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Windkanalanlage für Schall- und Uberschall-Strömungsgeschwindigkeiten
Die Strömungsgeschwindigkeit, die man bisher in Windkanälen mit Ventilatoren erzeugt
hat, erreicht kaum die halbe Schallgeschwindigkeit. Diese genügt aber nicht, weil
die technische Entwicklung größere Windgeschwindigkeiten erfordert Zur Erreichung
solcher Windgeschwindigkeiten hat man dann Windkan, äle mit verhältnismäßig kleinen
Querschnitten gebaut oder die Wirkungsweise derselben durch die Amvendung verschiedener
Düsen zu erhöhen versucht. Alle diese Einrichtungen genügen jedoch den technischen
Erfordernissen nidit.
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Der Gegenstand dieser Erfindung betrifft eine Windkanalanlage, mit
welcher man ohne Schwierigkeit Schall- und Überschallgeschwindigkeiten sogar bei
größeren Austrittsquerschnitten erzielen kann. Die Erfindung besteht hierbei im
wesentlichen darin, daß in einem von allen Seiten umschlossenen Raum, in dem eine
Luftmasse aufgenommen und von der äußeren umgebenden Luft abgesondert wird, die
zur Erzeugung der hohen Windströmungsgeschwindigkeit erforderliche Luftverdichtung
durch den Druck eines in diesem Raum frei schwebenden und mit Belastung versehenen
Kastens auf die Luftmasse entsteht, die beim Öffnen eines Verschlusses durch einen
Windkanal ausströmen kann.
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In den Abbildungen ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise
veranschaulicht.
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Abb. I stellt die Gesamtwindkanalanlage im Schnitt dar.
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Abb. 2 zeigt den Querschnitt einer Windkanalstrecke.
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Abb. 3 ist der Längsschnitt zu Abb. 2.
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In der Erdvertiefung 2 mit einer Bodenfläche 3 und den ausgebauten
Seitenwänden. in welcher sich ein Kasten 7 befindet, um dessen Bodenfläche 8 ein
luftdichter Mantel 9, 9n angebracht und an den Seitenwanden 4 abgedichtet befestigt
ist, ist der von allen Seiten umschlossene Raum I angeordnet.
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Wenn die Windkanalanlage nicht in Betrieb ist, ruht der Kasten 7 auf
federnden Lagerstützen 10.
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In der Erdvertiefung 2 verläuft ebenfalls ein an den Raum 1 angeschlossener
und mit Wänden o ausgeführter Windkanal 5 an dessen Einmündung ein Gleichrichter
12 mit Verscluß 11 und in einem Abstand das ein zweiter Gleichrichter 1 7 mit auswechselbaren
Blenden 18 eingebaut ist. Bei 19 be findet sich die Austrittsöffnung des Wind kanals
5.
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Der Kasten 7 wird durch Führungsstangen 13, die in dem Lager 14 auf
und ab gleiten könnenm im Gleichgewicht gehalten.
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Die Windzufuhr in den Kaum 1 erfolgt durch die Windzuleitung 15, an
der ein Rückschlagventil 16 angebracht ist. Dr Windkanal 23 mit geöffnet dargestelltem
Verschluß 11a zeigt eine zweite Anschlußmöglichkeit an den Kaum I. In gestrichelten
Linien ist eine Stellung des frei schwebenden Kastens 7 mit dem luftdichten Mantel
9, gu angedeutet, welche dann entsteht, wenn der Raum 1 mit kom primierter Luft
gefüllt ist.
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Im Windkanal 5 sind gemäß Abb. 2 nach aunen gehende Öffnungen 22
angeordnet, an welchen Unterdruckklappen 21 angebracht sind.
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In der Pfeilrichtung hinter dem Gleichrichter 17 ist ein strahlenförmig
angeordneter Zerstreuer 20 dargestellt (Abb. 3).
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Die Windzufuhr in die Windzuleitung 15 kann auf verschiedene Weise
erfolgen, z. B. durch eine oder mehrere Energiespeicherpumpen, durch Schraubenventilatoren
oder durch Kolbenrotation- oder Turboverdichter. Für veränderlichen Druck kann der
Kasten 7 mit Wasser, für gleichbleibenden Druck zweckmäßig mit S'and oder auf ähnliche
Art belastet werden.
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Um dem luftdichten Mantel 9 eine betriebssichere Widerstandsfähigkeit
zu geben, kann er- durch einen Decküberzug 9a gegen Zerreißen geschützt werden.
Hier wird ein in der Autobereifung bekanntes technisches Prinzip auf ein neues Gebiet
der Technik übertragen.
