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Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig Weitere Bedeutungen sind unter Windkanal Begriffsklarung aufgefuhrt Ein Windkanal eine Anlage zur Untersuchung und Vermessung aerodynamischer und aeroakustischer Eigenschaften von Objekten Windkanal der NASA mit dem Modell einer MD 11Am bekanntesten sind wahrscheinlich die Windkanaluntersuchungen von Flugzeugen und Autos Im Windkanal werden Luftwiderstand dynamischer Auftrieb oder Verformungen durch Aeroelastizitat untersucht Auch Modelle von Bauwerken wie Hochhauser Schornsteine und Brucken werden in Windkanalen untersucht Bei ihnen ist das Ziel eine Beurteilung ob sie in Originalgrosse bei Sturmen den zu erwartenden Windkraften standhalten Um die Windstromung richtig simulieren zu konnen muss dafur manchmal die gesamte nahere Umgebung modelliert werden Nur wenige Objekte konnen ohne Skalierung sinnvoll im Windkanal untersucht werden Autos bilden eine Ausnahme da sie nicht allzu gross sind und die relativ niedrigen Luftgeschwindigkeiten ausreichend grosse Windkanale erlauben Fur Flugzeuge oder Gebaude kommen massstabsgerecht verkleinerte Modelle zum Einsatz Die Form der Umstromung eines Korpers hangt von ihrer Reynolds Zahl ab Um realistische Ergebnisse zu erhalten muss die Untersuchung im Windkanal bei der gleichen Reynolds Zahl erfolgen wie sie der Umstromung im Original entspricht Das kann durch eine hohere Dichte des Mediums oder durch eine hohere Geschwindigkeit erreicht werden Inhaltsverzeichnis 1 Aufbau 1 1 Geblasebetriebene Windkanale 1 2 Speicher Windkanale Intermittierender Betrieb 1 3 Mit instationaren Druckwellen betriebene Windkanale 2 Historisches 2 1 Eiffel Kanal 2 2 Gottinger Kanal 3 Siehe auch 4 Literatur 5 Weblinks 6 Anmerkungen und NachweiseAufbau Bearbeiten nbsp Fallschirm bei einem WindkanalversuchWindkanale bestehen aus einem oder mehreren Geblasen die die Luftstromung erzeugen Gleichrichterelementen die fur eine moglichst gleichmassige unverwirbelte Stromung sorgen sollen einer Duse zur Beschleunigung des Luftstromes sowie der eigentlichen Messstrecke in der die Untersuchungen durchgefuhrt werden Die Stromung in der Messstrecke soll dabei moglichst gleichformig parallel turbulenz und larmarm sein Eine quantitative Aussage uber die turbulenten Schwankungsgeschwindigkeiten macht der Turbulenzgrad des Windkanals Die Messstrecke kann wie in der Grafik dargestellt offen sein d h die Stromung wird von der Duse in eine Messhalle ausgeblasen und an der anderen Messhallenseite von einem Auffanger 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 Stromung in der Messstrecke durch Wande gefuhrt wird und geschlitzte Messstrecken bei denen einige dieser Wande mit Schlitzen versehen sind nbsp Geschlossener Umlaufwindkanal in Gottinger Bauart fur den subsonischen GeschwindigkeitsbereichAuch die Luftfuhrung von Windkanalen 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 Luftfuhrungen sind ringformig Hier wird die nach der Messstrecke vom Kollektor aufgenommene Luftstromung wieder dem Geblase zugefuhrt Tiefe Temperaturen und hoher Druck konnen nur in geschlossenen Windkanalen erzeugt werden Klimawindkanal Windkanale fur Unterschallgeschwindigkeiten konnen mehrere Meter Durchmesser haben dagegen schrumpft die Grosse von Windkanalen fur den hohen Uberschallbereich auf wenige Zentimeter zusammen Windkanalexperimente sind hauptsachlich wegen des hohen Investitionsaufwands bei der Erstellung stets mit hohen Kosten verbunden Daher versucht man heute zunehmend die Versuche durch numerische Stromungssimulation CFD computational fluid dynamics zu ersetzen Die Phanomene werden bereits heute recht gut dargestellt Von der Vision Windkanalexperimente durch numerische