የeVTOL የንፋስ ቱናል ሙከራ በአቋራጭ ንፋስ እና ድንገተኛ ንፋስ ውስጥ

ለክፍት ሰማይ የተነደፈ አውሮፕላን እና ለከተማ የተነደፈ አውሮፕላን ሁለት የተለያዩ ማሽኖች ናቸው፣ ልዩነቱም የአውሮፕላኑ አካል (airframe) ሳይሆን አየሩ ነው።

ከጣሪያ በላይ፣ የአየር ፍሰት ይለያያል እንዲሁም እንደገና ይገናኛል። በሁለት ህንፃዎች መካከል ፍጥነቱ ይጨምራል። ከግድግዳ ጀርባ፣ በአውሮፕላኑ ላይ ሳይሆን በህንፃው ላይ በተመሰረተ ድግግሞሽ አዙሪት (vortices) ይፈጥራል። የጭነት ድሮን ወይም የአየር ታክሲ ወደ ቨርቲፖርት (vertiport) ሲጠጋ በጣም ወሳኝ እና አደገኛ የሆኑ ደቂቃዎችን የሚያሳልፈው አየሩ እጅግ በጣም በማይተባበርበት ቦታ ላይ ነው።

ለዚህም ነው የeVTOL የንፋስ ቱናል ሙከራ በመጨረሻ ደረጃ የሚደረግ ማረጋገጫ መሆኑ ቀርቶ የንድፍ መሰረት የሆነው። ከዚህ በታች በከተማ ንፋስ ውስጥ በአንድ ተሽከርካሪ ላይ በትክክል ምን እንደሚከሰት፣ እነዚህ ሁኔታዎች በሙከራ ማዕከል ውስጥ እንዴት እንደሚፈጠሩ፣ እና እነሱን ሊፈጥር የሚችል ማዕከል መጠን እንዴት እንደሚወሰን ቀርቧል።

1. የከተማ አየር ከክፍት ሰማይ ይልቅ ለምን አስቸጋሪ እንደሆነ

ሶስት ተፅዕኖዎች ጎልተው ይታያሉ፣ እና አንዳቸውም ቢሆኑ በመደበኛ የአፈጻጸም ሙከራ ንፁህ እና የተረጋጋ የአየር ፍሰት ውስጥ አይገኙም።

ሺር (Shear)። በህንፃዎች አቅራቢያ የንፋስ ፍጥነት ከከፍታ ጋር በፍጥነት ይለዋወጣል። ከቨርቲፖርት ወደ ላይ የሚወጣ አውሮፕላን በጥቂት ሰከንዶች ውስጥ ከፍተኛ የፍጥነት ልዩነት (velocity gradient) ውስጥ ሊያልፍ ይችላል፣ እና ይህ በሚሆንበት ጊዜ እያንዳንዱ ሮተር የተለያየ የአየር ፍሰት ያጋጥመዋል።

መለያየት እና ዌክስ (Separation and wakes)። እያንዳንዱ የህንፃ ጠርዝ የአዙሪት (vortex) ፈጣሪ ነው። ከህንፃ ጀርባ፣ አውሮፕላን በህንፃው መዋቅር መጠን የተፈጠሩ አዙሪቶች ባሉበት ዌክ (wake) ውስጥ ይበርራል — እና ትናንሽ አውሮፕላኖች ከትላልቆቹ ይልቅ በብዙ የተለያዩ የአዙሪት መጠኖች ይጠቃሉ። ተርቡለንስ በተሻለ ሁኔታ የሚገለጸው በብዙ መጠኖች ባሉ አዙሪቶች ድምር ነው፤ አንድ ተሽከርካሪ በብዛት የሚረበሸው ከራሱ ጋር በሚመጣጠኑ ወይም ከራሱ በሚበልጡ አዙሪቶች ነው፣ ለዚህም ነው 3 m ርዝመት ያለው eVTOL ከተመሳሳይ የድንገተኛ ንፋስ መስክ ውስጥ ካለ ትልቅ አውሮፕላን ይልቅ በጣም ስሜታዊ የሚሆነው።

