Проектиране на наклонен аеродинамичен тунел: Въздушен поток при 30°-45°

В продължение на тридесет години летенето на закрито означаваше едно: вертикален въздушен стълб, който задържа тялото срещу гравитацията. Можехте да падате красиво, но не можехте да отидете никъде.

Наклоненият аеродинамичен тунел променя това. Наклонете потока и същият аеродинамичен трик, който поддържа тялото в свободно падане, възпроизвежда и планиране напред — което е и целият смисъл на полета с уингсюит. Това е най-младият клон на индустрията, в световен мащаб има само шепа такива съоръжения, а повечето инженерни въпроси все още са напълно отворени.

Тази статия е посветена именно на тези въпроси.

1. Физиката: един вектор, две задачи

Във вертикален аеродинамичен тунел челното съпротивление балансира теглото и хоризонталната скорост на летящия е нула. Наклонете потока под ъгъл и той се разлага на две компоненти, които вършат различна работа:

вертикалната компонента продължава да носи теглото на летящия, точно както преди;
хоризонталната компонента осигурява относителния вятър за полет напред, така че пилотът с уингсюит може да поддържа планиране, вместо просто да пада.

Необходимият наклон не е произволен — той произтича от планиращото качество на уингсюита. Костюм, летящ с аеродинамично качество от приблизително 2:1 до 3:1, се нуждае от наклон на потока, съответстващ на това съотношение, за да може летящият да заеме стабилна, естествена позиция на тялото. Което означава, че наклоненият тунел не е просто „вертикален тунел под наклон“: ъгълът е проектен параметър, обвързан с дисциплината, която обслужва, а дизайните с регулируем ъгъл съществуват именно защото различните костюми и нива на умения изискват различни условия.

За справка, първото в света съоръжение под наклон — Indoor Wingsuit Stockholm на Inclined Labs в Брома — оперира с камера за полет с ширина 16,5 ft и дължина 33 ft, като летящите обикновено работят при 90–130 km/h, а скоростта и наклонът могат да се регулират. Първият полет с уингсюит на закрито там се състоя през април 2016 г. в пълномащабна прототипна камера, а съоръжението отвори врати за клиенти през септември 2017 г.

2. Защо е по-трудно от вертикален тунел

Работната зона трябва да е дълга. Планирането се нуждае от пространство по протежение на траекторията на полета, а не само над летящия. Това единствено изискване определя сградата: камерата се превръща в дълъг наклонен обем, а не в компактна колона, и всеки метър от нея трябва да поддържа качеството на потока.

Граничните слоеве по стените нарастват по тази дължина. В дълъг тестов обем ефективната площ на потока се свива с удебеляването на граничния слой, а свободният поток се ускорява, ако каналът е призматичен. Постигането на равномерна скорост от входа до изхода обикновено означава целенасочено профилиране на сечението по протежение на работната зона.

Направляващите лопатки работят под ъгли, за които никога не са били табулирани. Контурите на вертикалните тунели са изградени от добре познати 90-градусови завои с решетки от направляващи лопатки, чиито коефициенти на загуби са известни. Наклонете контура и ъглите на завоите се променят, потокът достига до решетката по различен начин, а хордата, стъпката и кривината на лопатките трябва да бъдат преизчислени, вместо просто копирани. Ако сгрешите, плащате двойно: в пад на налягане, следователно завинаги по-висока мощност на вентилаторите, и в неравномерност на потока, която летящият усеща директно.

Системите за безопасност съществуват в повече от една равнина. Във вертикален тунел мрежата е отдолу и при грешка летящият прави контролирано кацане. В наклонена камера за полет, летящ, който загуби подемна сила, се движи както по наклона, така и надолу — така че системите за улавяне, защитните мрежи и достъпът трябва да бъдат решени в двата края на работната зона и по нейната дължина.

Влизането и излизането са инженерен проблем, а не просто врата. Вкарването на пилот с уингсюит екипировка в движещ се наклонен поток и извеждането му обратно, без да се спира тунелът за всеки летящ, определя търговската пропускливост на цялото съоръжение.

3. Решенията, които оформят проекта

Фиксиран или регулируем наклон. Регулируемата геометрия разширява целевия пазар — различни костюми, условия за начинаещи и експерти, дисциплини извън уингсюит — и добавя механична сложност, предизвикателства с уплътняването и разходи.
Напречно сечение на камерата. Определя максималния размах на крилата в полет, броя на едновременно летящите и пряко влияе върху мощността на вентилаторите.
Диапазон на скоростта и стабилност. Контролираният диапазон е по-важен от максималната стойност: обучението се случва в долния край, а стъпковите промени трябва да бъдат плавни.
Архитектура на контура. Затворен контур за контрол на енергията и температурата, с всички въпроси относно лопатките по-горе; отвореният контур е по-прост и рядко икономически рентабилен при тези работни часове.
Охлаждане. Енергията на вентилаторите се превръща в топлина във въздуха. Стратегиите са същите като другаде — пасивна вентилация, където климатът позволява, активен топлообмен, където не позволява — а компромисите са разгледани в

[Article not found: upgrading-wind-tunnel-cooling-systems-extreme-climates]

Оборудване за обучение. Камерното покритие, телеметрията и видео анализът тук не са екстри: в толкова млада дисциплина продуктът на обучението е голяма част от приходите.

