ما هو نفق الرياح في الطائرات

أنفاق الرياح هي في الحقيقة عبارة عن أنابيب كبيرة جدًا يندفع الهواء داخلها، والمبتغى من هذه الأنفاق هو فحص أداء الطائرة خلال الطيران، حيث يستعمل الباحثون والمختصون هذه الأنفاق للتعرف على رحلة الطائرة بصورة تقريبية للواقع عمليًا، وتستخدم ناسا هذه الأنفاق لاختبار حجم واختبار نماذج الكثير من المركبات الفضائية والطائرات.

متى تم اختراع الأنفاق الهوائية

عندما قام الأخوان رايت بصنع الطائرة في ديسمبر 1903، قاموا بدراسة الديناميكا الهوائية وأجادوا تصميم أجنحة طائراتهم، حيث قاموا بمعظم اختباراتهم في الهواء الطلق مع وجود مخاطر كبيرة، ولكن في الوقت الحاضر يتم إجراء مثل هذه الاختبارات في الداخل مع تقليل عوامل الخطر، وكل ذلك بسبب الابتكار العظيم لمهندس الطيران البريطاني فرانك وينهام (1824–1908).

كما تم إيجاد نفق الرياح الحالي في عام 1871 في الأصل، حيث قام بتصميم وينهام جذع طوله 18 بوصة (46 سم) وطوله 12 قدمًا (3.7 مترًا)، لتوجيه تيار الهواء أفقيًا، حيث تبلغ سرعة الهواء المتدفق داخل هذا الأنبوب حوالي (64 كم/ساعة) أي (40 ميلاً في الساعة) اليوم.

أكبر نفق رياح في العالم تملكه وكالة ناسا (في مركز الأبحاث الخاص بهم) وهو أطول بأكثر من 100 مرة، أي بطول 430 مترًا أو 1400 قدمًا، ويولد هذا النفق رياحًا بسرعة (185 كم/ساعة) (115 ميلاً في الساعة)، وقام هذا الاختراع بعمل وينهام ثورة في الديناميكا الهوائية الحديثة.

ما هي الحاجة إلى نفق الرياح

تقوم أنفاق الرياح في إيجاد الطائرات أو المركبات الفضائية التي تستطيع الطيران بسرعة وكفاءة ومهنية عالية من خلال جعل الهواء يتحرك بسهولة خلال أجنحة الطائرة وأجسامها الشبيهة بالأنابيب، حيث تقوم هذه الأنفاق في دراسة علم الديناميكا الهوائية.

وبمجرد أن ترتفع الطائرة في الهواء ليس من السهل أن ترى كيف يتدفق الهواء عبرها، وفيما إذا كان هناك أي نوع من عيوب التصميم الموجودة فيها، فلن تتمكن من الطيران على أبدًا أو تبدأ الأعطال فيها تعطيل أثناء الرحلة، وهذا هو الموجب في أنه يجب اختبار وفحص كل طائرة ومركبة فضائية موجودة قبل طيرانها حديثة الصنع في نفق هوائي لتفادي أي صورة من صور الكوارث مستقبلًا.

كيف يعمل نفق الرياح

بشكل عام تستخدم أنفاق الرياح مراوح قوية لتحريك كميات كبيرة من الهواء عبر الأنبوب، حيث يتم تثبيت ما يراد اختباره بإحكام في النفق بطريقة يبقى فيها ثابتًا، وبعدها يتصرف النفق كأنبوب ضخم يلتف حول نفسه بمروحة في المنتصف وعندما يتم تشغيل المروحة.

يبعث الهواء حول الأنبوب، وهذا الأنبوب له عرض غير متكافئ، أي أنه يكون ضيق في بعض الأماكن وواسع في أماكن أخرى، وتعمل المنطقة الضيقة من الأنبوب على تحريك الهواء بسرعة بسبب زيادة قيم الضغط، وهذه السرعة العالية ضرورية أثناء الفحص التجريبي للطائرات، ويتطلب عند فحص الطائرات التي لها سرعة أكبر من الصوت سرعة عبارة عن 5 أضعاف سرعة الإعصار، ولفحص مكوك فضائي تكون السرعة اللازمة حوالي 10 مرات أعلى.

كما أن بعض هذه الأنابيب كبيرة بما يكفي لدخول نماذج ذات حجم كامل من الطائرات والمركبات الأخرى، ويتم تحريك الهواء الذي يحيط بما يراد فحصه في نفق الرياح، بحيث يظهر أن الجسم المراد فحصه في حالة طيران، والطائرات في هذا النفق كأنها في عملية طيران حقيقية

ما هي الأشياء التي يمكن اختبارها في نفق الرياح

يمكن أن يكون ما يراد اختباره نموذج مصغر من طائرة أو مركبة فضائية أو جزء منها، وفي بعض الأحيان إذا كان النفق حجمه كبير بصورة كافية، ومن المحتمل أن يكون نموذج الاختبار طائرة بحجمها الكامل أو مركبة فضائية كاملة، ويقوم الهواء المتدفق حول الجسم المثبت داخل النفق بتمثيل ماذا يحدث إذا تحرك في السماء.