Simulation zu ersetzen ist man jedoch in der Wirklichkeit noch weit entfernt Das gilt umso mehr fur die aeroakustische Simulation CAA Computational Aeroacoustics Windkanale lassen sich nach ihrer Betriebsweise wie folgt klassifizieren Geblasebetriebene Windkanale Bearbeiten nbsp 16ft Transsonischer Windkanal der NASAOffener Kanal oder Eiffel Kanal saugt Testgas aus der Atmosphare an und blast es wieder in diese aus Geschlossener Kanal oder Gottinger Kanal fuhrt das Testgas in einem geschlossenen Kreislauf zuruck Ermoglicht Variation von Betriebsdruck und Betriebstemperatur KryokanalSpeicher Windkanale Intermittierender Betrieb Bearbeiten Druckspeicher Windkanal Testgas stromt aus einem Druckkessel zur Windkanal Messstrecke Druck und Temperaturregelung des Testgases erforderlich Vakuum Speicherwindkanal Testgas wird aus der Atmosphare in den Vakuum Speicher gesaugt Keine Druck und Temperaturregelung erforderlich Mit instationaren Druckwellen betriebene Windkanale Bearbeiten Grundprinzip Ein Hochdruck Speicherrohr wird durch eine Berstmembran vom Niederdruckrohr getrennt Mit dem Bersten der Membran entstehen instationare Druckwellen In das Niederdruckrohr lauft eine instationare Stosswelle mit einer gleichsinnigen Nachlaufstromung Gleichzeitig lauft in das Hochdruckrohr eine instationare Expansionswelle die eine Stromung entgegengesetzt der Wellenlaufrichtung induziert Die so induzierten Stromungen werden in Versuchsanlagen verschiedenen Typs genutzt Stosswellenrohr oder Stossrohr Nutzt Nachlaufstromung der instationaren Stosswelle Messzeiten im Millisekundenbereich Varianten Stosswellenkanal Nachbeschleunigung des Testgases mit einer Uberschallduse Rohrwindkanal oder Ludwieg Rohr Das Testgas wird durch eine instationare Expansionswelle vorbeschleunigt und durch eine Windkanalduse nachbeschleunigt Die Expansionswelle durchlauft das in grosser Lange ausfuhrbare Speicherrohr in beiden Richtungen so dass Messzeiten im Sekundenbereich moglich sind Historisches Bearbeiten nbsp Historischer Windkanal im Technikmuseum Hugo Junkers Dessau nbsp Henrich Fockes Windkanal 2005Eiffel Kanal Bearbeiten Von Gustave Eiffel wurden in den Jahren 1905 und 1906 am Eiffelturm Untersuchungen zum Stromungswiderstand von rechteckigen und ovalen Platten gemacht indem sie von der zweiten Plattform des Turmes aus an einem Drahtseil gefuhrt senkrecht nach unten fallen gelassen wurden Hierbei wurde die auf die Platte wirkende Kraft auf einem mit berusstem Papier umwickelten Metallzylinder aufgezeichnet Im Jahr 1909 baute Gustave Eiffel auf dem Champ de Mars ein Laboratorium mit einem Windkanal das 1912 nach Auteuil verlegt wurde Das Laboratoire Aerodynamique Eiffel kann dort noch heute besichtigt werden 1 2 Der Windkanal bestand aus einer geschlossenen Messkabine aus der auf der einen Seite mithilfe eines elektrischen Geblases die Luft abgesaugt wurde die 70 PS Strom hierzu lieferte ubrigens die Kraftzentrale des Eiffelturms Auf der gegenuberliegenden Seite des Raumes stromte Luft aus einem grossen Lagerraum durch eine Duse in das Innere der Messstrecke nach In dem so erzeugten Luftstrahl wurden von Eiffels Mitarbeitern spater auch systematische Untersuchungen zum Verhalten der ersten Tragflugelformen fur Flugzeuge angestellt Diese Art eines offenen Kanals der durch Aussenluft gespeist wird tragt daher auch den Namen Eiffel Kanal Ein Eiffel Kanal hat den Nachteil dass sich Temperatur und Druckschwankungen sowie Geschwindigkeitsunterschiede aus der Umgebung aus der die Luft angesaugt wird in die Messstrecke fortsetzen so dass sich die Stromung nur innerhalb gewisser Grenzen laminar halten und einstellen lasst Gottinger Kanal Bearbeiten nbsp Ludwig Prandtl 1904 mit einem Wasserkanal dem so genannten Prandtl