Tuulitunnelin rakentaminen

[sampo]

Rakennetaanko tuulitunneli?

Muutamien Polluxin jäsenten keskuudessa on kehittynyt idea rakentaa tuulitunneli rakettien vakauden ym. ominaisuuksien testaamiseen. Tämä olisi erityisen kätevä erikoisten rakettimallien (mm. aitojen pienoismallien) teossa, joiden kohdalla laskeminen tai narun kanssa vakauden testaaminen ovat hankalia. Mikäli Pollux saa syksyllä TKY:ltä sopivan varastotilan, voisi Pollux rakentaa tuulitunnelin sinne kaikkien jäsenten käytettäväksi (sekä myös muiden rakettiharrastajien käyttöön).

Idea ei ole niin hullu kuin miltä kuulostaa: loppujen lopuksi tuulitunneli vaatii vain sopivan tunneliosuuden sekä sopivan puhaltimen. Kallein osuus on sopiva tuuletin, mutta jos sellaisen saa jostakin vanhasta romusta, niin tuulitunnelin todennäköisesti saisi rakennettua alle 100 eurolla (mahdollisesti reilustikin alle). Asiaa voi siis ainakin harkita. Alla on alustavaa pohdintaa asiasta.


Perusrakenne

Yksi olennaisimmista kysymyksistä tunnelin suunnittelussa on, tekeekö siitä avoimen vai suljetun kierron. Avoimessa olisi vain suora tunneli, jonka molemmat päät ovat avoinna, ja toisessa päässä on tuuletin. Suljetussa puhallusilma ohjattaisiin putkea pitkin takaisin alkuun.

Avoimessa kierrossa tuulettimen tehokkuus suoraan määräisi tuulen nopeuden. Suljetussa kierrossa sen sijaan voisi kuvitella syntyvän ilmavirta, joka saa tuulettimesta lisää vauhtia joka kierroksella, mikä voisi kasvattaa tuulen nopeutta. Kuitenkin takaisin kytkevä putki saattaa tuottaa ilmavirtaan niin paljon kitkaa, että siitä olisi enemmän haittaa kuin hyötyä - tuuletin joutuisi "imemään" ilmaa pitkästä putkesta. Tätä ongelmaa voisi tosin pienentää laittamalla useampia tuulettimia kiertoon.

En osaa suoralta kädeltä sanoa kummassa syntyisi suurempi ilman nopeus, mutta itse olen kallistumassa avoimeen mallin. Tätä on käytetty muuallakin netistä löytyvissä kotitekoisissa tuulitunneleissa (suljettua kiertoa en ole nähnyt). Jos joku tietää/arvelee asiasta jotain, niin mainitkaa alle. Yksi suosittu tyyppi näyttäisi olevan ns. Baals tuulitunneli, joka on ilmeisesti melko pitkälle mietitty malli:

http://www.ceeo.tufts.edu/ldaps/htdocs/ ... unnel.html
http://www.ceeo.tufts.edu/graphics/wind ... ciate.html

Myös voisi pohtia, kannattaisiko rakentaa vaakasuorassa oleva tunneli (kuten ym. linkeissä) vai pystyssä oleva. Pystyssä oleva tunneli mahtuisi pienempään säilytystilaan, mutta tällöin katon korkeus rajoittaa tunnelin pituutta.


Tuuletin

Ehdottomasti kallein yksittäinen osa tunnelissa on riittävän voimakas tuuletin. Kaupallisesti uutena ei tunnu saavan kuin maksimissaan noin 15-20 cm kokoisia tuulettimia, ja nekin ovat jo 100 euron hintaluokassa. Jos tätä isompaa tuuletinta tarvitsee, se menee jo LVI-puolelle, ja hinnat lähtevät 500 eurosta ylöspäin.

Yksi vaihtoehto joka on tullut mieleen on autojen jäähdytyspuhaltimet, joiden pitäisi olla suht. voimakkaita. Niitä voi myös saada ihan sopuhintaan käytettynä, esim. http://www.huuto.net/fi/showitem.php3?itemid=4318090 (kuva myös täällä).

Mahdollista on myös laittaa esim. neljä tuuletinta vierekkäin, jos jostakin saa halvalla pieniä (tai miksei isompiakin ) tuulettimia. Ideoita otetaan vastaan.


