Aerodynamický tunel

    Dějiny letectví jsou lemovány obětmi. Vynálezci a experimentátoři na křehkých strojích v úloze letců hynou. Otto Lilienthal experimentující s předchůdcem rogala padá roku 1896 z výše 15 metrů a umirá. U nás je obětí letectví i generál Štefánik. Křehký italský bombardér Caproni na němž se pokoušel doletět na rodné Slovensko, do nově vzniklého Československa, byl poruchový a nebylo zvláštností když havaroval. Příznačné je, jak v 1. světové válce odvodní komise vybíraly piloty. Létat mohli jen lidé ne zcela zdraví, neschopní tak náročné služby v zákopech a vojensky tak „méněcenní“. Počítalo se s jejich ztrátami na často havarujících strojích. Mezi ony vojensky „méněcenné“ patřil i generál Štefánik s žaludečními vředy. Jedná z hypotéz jeho smrtelné havárie vychází z náhlého záchvatu této nemoci.

    Absurdní je, že existoval prostředek, jak obětem zabránit – aerodynamický tunel. Dobový stupeň lidského poznání to však neumožnil. První pokusy s vlivem proudění vzduchu na předměty spadají do 18. a 19. století. Angličani Robins a Cayley experimentují s roztáčenou půlkou ramene vrtule na níž umísťují různé předměty a sledují jejich chování. Cayley dosahuje rychlosti 20 m/s. Při těchto experimentech však působí odstředivá síla měnící výsledky, tak 1871 vzniká skutečný uzavřený aerodynamický tunel postavený Angličanem Wenhamem. Dán le Cour ho používá 1890 k vývoji větrných turbin dobře známých filmovému divákovi z westernů. Bratři Wrightové použili 1901 jednoduchý aerodynamický tunel při vývoji prvního funkčního letadla a americké námořnictvo staví 1916 tunel o průměru 3.4 m. Největší meziválečný aerodynamický tunel, kam se vešla celá letadla, byl postaven 1929 v Meudonu u Paříže.

    V pražských Letňanech, byl roku 1922 založen Vzduchoplavecký studijní ústav ministerstva obrany. Tento ústav, dnes pod názvem Výzkumný a zkušební letecký ústav a.s., se od počátku zaměřil na aerodynamiku a pevnostní výpočty letadel. Vznik aerodynamických tunelů pro experimentální ověřování poznatků na sebe nedal dlouho čekat. V současnosti ústav disponuje třemi různými aerodynamickými tunely pro nízkorychlostní oblast měření s rozměry měřícího prostoru o průměru 0,6 m, 1,8 m a 3 m a třemi tunely s přerušovaným chodem pro vysokorychlostní aerodynamiku s rozměry měřicích prostorů od 0,12 x 0,12 m do 0,9 x 0,6 m. Výstavba aerodynamických tunelů byla, je a vždy bude časově i finančně velmi nákladnou záležitostí a v ČR nebyl do letošního léta vznik výzkumných aerodynamických tunelů větších rozměrů uskutečněn.

    Až na začátku letošního léta vznikl, na půdě Univerzity obrany v Brně, další nízkorychlostní cirkulační aerodynamický tunel. Zařízení zaujímá půdorysnou plochu více než 320 čtverečních metrů s výškou více než 6 m nad základnou laboratoře. Srdcem celého zařízení je jednostupňový axiální ventilátor s průměrem oběžného kola 2.8 m a výkonem 261 kW. Ventilátor umožňuje urychlení proudu vzduchu v měřicí sekci na více než 150 km/h. Zajímavé jsou i rozměry měřicí sekce, která má výstupní otvor s měnitelnou geometrií a průtočnou plochou větší než 4 čtvereční metry.