Kanal zur Visualisierung von Stromungsvorgangen der den Windkanal Gottinger Bauart inspirierteUnter anderem aus diesem Grunde wurde von Ludwig Prandtl eine andere Form des Windkanals entwickelt und erstmals 1908 in der von ihm gegrundeten Modellversuchsanstalt fur Aerodynamik in Gottingen umgesetzt Bei einem Windkanal nach Gottinger Typ wird hinter der Messstrecke die Luft in einem Auffangtrichter von einem Geblase abgesaugt von wo aus sie uber einen Kanal wieder der Duse vor der Messstrecke zustromt Auf diese Weise konnen die physikalischen Eigenschaften der Luft im Kanal gut kontrolliert werden Man kann z B den ganzen Kanal und die Messstrecke unter erhohten Druck bringen oder kuhlen Es gibt Kanale in denen mit Drucken bis 120 bar oder Temperaturen bis 200 C gearbeitet wird Ein Kanal Gottinger Bauart hat in der Regel ausserdem einen hoheren Wirkungsgrad da die Bewegungsenergie der aus der Messstrecke ausstromenden Luft wieder benutzt wird Daher haben die meisten Windkanale mit hoher Leistung Strahlgeschwindigkeit einen geschlossenen Kreislauf Diese Bauweise wurde von einem Experimentierkanal inspiriert mit dem Prandtl in Hannover Untersuchungen mit stromendem Wasser unternahm Anstelle des Geblases wurde bei diesem etwa 2 m langen und 20 cm breiten Kanal ein Wasserrad mit einer Handkurbel in Drehung versetzt woraufhin das Wasser in der Messstrecke abgesaugt wurde und durch einen Umstromkanal der sich darunter befand wieder auf die andere Seite der Messstrecke stromte Von oben konnten in den offenen Kanal Hindernisse eingesetzt und ihre Umstromung beobachtet werden Siehe auch BearbeitenAeroakustik Windkanal DNW German Dutch Wind Tunnels Marknesse NL 3 Europaischer transsonischer Windkanal Henrich Fockes Windkanal in Bremen Hyperschall Windkanal Klimawindkanal Rail Tec Arsenal Betreiber des Klima Wind Kanals in Wien Stromungsmesstechnik Trudelturm Uberschall Windkanal Vertikalwindtunnel WasserkanalLiteratur BearbeitenTheo Hottner Ein Jahrhundert Windkanaltechnik Bilanz und Perspektive GRIN Verlag Munchen 2019 ISBN 978 3 346 00574 8 Bill Addis The historical use of physical model testing in wind engineering In Their historical and current use in civil and building engineering design ed by Bill Addis Construction History Series ed by Werner Lorenz Ernst amp Sohn Berlin 2021 ISBN 978 3 433 03257 2 S 711 751 Francesco Dorigatti Boundary layer wind tunnel model testing current practise In Their historical and current use in civil and building engineering design ed by Bill Addis Construction History Series ed by Karl Eugen Kurrer and Werner Lorenz Ernst amp Sohn Berlin 2021 ISBN 978 3 433 03257 2 S 889 939 Weblinks Bearbeiten nbsp Commons Windkanale Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien nbsp Wiktionary Windkanal Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen Versuchsanlagen Institut fur Aerodynamik und Gasdynamik an der Universitat Stuttgart Stromungskanale Institut fur Luft und Raumfahrt der TU Berlin NASA Kids Science News Video Wind Tunnels englisch German Dutch Wind Tunnels DNW englisch FKFS Forschungsinstitut fur Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart Theodore von Karman Windkanallabor Technische Universitat Budapest BME Ungarn Uber das Internet fernbedienbarer Windkanal zur Bestimmung des cW Wertes von Modellautos mehrsprachig siehe RCLs Wind Tunnel Experiments for Grades 8 12 englisch Klima Wind Kanal in Wien Windkanal Simulator planet schule de SWRAnmerkungen und Nachweise Bearbeiten Laboratoire Aerodynamique Eiffel 67 rue Boileau XVI Arrondissement Paris Aerodynamique Eiffel et sa soufflerie DNW German Dutch Wind TunnelsNormdaten Sachbegriff GND 4189940 4 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Windkanal amp oldid 233466661