ያጋደለ የንፋስ ቱናል ምህንድስና፡ የአየር ፍሰትን በ30°–45° መንደፍ
ያጋደለ የንፋስ ቱናል እንዴት እንደሚሰራ፡ የፍሰት መከፋፈል፣ የመስሪያ-ዞን ርዝመት፣ መደበኛ ባልሆኑ ማዕዘኖች ላይ ያሉ መመሪያ ቫኔስ፣ የደህንነት ስርዓቶች እና ወጪውን የሚወስኑ ነገሮች።
ለሰላሳ ዓመታት ያህል፣ የውስጥ በረራ (indoor flight) ማለት አንድ ነገር ብቻ ነበር፡ የስበት ኃይልን በመቋቋም አካልን የሚይዝ ቋሚ የአየር አምድ። በሚያምር ሁኔታ መውደቅ ይቻላል፣ ነገር ግን ወደ የትኛውም ቦታ መሄድ አይቻልም ነበር።
ያጋደለው የንፋስ ቱናል ይህንን ይቀይረዋል። ፍሰቱን በማጋደል፣ በነፃ ውድቀት ወቅት አካልን የሚደግፈው ያው የአየር ዳይናሚክስ ዘዴ ወደ ፊት መንሸራተትንም (forward glide) ይፈጥራል — ይህም የዊንግሱት ዋና ዓላማ ነው። ይህ በኢንዱስትሪው ውስጥ በጣም አዲሱ ዘርፍ ሲሆን፣ በዓለም ዙሪያ ጥቂት ተቋማት ብቻ ይገኛሉ፣ እና አብዛኛዎቹ የምህንድስና ጥያቄዎች አሁንም ክፍት ናቸው።
ይህ ጽሑፍ ስለእነዚያ ጥያቄዎች ያብራራል።
1. ፊዚክስ፡ አንድ ቬክተር፣ ሁለት ስራዎች
በቋሚ የንፋስ ቱናል ውስጥ፣ የአየር መቋቋም ክብደትን ያመዛዝናል፣ እና የበራሪው አግድም ፍጥነት ዜሮ ነው። ፍሰቱን በተወሰነ ማዕዘን ሲያጋድሉት፣ የተለያዩ ስራዎችን ወደሚሰሩ ሁለት ክፍሎች ይከፈላል፡
- ቋሚው ክፍል ልክ እንደበፊቱ የበራሪውን ክብደት ይሸከማል፤
- አግድም ክፍሉ ደግሞ ወደ ፊት ለሚደረግ በረራ አንጻራዊ ንፋስን ያቀርባል፣ ስለዚህ የዊንግሱት አብራሪ ዝም ብሎ ከመውደቅ ይልቅ መንሸራተትን ማቆየት ይችላል።
የሚያስፈልገው ማጋደል የዘፈቀደ አይደለም — ከዊንግሱቱ የመንሸራተት አፈጻጸም የሚመነጭ ነው። ከ2:1 እስከ 3:1 በሆነ የመንሸራተት ጥምርታ የሚበር ሱት፣ በራሪው በተረጋጋ እና ተፈጥሯዊ የሰውነት አቋም ላይ እንዲቀመጥ ከዛ ጥምርታ ጋር የሚስማማ የፍሰት ማጋደል ይፈልጋል። ይህ ማለት ያጋደለ ቱናል "በዳገት ላይ ያለ ቋሚ ቱናል" አይደለም፡ ማዕዘኑ ከሚያገለግለው የዲሲፕሊን ዓይነት ጋር የተያያዘ የንድፍ መለኪያ ነው፣ እና ማዕዘናቸው ሊስተካከል የሚችል ንድፎች ያሉት የተለያዩ ሱቶች እና የክህሎት ደረጃዎች የተለያዩ ሁኔታዎችን ስለሚፈልጉ ነው።
ለማጣቀሻ ያህል፣ በዓለም የመጀመሪያው ያጋደለ ተቋም — የ Inclined Labs' Indoor Wingsuit Stockholm በ Bromma — 16.5 ጫማ ስፋት እና 33 ጫማ ርዝመት ያለው የበረራ ክፍል (ፍላይት ቻምበር) ይጠቀማል፣ በራሪዎች በአብዛኛው በ 90–130 km/h የሚሰሩ ሲሆን፣ ፍጥነቱም ሆነ ማጋደሉ ሊስተካከል የሚችል ነው። የመጀመሪያው የውስጥ ዊንግሱት በረራ እዚያ የተካሄደው በሚያዝያ 2016 ሙሉ መጠን ባለው የሙከራ ቻምበር ውስጥ ሲሆን፣ ተቋሙ ለደንበኞች ክፍት የሆነው በመስከረም 2017 ነበር።
2. ከቋሚ ቱናል ይልቅ ለምን ይከብዳል
