می‌توان گفت حدود یک‌سوم پسای کلی ماشین به‌وسیله سیستم خنک‌کننده به وجود می‌آید. ارزیابی میزان هوای ورودی به موتور خودرو جهت کاهش دمای آن، یکی از آزمایش‌هایی است که در تونل باد انجام می‌شود. در این آزمایش، مواردی مثل تأثیر طرح جلوپنجره روی میزان هوای ورودی به محفظه موتور، نحوه توزیع و سرعت جریان باد در رادیاتور، قدرت دمندگی فن پروانه رادیاتور، سیستم تهویه خودرو و… مورد مطالعه قرار می‌گیرند.
از دیگر موارد مورد آزمایش خودرو در تونل باد، عملکرد برف‌پاک‌کن در شرایط مختلف، نحوه پاشش آب‌وگل و لای از لاستیک‌ها به اطراف و عقب خودرو، میزان سروصدای تولیدشده توسط باد، عبور جریان هوا از اطراف بدنه، سنجش جریان‌های گردابی در پشت خودرو، کیفیت هوای درون کابین (سنجش ورودی‌ها و خروجی‌های هوای کابین)، میزان نفوذ هوای بیرون به داخل خودرو، میزان آلودگی داخل خودرو ناشی از دود اگزوز یا بخارات بنزین، میزان کوبش باد، میزان خمش شیشه جلو و عقب در برابر مکش یا فشار هوا و همچنین قابلیت گرمایش بخاری در شرایط جوی مختلف اشاره کرد.
آئرودینامیک بدنه خودرو به نحوی است که با عبور جریان هوا، فشار هوای بیشتری به بخش پایین اعمال می‌شود. به همین خاطر با افزایش سرعت، خودرو میل دارد از زمین بلند شود. در بخش‌های کم‌فشار نیز اثر مشابهی به وجود می‌آید و پایداری خودرو را دچار اختلال می‌کند. به‌عنوان‌مثال در بالای صندوق‌عقب، جریان هوا بسیار ناچیز است. همین موضوع سبب می‌شود که با افزایش سرعت، بخش عقب سبک و بی‌تعادل شود. یکی از روش‌های حل این مشکل، استفاده از اسپویلر است. در حقیقت سپر، لبه زیرین سپر، رینگ‌ها، قوس گلگیر، صفحه پوششی زیر موتور، قوس ستون عقب، قوس جانبی عقب، دریچه‌های سیستم خنک‌کننده و حتی آینه‌ها، جزو عناصری هستند که تحت‌تأثیر باد، پایداری ماشین را کنترل می‌کنند. هر این بخش‌ها بادقت بیشتری طراحی شود، پایداری ماشین نیز بهبود بیشتری پیدا می‌کند. سنجش عملکرد این بخش‌ها همگی در تونل باد صورت می‌گیرد.
انواع تست تونل باد روی خودرو
به دلیل محدودیت‌های مرکز تست و کهش هزینه‌ها، تست‌های آئرودینامیکی روی خودرو را معمولاً در دوفاز انجام می‌دهند.
در آزمایش اول، نمونه کوچک‌شده ماشین در برابر جریان باد قرار می‌گیرد. این روش هزینه کمی داشته و امکان استفاده از امکانات بیشتر راه فراهم می‌آورد. این نمونه کوچک‌شده معمولاً ۳۰ الی ۶۰ درصد اندازه نمونه واقعی است. در آزمایش دوم، خودرو در اندازه واقعی در مقابل تونل باد قرار می‌گیرد. نتایج این آزمایش بیشترین نزدیکی را با سناریوهای واقعی دارند.
جنرال موتورز، دارنده بزرگ‌ترین تونل باد جهان
جنرال‌موتور در دهه ۸۰ میلادی، بزرگ‌ترین تونل باد را در ایالت میشیگان راه‌اندازی کرد. این تونل که با نام GMAL شناخته می‌شود، دارای یک توربین بزرگ ۴۵۰۰ اسب بخاری است که می‌تواند جریان باد با سرعت ۲۲۰ کیلومتر بر ساعت را تولید کند. در تونل GMAL، بررسی آئرودینامیکی خودروها ابتدا با آزمایش روی مدل‌های کوچک با مقیاس یک‌سوم آغاز شده و سپس به مدل‌های فول سایز تعمیم پیدا می‌کند.
دیدگاهتان را بنویسید