የሙቀት እና ሰው ሰራሽ ፕሉምስ (Thermal and man-made plumes)። በፀሀይ የሞቁ የህንፃ ገጽታዎች፣ የመኪና ማቆሚያዎች እና የHVAC ማስወጫዎች ቀኑን ሙሉ የሚለዋወጡ እና በመደበኛ የአየር ሁኔታ ሪፖርት ላይ የማይታዩ የቋሚ ፍጥነት (vertical velocity) ክፍሎችን ይጨምራሉ።

ውጤቱም ከክፍት ቦታ ንፋስ የበለጠ ጠንካራ ብቻ ሳይሆን የተዋቀረ (structured) የሆነ ረብሻ ያለው አካባቢ ነው — እና የመቆጣጠሪያ ስርዓት የሚወድቀው በአማካይ ሁኔታዎች ላይ ሳይሆን በተዋቀሩ ሁኔታዎች ላይ ነው።

2. በትክክል ምን እንደሚበላሽ

በUAV እና eVTOL የሙከራ ፕሮግራሞች ባለን ልምድ፣ አብዛኛዎቹን ያልተጠበቁ ችግሮች የሚያመጡት አራት የብልሽት አይነቶች ናቸው፡

የመቆጣጠር አቅም ማለቅ። በተረጋጋ አቋራጭ ንፋስ ውስጥ ተሽከርካሪው የሮተር ግፊትን (rotor thrust) በቋሚነት በማዘንበል አቋሙን ይጠብቃል። ይህ ማዘንበል ድንገተኛ ንፋስን ለመቋቋም ያለውን ትርፍ አቅም ይበላዋል። ተሽከርካሪው የተረጋጋ ይመስላል — ድንገተኛ ንፋስ እስኪመጣ እና ምንም የሚሰጥ አቅም እስካይኖር ድረስ።
የግፊት አለመመጣጠን ወደ ኃይል አለመመጣጠን ይቀየራል። እያንዳንዱ ሮተሮች በተለያየ ጊዜ አቅማቸው ይሞላል። በባትሪ-ኤሌክትሪክ ፕላትፎርም ላይ፣ ይህ በተወሰኑ ESCዎች ላይ እንደ የኤሌክትሪክ ፍሰት መጨመር (current spikes) ሆኖ ይታያል፣ እና ከአየር ዳይናሚክ ገደቦች በጣም ቀደም ብሎ የሙቀት ገደቦች ላይ ሊደረስ ይችላል።
የአቋም ቁጥጥር ከመቀነሱ በፊት የቦታ ቁጥጥር ይቀንሳል። አውቶፓይለቱ አውሮፕላኑን ትክክል አድርጎ ያቆየዋል ነገር ግን አሁንም ይንሸራተታል። ለቨርቲፖርት ስራዎች፣ ያ መንሸራተት ለደህንነት ወሳኝ የሆነ መጠን ነው።
ከቁጥጥር በፊት የጉዞ ጥራት ይበላሻል። መንገደኞችን ለሚጭኑ ተሽከርካሪዎች፣ ተቀባይነት ያለው ገደብ የሚወሰነው ሰዎች ሊቋቋሙት በሚችሉት እንጂ የበረራ መቆጣጠሪያው ሊተርፍ በሚችለው አይደለም።

ከእነዚህ ውስጥ አንዳቸውም ፀጥ ባለ አየር ውስጥ በሚደረግ የሆቨር (hover) ሙከራ ላይ አይታዩም፣ እና ሁሉም በየንፋስ ቱናል ውስጥ እንደገና ሊፈጠሩ ይችላሉ።

3. ማረጋገጫ (Certification) በትክክል ምን እንደሚጠይቅ

አነስተኛ ምድብ ላሉ የVTOL አውሮፕላኖች፣ የአውሮፓ ማዕቀፍ የEASA ልዩ ሁኔታ SC-VTOL-01 ሲሆን፣ ሐምሌ 2 ቀን 2019 የታተመ እና ከግንቦት 2020 ጀምሮ የተዘጋጁ ተከታታይ የማክበሪያ መንገዶች (Means of Compliance) ሰነዶች አሉት።

