Terowongan angin
Terowongan angin (bahasa Inggris: wind tunnel) adalah sebuah alat yang digunakan dalam penelitian aerodinamika penelitian untuk mempelajari efek dari udara yang bergerak melewati benda padat. Sebuah terowongan angin terdiri atas bagian tubular dengan objek yang diuji dipasang di tengah. Udara digerakkan melewati objek dengan sistem kipas atau sistem lain yang kuat. Objek
uji, sering disebut model terowongan angin, diiinstrumentasikan dengan sensor-sensor yang cocok untuk mengukur gaya-gaya aerodinamika, distribusi tekanan, atau karakteristik-karakteristik lainnya yang berkaitan dengan aerodinamika.
Terowongan angin pertama diciptakan menjelang akhir abad ke-19, pada masa awal penelitian aeronautika, ketika banyak orang yang berusaha mengembangkan mesin terbang, yang beratnya lebih berat daripada udara. Terowongan angin dibayangkan sebagai sarana yang membalikkan paradigma biasa bahwa bukan udara yang diam dan objek bergerak dengan cepat melalui udara itu, tetapi efek yang sama
akan diperoleh jika objek diam dan udara bergerak dengan cepat melalui objek itu. Dengan cara itu pengamat stasioner bisa mempelajari objek saat terbang dan bisa mengukur gaya-gaya aerodinamika yang berlaku padanya.
Pembangunan terowongan angin menyertai pengembangan pesawat. Terowongan angin yang besar dibangun pada masa Perang Dunia Kedua. Pengujian terowongan angin dianggap penting dan strategis selama pengembangan pesawat dan rudal supersonik dalam Perang Dingin.
Kemudian, studi terowongan angin berdiri sendiri. Efek angin pada struktur atau objek-objek buatan manusia perlu dipelajari ketika bangunan-bangunan menjadi cukup tinggi untuk memberikan permukaan yang besar bagi angin dan kekuatan yang dihasilkan angin harus mampu ditahan oleh struktur dalam bangunan. Pengetahuian akan kekuatan-kekuatan tersebut diperlukan sebelum
aturan-aturan pembangunan dapat menentukan kekuatan yang dibutuhkan oleh bangunan dan pengujian tersebut kemudian digunakan untuk bangunan-bangunan yang besar atau tidak biasa.
Lebih jauh lain, pengujian terowongan angin kemudian diterapkan pada mobil, bukan untuk menentukan gaya aerodinamika "per se" tetapi lebih pada menemukan cara-cara untuk mengurangi daya yang diperlukan untuk menggerakkan kendaraan di jalan raya pada kecepatan tertentu. Dalam studi ini, interaksi antara jalan dan kendaraan memainkan peran penting dan interaksi ini harus dipertimbangkan ketika menginterpretasikan
hasil tes. Dalam situasi yang sebenarnya jalan bergerak relatif terhadap kendaraan tetapi udara relatif diam terhadap jalan, berbeda dengan di dalam terowongan angin, udara bergerak relatif terhadap jalan, sementara jalan relatif diam terhadap kendaraan uji. Beberapa terowongan angin untuk uji otomotif telah menyertakan sabuk yang bergerak di bawah kendaraan uji dalam
upaya untuk mendekati kondisi yang sebenarnya, dan perangkat yang sangat mirip digunakan dalam pengujian terowongan angin untuk konfigurasi pesawat yang sedang lepas landas dan mendarat.
Kecepatan udara yang melalui bagian tes ditentukan berdasarkan prinsip Bernoulli. Pengukuran tekanan dinamis, tekanan statis, dan (hanya untuk aliran termampatkan) kenaikan suhu dalam aliran udara. Arah aliran udara di sekitar model dapat ditentukan dari jumbai benang yang melekat pada permukaan aerodinamika. Arah aliran udara yang mendekati permukaan dapat divisualisasikan dengan pemasangan
benang pada aliran udara di depan dan di belakang model uji. Asap atau gelembung cairan dapat dimasukkan ke dalam aliran udara di depan model uji dan jalur mereka di sekitar model dapat difoto.
Gaya-gaya aerodinamika pada model uji biasanya diukur dengan timbangan yang terhubung dengan model uji dengan balok, tali, atau kabel.