Koko

Yksi olennaisimmista kysymyksistä on myös, minkä kokoinen tunnelin pitäisi olla. Tunnelin säilytys-/käyttötila on rajallinen, joten monimetrisiä raketteja ei kannata alkaa ottaa huomioon, mutta puolimetrinen raketti pitäisi ainakin saada mahtumaan sinne. Mihin pitäisi laittaa raja? Pituusongelmaa voisi helpottaa tekemällä tunnelista paloiteltavan, sekä mahdollisesti muunneltavan pituisen (en usko Baalsin tunnelissa testiosuuden pidentämisen paljoa haittaavan).

Tärkeämpi kysymys vielä on leveys: mitä suurempi testialueen poikkipinta-ala on, sitä hitaampi ilmavirta sinne saadaan, ja sitä isompi ja kalliimpi tuuletin tarvitaan. Miten isoja/leveitä raketteja pitäisi voida testata?


Kiinnitykset ja mittaukset

Yksi pohdittava asia myös on, kuinka kiinnittää raketti niin, että se pyörii vapaasti jonkin akselin ympäri tunnelissa. Kiinnityksen olisi hyvä olla helposti säädettävissä (jotta voi etsiä painekeskiötä) ja mahdollista kiinnittää mahdollisimman omituisen muotoiseen rakettiin. Hyviä ideoita otetaan vastaan.

Lisäksi voisi miettiä, mitä kaikkia suureita raketista voisi tuulitunnelin avulla mitata. Painekeskiön löytää suht. helposti kiertoakselia siirtämällä. Lisäksi esimerkiksi ilmanvastuskerroin pitäisi olla melko suoraviivaista määrittää (esim. kiinnittämällä kiertoakseli jouseen tai kuten täällä). Onko muita ideoita?


Tarvitaanko sitä?

Olennaisin kysymys loppujen lopuksi on tietysti että tarvitaanko sitä. Kuinka paljon hyötyä siitä loppujen lopuksi olisi kerholaisille? Kasvaisiko tuulitunnelin tarve jatkossa, jos ihmiset alkavat suunnitella yhä mielikuvituksellisempia raketteja? Vai löytyisikö rahalle olennaisempaakin käyttöä?


Mielipiteitä? Kommentteja? Ideoita? Kirjoittakaa alle!

[panu]

Voisihan tuota ainakin testiversion rakentaa, ja katsoa sitten olisiko 'oikealle' ja paremmin rakennetulle käyttöä. Samalla saisi vähän osviittaa muodosta, koosta, yms.

Testiversion saanee rakennettua halvalla esim. yhdestä kappaleesta auton syylärin tuulettimia ja parista pahvilaatikosta. Pahvilaatikoitahan löytyy jokaisen itseään kunniottavan firman aulasta ja tuskin tuosta ropelistakaan isoa ongelmaa saa aikaiseksi. Parin viikon päästä käyn kotipuolessa, ja jos aikaa riittää niin koetan löytää ylimääräisen puhaltimen.

Sähköähän tuohon saa esim. akusta tai pitemmän päälle AT-powerista (muistaakseni joskus mittailin sellaista ropelia, ja haukkasi pari amppeeria virtaa).

[Jukkis]

Jos nyt oikein käsitin, niin tuo baals-malli on nimenomaan sitä 'imevää' mallia, eli tuuletin on testikammion jälkeen kun seurataan ilman virtausta. Tämä onkin tietääkseni parempi vaihtoehto itsetehtyihin, koska tunnelin ei tarvitse olla täysin tiivis toisin kuin 'puskevassa' vaihtoehdossa. Suljetussa mallissa paluuputken kitkan vaikutusta voisi koittaa minimoida tekemällä paluuputkesta (reilusti) testikammiota avaramman.

Olisiko sille sitten tarvetta? Itselläni ainakin olisi mielessä muutamakin malli, joiden testaamiseen tunneli voisi olla kätevä. Mainittujen painekeskiön ja ilmanvastuskertoimen määrittämisen lisäksi voisin hyödyntää tunnelia selvittämällä, millä alueilla raketin pinnalle muodostuu pyörteitä ilmavirtaukseen. Tämän tietäminen on hyödyllistä ilmanvastusta minimoidessa. Yksinkertaisin tapa mitata tätä on kiinnittää raketin pintaan selvästi erottuvia langanpätkiä ja pistää raketti tunneliin. Siellä missä langat väpättävät, on pyörteitä.

[sampo]

Jos nyt oikein käsitin, niin tuo baals-malli on nimenomaan sitä 'imevää' mallia, eli tuuletin on testikammion jälkeen kun seurataan ilman virtausta. Tämä onkin tietääkseni parempi vaihtoehto itsetehtyihin, koska tunnelin ei tarvitse olla täysin tiivis toisin kuin 'puskevassa' vaihtoehdossa.

