Teil 1: Planung - Die Bauart

Wir versuchten zuerst einen groben Überblick über das Thema zu bekommen. Dazu recherchierten wir im Internet und fanden schnell heraus, dass es verschiedene Bauformen von Windkanälen gibt. Bald war uns klar, dass wir einen Niedergeschwindigkeitswindkanal (Machzahl < 0.3) bauen werden, da wir nicht die nötigen Mittel und Kenntnisse für den Bau eines transsonischen- oder gar eines Überschallkanals besitzen. Unter den Niedergeschwindigkeitswindkanälen gibt es prinzipiell zwei Bauformen:

offene Bauart

Die offene Bauart wird nach dem Konsturkteur Gustav Eiffel auch Eiffel Windkanal genannt.
Bei dieser Bauart wird die Luft aus der Umgebung angesaugt, strömt durch den Windkanal und entweicht danach wieder ins Freie. Vorteil dieser Bauart ist, dass sie sehr kostengünstig und einfach umsetzbar ist. Des Weiteren ist sie für Selbstverschmutzung (durch Zugabe von Fremdstoffen wie Rauch) nicht anfällig. Der grösste Nachteil ist aber, dass man von der angesaugten Luft abhängig ist. Dass heisst Temperatur- und Druckschwankungen aus der Umgebung wirken sich auf die Messstrecke aus. Eiffelkanäle zeichnen sich ausserdem durch einen geringen Gütegrad (Verhältnis von Strahlleistung zu Gebläseleistung) aus und verursachen dadurch hohe Betriebskosten.

Bild 1 - Eiffel Windkanal

1. Gleichrichter: Hilft Luftverwirblungen zu beseitigen und sorgt für eine gleichmässige Geschwindigkeitsverteilung im Windkanal
   
2. Düse: sorgt für ein gleichförmiges und turbulenzarmes Geschwindigkeitsprofil in der Messstrecke
   
3. Messstrecke: Hier werden die Modelle getestet
   
4. Diffusor: Dient der Druckrückgewinnung
   
5. Gebläse: Saugt die Luft an und verursacht somit den Luftstrom
6. Die Flussrichtung der Luft ist mit dem Pfeil markiert.

geschlossene Bauart

Die geschlossene Bauart wurde von Ludwig Prandtl entwickelt und erstmals in Göttingen umgesetzt. Deshalb werden Windkanäle dieser Bauart auch als Göttinger Windkanäle bezeichnet. Sie sind ringförmig aufgebaut. Die Luft, welche nach der Messstrecke vom Kollektor aufgenommen wird, strömt - durch verschiedene Diffusoren und über Umlenkschaufeln - wieder zurück zum Gebläse. Da in Göttinger Windkanälen immer die "selbe" Luft kreist, lassen sich die physikalischen Eigenschaften der Luft gut kontrollieren. Der Gütegrad ist - im Vergleich zur Eiffel Bauart - sehr hoch. Doch das Gebläse im Windkanal verursacht starke Störungen der Luft (Drall/Ungleichförmigkeit), damit diese abklingen können, muss das Gebläse möglichst weit von der Messstrecke entfernt angeordnet sein. Aufgrund des höheren Platzbedarfs sind deshalb die Baukosten etwas höher. Ein weiteres Problem ist, dass sich der Kanal durch Zugabe von Fremdstoffen (z.B. Rauch zur Strömungsvisualisierung) sehr schnell verschmutzt.

Bild 2 - Göttinger Windkanal

Um uns für eine Bauart entscheiden zu können, stellten wir eine Liste auf, was unser Windkanal alles bieten muss, und analysierten, welche Bauart dies bietet.

Faktor	Eiffel	Göttinger
Auftriebs/Widerstandskraft messen	x	x
geeignet für Visualisierung der Strömungen	x	x
relativ einfacher Aufbau	x	x
Luftdichte p regulierbar (über Temperatur)		x
kompakte Bauform (transportabel)		x
geringe Baukosten	x	x
Material leicht erhältlich	x

Trotz dieser Tabelle fiel es uns schwer, die passende Bauart auszusuchen. Den Ausschlag gab schlussendlich, dass für den Windkanal nach Göttinger Bauart im Baumarkt keine Rohre mit passendem Durchmesser erhältlich sind. Deshalb entschieden wir uns, einen Windkanal nach Eiffel Bauart zu bauen.