Horisontaalsed, vertikaalsed ja kaldega tuuletunnelid: kuidas valida õige tüüp

Iga tuuletunneli projekt algab küsimusega, mis kõlab triviaalselt, kuid määrab kõik edasise: kumbapidi õhk liigub?

Kui teete õige valiku, joonduvad hoone, elektriühendus, mõõteinstrumentatsioon ja ärimudel ühe selge insenertehnilise eesmärgi taha. Kui teete vale valiku, saate rajatise, mis tehniliselt küll töötab, kuid äriliselt mitte – uurimistunneli, mis ei saa võõrustada maksvaid lendajaid, või lennukambri, mis ei suuda toota avaldamiskõlblikke mõõtmistulemusi.

Kolm peamist tänapäeval kasutatavat tuuletunneli tüüpi – horisontaalne, vertikaalne ja kaldega – ei ole sama toote kolm erinevat suurust. Need teenindavad erinevat füüsikat, erinevaid kliente ja erinevaid tulumudeleid. Siin on juhised, kuidas teha kindlaks, millist neist teie projekt tegelikult vajab.

---

1. Mida voolu suund tegelikult määrab

Voolu suund määrab selle, mida te saate sinna sisse panna.

Horisontaalses tunnelis hoiab testitavat objekti paigal kinnitusvarras, tugi või aerodünaamiline kaal. Gravitatsioon mõjub vooluga risti, mitte sellele vastu. Tunneli ülesanne on tagada puhas ja korratav õhuvool üle fikseeritud mudeli ning lasta instrumentidel mõõta, mis juhtub.

Vertikaalses tunnelis ei hoia objekti paigal mitte miski. Õhk kannab seda. Õhutakistus tasakaalustab kaalu, testitavaks objektiks on inimkeha ning kogu vooluring on loodud selleks, et hoida stabiilset õhusammast mõne protsendi piires sihtkiirusest, samal ajal kui inimene selle sees liigub.

Kaldega tunnelis on vool kallutatud nii, et tõstejõudu ja edasiliikumist simuleeritakse samaaegselt – vertikaalne komponent kannab raskust, horisontaalne komponent imiteerib liuglemist.

See üksainus valik mõjutab kõike: kambri geomeetriat, ohutussüsteeme, ventilaatori võimsust, hoone kõrgust, kindlustust, personali ja seda, mille eest saate tasu küsida.

---

2. Horisontaalsed tuuletunnelid: teadustöö tööhobune

Horisontaalne tunnel liigutab õhku maapinnaga paralleelselt läbi kindla jada: rahustuskamber koos kärgstruktuuri ja vooluühtlustusvõrkudega, kokkutõmbeosa, mis kiirendab ja silub voolu, katseosa, difuusor, mis taastab rõhu, ning ventilaator.

Domineerivad kaks arhitektuuri. Avatud ringlusega (Eiffeli) tunnelid tõmbavad õhku ruumist, suruvad selle ühe korra läbi ja puhuvad välja – need on kompaktsed, odavamad ehitada, kuid tundlikud kõige suhtes, mis ruumis toimub. Suletud ringlusega (Göttingeni) tunnelid retsirkuleerivad õhku suletud kontuuris, kasutades nurkades suunelabasid, mis tagab voolu kvaliteedi, temperatuuri reguleerimise ja märkimisväärse püsikulude languse. Käsitlesime seda kompromissi üksikasjalikult artiklis

[Article not found: closed-circuit-vs-open-circuit-wind-tunnels-for-research]

.

Horisontaalsed tunnelid katavad kõikidest tüüpidest kõige laiema kasutusvaldkonna:

• Autotööstus ja motosport – õhutakistus, survejõud, jahutusvool ja aeroakustika, tavaliselt maanteel asjakohastel kiirustel kuni 250–300 km/h, koos liikuva maapinnatasapinnaga sõiduki all.
• Tsiviil- ja ehitusinseneeria – piirkihi tuuletunnelid (BLWT), millel on pikk ülesvoolu ala ja kareduslemendid, mis loovad atmosfääri tuuleprofiili tornide, sildade ja staadionikatuste vähendatud mudelite kohal.
• Metroloogia ja kalibreerimine – väikesed, äärmiselt madala turbulentsiga tunnelid, mida kasutatakse anemomeetrite ja vooluandurite kalibreerimiseks vastavalt standarditele ISO 17025 ja IEC 61400-12-1.
• Lennundus ja mehitamata õhusõidukite (UAV) arendus – vähendatud mudelid aerodünaamilistel kaaludel või väikesed täissuuruses lennukikered, mida testitakse töötavate propelleritega.