ለሙከራ መሃንዲስ አስፈላጊው ነጥብ የአካባቢ ትርጓሜው ስፋት ነው። SC-VTOL ከማንኛውም አቅጣጫ የሚመጣን ንፋስ — አቋራጭ ንፋስ፣ የንፋስ ግሬዲየንት፣ ድንገተኛ ንፋስ፣ የንፋስ ሺር እና ተርቡለንስን ጨምሮ — ከበረዶ፣ ዝናብ እና የሙቀት መጠን ጋር አብሮ ይመለከታል፣ እና እነዚህ ቀላል፣ መካከለኛ እና ከባድ ተብለው በተገለጹ የተለያዩ መጠኖች እንዲታሰቡ ይጠብቃል።

ያ መዋቅር ሁለት ተግባራዊ ውጤቶች አሉት፡

የእርስዎ የሙከራ ማትሪክስ በተፈጥሮው ባለብዙ-ዘንግ (multi-axis) ነው። በፊት ለፊት ንፋስ (headwind) ውስጥ አፈጻጸምን ማሳየት በጣም ትንሽ ነገር ነው የሚያረጋግጠው፤ የሁኔታዎች ስብስብ አቅጣጫዊ ነው እና ያልተረጋጋ ይዘትን ያካትታል።
ቁጥሮቹ ለፕሮግራሙ የተለዩ ናቸው። የታወጀው የአቋራጭ ንፋስ እና የጀርባ ንፋስ (tailwind) አቅም የሚረጋገጠው ለአንድ የተወሰነ አውሮፕላን በሚተገበረው የማክበሪያ መንገዶች (Means of Compliance) እንጂ ከአለም አቀፍ ሰንጠረዥ ላይ በማንበብ አይደለም። ለeVTOL አቋራጭ ንፋስ አንድ ነጠላ አለም አቀፍ ገደብ የሚጠቅስ ማንኛውም ሰው በጥርጣሬ ሊታይ ይገባል — እና ያ አቅራቢዎችንም ያካትታል።

ስለዚህ የሙከራ ማዕከሉ በእርስዎ በታወጀው ገደብ ዙሪያ፣ እንዲሁም ሊመረምሯቸው ላሰቧቸው መካከለኛ እና ከባድ ጉዳዮች የሚሆን ተጨማሪ አቅም ተብሎ መገለጽ አለበት።

4. የከተማ ንፋስ በየንፋስ ቱናል ውስጥ እንዴት እንደሚፈጠር

ሶስት የቴክኒክ ቤተሰቦች አሉ፣ እና አሳሳቢ ፕሮግራሞች ከአንድ በላይ ይጠቀማሉ።

ፓሲቭ ተርቡለንስ ማመንጨት (Passive turbulence generation)። ከፊት ለፊት የሚቀመጡ ግሪዶች፣ ስፓየሮች፣ ሻካራ አካላት እና ማገጃዎች የታለመ ፕሮፋይል እና ጥንካሬ ያለው የተርቡለንት የድንበር ንብርብር ይፈጥራሉ። ይህ የተለመደው የንፋስ-ምህንድስና አቀራረብ ነው፡ ርካሽ፣ የተረጋጋ እና በከፍተኛ ሁኔታ ሊደገም የሚችል፣ ነገር ግን ሃርድዌሩ ከተዘጋጀ በኋላ የተርቡለንስ ስፔክትረም በመሰረቱ ቋሚ ነው።

አክቲቭ ድንገተኛ ንፋስ ማመንጨት (Active gust generation)። ከየሙከራ ክፍል ፊት ለፊት የሚንቀሳቀሱ ቫኔስ (vanes)፣ ወይም በተናጠል የሚቆጣጠሩ ሴሎች ያሉት የፋን ስብስብ፣ በጊዜ የሚለዋወጥ ፍሰት ይፈጥራሉ — የተለዩ ድንገተኛ ንፋሶች፣ ሳይኑሶይዳል ማነቃቂያ፣ ድንገተኛ የአቅጣጫ ለውጦች፣ ፕሮግራም የተደረገ ሺር። ይህ እንደ የህንፃ ዌክ (wake) ውስጥ ማለፍን የመሳሰሉ የተወሰኑ ክስተቶችን እንደገና ለመፍጠር እና ለሁለት የተለያዩ የቁጥጥር-ህግ ስሪቶች በተመሳሳይ መልኩ ለመድገም ብቸኛው መንገድ ነው።

