Pollux kiittää yhteistyöstä:
Polluxin tuulitunneli
Polluxilla on käytössään pienikokoinen tuulitunneli pienoismallirakettien, siipiprofiilien ym. aerodynaamista testaamista varten. Rakentamisprojekti lähti käyntiin kesällä 2004 ja valmista tuli paria vuotta myöhemmin.
Tuulitunneli soveltuu monenlaisten rakettien ominaisuuksien tutkimiseen, ensisijaisesti rakettien vakauden testaamiseen. Polluxin jäsenet voivat käyttää tuulitunnelia omissa projekteissaan ottamalla yhteyttä Sampo Niskaseen. Tuulitunnelissa on poikkileikkaukseltaan suhteellisen suuri, 400x400 mm kokoinen testisektio ja suurin saavutettava virtausnopeus on noin 16 m/s.
Tuulitunneli on tiettävästi suurin Suomessa harrastuskäyttöön rakennettu tuulitunneli.
Taustaa
Tuulitunnelin prototyyppi syksyllä 2003
Ajatus Polluxin omasta tuulitunnelista syntyi kesällä 2003 erinäisissä rakettiporukoiden keskusteluissa, ja konkretisoitui Sampo Niskasen viestissä rakettifoorumille. Ajatus kehittyi syksyn aikana, ja Polluxin kerhoillassa 17.9.2003 rakennettiin tuulitunnelin prototyyppi auton jäähdytyspuhaltimesta, aaltopahvista ja ilmastointiteipistä. Tampereleiset kollegamme ryhtyivät pian tämän jälkeen myös tuulitunnelia pykäämään, ja projekti pyörähti vauhdilla käyntiin Otaniemessäkin.
Keskeisimmät osat, puhallin ja sen säätämiseen taajuusmuuttaja, saimme sponsorointina Venturilta sekä ABB:ltä. Konkreettinen rakentaminen alkoi kesällä 2004. Erinäisten viivästysten jälkeen tunneli oli ensimmäistä kertaa esillä Kampusriehassa syksyllä 2005 — tosin tällöin vielä erittäin rauhtattoman ilmavirran kera — ja kutakuinkin lopullisessa muodossaan syksyllä 2006.
Tuulitunnelin rakenne
Puhallin
Tuulitunnelin puhallin. Edessä on prototyypissä käytetty auton jäähdytyspuhallin.
"Päivää. Te lähetitte eilen kyselyä puhaltimesta tuulitunneliprojektianne varten, ja olemme ihan mielellämme mukana tätä tukemassa. Mainitsit viestissäsi tuon erään mallin sopivaksi, mutta ihan sellaista meillä ei ole tarjota. Sen sijaan meillä olisi varastossa yksi puhallin jonka voisitte saada, mutta sen halkaisija on 710 mm. Onko se liian iso teille?"
Muutamaa päivää myöhemmin kävimme hakemassa Venturin varastolta 50 kg painavan ja 2.2 kW tehoisen LVI-puhaltimen. Puhallin on kutakuinkin suurin, mitä Polluxin varastoon olisi pystynyt sijoittamaan, ja täydellä 1350 rpm kierrosnopeudella tuottaa jo huomattavan takaisinvirtauksen pitkulaisessa varastossa. Ilmansiirron lisäksi puhallin tuottaa suurimmilla kierroksillaan huomattavan määrän meteliä, mikä on tietenkin vähintään yhtä tärkeää.
Tekniset tiedot:
| Malli: | TCBT/4-710/H |
| Nimellisteho: | 2200 W |
| Kierrosnopeus: | 1350 rpm |
| Maksimi-ilmavirta: | 22150 m3/h |
| Äänitaso: | 75 dB(A) |
| Paino: | n. 50 kg |
Rauhoituskammio ja kavennus
Rauhoituskammion tarkoituksena on tasoittaa puhaltimesta tuleva ilmavirtaus mahdollisimman tasaiseksi ennen testisektiota. Kammiossa on 10 cm syvä, itsekasattu kennosto poistamassa ilmavirran pyörteisyyden sekä verkko, joka tasaa virtauksen nopeusjakaumaa.