Ilmaisin asian ehkä vähän huonosti: en imemisellä viitannut siihen, onko tuuletin ennen vai jälkeen raketin, vaan siihen että oli se missä hyvänsä, se joutuu suljetussa kierrossa imemään ilmaa siitä pitkästä paluuilmaputkesta eikä vapaasta huoneilmasta.

Suljetussa mallissa paluuputken kitkan vaikutusta voisi koittaa minimoida tekemällä paluuputkesta (reilusti) testikammiota avaramman.

Toisaalta tämä hävittäisi koko suljetun kierron idean: Jos paluuputki on avarampi, on ilman nopeus siellä pienempi, eikä ole juurikaan jatkuvaa ilmakiertoa, jota voisi sitten vauhdittaa joka kierroksella.

Lähinnä mikä suljetussa kierrossa olisi ehkä etuna olisi että sen matkalle voi laittaa mielivaltaisen määrän tuulettimia (esim. neljä) ilmaa työntämään. Avomallissa niiden määrä olisi efektiivisesti rajattu kahteen (ennen ja jälkeen raketin - tietääkö joku olisiko tästäkään hyötyä?). Useammat tuulettimet voivat tosin lisätä testivirran turbulenssia ja pyörteisyyttä jo valmiiksi.

Mainittujen painekeskiön ja ilmanvastuskertoimen määrittämisen lisäksi voisin hyödyntää tunnelia selvittämällä, millä alueilla raketin pinnalle muodostuu pyörteitä ilmavirtaukseen.

Ja jos joku keksii hyvän näkyvän savun lähteen, niin ei kai olisi hankalaa tehdä ohuesta putkesta verkkoa sisääntuloaukkoon, joka säännöllisin välimatkoin päästäisi savuvanan ilmaan. =) (Ensimmäisenä tulee mieleen kuuma vesi ja hiilihappojää, mutta en usko sen olevan tarpeeksi näkyvää kovassa ilmavirrassa.)

[tt]

Ja jos joku keksii hyvän näkyvän savun lähteen, niin ei kai olisi hankalaa tehdä ohuesta putkesta verkkoa sisääntuloaukkoon, joka säännöllisin välimatkoin päästäisi savuvanan ilmaan. =) (Ensimmäisenä tulee mieleen kuuma vesi ja hiilihappojää, mutta en usko sen olevan tarpeeksi näkyvää kovassa ilmavirrassa.)

Diskosavua tuottava laite on varsin triviaali tehdä, mutta en tiedä tuottaako se riittävän "paksua" savua.
Kannattaisi varmaan kysäistä virtauslabrasta, mitä he käyttävät tuohon.

[tommi]

Tuulitunnelin rakentaminen on loistava idea. Etenkin kun ajatellaan edellisessä lennätyksessä esiintyneen "joulukuusen" kaltaisia erikoisuuksia.


Puhallinta pohtiessa tuli mieleen ajatus siitä että kannattaisiko puhaltimeen sisällyttää kaksi propellia samalle akselille. Ensimmäinen propelli olisi loivemmalla kulmalla varustettu ja toinen jyrkemmällä kulmalla ja mahdollisesti pienempi kuin edellinen. Näin voitaisiin ehkä saada aikaan tehokkaampi puhallin. Eli samantyyppinen rakenne kuin suihkumoottorin ahtimessa, mutta tietenkin yksinkertaistettuna.

Tommi

[sampo]

Puhallinta pohtiessa tuli mieleen ajatus siitä että kannattaisiko puhaltimeen sisällyttää kaksi propellia samalle akselille. Ensimmäinen propelli olisi loivemmalla kulmalla varustettu ja toinen jyrkemmällä kulmalla ja mahdollisesti pienempi kuin edellinen.

Tämä voisi lisätä imutehoa, mutta en usko että se maksaa vaivaa. Siinä pitäisi itse leikkiä moottoreiden, akselien ja propellien kanssa, kun kuitenkin pitäisi olla saatavilla ihan valmiita palikoita jotka vain ruuvataan kohdalleen. Ennemmin etsii käsiinsä vähän isomman puhaltimen alunalkajaisiksi.

Ilmavirran nopeutta voi tehokkaiten lisätä käyttämällä isompaa tuuletinta ja kuristamalla sen virta testikammion kokoiseksi. Tai vaikka kiinnittää neljä pienempää tuuletinta vierekkäin ja kuristaa sen.

