En los años 20 y 30 del siglo XX en los países industrializados como Alemania, Francia, Inglaterra y Estados Unidos se construyeron túneles de viento para el ensayo de perfiles de ala y modelos de aviones.
Al hacer las medidas en el túnel de viento hay que tener en cuenta la «semejanza aerodinámica», pues no se pueden aplicar directamente a la realidad los resultados obtenidos en un modelo. La causa de esto está en que el aire tiene viscosidad, que es la manifestación de la cohesión entre sus moléculas; gracias a esta cohesión, cuando una masa de aire se pone en movimiento se lo transmite a las inmediatas, y así se explica que la circulación de un torbellino se vaya transmitiendo hacia el exterior, pero con velocidad decreciente.
También se explica por la viscosidad, que los torbellinos de la estela se disipen en la masa de aire. En las experiencias en túnel se tiene en cuenta ese efecto, haciendo que el llamado número de Reynolds (Osborne Reynolds, 1883) sea constante. Ese número vale lv/f, en donde l es una longitud, por ejemplo, la envergadura; v la velocidad y f la viscosidad cinética del aire, que es la velocidad por unidad de masa.Para el agua el coeficiente f es diez veces menor que para el aire. Según esto, al ser l , por ejemplo, diez veces menor, debería ser v diez veces mayor en al túnel para que la experiencia fuese comparable a la realidad. Esto no es rigurosamente exacto por no ser tampoco rigurosamente constante el coeficiente f ; de todos modos, se ve que para que las experiencias reprodujesen la realidad, sin recurrir a grandes velocidades irrealizables, habría de emplearse un fluido más denso, tal como el agua o aire comprimido, que es la razón por la cual los túneles modernos esrán dispuestos para emplear aire a presión.
Con las velocidades de los primeros tiempos de la aviación, los ensayos con modelos al 1/10 daban buenos resultados para velocidades comparables a las reales.
Espectros aerodinámicos.
Las fotografías de estos espectros aerodinámicos se tomaron en el túnel aerodinámico con humo del Instituto alemán para el vuelo sin motor de Darmstadt (1939).
1. Cilindro: La corriente se disloca en la popa y forma una estela de torbellinos.
2. Cilindro giratorio: Dirección de la rotación en sentido de las agujas de un reloj, es decir, a la derecha. Se ve que las líneas de corriente ya no son simétricas. Se acercan entre sí sobre el cilindro y allí nace una aspiración, y bajo él se separan (sobrepresión; toda la estela se inclina hacia abajo). En el cilindro giratorio se origina una sustentación llamada efecto Magnus, cuyo fenómeno fue utilizado en los rotores Flettner.
3. El cuerpo currentilíneo da lugar a una corriente aérea mucho más regular que el cilindro.
4. También es regular la corriente que se lanza sobre un perfil de ala. En la cara dorsal las líneas de corriente se comprimen lateralmente dando lugar a aspiración en forma análoga al caso del cilindro giratorio, pero no con tanta intensidad como en este caso.
5. Perfil de ala en estado crítico: el ángulo de ataque era demasiado grande y la corriente se disloca formándose una estela de torbellinos.
6. El mismo perfil, pero con ranura; el espectro es mucho más regular y más reducida la zona de torbellinos. Este perfil da lugar a menor resistencia y mayor sustentación que su adyacente a la izquierda.
7. Así obra el alerón de aterrizaje: la zona de torbellinos de la figura 5 está muy aumentada y la resistencia es mayor.
8. Alerón de librillo. También con pequeño ángulo de ataque origina el alerón — aquí alerón de librillo — una zona de torbellinos con aumento de resistencia. Sin embargo, se ve que en este caso la corriente sobre la cara dorsal del ala no está perturbada esencialmente, cuando, naturalmente, también el efecto de los alerones influye algo en los fenómenos marginales.
Este túnel de viento fue usado para probar los grandes modelos de dirigibles. Se conseguía una velocidad del viento de 112 Km/h con una hélice de 4,2 metros de diámetro movida por un motor de 200 HP. (NIST California 1922)
Los ensayos sobre modelos no dan siempre valores satisfactorios; por consiguiente se construyen túneles gigantescos como el americano de Langley Field o el francés de Chalais-Meudon, en los cuales pueden ser ensayadas: las avionetas de tamaño natural; los revestimientos de los motores; los motores; el enlace de alas a fuselaje y hasta aparatos de gran tamaño. El carretón sobre el que se monta lleva la balanza aerodinámica (balanza de seis componentes) que mide y registra la magnitud y dirección de todas las fuerzas que se originen.
Túnel de viento de Langley (Virginia) en 1941.
En el interior del difusor se distingue (foto superior) el filtro de aire formado por un enrejado de planos de perfil que obliga a que el aire pierda todo movimiento de torbellino y entre en forma de corriente paralela perfectamente regular, y en la foto inferior se ve una de las dos grandes hélices aspiradoras. El difusor elíptico (foto superior) tiene 18 m de ancho por 9 m de altura. Velocidad máxima del viento producido: 180 km por hora; potencia de la instalación: 8.000 HP.
