Аероснимак аеротунела у Ваздухопловнотехничком институту.|минимини|Шема аеротунела неповратне ваздушне струјеОтворени аеротунел, с неповратном ваздушном струјом Т-31, у Ваздухопловнотехничком институту. Мерење ефикасности хлађења мотора на авиону 522.|миниМали подзвучни, полуотворени аеротунел Т-32, у Ваздухопловнотехничком институту У радном делу је модел авиона Г-2 Галеб.|десно|мини|200пШема аеротунела повратне ваздушне струје.|десно|мини|400п Аеротунели, или ваздушни тунели, су основна лабораторијска постројења експерименталне аеродинамике. У њима се контролисано, физички симулира кретање ваздуха. Назив аеротунели је настао, као скраћење, од аеродинамички тунели. Према веома широком спектру намена и потреба испитивања, аеротунели се граде и опремају у различитим варијантама и нивоима инвестиционих трошкова.
У аеротунелима, тело (објекат, нпр. летелица, или њен модел) мирује, а ваздух се креће (опструјава га). Примењен је принцип релативности кретања ваздуха и тела, без утицаја на физикалност, ко се креће, а ко мирује. Овај принцип замене референтног стања је, уопштено, усвојен у теоретској аеродинамици, а код аеротунела је основа њиховог рада.
У аеротунелима се на летелици, или на њеном моделу, мере стационарне и нестационарне аеродинамичке силе и моменти, локални статички притисци и испитује се облик опструјавања применом метода визуелизације. Поред коришћења за развој разних врста летелица, аеродинамика аеротунела је од великог значаја за решавање проблема при пројектовању аутомобила, бродова, возова, мостова, антенских стубова и других објеката.
Први аеротунели су изграђени у Енглеској, 1871. и 1884. године. Били су прекидног рада, с резервоарем под притиском. Аеротунел с вентилатором је изграђен касније, 1890. године.Војна енциклопедија, Београд, (1970). pp. 17.
Аеротунели с континуалним струјањем ваздуха Принцип рада Аеротунели с континуалним струјањем ваздуха се заснивају на обезбеђеној енергији погона, за дуготрајније одржавање потребног режима рада. Пошто постоје техничка ограничења за инсталисање потребне погонске енергије, с таквим аеротунелима се тешко постижу веће брзине од подзвучних.
Аеротунели с континуалним струјањем ваздуха се могу делити на различите начине. То није стандардизовано. Могуће је извршити поделу према конструкцији, према подешености за само неке врсте испитивања, а и на друге начине. Најприсутнија је подела на два основна типа аеротунела. Први је с неповратном ваздушном струјом или Ајфелов тип, други је с повратном ваздушном струјом или Прантлов тип. Аеротунели с неповратном ваздушном струјом се искључиво користе за јефтинија и мање захтевна испитивања.
Код аеротунела с повратном ваздушном струјом, исти ваздух исте масе, континуално струји различитом брзином кроз делове аеротунела. Као и код свих аеротунела и овде је највећа брзина струјања ваздуха у радном делу, око модела. У даљем току се ваздух успорава у малом и великом дифузору, ради смањења губитака због трења, са смањењем брзине. У колектору се убрзава, ради постизања задате брзине при улазу у радни део. Трење се може смањити, али се не може потпуно избећи. Губици због трења су увек присутни у облику топлотне енергије, утрошене на загревање ваздуха и зидова аеротунела. Та енергија се одводи преко хладњака или заменом ваздуха са свежим из атмосфере, преко одговарајућих измењивача. У циљу смањења губитака се граде аеротунели с двоструким повратним каналима. Кроз два повратна канала се ваздух враћа до колектора са смањеном брзином, па и са смањеним трењем, то јест са смањеним губицима. Ова два повратна канала, се заједно утапају у улаз у колектор. Недостатак ових аеротунела је увећана турбуленција и појава несиметричног струјања у повратним каналима, посебно при постављању модела под углом клизања β.