የመስሪያ ዞኑ ረጅም መሆን አለበት። መንሸራተት ከበራሪው በላይ ብቻ ሳይሆን በበረራ መንገዱ ላይ ክፍተት ይፈልጋል። ያ አንድ መስፈርት የህንፃውን ንድፍ ይወስናል፡ ቻምበሩ ከተጨመቀ አምድ ይልቅ ረጅም ያጋደለ መጠን ይኖረዋል፣ እና እያንዳንዱ ሜትር የፍሰት ጥራትን መጠበቅ አለ በት።
የግድግዳ የድንበር ንብርብር (Boundary layer) በዚያ ርዝመት ላይ ያድጋል። በረጅም የሙከራ መጠን ውስጥ፣ የድንበር ንብርብሮች እየወፈሩ ሲሄዱ ውጤታማው የፍሰት ስፋት ይቀንሳል፣ እና ዳክቱ ፕሪዝማቲክ ከሆነ ነፃው ፍሰት ይፋጠናል። ከመግቢያ እስከ መውጫ ወጥ የሆነ ፍጥነት ማግኘት ማለት ብዙውን ጊዜ በመስሪያ ዞኑ ላይ ያለውን ክፍል ሆን ብሎ ቅርጽ መስጠት ማለት ነው።
የማዕዘን መመሪያ ቫኔስ (Turning vanes) ከዚህ በፊት ባልተሰሉ ማዕዘኖች ላይ ይሰራሉ። የቋሚ ቱናል ዙሮች በደንብ ከሚታወቁ የ90° ማዕዘኖች እና የኪሳራ ኮኤፊሽንታቸው ከሚታወቁ የካስኬድ መመሪያ ቫኔስ የተገነቡ ናቸው። ዙሩን ሲያጋድሉት የማዕዘን መጠኖቹ ይቀየራሉ፣ ፍሰቱ ወደ ካስኬዱ በተለየ መንገድ ይደርሳል፣ እና የቫኔው ኮርድ፣ ክፍተት እና ካምበር ከመቅዳት ይልቅ እንደገና መፈታት አለባቸው። ይህን ከተሳሳቱ ሁለት ጊዜ ይከፍላሉ፡ በግፊት ኪሳራ፣ ስለዚህም የፋን ኃይል ለዘላለም ይባክናል፣ እንዲሁም በራሪው በቀጥታ በሚሰማው የፍሰት አለመመጣጠን።
የደህንነት ስርዓቶች ከአንድ በላይ በሆነ አቅጣጫ ይገኛሉ። በቋሚ ቱናል ውስጥ፣ መረቡ ከታች ነው እና የበራሪው ውድቀት ቁጥጥር የተደረገበት ማረፍ ነው። ባጋደለ ቻምበር ውስጥ፣ ማንሳትን ያጣ በራሪ ወደ ታች ብ ቻ ሳይሆን በማጋደሉ አቅጣጫም ይንቀሳቀሳል — ስለዚህ የመያዣ ስርዓቶች፣ መረቦች እና መግቢያዎች በመስሪያ ዞኑ በሁለቱም ጫፎች እና በርዝመቱ ላይ መፈታት አለባቸው።
መግቢያ እና መውጫ የንድፍ ችግር እንጂ በር ብቻ አይደሉም። የዊንግሱት ትጥቅ ያደረገን አብራሪ ወደሚንቀሳቀስ ያጋደለ ፍሰት ውስጥ ማስገባት፣ እና መልሶ ማስወጣት፣ ለእያንዳንዱ በራሪ ቱናሉን ሳያቆሙ፣ የመላው ተቋሙን የንግድ ስራ ፍሰት ይወስናል።
3. ፕሮጀክቱን የሚቀርጹ ውሳኔዎች
- ቋሚ ወይም ሊስተካከል የሚችል ማጋደል። ሊስተካከል የሚችል ጂኦሜትሪ ተደራሽ የሆነውን ገበያ ያሰፋዋል — የተለያዩ ሱቶች፣ የጀማሪ እና የባለሙያ ሁኔታዎች፣ የዊንግሱት ያልሆኑ ዲሲፕሊኖች — እንዲሁም መካኒካል ውስብስብነትን፣ የማሸግ ተግዳሮቶችን እና ወጪን ይጨምራል።
- የቻምበር መስቀለኛ-ክፍል (cross-section)። በበረራ ላይ ያለውን ከፍተኛ የክንፍ ስፋት፣ በአንድ ጊዜ የሚበሩ ሰዎችን ብዛት ይወስናል፣ እና የፋን ኃይልን በቀጥታ ይነዳል።
- የፍጥነት ክልል እና መረጋጋት። ቁጥጥር የሚደረግበት ክልል ከከፍተኛው ቁጥር የበለጠ አስፈላጊ ነው፡ የስልጠና ሴሽን በዝቅተኛው ፍጥ ነት ላይ ይከናወናል፣ እና የደረጃ ለውጦች ለስላሳ መሆን አለባቸው።