See, mida klient siin tegelikult ostab, on mõõtmine: kaaludelt saadavad jõud ja momendid, pinnarõhud, akustilised kaardid, voolu visualiseerimine. Tunnel on instrument ja seda hinnatakse kui instrumenti – turbulentsi intensiivsuse, voolu ühtluse, korratavuse ja määramatuse põhjal.

---

3. Vertikaalsed tuuletunnelid: inimkeha vabalangemine

Vertikaalne tunnel teeb midagi, mida ükski horisontaalne tunnel ei suuda: see hoiab inimest stabiilses vabalangemises. Õhk liigub ülespoole läbi lennukambri kiirusel, mis vastab lendaja lõppkiirusele – ligikaudu 180–200 km/h kõhuli lendava algaja puhul, märkimisväärselt rohkem head-down freestyle'i puhul – ning professionaalse taseme kambrid on projekteeritud varuga, mis ulatub sellest palju kaugemale.

Kaasaegsed kommertslahendused on suletud ringlusega topeltkontuuriga süsteemid. Õhk väljub kambrist, suunatakse läbi nurkades asuvate suunelabade, seda panevad liikuma aksiaalventilaatorid ning see suunatakse läbi kokkutõmbeosa tagasi kambrisse. Ajamivõimsus kasvab järsult koos kambri läbimõõduga: kompaktsed mudelid töötavad ligikaudu 750 kW ventilaatorisõlmega, standardsed kommertsüksused umbes 1000 kW, professionaalsed üksused kuni umbes 1260 kW ning mõned konkureerivad 14 jala suurused retsirkulaatorid tarbivad kuni 1600 kW.

Tagajärg, mida enamik esmakordseid investoreid alahindab, on see, et hoone on osa tunnelist. Suletud ringlusega vertikaalne tuuletunnel on mitmekorruseline ehitis, millel on spetsiifilised koormusrajad, vibratsiooniisolatsioon ja akustiline töötlus. Meie kommertskasutuseks mõeldud vertikaalse tuuletunneli CAPEXi jaotuses moodustavad spetsiaalsed betooni- ja ehituskonstruktsioonitööd 30–35% koguinvesteeringust, mis jääb tavaliselt 4,5 ja 12+ miljoni dollari vahele – vaadake

[Article not found: how-much-does-it-cost-to-build-a-vertical-wind-tunnel]

.

Kliendibaas on laiem, kui termin "indoor skydiving" viitab. Sport ja turism kannavad kommertsmudelit, kuid samas kambris treenivad ka sõjaväe vabalangemismeeskonnad, politseiüksused ja päästemeeskonnad – kasutusjuht, mida käsitleme artiklis

[Article not found: custom-vertical-wind-tunnels-military-freefall-halo-haho]

.

---

4. Kaldega tuuletunnelid: uusim haru

Kaldega tunnel kallutab voolu, tavaliselt kuskile 30° ja 45° vahele. Füüsika on lihtne vektorite lahutamine ja see muudab kogemust täielikult.

Vertikaalne komponent tasakaalustab endiselt lendaja kaalu, täpselt nagu vertikaalses tunnelis. Horisontaalne komponent – võrdlusrajatises umbes 90–130 km/h – imiteerib edasiliuglemist. Esimest korda saab wingsuit'i piloot hoida siseruumides stabiilset liuglemist, selle asemel et ainult langeda.

