تونل باد چیست و چه نقشی در صنعت خودرو دارد؟

بهینه‌سازی طراحی خودرو به نتایج این بخش مهم بستگی دارد؛ اما چرا؟

ما هوا را نمی‌بینیم اما این عنصر در زندگی روزمره ما تاثیر بسیار زیادی دارد. از نفسی که می‌کشیم گرفته تا بادی که به سطحی خودروی درحال حرکت برخورد می‌کند، هوا تقریبا همه‌جای کره خاکی ما هست. مهندسان مکانیک و آیرودینامیک صنعت خودرو به این مسئله مهم‌ واقف هستند و می‌دانند که برای طراحی یک خودروی مناسب، سریع و بهینه باید فاکتور هوا و اثراتش روی خودروی درحال حرکت را در نظر بگیرند. به این ترتیب از تونل‌های باد استفاده می‌کنند تا به بهترین شکل ممکن برای بدنه بیرونی دست پیدا کنند. در ادامه، به این عنصر مهم می‌پردازیم و می‌بینیم که تونل باد چگونه صنعت خودرو را متحول کرده است؟

تونل باد چیست؟

تونل باد یک مرکز تحقیقاتی بزرگ و مجهز است که به‌واسطه فراهم‌سازی یک فضای کنترل شده، امکان شبیه‌سازی و کنترل جریان سیال هوا را در اختیار تحقیق‌کننده قرار می‌دهد. ساختار کلی این سازه بسیار بزرگ که در ابعاد مختلفی ساخته می‌شود، به‌شکل یک تونل طراحی می‌شود و شامل یک یا چند توربین بزرگ می‌شود.

مصارف تونل باد

مهندسان و دانشمندان با استفاده از سیستم‌های پیشرفته و تونل باد آزمایش‌های مختلفی را اجرا می‌کنند که اثر برخورد و جریان باد بر المان‌های مختلف فیزیکی را معین می‌کند. این مجموعه‌های غول‌آسا در صنایع بسیاری کاربرد دارند که از جمله آن‌ها می‌توان به صنعت هوافضا، صنایع نظامی، معماری و صنعت خودرو اشاره کرد.

نحوه اجرای آزمایش در تونل باد

یکی از اصلی‌ترین بخش‌های هر تونل باد، محل برگزاری آزمایش آن است که شامل یک تالار آزمایش، اتاق کنترل و توربین باد می‌شود. وسیله خودرو در وسط این تونل قرار می‌گیرد. با وزش باد حاصل از گردش توربین یا فن‌ها، تخته زیرین خودرو و حسگرهای مختلف دیگر، داده‌های لازم را جمع‌آوری می‌کنند.

مهندسان در این آزمایش‌ها از روش دنباله دودی هم استفاده می‌کنند تا بتوانند برداشتی تصویری از تاثیر اشکال در شکست باد داشته باشند. داده‌های جمع‌آوری شده از این تست‌ها شامل موارد زیر می‌شود:

• نیروی آیردینامیکی
• نیروی پسا
• نیروی بالارونده
• نیروهای جانبی
• المان‌های مختلف تنش در جسم
• تغییرات فشار پیرامون جسم
• تغییرات نیروهای آیرودینامیکی
• داده‌های آیروآکوستیک

انواع تست های آیرودینامیکی

تست‌های آیرودینامیکی تونل باد شامل دو نوع تست مقیاس مدل و کامل می‌شود.

در نوع اول که معمولا به‌خاطر شکل خودرو، محدودیت‌های مرکز تست و کاهش هزینه‌ها به‌‎کارگرفته می‌شود، یک مدل ۳۰ تا ۶۰ درصد کوچک‌تر از نمونه واقعی تهیه می‌شود که می‌تواند به‌سرعت دید مناسبی از تاثیرات اشکال بدنه بر آیرودینامیک خودرو را روشن کند. از آنجا که روش استفاده از ماکت هزینه کمتری را بر دوش آزمایش‌کننده می‌گذارد، امکان استفاده از امکانات اضافه‌تری مانند زمین متحرک را هم فراهم می‌کند.

در تست‌های کامل یا فول سایز، آزمایش‌کنندگان می‌توانند از مرحله ماکت عبور کرده و به‌صورت مستقیم به بررسی خود مدل اصلی بپردازند. اگر بخش قابل‌توجهی از برنامه‌ توسعه و طراحی فرم باتوجه به محاسبات CFD انجام شده باشد، توسعه دهنده می‌تواند نتیجه شبیه‌سازی‌هایش را با تست‌های نزدیک به واقعیت تونل باد موردآزمایش قرار دهد. داده‌های حاصل از این تست‌ها نزدیکی بسیار زیادی به سناریوهای حقیقی دارند.

بزرگ ترین تونل باد جهان

در دهه ۸۰ میلادی، آزمایشگاه آیرودینامیک جنرال‌موتورز، به‌عنوان بزرگ‌ترین تونل باد جهان صنعت خودرو افتتاح شد؛ تنها نمونه بزرگ‌تر از آن در خدمت صنعت هوافضا بود. این تونل مجهز به یک فن ۴,۵۰۰ اسب بخاری است که توان تولید باد با سرعت ۲۲۰ کیلومترب ر ساعت را دارد. این تونل که با نام «GMAL» شناخته می‌شود در ایالت میشیگان، ایالات‌متحده، واقع شده است. پره‌های چرخان توربین این تونل از جنس چوب پرداخت شده هستند.

متخصصان جنرال‌موتورز می‌گویند که فرایند بررسی‌های آیرودینامیکی یک خودرو با آزمایش روی مدل‌های کوچک‌تر با مقیاس ۱:۳ آغاز می‌شود و در مرحله‌های بعدی به تست فول سایز می‌رسد.