[Asko]

Kaiken kaikkiahan kannattaa otta yhteys virtauslabran porukkaan, sieltä varmaan saa käteviä ehdotuksia, minkälaisen ja kokoisenen systeemin kannattaa rakentaa.

Asko

[Jukkis]

Ilmaisin asian ehkä vähän huonosti: en imemisellä viitannut siihen, onko tuuletin ennen vai jälkeen raketin,

Enpä itse viitannutkaan tuohon asiaan, vaan lisäsin vain omaa "tietouttani" keskusteluun.

Toisaalta tämä hävittäisi koko suljetun kierron idean: Jos paluuputki on avarampi, on ilman nopeus siellä pienempi, eikä ole juurikaan jatkuvaa ilmakiertoa, jota voisi sitten vauhdittaa joka kierroksella.

Totta.

Lähinnä mikä suljetussa kierrossa olisi ehkä etuna olisi että sen matkalle voi laittaa mielivaltaisen määrän tuulettimia (esim. neljä) ilmaa työntämään.

Epäilen olisiko monesta tuulettimesta merkittävää hyötyä. Luulisin että ilmavirran nopeuden rajoittavaksi tekijäksi nousee tunnelin aiheuttama ilmanvastus eikä tuulettimen teho.

Savun käytännöllisyydestä suljetussa kierrossa en myöskään tiedä, koska savuhan tulee kierron jälkeen takaisin testikammioon. Lienee tarkoitus tehdä sen verran pieni tunneli, ettei savu ehdi merkittävästi hajota paluumatkan aikana?

Mutta Askon idea tässä on paras: virtauslabrassa varmasti tietävät aiheesta enemmän. Itse kuitenkin ajattelisin, että yhden tuulettimen avoin mallikin on meille riittävän hyvä.

[sampo]

Vanhoista nyysseistä (http://groups.google.com/) löytyy jotain ihan hyödyllistä juttua asiasta. Mielenkiintoisimmat viestit mitkä löysin ovat:

http://groups.google.com/groups?selm=5e ... lucent.com
http://groups.google.com/groups?selm=co ... eywell.com

Näillä näkymin fiksuimmalta minusta vaikuttaisi yhden tuulettimen avoin 'imevä' malli. Se on vahvimmin esillä nettilähteissä, ja varmasti syystäkin. (Tuo toinen viesti mainitsee suljettujen olevan vähän tehokkaampia, mutta paljon vaikeampia rakentaa kunnollisiksi.)

Noissa puhutaan myös putkistosta, joka muuttaa ilmavirtauksen (miltei) laminaariseksi. Sellainen ilmeisesti kannattaa olla tunnelin alkupäässä, mutta entä testialueen ja tuulettimen välissä? Pääsisikö sieltä turbulenssia haittaamaan mittauksia?

Noissa myös näkee mainittavan tuulettimien tehoiksi luokkaa 1/3-1/2 hp, eli noin 200-400 W. Pelkkä teho ei tietenkään kerro kaikkea tuulettimen toiminnasta, mutta voisiko 12 voltilla toimiva jäähdytystuuletin olla sitten riittävän tehokas? (240W / 12V = 20A virtaa)

Aerodynamiikan laboratoriosta kysyminen on myös hyvä idea (http://www.aero.hut.fi/), kunhan tiedetään vähän tarkemmin mitä halutaan.

[sampo]

Löysin erinomaiselta vaikuttavan kirjan kertoen tuulitunneleista, niiden rakenteesta, mittauksista yms: Low-Speed Wind Tunnel Testing, tekijöinä William Rae, Alan Pope, Jewel Barlow (tekijäluettelo näyttää vähän vaihtelevan painoksen mukaan). Teosta löytyy muutama kappale ainakin TKK:n kirjastosta (1 kpl uusinta painosta ja 5 kpl vanhempaa (joista yksi on tällä hetkellä minulla lainassa)).

Lisätietoja kirjasta esim. http://www.wileyeurope.com/WileyCDA/Wil ... 57749.html

[sampo]

Eli Polluxin kerhoillassa 17.9. rakennettiin tuulitunnelin prototyyppi. Otettiin yksi Saabin jäähdytyspuhallin, ja teipattiin siihen kiinni noin 1,5-2m pitkä pahviputki (taivutettu aaltopahvista). Ei mitään kavennuksia tai turhia levennyksiä siis. Rakettien kiinnitys tapahtui pistämällä niihin neulalla reikä ja pujottamalla rautalanka niiden lävitse, ja "tunnelin" seinien läpi. Kun flekti sitten käynnistettiin niin komeastihan raketti nousi "lentoon".

