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Unser Windkanal wurde im Rahmen des Unterrichts der Klasse 9 im Fach "Forschen und Entwickeln" geplant und gebaut. Es handelt sich um einen offenen Kanal in der Bauform nach Eiffel. Der Bau umfasste dabei bisher zwei Bauabschnitte: Den eigentlichen Kanal mit Gebläse, Luftstromgleichrichter und den anderen Grundkomponenten hat der Kurs 2012-2014 realisiert. Hier waren bereits die Messung der Strömungsgeschwindigkeit, das Einbringen von Nebel und die optische Erfassung von Strömungsverläufen möglich.
Eine umfangreiche Erweiterung der Messmöglichkeiten durch eine Überarbeitung des Versuchsraums und der zugehörigen Peripherie hat der Kurs 2014-2016 vorgenommen. Die modular aufgebauten Versuchsgrundplatten im Boden und in der hinteren Wand der Versuchskammer ermöglichen zusätzlich die Messung von dynamischen Luftkräften, von absolutem Druck bzw. relativen Druckunterschieden, der Rotationsfrequenzen von Rotoren,... jeweils in Abhängigkeit anderer Größen wie z.B. dem Anstellwinkel eines Profils.

Hier eine Skizze des Aufbaus mit den zugehörigen Grundmaßen in Millimetern:



Und hier einige Impressionen vom Bau im ersten Bauabschnitt:

Für das Gebläse wurde zunächst ein stabiles Gerüst gebaut.
Es handelt sich um ein Abluftgebläse, das eigentlich für Kuhställe benutzt wird. Bei uns befördert es die Luft aus dem Kanal hinaus. Im Luftstrom der nachströmenden Luft wird experimentiert und gemessen.
Dafür müssen sämtliche Fugen gut abgedichtet sein.
Damit die Luftströmung durch den Versuchsraum möglich ohne Wirbel strömt ("laminar"), haben wir einen Luftstromgleichrichter gebaut.
Er besteht aus einigen hundert Strohhalmen, die wir wabenartig verklebt haben.
Dieses Gitter zerschneidet verwirbelte Luft und führt sie so in den Versuchsraum, dass gerade Strömungslinien nebeneinander verlaufen.
Mit einer Nebelmaschine können wir gezielt Nebel in die einströmende Luft einbringen, so dass hinter dem Luftstromgleichrichter einzelne Strömungslinien mit Nebel visualisiert werden können.
Mit geeigneter Beleuchtung lassen sich dann beispielsweise Flügelprofile untersuchen. Interessant ist z.B., wo die Strömungslinien glatt entlang des Profils geführt werden und wo Verwirbelungen auftreten, die Ursache für Luftwiderstandskräfte sind.
Der Kanal ist modular aufgebaut.
Bei Bedarf kann er zerlegt werden, was uns auch ermöglicht, ihn zu transportieren.
Im ersten Bauabschnitt hat er den hier dargestellten Stand erreicht.
Das Gebläse befördert laut Hersteller ca. 8800 Kubikmeter Luft pro Stunde, das sind etwas mehr als 2,4 Kubikmeter pro Sekunde. Auf einen Querschnitt des Versuchsraums von 30cm mal 30cm bezogen, würde das einer Strömungsgeschwindigkeit von über 95 km/h entsprechen.
Gemessen haben wir bisher maximale Geschwindigkeiten zwischen 60 und 70 km/h. Wir führen das auf den Strömungswiderstand unserer Anlage, insbesondere im Bereich des Luftstromgleichrichters zurück.
Und hier das Team, das den ersten Bauabschnitt durchgeführt hat.


Die Erweiterung im zweiten Bauabschnitt:

Im zweiten Bauabschnitt haben wir unsere messtechnischen Möglichkeiten erheblich erweitert.
Dabei kommen einerseits Sensoren aus dem Messwerterfassungssystem "Cassy" der Schule zum Einsatz. Andererseits nutzen wir auch Sensormodule, die mit einem Mikrocontroller auf Arduino-Basis ausgelesen werden können.
In den Boden ds Versuchsraums wurde eine Bodenplatte eingebaut, die wir mit unserem 3D-Drucker angefertigt haben. Damit sie von unten frei erreichbar ist, wurde der ganze mittlere Teil des Windkanals auf einem Rollwagen montiert, dessen Boden ebenfalls aufgesägt wurde. Damit können auch noch unterhalb des Windkanals Sensoren wie z.B. der Rotationssensor angebracht werden.
Für die Erfassungs- und Auswertungselektronik haben wir uns einen Rollwagen eingerichtet.
In der Rückwand ist ein Kraftsensor eingebracht, mit dem je nach Ausrichtung entweder die dynamische Auftriebskraft oder die Luftwiderstandskraft an einem Tragflächenprofil gemessen werden kann.
Die Bodenplatte ist hier mit zwei verschiedenen Drucksensoren von Cassy, einem Druck- und Temperatursensor für einen Arduino und einem Sensor für relative Luftfeuchtigkeit und Temperatur ausgestattet.