የሞዴል-ልኬት የከተማ ማስመሰል (Model-scale urban simulation)። የቨርቲፖርት እና የአካባቢው ልኬት ሞዴሎች ከፊት ለፊት ይቀመጣሉ፣ እና አውሮፕላኑ እነሱ በትክክል በሚፈጥሩት ዌክ (wake) ውስጥ ይሞከራል። የተገነባው አካባቢ በተርቡለንስ ጥንካሬ ቁጥር ከመገመት ይልቅ ወደ ሙከራው የሚገባው በዚህ መንገድ ነው።

የትኛውም ጥቅም ላይ ቢውል፣ ሁለት የውቅር ውሳኔዎች ሌላውን ሁሉ ነገር ይቀርፃሉ፡ ተሽከርካሪው በሚዛን ላይ የተገጠመ መሆኑ — ንጹህ ኃይሎችን፣ ሞመንቶችን እና ተደጋጋሚነትን ይሰጣል — ወይም በራሱ አውቶፓይለት ሉፑን እየዘጋ በትልቅ ክፍት-ጄት ክፍል ውስጥ በነፃ የሚበር መሆኑ፣ ይህም ከአውሮፕላኑ አካል ይልቅ ስርዓቱን ይሞክራል። ከሆቨር ወደ ፊት ለፊት በረራ የሚደረገው ሽግግር፣ የመግቢያ አንግል ሙሉውን ክልል የሚያዳርስበት እና የሮተር ዌኮች ከክንፎች እና መዋቅር ጋር የሚገናኙበት፣ እንደገና ለመፍጠር በጣም ጠቃሚው ብቸኛ እንቅስቃሴ ነው፣ እና ሁለቱንም ይፈልጋል።

5. ሊሰራ የሚችል የሙከራ ማትሪክስ

ለከተማ-ስራዎች ተሽከርካሪ፣ ማትሪክሱ አብዛኛውን ጊዜ የሚከተሉትን ያዳርሳል፡

ተለዋዋጭ (Variable)	የተለመደ ክልል	ለምን አስፈላጊ ነው
የንፋስ ፍጥነት	0 እስከ የንድፍ አቋራጭ ንፋስ ገደብ፣ ሲደመር ተጨማሪ አቅም	በእያንዳንዱ ነጥብ ላይ የቁጥጥር አቅምን ያረጋግጣል
አዚሙዝ (Azimuth)	ሙሉ 360°፣ ሪዞሉሽን 15°–30°	የአቋራጭ ንፋስ ምላሽ አልፎ አልፎ ብቻ ሲሜትሪክ ነው
የመግቢያ አንግል	ከሆቨር እስከ ፊት ለፊት በረራ	የሮተር–ክንፍ መስተጋብር፣ የሽግግር ባህሪ
የድንገተኛ ንፋስ መጠን እና የመነሻ ጊዜ	የተለዩ ድንገተኛ ንፋሶች፣ በርካታ የመነሻ ጊዜዎች	ከከፍተኛው እሴት ይልቅ የለውጥ ፍጥነት የበለጠ አስፈላጊ ነው
የተርቡለንስ ጥንካሬ	ቀላል፣ መካከለኛ፣ ከባድ	ከቁጥጥር መጠን ቋንቋ ጋር ይጣጣማል
የመውረድ ፍጥነት	በvortex ring ድንበር በኩል	መቅረብ (Approach) ከፍተኛ አደጋ ያለው ምዕራፍ ነው
ውቅር (Configuration)	ጭነት፣ CG፣ አንድ-ሮተር-የተበላሸ	ተጨማሪ አቅሞች መጀመሪያ የሚጠፉበት

ቢያንስ የሚለኩት፡ በሚዛኑ ላይ ያሉ ኃይሎች እና ሞመንቶች፣ የእያንዳንዱ ሮተር RPM እና የኤሌክትሪክ ፍሰት፣ የታዘዘው እና የተገኘው አቋም እና ቦታ፣ በጭነት ወይም በካቢን ቦታ ላይ ያሉ ፍጥነቶች፣ እና ከቱናል መለኪያ መሳሪያዎች የሚገኝ የመግቢያ ማጣቀሻ።

