एक आनत पवन सुरंग की इंजीनियरिंग: 30°–45° पर वायु-प्रवाह का डिज़ाइन

तीस वर्षों तक, इनडोर उड़ान का मतलब एक ही चीज़ था: गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध शरीर को थामे रखने वाला हवा का एक ऊर्ध्वाधर स्तंभ। आप खूबसूरती से गिर सकते थे, लेकिन आप कहीं जा नहीं सकते थे।

आनत पवन सुरंग (inclined wind tunnel) इसे बदल देती है। प्रवाह को झुकाएं, और वही वायुगतिकीय तरकीब जो फ्री फॉल में शरीर को सहारा देती है, वह आगे की ओर ग्लाइड (forward glide) भी उत्पन्न करती है — जो कि विंगसूट का मुख्य उद्देश्य है। यह इस उद्योग की सबसे नई शाखा है, दुनिया भर में केवल मुट्ठी भर सुविधाएं हैं, और अधिकांश इंजीनियरिंग प्रश्न अभी भी वास्तव में खुले हैं।

यह लेख उन्हीं सवालों के बारे में है।

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1. भौतिकी: एक वेक्टर, दो काम

एक ऊर्ध्वाधर सुरंग में, ड्रैग वज़न को संतुलित करता है और फ़्लायर का क्षैतिज वेग शून्य होता है। प्रवाह को एक कोण पर झुकाएं और यह दो घटकों में विघटित हो जाता है जो अलग-अलग काम करते हैं:

• ऊर्ध्वाधर घटक अभी भी फ़्लायर का वज़न उठाता है, बिल्कुल पहले की तरह;
• क्षैतिज घटक आगे की उड़ान की सापेक्ष हवा प्रदान करता है, जिससे एक विंगसूट पायलट केवल गिरने के बजाय ग्लाइड बनाए रख सकता है।

आवश्यक झुकाव मनमाना नहीं है — यह विंगसूट के ग्लाइड प्रदर्शन पर निर्भर करता है। लगभग 2:1 से 3:1 के ग्लाइड अनुपात पर उड़ने वाले सूट को उस अनुपात के अनुरूप प्रवाह झुकाव की आवश्यकता होती है ताकि फ़्लायर एक स्थिर, प्राकृतिक शरीर की स्थिति में रह सके। जिसका अर्थ है कि एक आनत सुरंग "ढलान पर एक ऊर्ध्वाधर सुरंग" नहीं है: कोण एक डिज़ाइन पैरामीटर है जो उस अनुशासन से जुड़ा है जिसकी यह सेवा करता है, और समायोज्य-कोण डिज़ाइन ठीक इसलिए मौजूद हैं क्योंकि विभिन्न सूट और कौशल स्तर अलग-अलग स्थितियां चाहते हैं。

संदर्भ के लिए, दुनिया की पहली आनत सुविधा — ब्रोम्मा में Inclined Labs की Indoor Wingsuit Stockholm — 16.5 ft चौड़े और 33 ft लंबे उड़ान कक्ष (flight chamber) का संचालन करती है, जिसमें फ़्लायर आमतौर पर 90–130 km/h पर काम करते हैं, और गति और झुकाव दोनों समायोज्य हैं। वहां पहली इनडोर विंगसूट उड़ान अप्रैल 2016 में एक पूर्ण-स्तरीय प्रोटोटाइप कक्ष में हुई थी, और यह सुविधा सितंबर 2017 में ग्राहकों के लिए खोली गई थी।

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2. यह ऊर्ध्वाधर पवन सुरंग से अधिक कठिन क्यों है

कार्य क्षेत्र लंबा होना चाहिए। एक ग्लाइड को उड़ान पथ के साथ जगह की आवश्यकता होती है, न कि केवल फ़्लायर के ऊपर। यह एक ही आवश्यकता इमारत को निर्धारित करती है: कक्ष एक कॉम्पैक्ट स्तंभ के बजाय एक लंबा आनत आयतन बन जाता है, और इसके हर मीटर को प्रवाह की गुणवत्ता बनाए रखनी होती है।

उस लंबाई के साथ दीवार की सीमा-परत (boundary layer) बढ़ती है। एक लंबे परीक्षण आयतन में, प्रभावी प्रवाह क्षेत्र सिकुड़ जाता है क्योंकि सीमा-परत मोटी हो जाती है, और यदि डक्ट प्रिज्मीय है तो मुक्त-धारा की गति बढ़ जाती है। प्रवेश से निकास तक एक समान गति प्राप्त करने का अर्थ आमतौर पर कार्य क्षेत्र के साथ अनुभाग को जानबूझकर आकार देना होता है।