- የዙር አርክቴክቸር። ለኃይል እና የሙቀት መቆጣጠሪያ ዝግ ዙር፣ ከላይ ከተጠቀሱት የቫኔ ጥያቄዎች ጋር፤ ክፍት ዙር ቀላል ቢሆንም በእነዚህ የስራ ሰዓታት ብዙም ኢኮኖሚያዊ አይደለም።
- ማቀዝቀዝ (Cooling)። የፋን ኃይል በአየሩ ውስጥ ወደ ሙቀት ይቀየራል። ስልቶቹ ከሌሎች ቦታዎች ጋር ተመሳሳይ ናቸው — አየር ንብረቱ በሚፈቅድበት ቦታ ቬንቲሌሽን፣ በማይፈቅድበት ቦታ ደግሞ ንቁ የሙቀት ማቀያየሪያ — እና የንግድ ልውውጦቹ በ
ውስጥ ይገኛሉ።
- ለስልጠና የሚሆኑ መለኪያ መሳሪያዎች (Instrumentation)። የካሜራ ሽፋን፣ ቴሌሜትሪ እና የቪዲዮ ግምገማ እዚህ እንደ ተጨማሪ ነገሮች አይቆጠሩም፡ በዚህ አዲስ ዲሲፕሊን ውስጥ፣ የማስተማር ምርቱ የገቢው ትልቅ አካል ነው።
4. በህንፃው ላይ የሚያመጣው ተጽዕኖ
ያጋደለ ቱናል ከሶስቱ አርክቴክቸሮች ውስጥ ቦታን በመምረጥ ረገድ በጣም ፈታኙ ነው፣ ምክንያቱም ርዝመትም ሆነ ቁመት ይፈ ልጋል — የቋሚ ቱናል መዋቅራዊ ጥልቀት ከአግድም ቱናል የቦታ ስፋት ጋር ተደምሮ። ከዚህ ሁለት ውጤቶች ይከተላሉ።
አንደኛ፣ የቦታ ምርጫ ከንድፍ ይቀድማል። የጣሪያ ቁመት፣ ስፋት፣ የመሠረት አቅም እና ያለው የኤሌክትሪክ ኃይል ማንኛውም የአየር ዳይናሚክስ ስራ ከመጀመሩ በፊት ሊደረስበት የሚችለውን ቻምበር ይገድባሉ።
ሁለተኛ፣ ነባር የኢንዱስትሪ ህንፃዎች እውነተኛ አማራጭ ናቸው። የስቶክሆልም ተቋም በ1930ዎቹ-1940ዎቹ ለወታደራዊ አቪዬሽን ምርምር በተገነባው የ Bromma መዋቅር ውስጥ ይገኛል — ይህ የሚያስታውሰን ሰፊ ቁመት እና ከባድ ወለል ያላቸው ትላልቅ አሮጌ አዳራሾች ይህ ኢንዱስትሪ እንደገና ሊጠቀምባቸው የሚችላቸው ትክክለኛ ሀብቶች መሆናቸውን ነው። የሬትሮፊት መንገድ የራሱ የሆኑ የንግድ ልውውጦች አሉት፣ እሱንም በ
[Article not found: modernizing-old-wind-tunnels-retrofit-vs-new-build]ውስጥ እንሸፍነዋለን።
5. ወጪው በትክክል የት ላይ ያርፋል
በአጠቃላይ፣ የወጪ መንስኤዎቹ ለትልቅ ቋሚ ቱናል ከሚሆኑት ጋር ተመሳሳይ ናቸው — የማሽከርከር ኃይል፣ ዳክቲንግ፣ መዋቅር፣ የደህንነት ስርዓቶች — ነገር ግን ለያጋደለው ሁኔታ የተለዩ ሁለት ጭማሪዎች አሉ፡ ረጅሙ የመስሪያ ዞን (ተጨማሪ ዳክት፣ ተጨማሪ መዋቅር፣ ወጥ ሆኖ እንዲቆይ የሚደረግ ተጨማሪ ቦታ) እና ከነባር የምርት መስመር ሊወረሱ የማይችሉት የቫኔ እና የጂኦሜትሪ ምህንድስና።
ይህ በንግድ ደረጃ ምን ማለት ነው፡ ያጋደሉ ቱናሎች ብጁ ምህንድስናን ይሸልማሉ እንዲሁም የካታሎግ አስተሳሰብን ይቀጣሉ። ገና መደበኛ ስለሌለ፣ ወደ ላይ ወይም ወደ ታች የሚሰፋ መደበኛ ሞዴል የለም። ይህ በመጀመሪያው ቀን ቋሚ ዋጋ ለሚፈልግ ገዢ ስጋት ሲሆን፣ በገበያው ውስጥ ከማንኛውም ሌላ መስህብ የተለየ ተቋም ለሚፈልግ ሰው ደግሞ ጥቅም ነው።
