خيوط تكشف مسار الهواء: مشاريع تخرج هندسة ميكانيكية بنفق هوائي مكتبي

ألصق خيوطا خفيفة على سطح مجسم، ثم صوّرها وهي تنحني مع الهواء عند زاوية تثبيت مختلفة. هذا المشروع من مشاريع تخرج الهندسة الميكانيكية، لكنه لا يدعي أن قناة صغيرة تقيس أداء جناح طائرة. هدفه إنشاء نفق هوائي مكتبي يكرر تدفقا منخفض السرعة بما يكفي لرؤية اتجاه الخيوط ومناطق اضطرابها، ثم يقارن لقطتين مع تثبيت الكاميرا وإعداد التدفق.

قسّم النفق إلى مناطق قابلة للفك

يتكون النموذج من مروحة داخل غلاف، وشبكة تقويم قبل حجرة الاختبار، ومقطع شفاف يثبت فيه النموذج، ثم مخرج يحمي المستخدم من لمس الريش. ضع المروحة في نهاية القناة بحيث تسحب الهواء عبر الحجرة إن أمكن؛ قد يقل ذلك اضطراب المحرك عند العينة، لكنه لا يضمن تدفقا منتظما دون قياس. استخدم مجرى مستقيم بسطوح داخلية ناعمة، ولا تترك مسامير أو خيوطا سائبة قرب الدوار.

اصنع نموذجا بسيطا من رغوة صلبة أو طباعة ثلاثية الأبعاد، مع تدريج ظاهر لزاوية الميل. ثبته بحامل رفيع خارج مساحة التصوير، وصمم قطعة تغيير زاوية تمنع الحركة أثناء التسجيل. اترك نافذة جانبية لتصوير السطح، وضع علامات قياس على خلفية القناة. لا تجعل تركيب النموذج يستلزم إدخال اليد قرب المروحة وهي تعمل.

استخدم الخيوط كعلامات اتجاه لا كمقياس قوة

تعرض مواد NASA عن تتبع الخيوط على السطح طريقة تصوير أنماط الجريان، وتشير إلى أن الخيوط القصيرة ليست مناسبة دائما للسرعات المنخفضة لأن زاوية انحرافها قد تكون صغيرة وعدم اليقين كبيرا. اختر أطوالا وأوزانا متقاربة، وثبتها عند نقاط معلومة، وابدأ بسرعة يمكن رؤيتها بالكاميرا. لا تستنتج سرعة الهواء أو مقدار الرفع من انحناء الخيط وحده.

خذ لقطة للتدفق من دون النموذج ثم أعدها مع النموذج. ثبت الإضاءة والتركيز والبعد البؤري، وسجل سرعة المروحة أو إعداد مصدرها وموضع الكاميرا ورقم نسخة الجسم. يمكن لبرنامج بسيط تقدير اتجاه القطعة الرفيعة في الصورة، لكن راجع عينة يدوية لأن الخيط قد يلتف أو يلتصق بالسطح أو يختفي خلف النموذج.

مثال مقارنة يمكن إعادته

ابدأ بلوح مستو عليه ثلاث خيوط عند نقاط معروفة، ثم استخدم مقطعا انسيابيا مبسطا له أبعاد موثقة. صوّر عند حالتي ميل محددتين في الحامل، وكرر كل لقطة ثلاث مرات. قارن اتجاه الخيوط قرب الحافة الخلفية وهل يتبدل نمطها بين الصور. هذا وصف تجربة مقترحة وليس نتيجة تقول إن الانفصال حدث بالفعل. سم الملفات بطريقة تحفظ الإعداد، مثل angle-00-run-01.

يمكن إضافة شبكة قياس مرئية خلف نافذة القناة ومؤشر دوران لمروحة الاختبار. إذا أضفت Arduino لقراءة حساس دوران، فاقرأ خرجا من حساس مستقل ولا تغذ المروحة من رجل المتحكم. لا تحول جهد مجهول إلى متر في الثانية؛ يلزم حساس سرعة مناسب ومقارنة بمرجع. ابدأ بتوثيق سرعة نسبية أو إعداد المروحة إلى أن تملك وسيلة قياس مدققة.

افصل الجودة البصرية عن قوة القياس

افحص انتظام الهواء أولا بخيوط ثابتة عند عدة نقاط في حجرة الاختبار أو بجهاز سرعة مناسب إن توفر. سجل التفاوت بين النقاط. بعد ذلك تحقق من ثبات الغلاف والمروحة على إعدادين، وراقب الاهتزاز والضجيج. لا تجعل معدل الإطارات بديلا لمقياس الهواء. تقارير NASA عن تصوير تدفق نموذج CRM-HL توضح استعمال هذه الطريقة ضمن اختبار نفق كبير؛ لا تنتقل نتائجها الرقمية إلى قناة مكتبية.

من حالات الفشل: تسرب جانبي، اهتزاز المجسم، انفصال الخيط، انعكاس على النافذة، ومروحة تسحب الهواء على نحو غير مستقر. سجلها بدل إخفاء الصور. إذا أردت قياس قوة الرفع أو السحب، فهذا مسار مستقل يحتاج حساس قوة وحاملا معايرا واختبارا للتحقق من أثر الحامل نفسه.

سلامة المروحة ومخرجات التسليم

غط المروحة بشبك يمنع الأصابع والأجزاء الفضفاضة من الوصول للريش، وثبت القناة على قاعدة، واستخدم مصدرا يطابق مواصفات مروحة منخفضة الجهد ومفتاح فصل واضح. أوقف النظام قبل تعديل الخيوط أو الجسم. إذا استخدمت دائرة قيادة، لا توصل الحمل مباشرة بمتحكم Arduino؛ راجع جهد وتيار المحرك والمشغل ومشترك الأرضي. نظارات الحماية مطلوبة إذا كان تثبيت العينة معرضا لإطلاق قطعة.

نظم فكرة مشروع التخرج مع صفحة مشاريع التخرج حول قناة مصغرة وتصوير موثق وتقرير حدود. سلّم مخطط المجرى، وأبعاد النموذج، وصورا أصلية بإعداداتها، وجدول المحاولات، وملفا يشرح الخيوط المفقودة أو الصور المستبعدة. اكتب بدقة أن القياس نوعي إذا لم تستخدم مقياس سرعة أو منصة قوى مناسبة.

اربط الصورة بإعداد الهواء

احفظ مع كل فيديو موضع المروحة وإعدادها وأبعاد الشبكة واتجاه الجسم ورقم الخيط. خذ صورة معايرة فيها تدريج ظاهر، ثم لا تقص أجزاء من حجرة الاختبار عند حساب اتجاه الخيط. إذا استعملت تعريضا طويلا لتظهر الخيوط، اختبر أن ضباب الحركة لم يغير زاوية تقديرها. يمكن وضع بطاقة ثابتة في اللقطة لمراجعة تغير الإضاءة. هذه بيانات وصفية وليست قياس ضغط أو معامل رفع، لذلك سم المخطط «صورة نوعية لمسار الخيوط» ولا تخلط دلالته مع منحنى قوى.