मार्गदर्शक पंख (टर्निंग वेन्स) उन कोणों पर काम करते हैं जिनके लिए उन्हें कभी सारणीबद्ध नहीं किया गया था। ऊर्ध्वाधर सुरंग सर्किट अच्छी तरह से समझे गए 90° कोनों से बनाए जाते हैं जिनमें कैस्केड टर्निंग वेन्स होते हैं जिनके हानि गुणांक ज्ञात होते हैं। सर्किट को झुकाएं और कोने के कोण बदल जाते हैं, प्रवाह कैस्केड पर अलग तरह से पहुंचता है, और वेन कॉर्ड, रिक्ति और कैम्बर सभी को कॉपी करने के बजाय फिर से हल करना पड़ता है। इसे गलत करें और आप दो बार भुगतान करते हैं: दाब-हानि (pressure loss) में, इसलिए हमेशा के लिए पंखे की शक्ति में, और प्रवाह-एकरूपता की कमी में जिसे फ़्लायर सीधे महसूस करता है।

सुरक्षा प्रणालियाँ एक से अधिक तलों में मौजूद होती हैं। एक ऊर्ध्वाधर सुरंग में, जाल नीचे होता है और फ़्लायर का विफलता मोड एक नियंत्रित लैंडिंग होता है। एक आनत कक्ष में, एक फ़्लायर जो लिफ्ट खो देता है, वह ढलान के साथ-साथ नीचे भी जाता है — इसलिए कैच सिस्टम, सुरक्षा जाल (safety net) और पहुंच को कार्य क्षेत्र के दोनों सिरों और इसकी लंबाई के साथ हल किया जाना चाहिए।

प्रवेश और निकास एक डिज़ाइन समस्या है, न कि एक दरवाज़ा। विंगसूट गियर में एक पायलट को चलते हुए आनत प्रवाह में ले जाना, और फिर से बाहर निकालना, हर फ़्लायर के लिए सुरंग को रोके बिना, पूरी सुविधा के व्यावसायिक थ्रूपुट को परिभाषित करता है।

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3. वे निर्णय जो परियोजना को आकार देते हैं

• निश्चित या समायोज्य झुकाव। समायोज्य ज्यामिति लक्षित बाजार को चौड़ा करती है — विभिन्न सूट, शुरुआती और विशेषज्ञ स्थितियां, गैर-विंगसूट अनुशासन — और यांत्रिक जटिलता, सीलिंग चुनौतियों और लागत को बढ़ाती है।
• कक्ष का क्रॉस-सेक्शन। उड़ान में अधिकतम विंगस्पैन, एक साथ उड़ने वालों की संख्या निर्धारित करता है, और सीधे पंखे की शक्ति को संचालित करता है।
• गति सीमा और स्थिरता। नियंत्रित सीमा शीर्ष संख्या से अधिक मायने रखती है: कोचिंग निचले स्तर पर होती है, और चरण परिवर्तन सुचारू होने चाहिए।
• सर्किट आर्किटेक्चर। ऊर्जा और तापमान नियंत्रण के लिए बंद लूप, ऊपर दिए गए सभी वेन प्रश्नों के साथ; खुला सर्किट सरल है और इन रन घंटों में शायद ही कभी किफायती होता है।
• शीतलन (Cooling)। पंखे की ऊर्जा हवा में गर्मी बन जाती है। रणनीतियाँ वैसी ही हैं जैसी अन्य जगहों पर हैं — निष्क्रिय वेंटिलेशन जहाँ जलवायु अनुमति देती है, सक्रिय ऊष्मा विनिमय जहाँ यह नहीं होता है — और ट्रेड-ऑफ़

चरम जलवायु के लिए विंड टनल कूलिंग सिस्टम को अपग्रेड करना

में हैं।

• कोचिंग के लिए उपकरण। कैमरा कवरेज, टेलीमेट्री और वीडियो समीक्षा यहां अतिरिक्त नहीं हैं: इतने नए अनुशासन में, निर्देश उत्पाद राजस्व का एक बड़ा हिस्सा है।

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4. यह इमारत पर क्या प्रभाव डालता है

एक आनत सुरंग स्थापित करने के लिए तीनों आर्किटेक्चर में सबसे अधिक मांग वाली है, क्योंकि इसे लंबाई और ऊंचाई दोनों की आवश्यकता होती है — एक ऊर्ध्वाधर सुरंग की संरचनात्मक गहराई के साथ एक क्षैतिज सुरंग का पदचिह्न। इसके दो परिणाम होते हैं।

पहला, साइट का चयन डिज़ाइन से पहले होता है । छत की ऊंचाई, स्पैन, नींव की क्षमता और उपलब्ध विद्युत शक्ति किसी भी वायुगतिकीय काम के शुरू होने से पहले प्राप्त करने योग्य कक्ष को सीमित कर देती है।