6. የማዕከሉን መጠን መወሰን

በቱናል ውስጥ ጊዜ ከመከራየት ይልቅ የራስዎን ቱናል እየገለጹ ከሆነ፣ አራት ቁጥሮች ጎልተው ይታያሉ፡

የየሙከራ ክፍል መጠን ከተሽከርካሪው ስፋት አንፃር። መዘጋጋት በዓይን ከመታየቱ ከረጅም ጊዜ በፊት መረጃውን ያበላሻል። ሙሉ-ልኬት ያለው አነስተኛ UAV በወረቀት ላይ ሲታይ በጣም ትልቅ የሚመስል ክፍል ይፈልጋል።
የፍጥነት ክልል፣ ዝቅተኛውን ጫፍ ጨምሮ። የUAM ስራ በ 0–30 m/s ክልል ውስጥ ይገኛል። የተረጋጋ፣ ወጥ የሆነ 3 m/s ማምረት 25 m/s ከማምረት የበለጠ ከባድ ነው፣ እና የሆቨር እና ዝቅተኛ-ፍጥነት ሽግግር መረጃዎች የሚወሰዱት እዚያ ነው።
አስፈላጊ በሆነበት ቦታ የፍሰት ጥራት። ዝቅተኛ ተርቡለንስ ቱናሉ ሊመለስበት የሚገባው መሰረታዊ መስመር ነው፤ ከጀርባው መለየት የማይችሉትን ድንገተኛ ንፋስ ማጥናት አይችሉም።
የክፍል መዳረሻ እና ደህንነት። የነፃ-በረራ ሙከራ መከላከያ መረብን፣ ከተሽከርካሪው የበለጠ ፈጣን የሆነ የአደጋ ማቆሚያ (E-stop)፣ እና በቀን ውስጥ ብዙ ጊዜ ውቅሮችን ለመለወጥ የሚያስችል የመዳረሻ ጽንሰ-ሀሳብን ይጠይቃል።

ዝግ ዙር ስርዓት ያለው የንፋስ ቱናል አርክቴክቸሮች እዚህም ጎልተው የሚታዩት በሌሎች ቦታዎች ጎልተው በሚታዩበት ተመሳሳይ ምክንያቶች ነው፡ ተደጋጋሚነት፣ የሙቀት መቆጣጠሪያ እና የሥራ ማስኬጃ ወጪ — የንግድ ልውውጡ በ

closed-circuit vs open-circuit tunnels

ውስጥ ተቀምጧል፣ እና ከጀርባው ያለው የአቅጣጫ ውሳኔ በ

comparison of wind tunnel types

ውስጥ ይገኛል።

7. ማስወገድ የሚገባቸው አምስት ስህተቶች

የፊት ለፊት ንፋስን ብቻ መሞከር። ለማካሄድ በጣም ርካሹ ሁኔታ እና በጣም አነስተኛ መረጃ የሚሰጠው ነው።
አማካይ እሴቶችን ሪፖርት ማድረግ። የድንገተኛ ንፋስ ምላሽ ጊዜያዊ ነው። አማካይ የተደረገ መረጃ በትክክል ሊሞክሩት የነበረውን ክስተት ይደብቀዋል።
የመሬት ወለልን ችላ ማለት። በቨርቲፖርት ዴክ አቅራቢያ፣ ሪሰርኩሌሽን እና የመሬት ተፅዕኖ የመግቢያ ፍሰቱን ሙሉ በሙሉ ይለውጡታል።
የአውሮፕላኑን አካል መሞከር ነገር ግን የቁጥጥር ህጉን አለመሞከር። አብዛኛዎቹ የከተማ ብልሽቶች የስርዓት ብልሽቶች ናቸው፤ በሚዛን ላይ የተገጠመ ሞዴል ከቀዘቀዘ መቆጣጠሪያ ጋር እነዚህን አያሳይም።
የአካባቢ ሙከራን የንድፍ ማቀዝቀዝ እስኪያልፍ ድረስ መተው። የአቋራጭ ንፋስ አቅም የሚገዛው በሮተር መጠን እና በቁጥጥር አቅም ነው — ቀደም ብለው የሚወሰኑ እና ዘግይተው በከፍተኛ ወጪ የሚቀለበሱ ውሳኔዎች።