Alla kuvia härvelistä, klikkaamalla isompi versio: (Salaman kanssa kuvatessa valotusaika on niin lyhyt että propelli näyttää kahdessa viimeisessäkin kuvassa paikallaanolevalta, vaikka todellisuudessa pyöriikin.)




Kokeet siis näyttivät hyvin lupaavilta. Kun tuulettimeen kytkee putken niin se imuteho on suorastaan yllättävä. Mutta kuitenkin toi flekti on liian pieni. Sen halkaisija on alle 30cm, ja mietittiin että testisektion pitää olla ainakin 30-40cm kanttiinsa neliskanttisena, ja tuulettimen pinta-alan pitää ehdottomasti olla suurempi kuin testialueen. Muutoinkin se imu oli vähän kuitenkin hitaanpuoleinen, ja arvioimme tuulen nopeudeksi vain jotain 5-10 m/s (leikittyämme aikamme vessapaperin kanssa... ).

Seuraava vaihe olisi löytää jostakin tarpeeksi iso ja tehokas puhallin, ja alkaa suunnitella lopullista versiota. Jonkin verran eri kiinnityksiä ja mittausmahdollisuuksia mietittiinkin jo mietittiin rakettijaoksen kokoontumisessa. Niistä ehkä jossain toisessa viestissä...

[tommi]

Castorillakin on nyt käynnistymässä tuulitunneliprojektin poikanen. Tunnelin koko olisi 400mmx400mmx1000mm noin suunnilleen. Ilman ohjailuun käytettäisiin alumiinista hunajakennoa ja puhaltimelta tulevaa ilmaa olisi tarkoitus kuristaa hieman ennen ilmanohjainta ja testikammiota.

Saapa nähdä kuinka tuo nyt etenee. Muuten roippeita on hyvin kasassa, mutta tuuletin puuttuu vielä. Täytyypä kattella taas tavallista tarkemmin firmojen ja rakennustyömaiden roskalavoja..

Tässä vielä savugeneraattorin datalehti. Näyttää käyttävän parafiini-öljyä savunmuodostukseen. http://www.dantecmt.com/Download/pdf_fi ... erator.PDF

[tt]

Saapa nähdä kuinka tuo nyt etenee. Muuten roippeita on hyvin kasassa, mutta tuuletin puuttuu vielä. Täytyypä kattella taas tavallista tarkemmin firmojen ja rakennustyömaiden roskalavoja..

Meillä on tasan sama ongelma...
Tuossa pari viikkoa sitten silmiini osui Ventur-nimisen firman mainos, jolla on varsin herkullinen valikoima aksiaalipuhaltimia. Ainakin HCFT-sarjan ropelista tulisi komia tunneli.
Noiden hinta tosin taitaa olla aika karmea. Mahtaisikohan heillä olla kiinnostusta sponsorointiin... Sitten pitäisi vielä kinuta ABB:ltä invertteri nopeudensäätöä varten.

Tässä vielä savugeneraattorin datalehti. Näyttää käyttävän parafiini-öljyä savunmuodostukseen. http://www.dantecmt.com/Download/pdf_fi ... erator.PDF

hmmm.... Kelpaisikohan tuolle tavallinen lamppuöljy
Savukoneista on ollut nyysseissä paljonkin keskustelua ja siellä on ollut jopa täydellisiä rakennusohjeitakin liikkeellä.
Diskosavukoneet toimii jollakin glykolipohjaisella nesteellä, jota saa riistohintaan alan liikkeistä. Niiden tuottama savu ei tosin ole välttämättä ole riittävän paksua.
Ehkä suurin ongelma savukoneessa on riittävän pienituottoisen pumpun löytäminen. Jos joku keksii idean niin kertokoon. (Auton pissapojan pumppu on liian tehokas)
Näppärä lämmitysvastus löytyy muuten kahvinkeittimestä

[uuki]

Ehkä suurin ongelma savukoneessa on riittävän pienituottoisen pumpun löytäminen. Jos joku keksii idean niin kertokoon. (Auton pissapojan pumppu on liian tehokas)

Kuinka pienituottoinen sen pitäisi olla, ja millaiseen paineeseen sen pitäisi toimia? Kävisikö ihan yksinkertainen lappo? Pönttö katonrajaan, ja siitä letku alas. Joku kuristin matkan varrelle säätämään virtausta.