Услови сличности Сличност струјања у лету и у аеротунелу се одређује преко Рејнолдсовог броја -{R}--{e}- и Маховог броја -{M}- = v / -{c}-. Утицај различите стишљивости (с бројем Маха) на вредности аеродинамичких коефицијената се занемарује све до вредности -{M}- = 0,75, те се може сматрати да је у подзвучним аеротунелима приоритетније реализовати Рејнолдсов број што приближнијим вредностима у лету. Шема аеротунела за велике натпритиске, ануларни аеротунел.|десно|мини|400п
У чланку Аеродинамика је аналитички дефинисан Рејнолдсов број и објашњене су употребљене ознаке:
На повећање Рејнолдсовог броја у аеротунелу се може утицати с повећањем бројиоца , из претходне једначине, док се на смањење имениоца, то јест трења μ, не може много утицати. Због техничких ограничења се не могу довољно увећавати и , те преостаје могућност увећања густине ваздуха ρ, у аеротунелу. За ту намену се граде херметички аеротунели повратне ваздушне струје, с променљивим притиском ваздуха.
Постоје аеротунели с већим натпритисцима. Они су пројектовани по критеријуму оптимизације решења за ефикасну статичку носивост, те им је облик сличан капсули. Ти аеротунели су повратне ваздушне струје и називају се ануларни. За њихов квалитет ваздушне струје важи све што је речено и за аеротунеле с двоструким повратним каналима.
Повећањем притиска, при истој температури, се повећава густина ваздуха. Рејнолдсов број при повећању густине, за исту брзину, расте. То је праћено с порастом брзине звука, односно смањењем Маховог броја. Смањење притиска, у аеротунелу, условљава супротне ефекте. Пример је аеротунел у Пасадени, у Калифорнији, у САД. Тај аеротунел ради с променљивим притиском од једне четвртине атмосферског до притиска четири пута већег од атмосферског. У радном делу, с правоугаоним пресеком (3,66 × 2,59 -{m}-), се постижу брзине при одговарајућим притисцима:
Релативно једноставном аналитичком анализом се добија потребно бројно повећање притиска у аеротунелу за остварење истог Рејнолдсовог броја, као у лету.
Физичке величине, везане за лет имају индекс (1), а за аеротунел (2). При обезбеђеној истој температури ваздуха у аеротунелу и у лету, важе релације:
Шема вертикалног аеротунела за испитивање модела авиона у ковиту.|десно|мини|200п
За исту температуру је μ1 = μ2, па произилази да је:
Резултат анализе је да за успостављену исту температуру и брзину ваздуха, може се реализовати исти Рејнолдсов број, ако се притисак ваздуха у аеротунелу оствари онолико пута већи, у односу на његову вредност у лету, колико је и модел пута мањи од величине авиона.
Вертикални аеротунел Вертикални аеротунели се користе за испитивање понашања модела авиона у ковиту. За ова испитивања се гради модел по законитости сличности инерције и геометрије с авионом. Такав се модел поставља у вертикалну ваздушну струју, под великим нападним углом, с чиме се доводи у положај ковита. То је режим лета авиона на великим нападним угловима, преко αkr, с падом узгона и губитком висине. У томе режиму су доминантније инерцијалне, над аеродинамичким силама и моментима. Облик кретања је сличан паду сувог листа с дрвета у јесен. Пошто вертикални аеротунели, као и сви остали, имају ограничене димензије радног дела, с брзом изменом брзине вертикалне ваздушне струје, модел се при испитивању, контролисано одржава на приближно истом положају, то јест на истој висини. Истовремено се мери брзина ваздушне струје у радном делу аеротунела, а с брзом камером се снима понашање модела.
Најважније је испитивање способности модела у командованом вађењу из ковита. За ту сврху се у модел уграђују специјални серво уређаји, с којима се по заданој законитости отклоне командне површине. Границе радног дела вертикалног аеротунела су ограђене меким мрежама, да не би дошло до оштећења модела.