8. ከሙከራ እቅድ ወደ ማዕከል

የከተማ አየር ትራንስፖርት አቅጣጫዊ፣ ያልተረጋጋ እና ለቦታው የተለየ በሆነ አካባቢ ላይ ማረጋገጫ እያገኘ ነው። ያንን መስፈርት ማሟላት ማለት አንድ አውሮፕላን በእውነተኛ ህንፃዎች መካከል ከመብረሩ ከረጅም ጊዜ በፊት፣ መሬት ላይ፣ በተደጋጋሚ፣ በመቶዎች ለሚቆጠሩ ጊዜያት እንደገና መፍጠር ማለት ነው።

እኛ በትክክል ለዚህ የስራ ክፍል ብጁ የሙከራ ማዕከሎችን እንነድፋለን እና እንገነባለን — በተሽከርካሪው ዙሪያ የተመጠኑ ዝግ ዙር ስርዓት ያላቸው ቱናሎች፣ ዝቅተኛ-ፍጥነት መረጋጋት፣ ድንገተኛ ንፋስ ማመንጨት እና የመለኪያ መሳሪያዎች ውህደት ከአየር ዳይናሚክ ጽንሰ-ሀሳብ ጀምሮ የታቀደባቸው፣ እና ፕሮግራሙ እያደገ ሲሄድ ሊጨመሩ የሚችሉ የአየር ንብረት እና የጥንካሬ ሞጁሎች ያሏቸው። መነሻ ነጥባችን የእርስዎ የሙከራ ማትሪክስ እንጂ ካታሎግ አይደለም።

የእርስዎን ገደብ እና የተሽከርካሪ ልኬቶችን ይላኩልን እና እኛ ከማዕከል ጽንሰ-ሀሳብ ጋር እንመለሳለን፡ የክፍል መጠን፣ የፍጥነት ክልል፣ የአሽከርካሪ ኃይል እና የህንፃ ቦታ።

ምንጮች እና ማስታወሻዎች

የEASA ልዩ ሁኔታ ለአነስተኛ ምድብ VTOL አውሮፕላኖች፣ SC-VTOL-01፣ ሐምሌ 2 ቀን 2019 የታተመ፣ እና ተከታታይ የማክበሪያ መንገዶች (Means of Compliance) ህትመቶች፡ SC-VTOL-01፣ Fourth publication of MoC with SC-VTOL።
የትናንሽ አውሮፕላኖች ለተለያዩ የአዙሪት መጠኖች ያላቸው ስሜታዊነት፣ እና የUAM ስራዎች የንፋስ-ምህንድስና እይታ፡ Urban Air Mobility: A Wind Engineering Perspective, WSP።
በህንፃዎች አቅራቢያ ያለ የድንገተኛ ንፋስ አካባቢ፡ "Gusts Encountered by Flying Vehicles in Proximity to Buildings", Drones, 2023።
ፓሲቭ ተርቡለንስ ማመንጨት (ግሪዶች፣ ሻካራ አካላት፣ ስፓየሮች) የተለመደ የንፋስ-ምህንድስና አሰራር ነው፤ በንቃት ከሚቆጣጠሩ የፋን ስብስቦች ጋር ያለው ምደባ የTunnelTech የራሱ አቀራረብ ነው። በተለይ በአክቲቭ በኩል፣ የፋን-ስብስብ የንፋስ ማመንጫዎች የእያንዳንዱ ሴል ቁጥጥር እና የተርቡለንስ ባህሪ፡ Turbulence enhancement of a fan array wind generator, arXiv።
ለeVTOL ምንም አይነት አለም አቀፍ የቁጥር አቋራጭ ንፋስ ገደብ እዚህ ሆን ተብሎ አልተጠቀሰም፡ የታወጁ የአቋራጭ ንፋስ እና የጀርባ ንፋስ ፍጥነቶች በሚተገበሩ የማክበሪያ መንገዶች አማካኝነት በየፕሮግራሙ ይዘጋጃሉ።
የሙከራ ማትሪክስ ክልሎች እና የማዕከል መጠን መወሰኛ መመሪያዎች የTunnelTech የምህንድስና አሰራር ናቸው፣ ከተወሰነው ተሽከርካሪ እና ቦታ አንፃር መረጋገጥ አለባቸው።

ለከተማ አየር ትራንስፖርት (Urban Air Mobility) የንፋስ ቱናል ሙከራ፡ eVTOL እና ድሮኖች በአቋራጭ ንፋስ እና ድንገተኛ ንፋስ ውስጥ