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Dic Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende: Läßt man eine
Luftmenge in den geschlossenen Raum 1 einströmen, so entsteht eine Verdichtung der
Luftmasse, durch welche der frei hängende bIantel 9, 9a an die Wand des Kastens
7 und an die Wände 4 gedrückt wird, so daß sich um den Kasten 7 eine ringförmige
Mantelwulst bildet. Durch den ansteigenden Druck der Luftmasse wird der Kasten 7
aus seiner Ruhestellung frei schwebend gehoben. Die Energieumsetzung geht völlig
verlustlos vor sich und kann in verschiedenem Wirkungsgrade erfolgen. hIan kann
den Raum 1 zunächst ohne Belastung des Kastens 7 mit Luft füllen und dann die Luftmasse
für die jeweils erforderliche Geschwindigkeit durch nachträgliche Belastung des
Kastens 7 unter Druck setzen. Man kann aber den Raum 1 auch unter Belastung des
Kastens 7 mit komprimierter Luft füllen, indem die Luftmasse von vornherein für
eine Höchstgeschwindigkeit unter Druck gesetzt wird. Diese Möglichkeit hat einen
besseren Wirkungsgrad und hat auch den Vorteil. daß die verschiedene strömungsgeschwindigkeinen
durch auswechselbare Blenden 18 bewirkt werden. Wird die Blende 18 bei gleichbleibender
Belastung des Kastens 7 mit einer kleinen öffnung eingesetzt, dann bleibt der statische
Druck im Raum 1 konstant, lvährend die ausströmende Luft in dem verhältnismäßig
größeren Raum des Windkanals 5 verteilt und verdünnt wird, so daß an der Austrittsöffnung
1 9 nur ein kleiner Geschwindigkeitsdruck entsteht. Wird die Blende 1 8 mit etwas
größere Öffnung in der Gleichrichter eingesetzt. so bleibt der statische Druck im
Raum 1 ebenfalls konstant. aber der Geschwindigkeitsdruck an der Anstrittsöffnung
1 9 wird größer. Wird die Blende 18 nun ganz geöffnet, dann bleibt der statische
Druck im Raum 1 dennoch konstant. und man erreicht an der Austrittsöffnung 19 den
volle oder größten Geschwindigkeitsdruck. Der Geschwindigkeitsdruck ist also bei
voll geölfneter Blende IS am größten und nimmt mit dem Verkleinern der Blende 18
ab, ohne daß der statische Druck im Raum 1 beeinflußt wird. Die Blende 18 ist ein
veränderlicher Widerstand, durch welchen die Luftmenge für eine bestimmte Geschwindigkeit
einige stellt werden kann.
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Der Verschluß 11 dichtet durch den pneumatischen Druck der im Raum
1 komprimierten Luftmasse den Gleichrichter 12 ab. so daß ein Ausströmen der Luft,
solange der Verschluß 11 geschlossen ist, nicht erfolgen allen. Diese Einrichtung
hat den Vorteil. daß der Kasten 7 mit der großen Belastung licht abgefangen werden
muß. sondern durch die komprimierte Luftmasse im Raum I und den Verschluß 11 in
jeder Lage rasch zum Stillstehen gebracht werden kann. Läßt man aus dem Raum 1 durch
Öffnen des "erschlusses 11 die Luft ausströmen, dann sinkt der Kasten 7 mit gleichmäßigem
Druck und bewid,-t so eine schwingungsfreie Luftbewegang.
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Es ist bekannt. daß der Luftstrahl an den Seitenwänden des Windkanals
5 einen Unterdruck bewirkt. Dieser Fall würde unmittelbar hinter der Blende 1 8
auftreten können. Zur Vermeidung diese Nachieiles können an den Seitenwänden Unterdruckklappen
21 angeordnet werden. die von der Luftströmung angesaugt und geöffnet werden.
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Diese Einrichtung unterscheidet sich von bekannten Preßluftkesseln
dadurch, daß der
im Preßluftkessel aufgespeicherte Luftdruck immer
schwächer wird, sobald man demselben eine bestimmte Windmenge entnimmt, während
die in dem Raum I aufgespeicherte Luftmasse bis zur vollen Entleerung des Raumes
I einen konstanten Druck behält.
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Die Gesamtwindkanalanlage nach Abb. 1 zeigt eine Ausführungsform,
die nach der wirtschaftlichen Seite hin eine Rohstoffersparnis bedeutet, wenn sie
im Tiefbau, ausgeführt wird. Auf diese Art wird nicht nur ein unnötiger Hochbau
vermieden, sondern man erspart auch die Erstellung starker Wände, die für eine große
Anlage mit hohem Druck widerstand unbedingt erforderlich wären.
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Der Erfindungsgegenstand hat den großen Vorteil, daß das Volumen
des Raumes I durch den luftdichten Mantelg, ga mit dem Ansteigen des Kastens 7 zunimmt
und beim Höchststand desselben fast einen doppelten Rauminhalt erreicht. Der Mantel
9, 9a und der Kasten 7 ermöglichen also eine namhafte Raumausdehnung und ersparen
somit einen größeren Aufbau. Infolge der gegebenen Ausdehnungsmöglichkeit bietet
sich noch der weitere Vorteil, daß auch der im Betrieb befindliche Raum I ohne Einfluß
auf den konstanten Druck durch die Zufuhr neuer Luftmengen stets aufgefüllt werden
kann, ohne eine Betriebsunterbrechung zu bewirken.
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Gegenüber den bisher bekannten Wind-I;analeinrichtungen bietet die
erfindungsgemäße Anlage den weiteren bedeutenden Vorteil, daß an den Raum 1 an mehreren
Stellen Windkanäle ; mit selbständigem Verschluß Ii angebaut werden können, so daß
man an mehreren Stellen zugleich und voneinander unabhängig Messungen und Versuche
ausführen kann.