Vėjuota diena NASA laboratorijoje
Negaliu patikėti, kad prabėgo jau 2 savaitės! Pasiilgau Lietuvos ir artimųjų, bet reikia mėgautis šia akimirka ir darbartiniais potyriais :) Jau antra savaitė dirbu prie savo projekto, nemažai išmokau ir sužinojau apie save. Mano projektas yra triboelektrinio nanogeneratoriaus konstravimas. Tai toks alternatyvus energijos šaltinis, kuris mechaninę energiją verčia į elektrą. Jei pavyks, greičiausiai tokį naudos Marso misijose. Kai projektas bus labiau įsibėgėjęs, tikriausiai parašysiu apie jį plačiau :)
Na o šį kartą trumpai papasakosiu apie visai šviežius nuotykius. Vakar teko lankytis Skysčių Mechanikos Laboratorijoje (Fluid Mechanics Laboratory, FML). Šiuo atveju „skysčių mechanika“ apima ne tiek skysčius, kiek labiau dujas. Šiai laboratorijai priklauso vėjo tuneliai, kuriuose yra testuojama įvairiausių dalykų aerodinamika: nuo sportinių kamuolių iki sunkvėžimių, lėktuvų ir erdvėlaivių. Vieną iš vėjo tunelių net teko išbandyti!
Beje, iš kart atsiprašau už nekokybiškas nuotraukas, mano telefonas jau šiek tiek pasenęs :(
-Kam reikalingi vėjo tuneliai?
Lėktuvui jau pakilus, nėra įmanoma fiksuoti kaip pro ji teką oro srautas. Jei yra tam tikrų dizaino defektų, lėktuvas gali nė nepakilti. Atliekant testus vėjo tuneliuose galima nustatyti kiek aerodinamiškas yra tiriamas objektas. Taigi, jei negali to patikrinti lėktuvui judant ore, gali patikrinti oro srautui judant lėktuvo paviršiumi. Dažniausiai gaunama užduotis yra aptikti trūkumus ir sugalvoti kaip juos ištaisyti, kad aerodinaminės savybės, efektyvumas ir ekonominiai kaštai pagerėtų. Galbūt tai pačios objekto formos keitimas, o galbūt tam tikrų detalių pridėjimas.
Nors NASA ARC turi didžiausią vėjo tunelį pasaulyje, daug pigiau yra testuoti sumažintus tikslius objektų modelius mažesniuse vėjo tuneliuose.
-Kaip veikia vėjo tunelis?
Vėjo tunelis yra savotiškai didelis plaukų džiovintuvas :) Pirmiausia turbina įtraukia orą, kuris praėjęs pro filtrus patenką į tunelį. Kadangi norima, jog eksperimento sąlygos būtų kiek įmanoma labiau tikslesnės, vėjo srautas turi būti vienakryptis, o oro molekulės turi judėti vienodu greičiu. Čia ir prasideda smagumas. Taigi, antroji vėjo tunelio dalis primena armoniką, ji sudaryta iš keletos sekcijų.
Pirmiausia svarbu visas oro molekules priversti judėti viena kryptimi. Tam yra skirta korio struktūrą primenanti sekcija. Įsivaizduokite, jog paimate visą saują lygiai vienas su kitu sudėtų šiaudelių ir papučiate į juos. Tuomet oras judės lygiai viena kryptimi. Lygiai tuo pačiu principu ir veikia korio struktūros sekcija.
Toliau labai svarbu, jog oro srautą sudarančios molekulės judėtu vienodu greičiu. Tam yra skirti ekranai, per kuriuos praėjusios molekulės sulėtina savo greitį. Bėda ta, jog visos molekulės juda skirtingai, tačiau (ačiū švenčiausiajai fizikai) yra labai gražus šios problemos sprendimo būdas. Kuo greičiau molekulė juda, tuo labiau ji sulėtėja praeidama pro ekraną. Jei skaičiuojant ant pirštų, įsivaizduokite, jog turime dvi molekules. Pirmoji juda gana lėtai, o antroji juda daug greičiau. Praėjus pro pirmą ekraną, pirmosios molekulės greitis sumažės tik šiek tiek, o tuo tarpu antrosios molekulės, kuri judėjo greičiau, greitis sumažės santykinai daugiau. Taip joms prabėgus pro keletą tokių ekranų, greičiai susilygins. Tačiau nepagalvokite, kad galutiniame rezultate tiek sulėtinus molekules pro vamzdį išeina lengvas brizas. Pasibaigus oro srauto krypties bei greičio lyginimui, vamzdis staiga susiaurėja, todėl visos oro molekulės yra staiga pagreitinamos.
Na, o trečioji dalis yra vamzdis, kuriame patalpinamas tiriamasis objektas ir per kurį leidžiamas tolygus oro srautas.
-Kaip žinoti ar objektas yra aerodinamiškas?
Aišku, oro srauto nepamatysi, tačiau yra kiti būdai, kuriais matuojamas oro tekėjimas pro obejektą:
1. Galima naudoti spalvotas dūmų sroves ir stebėti kaip jos užsisuka ir apteka tiriamą objektą;
2. Schlieren fotografija, kuri atvaizduoja oro greičio variacijas ir slėgio pokyčius;
3. Anemometrais matuojant vėjo greitį skirtingose objekto taškuose.
Matyt per daug nesigilinant, vėjo tunelio veikimas nėra super sudėtingas :)
Ką teko išbandyti? Gavome pasiklausyti ribinių sluoksnių vibracijų. Que? Įsivaizduokite, kad vėjuotą dieną plačiai atidarai langą ir visas oro srautas patenka vidun. Tuomet tos oro molekulės, kurios lekia palei grindis ar sienas, pradėtų nuo jų atsimušinėti ir vyktų tam tikra vibracija. Įdomu, kad tas vibracijas galima išgirsti. Šiuo atveju gavome po šlangą ( :D ), kurios vieną galą reikėjo įsikišti į ausį, o kitą vedžioti vėjo tunelyje. Ir iš tiesų, jei pridedi vamzdžio galą šalia tunelio sienos arba prie pat tiriamo objekto, girdi vibracijas, jei vamzdį nukreipi į tunelio angos vidurį, negirdi nieko :)
Tiek naujienų šį kartą :) Linkėjimai ir žavaus rugsėjo!
* Nacionalinį atrankos į stažuotes NASA konkursą kasmet organizuoja ir atrinktiems studentams finansavimą skiria Mokslo, inovacijų ir technologijų agentūra (MITA). Stažuotės remiamos Švietimo ir mokslo ministerijos lėšomis.