Kavennus pienentää ilmavirran poikkipinta-alaa ja täten nopeuttaa virtausta. Samalla se keskiarvoistaa pois turbulenssia. Kavennuksen muoto on laskettu polynomisovituksena, jossa päätyjen sijainnit ovat määrätyt ja niissä on asetettu 2-3 ensimmäistä derivaattaa nolliksi.
Testisektio
Testisektio on luonnollisesti yksi olennaisimmista osista tuulitunnelia. Testisektio on poikkileikkaukseltaan 400x400 mm sekä 1200 mm pitkä, mikä mahdollistaa suhteellisen suurien rakettien testaamisen. Sektion pohja on valkoista levyä ja kaikki muut seinämät läpinäkyvää polykarbonaattilevyä, mikä mahdollistaa erittäin hyvän näkyvyyden rakettiin. Testisektiossa on sivultapäin tuleva tankokiinnitys raketille, ja muunlaisia kiinnityksiä pystytään jatkossa lisäämään erilaisten aerodynaamisten ominaisuuksien mittaamista varten.
Paneeli sekä nopeudensäätö.
Tuulitunnelin adaptiivinen ohjelma
Nopeussäätö
Nopeuden säätämiseksi saimme sponsorointina ABB:ltä ACS800-sarjan taajuusmuuttajan. Kyseinen taajuusmuuttaja tarjoaa laajan mahdollisuuden puhaltimen nopeuden säätämiseen aina taajuusmuuttajan adaptiiviseen ohjelmointiin asti.
Testisektioon on asennettu painepohjainen virtausnopeuden mittaus nopeussäädön takaisinkytkentää varten. Taajuusmuuttaja on ohjelmoitu käyttämään PID-ohjausta puhallusnopeuden säätämiseen, jossa referenssitaso annetaan suoraan taajuusmuuttajan paneelista. Näin ollen muuttajalle kerrotaan haluttu virtausnopeus testisektiossa ja se automaattisesti asettaa nopeuden halutuksi riippumatta tunnelin ja ympäristön vaihtelevista ilmanvastuksista ym.
Adaptiivisella ohjelmoinnilla on toteutettu takaisinkytkennän signaalin muuttaminen nopeudeksi (neliöjuurifunktio toteutettuna iteratiivisena menetelmänä), sekä paineanturin nollatason automaattinen kalibrointi tuulitunnelin ollessa pois päältä. Koska ohjelmointiblokkeja jäi vielä yli, lisättiin toimintoihin myös mm. tilavuuslaskuri, joka pitää kirjaa siitä kuinka monta kuutiometriä ilmaa tuulitunneli on siirtänyt.
Turvallisuus
Normaalin hätäkytkimen lisäksi puhaltimen eteen on asennettu suojakalterit ja -verkko. Jos jokin imuun joutunut esine painaa verkkoa taaksepäin niin että se koskettaa kaltereita, pysäyttää taajuusmuuttaja automaattisesti puhaltimen.
Kuvia tuulitunnelista
Tuulitunneli Kampusriehassa 2006. |
Puhallin käytössä. |
Testisektio sisältäkäsin. Etualalla näkyvät raketin ripustustangot. |
Viimeisiä ohjelmointisäätöjä tekemässä Polluxin bunkkerilla. |
Tunkkaajat
Tuulitunneliprojektin päävastuulliset ovat:
- Sampo Niskanen: pääasiallinen suunnittelu, rakentaminen, taajuusmuuttajan ohjelmointi, yrityskontaktit
- Pyry Ekholm: ideointi, rakentaminen, nopeusmittauksen elektroniikka
- Antti J. Niskanen: ideointi, rakentaminen
- Timo Toivanen: ideointi, rakentaminen
Kiitokset myös kaikille muille tuulitunnelin rakentamiseen ja ideointiin osallistuneille.