Návrh nakloněného větrného tunelu: Proudění vzduchu pod úhlem 30°–45°

Třicet let znamenal indoorový let jedinou věc: vertikální sloupec vzduchu, který drží tělo proti gravitaci. Mohli jste krásně padat, ale nemohli jste se nikam posouvat.

Nakloněný větrný tunel to mění. Nakloňte proudění a stejný aerodynamický trik, který podporuje tělo ve volném pádu, také reprodukuje dopředný klouzavý let — což je celý smysl wingsuitu. Je to nejmladší odvětví průmyslu, na světě je jen hrstka zařízení a většina inženýrských otázek je stále skutečně otevřená.

Tento článek je právě o těchto otázkách.

1. Fyzika: jeden vektor, dva úkoly

Ve vertikálním větrném tunelu odpor vyrovnává hmotnost a horizontální rychlost letce je nulová. Nakloňte proudění o určitý úhel a rozloží se na dvě složky, které vykonávají odlišnou práci:

vertikální složka stále nese hmotnost letce, přesně jako dříve;
horizontální složka dodává relativní vítr pro dopředný let, takže pilot ve wingsuitu může udržovat klouzavý let místo pouhého padání.

Požadovaný náklon není libovolný — vyplývá z klouzavosti wingsuitu. Oblek letící s klouzavostí zhruba 2:1 až 3:1 potřebuje sklon proudění odpovídající tomuto poměru, aby letec mohl zaujmout stabilní, přirozenou polohu těla. To znamená, že nakloněný tunel není „vertikální tunel na svahu“: úhel je konstrukční parametr spjatý s disciplínou, které slouží, a konstrukce s nastavitelným úhlem existují právě proto, že různé obleky a úrovně dovedností vyžadují různé podmínky.

Pro představu, první nakloněné zařízení na světě — Indoor Wingsuit Stockholm společnosti Inclined Labs v Brommě — provozuje letovou komoru o šířce 16,5 ft a délce 33 ft, přičemž letci se obvykle pohybují rychlostí 90–130 km/h a rychlost i sklon jsou nastavitelné. První indoorový let ve wingsuitu zde proběhl v dubnu 2016 v prototypové komoře plné velikosti a pro zákazníky se zařízení otevřelo v září 2017.

2. Proč je to složitější než vertikální tunel

Pracovní zóna musí být dlouhá. Klouzavý let vyžaduje prostor podél dráhy letu, nejen nad letcem. Tento jediný požadavek určuje podobu budovy: letová komora se stává dlouhým nakloněným prostorem spíše než kompaktním sloupcem a každý její metr si musí zachovat kvalitu proudění.

Mezní vrstvy u stěn rostou podél této délky. V dlouhém zkušebním prostoru se efektivní průřez proudění zmenšuje s tím, jak mezní vrstvy hrubnou, a volný proud zrychluje, pokud je kanál prizmatický. Dosažení rovnoměrné rychlosti od vstupu k výstupu obvykle znamená záměrné tvarování průřezu podél pracovní zóny.

Vodicí lopatky v rozích pracují pod úhly, pro které nikdy nebyly tabulkovány. Okruhy vertikálních tunelů jsou stavěny z dobře prozkoumaných 90° rohů s kaskádou vodicích lopatek, jejichž součinitele místních ztrát jsou známé. Nakloňte okruh a úhly rohů se změní, proudění přichází ke kaskádě jinak a tětiva, rozteč i prohnutí lopatky se musí znovu vypočítat, nikoliv jen zkopírovat. Pokud to uděláte špatně, zaplatíte dvakrát: v tlakové ztrátě, a tedy trvale vyšším výkonu ventilátorů, a v nerovnoměrnosti proudění, kterou letec přímo pocítí.

Bezpečnostní systémy existují ve více než jedné rovině. Ve vertikálním tunelu je bezpečnostní síť dole a selhání letce znamená kontrolované přistání. V nakloněné komoře se letec, který ztratí vztlak, pohybuje podél sklonu i směrem dolů — záchytné systémy, sítě a přístup se tedy musí vyřešit na obou koncích pracovní zóny i podél celé její délky.

Vstup a výstup představují konstrukční problém, ne jen dveře. Dostat pilota ve výstroji pro wingsuit do pohybujícího se nakloněného proudu a zase ven, aniž by se tunel musel pro každého letce zastavovat, definuje komerční propustnost celého zařízení.