Insenertehniliselt on see kolmest kõige nõudlikum. Tööala peab olema pikk, sest liuglemine vajab ruumi: võrdlusrajatises on kamber ligikaudu 10 meetrit pikk. Nurkades asuvad suunelabad töötavad mittestandardsete nurkade all, seega ei saa labade geomeetriat lihtsalt vertikaalsest disainist üle võtta ilma rõhukadu uuesti lahendamata. Turvavõrke ja vedrustussüsteeme on vaja rohkem kui ühel tasapinnal. Maailmas on vaid käputäis sellist tüüpi rajatisi, mis ongi põhjus, miks disainiküsimused on endiselt avatud – süveneme neisse

[Article not found: inclined-wind-tunnel-engineering-design]

.

Ostjateks on kuurortide ja meelelahutuskeskuste arendajad, kes otsivad tõeliselt uut atraktsiooni, ning spetsialiseeritud treeningkeskused, mis vajavad langevarju- ja wingsuit'i oskuste lihvimist ilma lennukitunde kulutamata.

---

5. Otsene võrdlus

---

6. Viis küsimust, mis määravad tüübi

1. Mis läheb füüsiliselt voolu sisse? Mudel, täielik lennukikere või inimene. Ainuüksi see välistab enamikus projektides kolmest variandist kaks.

2. Kas vajate numbreid või kogemust? Kui väljundiks on koefitsient aruandes, vajate mõõteinstrumentatsiooni, korratavust ja horisontaalset katseosa. Kui väljundiks on naeratades väljuv inimene, vajate lennukambrit.

3. Mida asukoht võimaldab? Horisontaalsed tunnelid on pikad; vertikaalsed tunnelid on kõrged; kaldega tunnelid on mõlemat. Lae kõrgus, vundamendi kandevõime ja saadaolev elektrivõimsus piiravad valikut varem ja tugevamini kui eelarve.

4. Kes maksab ja millise ühiku eest? Testitund, lennuminut, treeningkoht või uurimistoetus. Igaüks neist eeldab erinevat kasutusprofiili ning kasutusprofiil mõjutab energiakulu rohkem kui installeeritud võimsus.

5. Mida on vaja mõõta? Aerodünaamiline kaal, rõhuandurid, PIV või akustilised massiivid seavad igaüks oma nõuded sektsiooni geomeetriale ja juurdepääsule. Mõõteinstrumentatsiooni järelpaigaldus (retrofit) kambrisse, mis polnud selleks kunagi mõeldud, on kõige kallim viis selle avastamiseks.

---

7. Kuhu raha tegelikult kulub

Kaks otsust domineerivad eluea kulude üle ja kumbki neist ei ole tunneli tüüp ise.

Vooluring. Suletud ringlusega tuuletunnel taaskasutab juba kontuuris olevat kineetilist energiat, selle asemel et kiirendada ruumiõhku paigalseisust. Sama suuruse ja õhukiiruse juures on see erinevus väärt ligikaudu 60–70% elektriarvest. Mõne aastaga võib see ületada ehituse hinnavahe.

Jahutusstrateegia. Kogu ventilaatori energia muutub õhus soojuseks ja see peab kuhugi minema. Mehaanilised jahutid (chillerid) lisavad rajatise elektriarvele suurusjärgus 20–30% ning õhukanalisse paigutatud radiaator-soojusvahetid tekitavad rõhulangu, mis võib raisata kuni 30% ventilaatori võimsusest ainuüksi õhutakistuse ületamiseks. Passiivne ventilatsioon, kus kliima seda võimaldab, annab jahutuselt kuni 60% säästu – täielik aritmeetika on toodud artiklis

[Article not found: energy-consumption-of-wind-tunnels-how-to-cut-costs]

.

Installeeritud võimsus on spetsifikatsioon. Energiakulu on funktsioon sellest, kuidas te rajatist tegelikult käitate – seetõttu kuulub realistlik kasutusprofiil esimesse, mitte viimasesse disainivestlusesse.

