Ingeniería de un túnel de viento inclinado: diseño del flujo de aire a 30°–45°
Cómo funciona un túnel de viento inclinado: descomposición del flujo, longitud de la zona de trabajo, álabes guía en ángulos no estándar, sistemas de seguridad y factores de coste.
Durante treinta años, el vuelo indoor significó una sola cosa: una columna vertical de aire que sostenía un cuerpo contra la gravedad. Se podía caer con estilo, pero no se podía ir a ninguna parte.
El túnel de viento inclinado cambia esto. Al inclinar el flujo, el mismo truco aerodinámico que sostiene un cuerpo en caída libre también reproduce el planeo de avance, que es precisamente el objetivo de un traje de alas (wingsuit). Es la rama más reciente de la industria, solo existen unas pocas instalaciones en todo el mundo y la mayoría de las cuestiones de ingeniería siguen estando realmente abiertas.
Este artículo trata sobre esas cuestiones.
1. La física: un vector, dos funciones
En un túnel vertical, la resistencia aerodinámica equilibra el peso y la velocidad horizontal del volador es cero. Si se inclina el flujo en un ángulo determinado, este se descompone en dos componentes que realizan trabajos diferentes:
- la componente vertical sigue soportando el peso del volador, exactamente igual que antes;
- la componente horizontal proporciona el viento relativo del vuelo de avance, de modo que un piloto de traje de alas puede mantener el planeo en lugar de simplemente caer.
La inclinación requerida no es arbitraria: se deriva del rendimiento de planeo del traje de alas. Un traje que vuela con una relación de planeo de aproximadamente 2:1 a 3:1 necesita una inclinación del flujo coherente con esa relación para que el volador adopte una posición corporal estable y natural. Esto significa que un túnel inclinado no es «un túnel vertical en una pendiente»: el ángulo es un parámetro de diseño ligado a la disciplina a la que sirve, y los diseños de ángulo ajustable existen precisamente porque los diferentes trajes y niveles de habilidad requieren condiciones distintas.
Como referencia, la primera instalación inclinada del mundo (Indoor Wingsuit Stockholm de Inclined Labs en Bromma) opera una cámara de vuelo de 16,5 ft de ancho y 33 ft de largo, donde los voladores suelen trabajar a 90–130 km/h, y con velocidad e inclinación ajustables. El primer vuelo indoor con traje de alas tuvo lugar allí en abril de 2016 en una cámara prototipo a escala real, y la instalación abrió sus puertas al público en septiembre de 2017.
2. Por qué es más difícil que un túnel vertical
La zona de trabajo tiene que ser larga. Un planeo necesita espacio a lo largo de la trayectoria de vuelo, no solo por encima del volador. Este único requisito condiciona el edificio: la cámara se convierte en un volumen largo e inclinado en lugar de una columna compacta, y cada metro de la misma debe mantener la calidad del flujo.
Las capas límite de las paredes crecen a lo largo de esa longitud. En un volumen de prueba largo, el área de flujo efectiva se reduce a medida que las capas límite se engrosan, y la corriente libre se acelera si el conducto es prismático. Conseguir una velocidad uniforme desde la entrada hasta la salida suele implicar dar forma deliberadamente a la sección a lo largo de la zona de trabajo.
Los álabes guía trabajan en ángulos para los que nunca fueron tabulados. Los circuitos de los túneles verticales se construyen a partir de codos de 90° bien comprendidos con cascadas de álabes guía cuyos coeficientes de pérdida son conocidos. Al inclinar el circuito, los ángulos de los codos cambian, el flujo llega a la cascada de forma diferente, y la cuerda, el espaciado y la curvatura de los álabes deben recalcularse en lugar de copiarse. Si se hace mal, se paga el doble: en pérdida de presión, lo que supone un mayor consumo de potencia de los ventiladores para siempre, y en la falta de uniformidad del flujo que el volador siente directamente.
Los sistemas de seguridad existen en más de un plano. En un túnel vertical, la red de seguridad está debajo y el modo de fallo del volador es un aterrizaje controlado. En una cámara inclinada, un volador que pierde sustentación se mueve a lo largo de la inclinación además de hacia abajo, por lo que los sistemas de retención, las redes y los accesos deben resolverse en ambos extremos de la zona de trabajo y a lo largo de su longitud.
La entrada y la salida son un problema de diseño, no una puerta. Conseguir que un piloto con equipo de traje de alas entre en un flujo inclinado en movimiento, y vuelva a salir, sin detener el túnel para cada volador, define el rendimiento comercial de toda la instalación.
3. Las decisiones que dan forma al proyecto
- Inclinación fija o ajustable. La geometría ajustable amplía el mercado al que se dirige (diferentes trajes, condiciones para principiantes y expertos, disciplinas sin traje de alas) y añade complejidad mecánica, retos de sellado y costes.
- Sección transversal de la cámara. Establece la envergadura máxima en vuelo, el número de voladores simultáneos y determina directamente la potencia de los ventiladores.