3. Rozhodnutí, která formují projekt

Pevný nebo nastavitelný sklon. Nastavitelná geometrie rozšiřuje oslovitelný trh — různé obleky, podmínky pro začátečníky i experty, disciplíny mimo wingsuit — a přidává mechanickou složitost, problémy s těsněním a náklady.
Průřez letové komory. Určuje maximální rozpětí křídel za letu, počet současně létajících osob a přímo ovlivňuje výkon ventilátorů.
Rozsah rychlostí a stabilita. Řízený rozsah je důležitější než maximální hodnota: trénink probíhá při nižších rychlostech a skokové změny musí být plynulé.
Architektura okruhu. Uzavřený okruh pro kontrolu energie a teploty, se všemi výše uvedenými otázkami ohledně vodicích lopatek; otevřený okruh je jednodušší, ale při těchto provozních hodinách zřídkakdy ekonomický.
Chlazení. Energie ventilátorů se mění na teplo ve vzduchu. Strategie jsou stejné jako jinde — pasivní větrání tam, kde to klima dovoluje, aktivní výměník tepla tam, kde ne — a kompromisy jsou popsány v

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

Přístrojové vybavení pro trénink. Pokrytí kamerami, telemetrie a video rozbory zde nejsou žádným nadstandardem: v takto mladé disciplíně tvoří produkt výuky velkou část příjmů.

4. Jaký to má vliv na budovu

Nakloněný tunel je z hlediska umístění nejnáročnější ze všech tří architektur, protože vyžaduje jak délku, tak výšku — konstrukční hloubku vertikálního tunelu v kombinaci s půdorysem horizontálního tunelu. Z toho plynou dva důsledky.

Zaprvé, výběr lokality předchází návrhu . Výška stropu, rozpětí, nosnost základů a dostupný elektrický výkon omezují dosažitelnou letovou komoru ještě před zahájením jakýchkoli aerodynamických prací.

Zadruhé, stávající průmyslové budovy představují reálnou možnost . Zařízení ve Stockholmu sídlí v budově v Brommě, která byla původně postavena pro vojenský letecký výzkum ve 30. a 40. letech 20. století — což je připomínkou toho, že velké staré haly s velkorysou výškou a masivními podlahami jsou přesně tím typem objektů, které může tento průmysl znovu využít. Cesta dodatečného dovybavení (retrofit) má své vlastní kompromisy, kterým se věnujeme v

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

5. Kde se skutečně skrývají náklady

Obecně platí, že hlavní nákladové položky jsou stejné jako u velkého vertikálního tunelu — hnací výkon, vzduchovody, konstrukce, bezpečnostní systémy — se dvěma doplňky specifickými pro nakloněnou variantu: delší pracovní zóna (více potrubí, více konstrukce, větší plocha pro udržení rovnoměrnosti) a inženýrství vodicích lopatek a geometrie, které nelze převzít ze stávající produktové řady.

Co to znamená z komerčního hlediska: nakloněné tunely odměňují zakázkové inženýrství a trestají katalogové myšlení. Neexistuje žádný standardní model, který by se dal zvětšit nebo zmenšit, protože standard zatím neexistuje. To představuje riziko pro kupujícího, který chce mít pevnou cenu hned první den, a výhodu pro toho, kdo chce zařízení odlišené od všech ostatních atrakcí na trhu.

Pro srovnání, jak si nakloněné zařízení stojí v porovnání s ostatními architekturami, viz naše

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

6. Na co se ptáme před vypracováním nabídky

O konceptu rozhoduje pět vstupních údajů: dostupný prostor budovy, cílový profil letce (začátečníci, sportovní piloti wingsuitu, profesionální nebo vojenský trénink), zda musí být sklon nastavitelný, počet současně létajících osob a cílová denní propustnost. Vše ostatní — výkon, rozměry letové komory, návrh vodicích lopatek, strategie chlazení — z nich vyplývá.

Navrhujeme, vyrábíme, instalujeme a uvádíme do provozu zakázkové systémy větrných tunelů, včetně nakloněných konfigurací, s jednotnou odpovědností od konceptu až po předání. Zašlete nám parametry vaší budovy a profil letce a my se vám ozveme s koncepčním uspořádáním a odhadem výkonu. Související čtení: naše články o

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

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

Zdroje a poznámky

Údaje o referenčním zařízení — letová komora o šířce 16,5 ft × délce 33 ft, typické rychlosti letu 90–130 km/h, nastavitelná rychlost a sklon, první indoorový let ve wingsuitu v dubnu 2016, otevření pro zákazníky v září 2017, budova v Brommě původně postavená pro vojenský letecký výzkum a vývoj ve 30. a 40. letech 20. století: Indoor Wingsuit Flying Stockholm, Indoor Skydiving Source, Indoor Wingsuit Flying Just Became a Reality, Inclined Labs.
Klouzavost wingsuitu zhruba 2:1 až 3:1 je běžně uváděné výkonnostní pásmo pro moderní obleky a značně se liší v závislosti na obleku, pilotovi a technice; berte to jako orientační údaj, nikoliv jako konstrukční specifikaci.
Inženýrská diskuse (délka pracovní zóny, růst mezní vrstvy, přepracování vodicích lopatek při nestandardních úhlech rohů, bezpečnostní systémy ve více rovinách) vychází z inženýrské praxe společnosti TunnelTech.
Dřívější interní návrhy uváděly horizontální složku 100–160 km/h a délky pracovní zóny 8–15 m. Publikované referenční zařízení pracuje při rychlosti 90–130 km/h v 10 m komoře; použijte ověřené údaje.

Konstrukce nakloněného větrného tunelu: Návrh proudění vzduchu pod úhlem 30°–45°