Terowongan angin

Terowongan angin NASA dengan model pesawat.
Model Cessna dengan gelembung berisi helium sedang menunjukkan jalur jejak dari vorteks ujung sayap.

Terowongan angin (bahasa Inggris: wind tunnel) adalah sebuah alat yang digunakan dalam penelitian aerodinamika penelitian untuk mempelajari efek dari udara yang bergerak melewati benda padat. Sebuah terowongan angin terdiri atas bagian tubular dengan objek yang diuji dipasang di tengah. Udara digerakkan melewati objek dengan sistem kipas atau sistem lain yang kuat. Objek uji, sering disebut model terowongan angin, diiinstrumentasikan dengan sensor-sensor yang cocok untuk mengukur gaya-gaya aerodinamika, distribusi tekanan, atau karakteristik-karakteristik lainnya yang yang berkaitan dengan aerodinamika.

Terowongan angin pertama diciptakan menjelang akhir abad ke-19, pada masa awal-awal penelitian aeronautika, ketika banyak orang berusaha mengembangkan mesin terbang yang lebih berat daripada udara. Terowongan angin dibayangkan sebagai sarana yang membalikkan paradigma biasa bahwa bukan udara yang diam dan objek bergerak dengan cepat melalui udara itu, tetapi efek yang sama akan diperoleh jika objek diam dan udara bergerak dengan cepat melalui objek itu. Dengan cara itu pengamat stasioner bisa mempelajari objek saat terbang dan bisa mengukur gaya-gaya aerodinamika yang berlaku padanya.

Pembangunan terowongan angin menyertai pengembangan pesawat. Terowongan angin yang besar dibangun pada masa Perang Dunia Kedua. Pengujian terowongan angin dianggap penting dan strategis selama pengembangan pesawat dan rudal supersonik dalam Perang Dingin.

Kemudian, studi terowongan angin berdiri sendiri. Efek angin pada struktur atau objek-objek buatan manusia perlu dipelajari ketika bangunan-bangunan menjadi cukup tinggi untuk memberikan permukaan yang besar bagi angin dan kekuatan yang dihasilkan angin harus mampu ditahan oleh struktur dalam bangunan. Pengetahuian akan kekuatan-kekuatan tersebut diperlukan sebelum aturan-aturan pembangunan dapat menentukan kekuatan yang dibutuhkan oleh bangunan dan pengujian tersebut kemudian digunakan untuk bangunan-bangunan yang besar atau tidak biasa.

Lebih jauh lain, pengujian terowongan angin kemudian diterapkan pada mobil, bukan untuk menentukan gaya aerodinamika per se tetapi lebih pada menemukan cara-cara untuk mengurangi daya yang diperlukan untuk menggerakkan kendaraan di jalan raya pada kecepatan tertentu. Dalam studi ini, interaksi antara jalan dan kendaraan memainkan peran penting dan interaksi ini harus dipertimbangkan ketika menginterpretasikan hasil tes. Dalam situasi yang sebenarnya jalan bergerak relatif terhadap kendaraan tetapi udara relatif diam terhadap jalan, berbeda dengan di dalam terowongan angin, udara bergerak relatif terhadap jalan, sementara jalan relatif diam terhadap kendaraan uji. Beberapa terowongan angin untuk uji otomotif telah menyertakan sabuk yang bergerak di bawah kendaraan uji dalam upaya untuk mendekati kondisi yang sebenarnya, dan perangkat yang sangat mirip digunakan dalam pengujian terowongan angin untuk konfigurasi pesawat yang sedang lepas landas dan mendarat.

Pengukuran gaya aerodinamik

Kecepatan dan tekanan udara diukur dalam beberapa cara di terowongan angin.