---

8. Viis viga, mida me pidevalt näeme

• Tüübi valimine eelarve järgi. Eelarve määrab suuruse, mitte suuna. Vale tüüpi odaval tunnelil on null jääkväärtus.
• Eeldamine, et vertikaalne tähendab meelelahutust. Mõned kõige nõudlikumad vertikaalse tuuletunneli spetsifikatsioonid, mida me ehitame, on mõeldud sõjaväe ja politsei treeninguteks, mitte turistidele.
• Ehitustööde alahindamine. Kommertskasutuseks mõeldud vertikaalse tuuletunneli puhul moodustavad struktuur ja betoon kolmandiku eelarvest. Hoone käsitlemine kui "kest seadmete ümber" rikub finantsmudeli juba varakult.
• Kiiruse ostmine, mida kunagi ei kasutata. Tippkiirus määrab ventilaatori võimsuse, trafo suuruse ja võrguühenduse maksumuse. Spetsifitseerige see tegeliku lennu- või testiprofiili, mitte konkurendi brošüüri põhjal.
• Mõõteinstrumentatsiooni jätmine kasutuselevõtu (commissioning) ajaks. Kaalud, traaversid ja optiline juurdepääs peavad olema olemas aerodünaamilises disainis, mitte tagantjärele külge kruvitud.

---

9. Enesekindel valimine

Ei ole olemas "parimat" tuuletunneli tüüpi – on tüüp, mis sobib teie voolus oleva objektiga, teie asukohaga ja tuluga, mida kavatsete teenida. Horisontaalsed tunnelid müüvad mõõtmist. Vertikaalsed tunnelid müüvad lendu. Kaldega tunnelid müüvad liuglemist, mis kuni viimase ajani eksisteeris ainult välitingimustes.

Kui te juba teate, mis peab õhuvoolu minema, otsustatakse tüüp tavaliselt ühe insenerivestluse käigus. Kui te alles kaalute valikuid, on kiireim tee edasi spetsifikatsioonide ülevaatamine: saadaolev asukoht, sihtkiirus, tööala suurus ja see, mida on vaja mõõta.

Rääkige meie insenerimeeskonnaga – me projekteerime, toodame, paigaldame ja võtame kasutusele kohandatud tuuletunneleid kõigis kolmes arhitektuuris, kandes ainuvastutust alates kontseptsioonist kuni üleandmiseni.

---

Allikad ja märkused

• Ajamivõimsuse klassid (750 kW / 1000 kW / 1260 kW; konkureerivad 14 jala retsirkulaatorid kuni 1600 kW), CAPEXi vahemik 4,5–12+ miljonit dollarit ja ehituskonstruktsioonitööde 30–35% osakaal on TunnelTechi projektiandmed, mis on kooskõlas meie avaldatud CAPEXi ja energiaartiklitega.
• Energiaandmed – 60–70% sääst suletud ringluse puhul, 20–30% jahuti (chiller) lisakulu, kuni 30% ventilaatori võimsuse kadu õhukanalis asuvatele soojusvahetitele, kuni 60% jahutuse sääst passiivsest ventilatsioonist – pärinevad samast sisemisest andmestikust.
• Wingsuit'i horisontaalse komponendi kiirus (ligikaudu 90–130 km/h) ja tööala pikkus (ligikaudu 10 m) kajastavad selle tehnoloogia avaldatud võrdlusrajatist; käsitlege neid kui praeguste kaldega tunneli kontseptsioonide indikatiivseid näitajaid, mitte kui fikseeritud spetsifikatsiooni, ning kinnitage need enne hinnapakkumise tegemist konkreetse projekti põhjal. Allikatele viitavate arvude kohta vaadake meie artiklit

[Article not found: inclined-wind-tunnel-engineering-design]

.

• Autotööstuse testikiirused 250–300 km/h kirjeldavad maanteel asjakohast segmenti; motospordi ja lennunduse rajatised töötavad väljaspool seda vahemikku.
• Vertikaalse tunneli kiirusvahemik 180–200 km/h kõhuli lendava algaja puhul kuni ~320 km/h professionaalsete ja sõjaväelise tasemega kambrite puhul (lahinguvarustuses hüppajad koos kuulivestide ja varustusega vajavad selle vahemiku ülemist otsa) on kooskõlas meie avaldatud artikliga kohandatud vertikaalsetest tuuletunnelitest sõjaväe vabalangemise treeninguteks.