Penyebaran tekanan pada model uji secara historis diukur dari banyaknya lubang-lubang kecil yang terbentuk di sepanjang jalur aliran udara dan dengan menggunakan manometer banyak tabung untuk mengukur tekanan pada setiap lubang. Penyebaran tekanan dapat lebih mudah diukur dengan menggunakan cat yang sensitif terhadap tekanan, yang menunjukkan fluoresensi cat lebih rendah pada titik terjadinya
tekanan yang lebih tinggi. Penyebaran tekanan juga dapat dengan mudah diukur dengan menggunakan sabuk yang sensitif terhadap tekanan, suatu perkembangan baru berupa suatu strip fleksibel yang mengintegrasikan beberapa modul sensor tekanan ultramini. Strip ini melekat pada permukaan aerodinamika dengan pita dan mengirimkan sinyal-sinyal yang menggambarkan penyebaran tekanan di sepanjang permukaannya.
Penyebaran tekanan pada model uji juga dapat ditentukan dengan melakukan survei olak, yang dalam tes ini satu tabung pitot digunakan untuk mendapatkan beberapa ukuran yang mengalir dari model uji, atau beberapa manometer tabung dipasang pada aliran dan semua ukuran diambil.
Sifat aerodinamika dari sebuah objek tidak tetap sama untuk model berskala. Tapi, dengan mengamati aturan-aturan kesamaan tertentu aturan, keterkaitan yang sangat memuaskan antara sifat aerodinamika dari model berskala dan objek berukuran penuh dapat dicapai. Pilihan parameter-parameter kesamaan tergantung pada tujuan tes, tetapi kondisi yang paling penting untuk memuaskan biasanya: Dalam beberapa kasus tes tertentu, parameter kesamaan lain harus dipenuhi, misalnya bilangan Froude.
Insinyur dan matematikawan militer berkebangsaan Inggris Benjamin Robins (1707-1751) menemukan alat lengan pusaran untuk menentukan seretan dan melakukan beberapa percobaan awal dalam teori penerbangan.
Sir George Cayley (1773-1857) juga menggunakan lengan pusaran untuk mengukur seretan dan pengangkatan dari berbagai lempeng sayap. Lengan pusaran Cayley memiliki panjang 5 kaki (1.5 m) dan mencapai kecepatan tertinggi antara 10 dan 20 kaki per detik (3 hingga 6 m/detik).
Namun, lengan pusaran tidak menghasilkan aliran udara yang andal yang berdampak pada bentuk tes pada peristiwa normal. Gaya sentrifugal dan fakta bahwa objek bergerak dalam pusarannya menjadikan pemeriksaan rinci dari aliran udara sebagai hal yang sulit. Francis Herbert Wenham (1824-1908), seorang Anggota Dewan Aeronautical Society of Great Britain, menunjukkan masalah ini dengan menciptakan, merancang, dan mengoperasikan
terowongan angin tertutup pertama pada tahun 1871. Setelah terobosan ini dicapai, data teknis terinci dengan cepat ditarik dengan menggunakan alat ini. Wenham dan rekannya John Browning dihargai karena banyak penemuan fundamental karya mereka, termasuk pengukuran rasio l/d dan pengungkapan efek yang menguntungkan dari rasio aspek tinggi.
Konstantin Tsiolkovsky membangun terowongan angin bagian terbuka dengan pengembus sentrifugal tahun 1897 dan menentukan koefisien seret dari pelat datar, silinder, dan bola.
Penemu Denmark Poul la Cour menerapkan terowongan angin dalam prosesnya mengembangkan dan menyempurnakan teknologi turbin angin pada awal 1890-an.
Carl Rickard Nyberg menggunakan sebuah terowongan angin saat merancang "Flugan"-nya tahun 1897 dan seterusnya.
Dalam serangkaian percobaan klasik, seorang berkebangsaan Inggris Osborne Reynolds (1842-1912) dari Universitas Manchester menunjukkan bahwa pola aliran udara pada model berskala akan sama dengan kendaraan berskala penuh jika parameter aliran tertentu sama dalam kedua kasus. Faktor ini, yang sekarang dikenal sebagai bilangan Reynolds, merupakan parameter dasar dalam deskripsi dari semua aliran cairan,
termasuk bentuk pola aliran, kemudahan perpindahan panas, dan terjadinya turbulensi. Hal ini mencakup pembenaran ilmiah untuk penggunaan model dalam terowongan angin untuk mensimulasikan fenomena kehidupan nyata. Tapi, ada keterbatasan-keterbatasan pada kondisi yang kesamaan dinamisnya hanya berdasarkan bilangan Reynolds.