ያጋደለ ተቋም ከሌሎች አርክቴክቸሮች አንጻር የት እንደሚቀመጥ ለማየት፣ የእኛን
[Article not found: horizontal-vertical-inclined-wind-tunnels-comparison]ይመልከቱ።
6. ዋጋ ከመስጠታችን በፊት የምንጠይቃቸው ነገሮች
አምስት ግብዓቶች ጽንሰ-ሀሳቡን ይወስናሉ፡ ያለው የህንፃ ቦታ፣ የታለመው የበራሪ ፕሮፋይል (ጀማሪዎች፣ የስፖርት ዊንግሱት አብራሪዎች፣ የባለሙያ ወይም የወታደራዊ ስልጠና)፣ ማጋደሉ ሊስተካከል የሚችል መሆን አለመሆኑ፣ በአንድ ጊዜ የሚበሩ ሰዎች ብዛት፣ እና በቀን የታለመው የስራ ፍሰ ት። ሌላው ሁሉ — ኃይል፣ የቻምበር መጠኖች፣ የቫኔ ንድፍ፣ የማቀዝቀዝ ስልት — ከእነዚህ ይከተላሉ።
እኛ ብጁ የንፋስ ቱናል ስርዓቶችን፣ ያጋደሉ ውቅሮችን ጨምሮ፣ ከጽንሰ-ሀሳብ እስከ ርክክብ ድረስ በአንድ-ነጥብ ኃላፊነት እንነድፋለን፣ እናመርታለን፣ እንጭናለን እንዲሁም ኮሚሽኒንግ እናደርጋለን። የህንፃዎን እና የበራሪዎን ፕሮፋይል ይላኩልን እና ከጽንሰ-ሀሳብ ንድፍ እና የኃይል ግምት ጋር እንመለሳለን። ተዛማጅ ንባብ፡ በ
[Article not found: inclined-wind-tunnel-building-requirements]እና
[Article not found: indoor-wingsuit-facility-economics]ላይ ያሉ ጽሑፎቻችን።
ምንጮች እና ማስታወሻዎች
- የማጣቀሻ ተቋም መረጃ — ቻምበር 16.5 ጫማ ስፋት × 33 ጫማ ርዝመት፣ የተለመዱ የበረራ ፍጥነቶች 90–130 km/h፣ ሊስተካከል የሚችል ፍጥነት እና ማጋደል፣ የመጀመሪያው የውስጥ ዊንግሱት በረራ ሚያዝያ 2016፣ ለደንበኞች ክፍት የሆነው መስከረም 2017፣ የ Bromma ህንፃ በመጀመሪያ በ1930ዎቹ-1940ዎቹ ለወታደራዊ አቪዬሽን ምርምር እና ልማት የተገነባ፡ Indoor Wingsuit Flying Stockholm, Indoor Skydiving Source፣ Indoor Wingsuit Flying Just Became a Reality፣ Inclined Labs።
- ከ 2:1 እስከ 3:1 የሚደርሱ የዊንግሱት የመንሸራተት ጥምርታዎች ለዘመናዊ ሱቶች በብዛት የሚጠቀሱ የአፈጻጸም ክልሎች ሲሆኑ፣ እንደ ሱቱ፣ አብራሪው እና ቴክኒኩ በስፋት ይለያያሉ፤ እንደ አመላካች እንጂ እንደ ንድፍ መግለጫ አድርገው አይውሰዱት።
- የምህንድስና ውይይት (የመስሪያ-ዞን ርዝመት፣ የድንበር ንብርብር (Boundary layer) እድገት፣ መደበኛ ባልሆኑ የማዕዘን መጠኖች ላይ የቫኔ ዳግም ንድፍ፣ የባለብዙ-አቅጣጫ የደህንነት ስርዓቶች) የ TunnelTech የምህንድስና ልምድ ነው።
- ቀደምት የውስጥ ረቂቆች ከ 100–160 km/h የሆነ አግድም ክፍል እና ከ 8–15 m የመስሪያ-ዞን ርዝመቶችን ጠቅሰው ነበር። የታተመው የማጣቀሻ ተቋም በ 10 m ቻምበር ውስጥ በ 90–130 km/h ይሰራል፤ የተረጋገጡትን አሃዞች ይጠቀሙ።