يمكن تقييم حركة الهواء حول الجسم بطرق مختلفة في كثير من الأحيان، يوجد دخان أو صبغة في الهواء داخل الأنبوب بحيث يمكن ملاحظة حركته، كما يتم ربط الخيوط بالجسم المراد فحصه لتحديد حركة الهواء، وتستخدم العديد من الأدوات المتخصصة لقياس وتحليل قوة الهواء والضغط على جسم الاختبار.

كما يمكن عمل محاكاة لتأثير الرياح سريعة الحركة على الهياكل الثابتة، مثل ناطحات السحاب والتماثيل العملاقة والجسور، ويراقب المهندسون المعماريون ويقومون بفحص الأحمال التي تفرضها الرياح عالية السرعة على هذه الهياكل وكيف تختلف باختلاف التصميمات، كما أنه يساعد في تحديد كيفية تأثير ناطحات السحاب على هبوب الرياح ودفعها إلى مستوى الأرض.

كيف تستخدم ناسا أنفاق الرياح للطائرات

لدى ناسا أنفاق للرياح أكثر من أي مكان آخر، حيث أن الوكالة تستعمل أنفاق الرياح بعدة طرق، وإحدى الأسباب الرئيسية التي تستخدم لأجلها ناسا أنفاق الرياح هي لمعرفة المزيد عن الطائرات، وكيف تتحرك الأشياء في الهواء.

وتتمثل إحدى وظائف ناسا في تحسين النقل الجوي وتساعد الأنفاق الهوائية وكالة ناسا في اختبار الأفكار لإيجاد طرق تجعل الطائرات أفضل وأكثر أمانًا، ويمكن للمهندسين اختبار مواد أو أشكال جديدة لأجزاء الطائرة، بعد ذلك وقبل تحليق طائرة جديدة ستختبرها ناسا في نفق هوائي للتأكد من أنها ستؤدي الغرض كما ينبغي.

كما تعمل ناسا أيضًا مع الشركات الأخرى التي تحتاج إلى استخدام أنفاق الرياح بهذه الطريقة، حيث يمكن للشركات التي تصنع طائرات جديدة اختبار كيفية تحليقها، وذلك من خلال السماح لهذه الشركات باستخدام هذه الأنفاق.

كيف يمكن أن تساعد أنفاق الرياح المركبة الفضائية

تستعمل ناسا أيضًا أنفاق الرياح لفحص المركبات الفضائية والصواريخ، حيث أن هذه المركبات تم إنشاءها للعمل في الفضاء، والفضاء لا يحتوي على غلاف جوي، كما يجب على المركبات الفضائية والصواريخ السفر عبر الغلاف الجوي للوصول إلى الفضاء، أيضًا يجب أن تعود المركبات التي تنقل البشر إلى الفضاء عبر الغلاف الجوي إلى الأرض.

أنفاق الرياح مهمة وتقوم ناسا على استخدامها لاختبار مركبة الفضاء أوريون وصواريخ نظام الإطلاق الفضائي، حيث أن هذه المركبات سوف تأخذ رواد الفضاء إلى الفضاء، ويجب عليها اختبار الأنظمة في أنفاق الرياح لمعرفة ما إذا كانت آمنة للطيران، ويجب على ناسا أن ترى ما يحدث عندما يعود أوريون إلى الأرض عبر الغلاف الجوي.

أيضًا يمكن أن تساعد الأنفاق الهوائية المهندسين في تصميم المركبات الفضائية للعمل في أماكن أخرى، مثلًا المريخ له غلاف جوي رقيق، ومن المهم معرفة ما سيفعله الغلاف الجوي للمريخ بالمركبات التي تهبط هناك، ولذلك يتم اختبار تصميمات المركبات الفضائية والمظلات في هذه الأنفاق التي تم إعدادها لتكون مثل الغلاف الجوي للمريخ.

وفي نهاية فقد تمتلك وكالة ناسا أنواع مختلفة من أنفاق الرياح، وهي موجودة في مراكز ناسا ومنتشرة في جميع أنحاء البلاد، وتأتي هذه الأنفاق بأحجام كثيرة بعضها لا يتجاوز بضع بوصات مربعة، وبعضها كبير بما يكفي لاختبار طائرة بالحجم الكامل، كما وتختبر بعض أنفاق الرياح الطائرات بسرعات بطيئة للغاية، لكن البعض منها مصنوعة للاختبار بسرعات تفوق سرعة الصوت، مثلًا أكثر من 4000 ميل في الساعة.