दूसरा, मौजूदा औद्योगिक इमारतें एक वास्तविक विकल्प हैं । स्टॉकहोम सुविधा एक ब्रोम्मा संरचना में स्थित है जिसे मूल रूप से 1930-1940 के दशक में सैन्य विमानन अनुसंधान के लिए बनाया गया था — यह एक अनुस्मारक है कि उदार ऊंचाई और भारी फर्श वाले बड़े पुराने हॉल बिल्कुल वही स्टॉक हैं जिनका यह उद्योग पुन: उपयोग कर सकता है। रेट्रोफिट पथ के अपने ट्रेड-ऑफ़ हैं, जिन्हें हम

पुरानी विंड टनल का आधुनिकीकरण

में कवर करते हैं।

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5. लागत वास्तव में कहाँ बैठती है

मोटे तौर पर, लागत चालक एक बड़ी ऊर्ध्वाधर सुरंग के समान ही हैं — ड्राइव पावर, डक्टिंग, संरचना, सुरक्षा प्रणालियाँ — आनत मामले के लिए विशिष्ट दो परिवर्धन के साथ: लंबा कार्य क्षेत्र (अधिक डक्ट, अधिक संरचना, एक समान रखने के लिए अधिक क्षेत्र) और वेन और ज्यामिति इंजीनियरिंग जिसे मौजूदा उत्पाद लाइन से विरासत में नहीं लिया जा सकता है।

व्यावसायिक रूप से इसका क्या अर्थ है: आनत सुरंगें कस्टम इंजीनियरिंग को पुरस्कृत करती हैं और कैटलॉग सोच को दंडित करती हैं। ऊपर या नीचे स्केल करने के लिए कोई मानक मॉडल नहीं है, क्योंकि अभी तक कोई मानक नहीं है। यह उस खरीदार के लिए एक जोखिम है जो पहले दिन एक निश्चित मूल्य चाहता है, और उस व्यक्ति के लिए एक फायदा है जो बाजार में हर दूसरे आकर्षण से अलग सुविधा चाहता है।

अन्य आर्किटेक्चर के मुकाबले एक आनत सुविधा कहाँ बैठती है, इसके लिए हमारा

हॉरिजॉन्टल, वर्टिकल और इन्क्लाइंड विंड टनल

देखें।

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6. कोटेशन देने से पहले हम क्या पूछते हैं

पांच इनपुट अवधारणा तय करते हैं: उपलब्ध बिल्डिंग एनवलप, लक्षित फ़्लायर प्रोफ़ाइल (शुरुआती, स्पोर्ट विंगसूट पायलट, पेशेवर या सैन्य प्रशिक्षण), क्या झुकाव समायोज्य होना चाहिए, एक साथ उड़ने वालों की संख्या, और प्रति दिन लक्षित थ्रूपुट। बाकी सब कुछ — शक्ति, कक्ष के आयाम, वेन डिज़ाइन, शीतलन रणनीति — उन्हीं से अनुसरण करते हैं।

हम अवधारणा से लेकर हैंडओवर तक सिंगल-पॉइंट जिम्मेदारी के साथ, आनत कॉन्फ़िगरेशन सहित कस्टम पवन सुरंग सिस्टम को डिज़ाइन, निर्मित, स्थापित (install) और कमीशन (commission) करते हैं। हमें अपनी इमारत और अपनी फ़्लायर प्रोफ़ाइल भेजें और हम एक कॉन्सेप्ट लेआउट और पावर अनुमान के साथ वापस आएंगे। संबंधित पठन:

एक इनक्लाइंड विंड टनल स्थापित करने के लिए इमारत की वास्तविक आवश्यकताएं

और

एक इनडोर विंगसूट सुविधा का अर्थशास्त्र

पर हमारे लेख।

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स्रोत और नोट्स

• संदर्भ सुविधा डेटा — कक्ष 16.5 ft चौड़ा × 33 ft लंबा, विशिष्ट उड़ान गति 90–130 km/h, समायोज्य गति और झुकाव, पहली इनडोर विंगसूट उड़ान अप्रैल 2016, ग्राहकों के लिए उद्घाटन सितंबर 2017, ब्रोम्मा इमारत मूल रूप से 1930-1940 के दशक में सैन्य विमानन R&D के लिए बनाई गई थी: Indoor Wingsuit Flying Stockholm, Indoor Skydiving Source, Indoor Wingsuit Flying Just Became a Reality, Inclined Labs।
• लगभग 2:1 से 3:1 के विंगसूट ग्लाइड अनुपात आधुनिक सूट के लिए आमतौर पर उद्धृत प्रदर्शन बैंड हैं और सूट, पायलट और तकनीक के साथ व्यापक रूप से भिन्न होते हैं; इसे सांकेतिक मानें, डिज़ाइन विनिर्देश के रूप में नहीं।
• इंजीनियरिंग चर्चा (कार्य-क्षेत्र की लंबाई, सीमा-परत वृद्धि, गैर-मानक कोने के कोणों पर वेन का नया स्वरूप, मल्टी-प्लेन सुरक्षा प्रणालियाँ) TunnelTech इंजीनियरिंग अभ्यास है।