    Aerodynamický tunel nabízí nesmírně různorodé možnosti využití. Letectví: V aerodynamickém tunelu se provádí testování modelů letadel a také jejich částí. Výzkum výrazně pomáhá ve všech fázích návrhu, vývoje a provozu letadel. Automobilový průmysl: Analýzy proudění mohou významně pomoci při snižování odporu a vztlaku vozidel, zvyšování účinnosti brzd a efektivnosti chlazení agregátů, simulaci proudění v motorovém prostoru, pro analýzu proudění v prostoru cestujících, snižování špinění vozu, ale také k omezování aerodynamického hluku vozidel. Podstatný je také přínos tunelu v oblasti snižování emisí a spotřeby. Zbrojní výroba: Nejvýznamnější oblastí aplikace aerodynamického tunelu je vývoj vojenských typů letadel a jejich částí i rozvíjející se sféra bezpilotních prostředků. Při experimentálním modelování atmosférického proudění lze např. simulovat transport zdraví ohrožujících látek ovzduším v případě teroristických útoků nebo při ekologických haváriích. Strojírenství: Testování v aerodynamickém tunelu představuje jednu z důležitých analýz při vývoji ventilátorů, vrtulí nebo chladicí techniky. Velice zajímavá je oblast kolejových vozidel, kde lze zkoumat nejen vnější aerodynamiku souprav jako celku a její dílčí detaily – chlazení brzd nebo dynamický účinek míjení protijedoucích vlakových souprav. Aerodynamického tunelu lze použít také při vývoji lodních dílů pro analýzu proudění kolem plachet a palubních nástaveb. Energetika: Je zřejmé, že výkon větrných elektráren přímo souvisí s aerodynamikou a efektivností jejich navržení. Avšak předmětem výzkumu v aerodynamických tunelech je i účinnost předpokládané instalace větrných polí pro danou geografickou oblast. Také v případě návrhu slunečních elektráren může aerodynamický tunel umožnit zohlednění účinku větru na jejich návrh a konstrukci. Stavební průmysl: Tunel najde uplatnění při modelování atmosférického proudění v krajině a v městské zástavbě, analýze odolnosti výškových budov a mostů proti účinkům větru, analýze vlivu větru na urbanistické řešení staveb, ale i třeba na určení větrného komfortu obyvatel. Ekologie: Analýzy v aerodynamickém tunelu pomáhají při simulaci transportu znečišťujících látek ovzduším či při hodnocení hlukového zatížení okolí větrných elektráren nebo oblastí s vysokou hustotou automobilové dopravy. Poskytují také informace pro hodnocení dopadu ekologických havárií na okolí. Sport: Aerodynamický tunel se využívá ke snížení aerodynamického odporu při cyklistice, bruslení, jízdě po ledě či lyžování. Netradiční aplikací může být i testování nových materiálů pro výrobu stanů nebo oblečení.

    Jedním z hlavních požadavků, který si realizační tým stanovil, bylo vybudování moderní laboratoře nízkorychlostní experimentální aerodynamiky a výchova mladých vědeckovýzkumných pracovníků z řad studentů i ostatních zájemců o tento obor. Projekt byl realizován pod záštitou sdružení Energoklastr a bude sloužit jak potřebám vědeckého výzkumu univerzit českého i moravského regionu a členům sdružení, tak i průmyslu celé ČR. Energoklastr je síť vzájemně spolupracujících společností, institucí a organizací, které společně upevňují a zvyšují svoji konkurenceschopnost v českém i zahraničním prostředí a projekt je spolufinancován z prostředků evropských strukturálních fondů v rámci Operačního programu Podnikání a inovace. Provozovatelem je Katedra letecké a raketové techniky Fakulty vojenských technologií Univerzity obrany a funkční a technické parametry tohoto zařízení významně posílí výzkumný a expertní potenciál Univerzity obrany v oblasti aerodynamiky a leteckých technických specializací. Společnost Energoklastr v letech 2012 a 2013 bude postupně investovat do technologií umístěných v rámci aerodynamického tunelu v areálu Univerzity obrany v Černých Polích dalších více než 40 milionů Kč. Katedra letecké a raketové techniky Fakulty vojenských technologií Univerzity obrany bude v budoucnu moci tak používat celkem šest aerodynamických tunelů různé úrovně vybavení a velikosti, což po kompletním osazení technikou umožní přiblížit se tomu, co se dnes nazývá středisko excelence-středisko vrcholného světového výzkumu. (vp)