Конструкција вертикалних аеротунела може бити различита, као и код класичних, лежећих. С повратном ваздушном струјом су најчешће је с једним повратним каналом, као руски T-105, у ЦАГИ-ју у Москви. С оваквом концепцијом се добија објекат велике висине, као на слици. Конструктивно компактније је решење с прстенастим повратним каналом, као на шеми. Овај концепт је мање комфоран за прилаз радном делу. Често се вертикални аеротунели граде и с неповратном ваздушном струјом, као што је амерички, приказан на слици. Специфични, једнонаменски вертикални аеротунели су скупи по критеријуму, односа: инвестициона цена аеротунела-укупни сати његовог ефективног рада. Због те околности већина носилаца развоја авиона избегава инвестицију у њихову изградњу, чак и уз уношење већег ризика у успешност пројекта. Домаћи авиони су сви развијани без експерименталне подршке таквог аеротунела. У прошлости није било промашаја аналитичке процене понашања домаћих авиона у ковиту и ако није било експерименталне подршке. Посебан добар пример су одличне карактеристике авиона, Г-4 Супер Галеба у ковиту.Avioni domace konstrukcije posle Drugog svetskog rata, Beograd, 1996.g. pp. 104, dr Zlatko Rendulic Без обзира на то повољно искуство, било би корисно поседовати такав аеротунел због експерименталне подршке, потврде и развоја расположивих нумеричких метода.
200п225пЦАГИ— Вертикални аеротунел Т-105, повратне ваздушне струје.Амерички вертикални аеротунел, неповратне ваздушне струје. Аеротунел с димом.|десно|мини|350пШематски изглед воденокавитационог тунела.|десно|мини|200пИзглед воденокавитационог тунела, с поставом ласерске опреме, у Ваздухопловнотехничком институту.|десно|мини|200п Димни аеротунел Димни аеротунел је неповратне ваздушне струје и искључиво је једнонаменски. Служи за визуелизацију опструјавања око модела ваздушног струјања, измешаног са линијским траговима дима. Дим се генерише у уређају за сагоревање керозина и спроводи се преко филтера до млазница. Помоћу млазница, постављених паралелно с осом симетрије тунела, испушта се тако да прати и обележава правац струјница ваздуха.
Радни део, овог аеротунела, је таквог облика да се у њему најчешће симулира дводимензионално струјање. У овим аеротунелима се остварују брзине до 20 -{m/s}-. Није опремљен мерним уређајима, те у њему и нема никаквог мерења. Ово је, у великој лепези постојећих и међусобно различитих врста, најједноставнији и најјефтинији аеротунел. Инвестиције, за његову изградњу, су свега неколико хиљада долара. За разлику од ове врсте аеротунела, нпр. за домаћи трисоник, инвестиције су износиле преко 100 милиона америчких долара. Постоје и далеко скупљи аеротунели, изграђени у високоразвијеним и богатим земљама у свету.
Воденокавитациони тунел У воденокавитационом тунелу налази се радни флуид вода, због чега је разумљиво и херметичан. Овај лабораторијски објекат има велики значај у проучавању аеродинамичких феномена, због чега више припада експерименталној аеродинамици, него хидродинамици.
Вода испарава у зависности од температуре и притиска. У тунелу, вода опструјава модел с различитом локалном брзином, у зависности од његове локалне закривљености површине. На местима највеће локалне брзине је најмањи локални статички притисак. Када се тако, за дотичну температуру воде локални статички притисак довољно смањи, почне процес испарења. Што притисак више опада а температура воде више расте интензивније је локално испаравање. На томе месту се показује мехур водене паре. То се у инжењерству назива кавитација, а тај мехур, кавитациони. Тај феномен је, преко доказане аналогије, повезан с појавом локалног Маховог таласа у аеродинамици. Заједничко им је, по дефиницији, да се у тачки највеће локалне брзине јавља прва кавитација, а и први локални ударни талас.
При развоју, авион се аеродинамички обликује, с посебном пажњом за веће брзине лета. При томе је критеријум одлагања појаве ударног таласа на свима његовим деловима до вредности истог за крило. Добро усклађен пројекат авиона је када се његово -{M}-kr обликовањем помери до -{M}-kr његовог крила. Овај критеријум захтева пажљиво обликовање свих делова авиона, посебно оних с већом закривљеношћу површина, као код калоте кабине. За ове експерименталне задатке је погодан кавитациони тунел.
На основу ове аналогије, развијена је и метода експерименталног одређивања -{Mkr}- у кавитационом тунелу у Ваздухопловнотехничком институту. Методу је развио др Бранислав Јовановић.