Kecepatan udara yang melalui bagian tes ditentukan berdasarkan prinsip Bernoulli. Pengukuran tekanan dinamis, tekanan statis, dan (hanya untuk aliran termampatkan) kenaikan suhu dalam aliran udara. Arah aliran udara di sekitar model dapat ditentukan dari jumbai benang yang melekat pada permukaan aerodinamika. Arah aliran udara yang mendekati permukaan dapat divisualisasikan dengan pemasangan benang pada aliran udara di depan dan di belakang model uji. Asap atau gelembung cairan dapat dimasukkan ke dalam aliran udara di depan model uji dan jalur mereka di sekitar model dapat difoto.

Gaya-gaya aerodinamika pada model uji biasanya diukur dengan timbangan yang terhubung dengan model uji dengan balok, tali, atau kabel.

Penyebaran tekanan pada model uji secara historis diukur dari banyaknya lubang-lubang kecil yang terbentuk di sepanjang jalur aliran udara dan dengan menggunakan manometer banyak tabung untuk mengukur tekanan pada setiap lubang. Penyebaran tekanan dapat lebih mudah diukur dengan menggunakan cat yang sensitif terhadap tekanan, yang menunjukkan fluoresensi cat lebih rendah pada titik terjadinya tekanan yang lebih tinggi. Penyebaran tekanan juga dapat dengan mudah diukur dengan menggunakan sabuk yang sensitif terhadap tekanan, suatu perkembangan baru berupa suatu strip fleksibel yang mengintegrasikan beberapa modul sensor tekanan ultramini. Strip ini melekat pada permukaan aerodinamika dengan pita dan mengirimkan sinyal-sinyal yang menggambarkan penyebaran tekanan di sepanjang permukaannya.[1]

Penyebaran tekanan pada model uji juga dapat ditentukan dengan melakukan survei olak, yang dalam tes ini satu tabung pitot digunakan untuk mendapatkan beberapa ukuran yang mengalir dari model uji, atau beberapa manometer tabung dipasang pada aliran dan semua ukuran diambil.

Sifat aerodinamika dari sebuah objek tidak tetap sama untuk model berskala.[2] Tapi, dengan mengamati aturan-aturan kesamaan tertentu aturan, keterkaitan yang sangat memuaskan antara sifat aerodinamika dari model berskala dan objek berukuran penuh dapat dicapai. Pilihan parameter-parameter kesamaan tergantung pada tujuan tes, tetapi kondisi yang paling penting untuk memuaskan biasanya:

  • Kesamaan secara geometris: semua dimensi dari objek harus secara proporsional berskala;
  • Angka mach: rasio antara kecepatan udara dan kecepatan suara harus identik untuk model berskala dan objek aktual (memiliki angka mach identik di terowongan angin dan di sekitar objek yang sebenarnya tidak sama dengan memiliki kecepatan udara yang identik)
  • Bilangan Reynolds: rasio antara gaya inersia dan gaya viskos harus terjaga. Parameter ini sulit untuk memuaskan dengan model berskala dan telah mengarah pada pengembangan terowongan angin bertekanan dan kriogenik, yang di dalamnya viskositas fluida yang bekerja dapat sangat berubah untuk mengimbangi pengurangan skala model.

Dalam beberapa kasus tes tertentu, parameter kesamaan lain harus dipenuhi, misalnya bilangan Froude.

En otros idiomas
Afrikaans: Windtonnel
العربية: نفق رياح
azərbaycanca: Aerodinamik boru
dansk: Vindtunnel
Deutsch: Windkanal
English: Wind tunnel
Esperanto: Ventotunelo
فارسی: تونل باد
français: Soufflerie
עברית: מנהרת רוח
hrvatski: Zračni tunel
日本語: 風洞
한국어: 풍동
Bahasa Melayu: Terowong angin
Nederlands: Windtunnel
norsk: Vindtunnel
português: Túnel de vento
srpskohrvatski / српскохрватски: Zračni tunel
slovenščina: Vetrovnik
српски / srpski: Аеротунели
svenska: Vindtunnel
中文: 风洞