- Rango de velocidad y estabilidad. El rango controlado importa más que la cifra máxima: el coaching se realiza en el extremo inferior, y los cambios de nivel deben ser suaves.
- Arquitectura del circuito. Circuito cerrado para el control de la energía y la temperatura, con todas las cuestiones sobre los álabes mencionadas anteriormente; el circuito abierto es más sencillo y rara vez resulta económico con estas horas de funcionamiento.
- Refrigeración. La energía de los ventiladores se convierte en calor en el aire. Las estrategias son las mismas que en otros casos (ventilación pasiva donde el clima lo permite, intercambio de calor activo donde no) y las contrapartidas se detallan en
.
- Instrumentación para coaching. La cobertura de cámaras, la telemetría y la revisión de vídeo no son extras aquí: en una disciplina tan joven, el producto de instrucción constituye una gran parte de los ingresos.
4. Qué implicaciones tiene para el edificio
Un túnel inclinado es la más exigente de las tres arquitecturas a la hora de ubicarlo, ya que necesita tanto longitud como altura: la profundidad estructural de un túnel vertical combinada con la huella de un túnel horizontal. De esto se derivan dos consecuencias.
En primer lugar, la selección del emplazamiento precede al diseño . La altura del techo, la luz, la capacidad de los cimientos y la potencia eléctrica disponible limitan la cámara que se puede lograr antes de que comience cualquier trabajo aerodinámico.
En segundo lugar, los edificios industriales existentes son una opción real . La instalación de Estocolmo se encuentra en una estructura de Bromma construida originalmente para la investigación de la aviación militar en las décadas de 1930 y 1940, un recordatorio de que las grandes naves antiguas con alturas generosas y suelos pesados son exactamente el tipo de inmuebles que esta industria puede reutilizar. La vía del retrofit tiene sus propias contrapartidas, que tratamos en
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5. Dónde reside realmente el coste
En términos generales, los factores de coste son los mismos que para un túnel vertical grande (potencia de accionamiento, conductos, estructura, sistemas de seguridad), con dos añadidos específicos para el caso inclinado: la zona de trabajo más larga (más conductos, más estructura, más área que mantener uniforme) y la ingeniería de los álabes y la geometría que no se puede heredar de una línea de productos existente.
Lo que esto significa a nivel comercial: los túneles inclinados recompensan la ingeniería a medida y castigan el pensamiento de catálogo. No hay un modelo estándar que se pueda ampliar o reducir, porque todavía no existe un estándar. Esto supone un riesgo para un comprador que quiere un precio fijo desde el primer día, y una ventaja para el que desea una instalación diferenciada de cualquier otra atracción del mercado.
Para ver dónde se sitúa una instalación inclinada frente a las otras arquitecturas, consulte nuestro
[Article not found: horizontal-vertical-inclined-wind-tunnels-comparison].
6. Qué preguntamos antes de presupuestar
Cinco factores deciden el concepto: la envolvente disponible del edificio, el perfil del volador objetivo (principiantes, pilotos deportivos de traje de alas, entrenamiento profesional o militar), si la inclinación debe ser ajustable, el número de voladores simultáneos y el rendimiento diario previsto. Todo lo demás (potencia, dimensiones de la cámara, diseño de los álabes, estrategia de refrigeración) se deriva de ellos.
Diseñamos, fabricamos, instalamos y ponemos en marcha sistemas de túneles de viento a medida, incluidas las configuraciones inclinadas, con responsabilidad integral desde el concepto hasta la entrega. Envíenos su edificio y el perfil de sus voladores y le responderemos con un diseño conceptual y una estimación de potencia. Lecturas relacionadas: nuestros artículos sobre
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[Article not found: indoor-wingsuit-facility-economics].
Fuentes y notas
- Datos de la instalación de referencia: cámara de 16,5 ft de ancho × 33 ft de largo, velocidades de vuelo típicas de 90–130 km/h, velocidad e inclinación ajustables, primer vuelo indoor con traje de alas en abril de 2016, apertura al público en septiembre de 2017, edificio de Bromma construido originalmente para I+D de aviación militar en las décadas de 1930 y 1940: Indoor Wingsuit Flying Stockholm, Indoor Skydiving Source, Indoor Wingsuit Flying Just Became a Reality, Inclined Labs.
- Las relaciones de planeo de los trajes de alas de aproximadamente 2:1 a 3:1 son el rango de rendimiento comúnmente citado para los trajes modernos y varían ampliamente según el traje, el piloto y la técnica; deben considerarse como indicativas, no como una especificación de diseño.
- El análisis de ingeniería (longitud de la zona de trabajo, crecimiento de la capa límite, rediseño de los álabes en ángulos de codo no estándar, sistemas de seguridad en múltiples planos) corresponde a la práctica de ingeniería de TunnelTech.
- Los primeros borradores internos citaban una componente horizontal de 100–160 km/h y longitudes de zona de trabajo de 8–15 m. La instalación de referencia publicada opera a 90–130 km/h en una cámara de 10 m; utilícense las cifras verificadas.