4. Какво означава това за сградата

Наклоненият тунел е най-взискателната от трите архитектури по отношение на разположението, тъй като изисква както дължина, така и височина — структурната дълбочина на вертикален тунел, съчетана с отпечатъка на хоризонтален тунел. От това следват две последствия.

Първо, изборът на площадка предхожда проектирането . Височината на тавана, подпорното разстояние, капацитетът на фундаментите и наличната електрическа мощност ограничават постижимата камера, преди да започне каквато и да е аеродинамична работа.

Второ, съществуващите индустриални сгради са реална опция . Съоръжението в Стокхолм се помещава в структура в Брома, първоначално построена за военни авиационни изследвания през 30-те и 40-те години на миналия век — напомняне, че големите стари халета с щедра височина и тежки подове са точно фондът, който тази индустрия може да използва повторно. Пътят на ретрофит има своите компромиси, които разглеждаме в

[Article not found: modernizing-old-wind-tunnels-retrofit-vs-new-build]

5. Къде всъщност се крият разходите

В общи линии, факторите, определящи разходите, са същите като при голям вертикален тунел — задвижваща мощност, въздуховоди, конструкция, системи за безопасност — с две допълнения, специфични за наклонения случай: по-дългата работна зона (повече въздуховоди, повече конструкция, повече площ за поддържане на равномерност) и инженерното проектиране на лопатките и геометрията, което не може да бъде наследено от съществуваща продуктова линия.

Какво означава това в търговски план: наклонените тунели възнаграждават индивидуалното инженерно проектиране и наказват каталожното мислене. Няма стандартен модел, който да се мащабира нагоре или надолу, защото все още няма стандарт. Това е риск за купувач, който иска фиксирана цена от първия ден, и предимство за този, който иска съоръжение, различаващо се от всяка друга атракция на пазара.

За това къде се позиционира наклоненото съоръжение спрямо другите архитектури, вижте нашия

[Article not found: horizontal-vertical-inclined-wind-tunnels-comparison]

6. Какво питаме преди да дадем оферта

Пет входни данни определят концепцията: наличният обем на сградата, целевият профил на летящите (начинаещи, спортни уингсюит пилоти, професионално или военно обучение), дали наклонът трябва да бъде регулируем, броят на едновременно летящите и целевата пропускливост на ден. Всичко останало — мощност, размери на камерата, дизайн на направляващите лопатки, стратегия за охлаждане — следва от тях.

Ние проектираме, произвеждаме, монтираме и въвеждаме в експлоатация персонализирани системи за аеродинамични тунели, включително наклонени конфигурации, с отговорност от една точка от концепцията до предаването. Изпратете ни вашата сграда и профила на вашите летящи и ние ще ви върнем концептуално оформление и оценка на мощността. Свързано четиво: нашите статии за

[Article not found: inclined-wind-tunnel-building-requirements]

[Article not found: indoor-wingsuit-facility-economics]

Източници и бележки

Данни за референтното съоръжение — камера 16,5 ft ширина × 33 ft дължина, типични скорости на полет 90–130 km/h, регулируеми скорост и наклон, първи полет с уингсюит на закрито през април 2016 г., отваряне за клиенти през септември 2017 г., сградата в Брома е първоначално построена за военна авиационна научноизследователска и развойна дейност през 30-те и 40-те години на миналия век: Indoor Wingsuit Flying Stockholm, Indoor Skydiving Source, Indoor Wingsuit Flying Just Became a Reality, Inclined Labs.
Аеродинамично качество на уингсюит от приблизително 2:1 до 3:1 е често цитираният диапазон на производителност за съвременните костюми и варира в широки граници в зависимост от костюма, пилота и техниката; приемайте го като ориентировъчно, а не като проектна спецификация.
Инженерната дискусия (дължина на работната зона, нарастване на граничния слой, препроектиране на направляващите лопатки при нестандартни ъгли на завоите, многоравнинни системи за безопасност) е инженерна практика на TunnelTech.
По-ранни вътрешни чернови цитираха хоризонтална компонента от 100–160 km/h и дължини на работната зона от 8–15 m. Публикуваното референтно съоръжение работи при 90–130 km/h в 10-метрова камера; използвайте потвърдените данни.

Проектиране на наклонен аеродинамичен тунел: Дизайн на въздушния поток при 30°–45°