تونل باد

اهمیت فراهم ساختن امکانات تجربی در داخل آزمایشگاه به منطور ایجاد جریان هوا که پرواز واقعی را در اتمسفر مدل کند به سال ۱۸۷۱ بر می گردد. در آن زمان فرانسیس ون هام (Frsncis Wenham) در انگلستان اولین تونل باد تاریخ را ساخته و مورد استفاده قرار می دهد.از آن تاریخ تا اواسط سال ۱۹۳۰ تقریباً همه تونل های باد به منظور ایجاد جریان هایی با سرعت ۰ تا ۲۵۰ مایل بر ساعت طراحی شدند.در اواخر سال ۱۹۴۰، گسترش و توسعه هواپیماها به طور فزاینده ای گران شد همچنین هزینهٔ طراح های ناموفق هواپیما رو به افزایش بود. به همین علت طراحان هواپیما به دنبال راهی برای مدل کردن هواپیما به صورت ریاضی و شبیه سازی پایداری و کنترل می گشتند تا آن جاییکه دیگر نیازی به ساخت هواپیما نباشد. این مسئله با افزایش سرعت هواپیماها همراه شد و باعث افزایش نیاز به تونل های باد پیچیده تر گشت. و به طور اختصاصی بعد از جنگ جهانی دوم به تونل های ما فوق صوت نیاز بود.
تونل های باد ما فوق صوت به صورتی کار می کنند که بر خلاف منطق به نظر می آید. مثلاً در گلوگاه تونل باد تنگ شده انتظار می رود که سرعت بادی که از میان آن عبور می کند افزایش یابد بنابراین به نظر می آید که در چنین تونل بادهایی مدل باید در گلوگاه قرار گیرد تا با سطح بالاتری از سرعت جریان در تماس باشد. اما واقعیت بدین گونه است که به محض رسیدن جریان به این قسمت سرعت هواپیما به ماخ ۱ می رسد، هوا متراکم و گرم می شود. وقتی که هوا از این گلوگاه عبور می کند (در واقع سرعتش بیشتر از ۱ ماخ است) انرژی که در هوا به علت متراکم شدن و گرم شدن ذخیره شده بود، به انرژی جنبشی تبدیل می گردد. به بیان دیگر تمام این انرژی ذخیره شده مجبور به تبدیل شدن به گونه دیگری از انرژی می باشد و در فرم جدید میزان زیادی هوا با سرعت بسیار بالا در حال حرکت از میان تونل می باشد. تونل باد ما فوق صوت به این طریق کار می کند و مدل در مقطعی از تونل که گشاد می شود قرار می گیرد.
تعداد بسیار زیادی تونل ما فوق صوت کوچک در دهٔ ۴۰ میلادی مورد استفاده بودند اما طراحان هواپیما به تونل های بزرگتری برای مدل هایشان نیاز داشتند. در سال ۱۹۴۸ کمیتهٔ ملی مشورتی هوانوردی (ناکا) شروع به ساخت تونل بادهای مافوق صوتی با ابعاد ۱٫۲*۱٫۲ متر در مرکز تحقیقاتی لانگلی در سواحل اتلانتیک در ویرجینیا کرد. در همین زمان تأسیسات دیگر ناسا در مرکز ایمز واقع در کالیفرنیا نیز شروع به شاخت تونل مافوق صوت نسبتاً بزرگتر و پیچیده تر کرد.
(اما مشکلاتی هم وجود داشت). به خاطر اینکه حتی نقص های بسیار کوچک در دیوارهٔ تونل باعث فشرده شدن هوا و ایجاد شک ویو می شود، تونل های ما فوق صوت به دیوارهی داخلی بسیار صافی نیاز دارند. بسیاری از همین اصول به کار رفته در تونل های مافوق صوت در تونل های ماورائ صوت به کار گرفته شدند تا سرعت های بالاتر از ماخ ۵ نیز ایجاد شود. اما چندین مشکل دیگر نیز در این تونل ها وجود دارد. یکی از آن ها قدرت بسیار زیاد لازم برای شتاب دادن هوا می باشد، بنابراین بیشتر تونل بادهای ماورائ صوت نمی توانند به طور مرتب و پیوسته کار کنند زیرا میزان بسار زیادی هوای فشرده را ذخیره می کند و در مدت بسار کوتاهی به طور پیوسته رها می سازد. به همین علت تونل های ماورائ صوت دارای تانک های بزرگی برای نگهداری هوای فشرده دارند. مشکل دیگر این می باشد که هوایی که از محفظهٔ تراکم خارج می شود، به علت تبدیل انرژی حرارتی آن به انرژی جنبشی سرد می شود. در این تونل ها تا آنجایی هوا ممکن است سرد شود که به مایع تبدیل شود. این یک موضع سادهٔ رطوبت ایجاد شده در هنگاه کندانس کردن (چگال کردن) هوا نیست. خود هوا تبدیل به مایع می شود (نه رطوبت موجود در هوا). برای جلوگیزی از این تغییر فاز، هوا را وقتی که در محفظهٔ نگهداری می باشد قبل از رهاسازی به طور عمدی گرم می کنند. برای مثال در تونل های باد با سرعت های ماخ ۱۰، هوا تا ۱۶۴۹ درجهٔ سانتی گراد گرم می شود تا وقتی رها می شود تغییر فاز ندهد (به مایع تبدیل نشود).