Túnel de viento de Langley en 1939.
En las afueras de Braunschweig en una gran área boscosa, rodeada por campos de cultivo y granjas, para no ser detectadas por los aviones de reconocimiento, se encontraban las instalaciones del Centro de Investigación Aeronáutica. Ninguno de los edificios principales era visible desde el aire, ya que se encontraban bajo tierra cubiertos por las ramas de los árboles del bosque.
El complejo de investigación tenía unas cuarenta edificaciones a prueba de proyectiles de artillería. Una de estas edificaciones contenía un gran túnel de viento supersónico. La toma de aire en el exterior se disimulaba dentro de la caseta de un retrete cercano a una granja.
Su director era el antiguo directivo de Lufthansa, Erhard Milch, y Adolf Baeumker el jefe del departamento de investigación.
En 1933 el presupuesto para el desarrollo de la aviación ascendió a 40 millones de marcos de la época, con lo que las instalaciones de investigación que antes habían sido inconcebibles de pronto fueron puestas en marcha. El túnel de viento de sección elíptica, inaugurado en 1934, tenía unas dimensiones de 6 × 8 metros y disponía de refrigeradores, sistema de transmisión de las hélices y un motor que movía las mismas.
Otra innovación tecnológica de la Alemania de la época era el túnel de viento vertical construido en 1935 con forma de un enorme huevo. En su interior una corriente de aire vertical y ascendente de 4 metros de diámetro y una velocidad de 40 m/s mantenía suspendido el modelo del avión permitiendo su libre movimiento delante de una cámara que registraba las evoluciones del modelo.
El personal del centro se triplicó en un período de dos años. En vísperas de la Segunda Guerra Mundial, el centro tenía cerca de 2.000 empleados. En 1936 se ampliaron las instalaciones, tanto en horizontal como en vertical.
Existián otras instalaciones en donde ensayar aviones. El nuevo túnel de viento de Göttingen era tan grande que los pilotos de la Lufthansa y de la Luftwaffe lo usaban como referencia visual para orientarse en la zona. Era el primer túnel de viento frío para estudiar la producción de hielo sobre las superficies del avión en el vuelo a gran altura. En este túnel se conseguía una temperatura de 60 grados bajo cero y una presión de 0,1 atmósferas. Para aislar térmicamente las instalaciones se requirió la cosecha anual de corcho portuguesa.
En 1933 el personal que trabajaba en Göttingen eran unos 80 empleados que ascendieron a más de 450 hacia 1936, y a aproximadamente 700 en el año 1939.
En Francia, el 7 de abril de 1934, el general Denain inauguró el túnel de viento L1 en presencia del primer director del I.M.F.L., el Profesor Kampé de Fériet. Este túnel aerodinámico era del tipo de Eiffel, con un pasillo de retorno del aire. El túnel de viento disponía de una cámara experimental de hormigón de unas dimensiones de 27 m por 14 m y 30 m. La cámara estába dividida en tres etapas. El aire entraba en esta cámara por un colector de 3,30 metros de diámetro dotado de 6 paletas encauzadoras de 1,90 m de longitud.
En 1934 también se construyó en Francia el túnel de viento S1Ch de Chalais-Meudon, en donde desde 1794 existía una escuela de aerostática militar.
Vista aérea de las instalaciones de Meudon y de sus alrededores. En primer plano se puede ver el gran túnel de viento S1Ch y en segundo plano, el hangar Y.
Por las grandes dimensiones de su cámara de pruebas el túnel de viento S1Ch permitía experimentar con aviones reales de 12 m de envergadura, con motor encendido y piloto a bordo.
Plano del túnel de viento de Meudon.
El aire del exterior se introduce mediante un colector elíptico de 350 m ² (24,8 m x 16,8 m) equipado de una rejilla metálica. Una vez canalizado se acelera gracias a un estrechamiento de la sección del colector a 100 m ² (16 m x 8 m), hasta la cámara de experimentación. El flujo de aire disponible para los ensayos tiene una anchura de 11m. En la cámara, Un mástil sostiene el modelo del avión que hay que someter a pruebas, equipado con los instrumentos que deben medir las fuerzas aerodinámicas.
El flujo de aire se introduce, después de pasar sobre el modelo del avión, en un conducto divergente, el difusor, un tubo de hormigón armado de 38 metros de longitud. Este conducto desemboca en la cámara de aspiración, monumental por su volumen, que separa el difusor de los ventiladores. Los seis ventiladores de 8,7 m de diámetro absorben una potencia de 6.000 HP, generando así por aspiración el flujo de aire que puede alcanzar una velocidad de 180 km/h en la cámara de experimentación. Al final del recorrido el aire es echado de nuevo a la atmósfera.
El avión Morane-Saulnier 315 en el tunel de viento S1Ch en 1936.
