Inženjering nagnutog zračnog tunela: Projektiranje strujanja zraka pod kutom od 30° – 45°

Trideset godina letenje u zatvorenom prostoru značilo je jedno: vertikalni stup zraka koji drži tijelo nasuprot sili teži. Mogli ste prekrasno padati, ali niste mogli nikamo otići.

Nagnuti zračni tunel to mijenja. Nagnite strujanje zraka i isti aerodinamički trik koji podržava tijelo u slobodnom padu također reproducira klizanje prema naprijed — što je i cijela poanta wingsuita. To je najmlađa grana industrije, postoji samo nekolicina takvih postrojenja diljem svijeta, a većina inženjerskih pitanja još je uvijek uistinu otvorena.

Ovaj članak bavi se tim pitanjima.

---

1. Fizika: jedan vektor, dva zadatka

U vertikalnom zračnom tunelu, otpor uravnotežuje težinu i horizontalna brzina letača je nula. Nagnite strujanje pod određenim kutom i ono se rastavlja na dvije komponente koje obavljaju različit rad:

• vertikalna komponenta i dalje nosi težinu letača, točno kao i prije;
• horizontalna komponenta osigurava relativni vjetar leta prema naprijed, tako da pilot u wingsuitu može održavati klizanje umjesto pukog padanja.

Potrebni nagib nije proizvoljan — on proizlazi iz performansi klizanja wingsuita. Odijelo koje leti s omjerom klizanja od otprilike 2:1 do 3:1 treba nagib strujanja u skladu s tim omjerom kako bi letač bio u stabilnom, prirodnom položaju tijela. To znači da nagnuti tunel nije "vertikalni tunel na padini": kut je projektni parametar vezan uz disciplinu kojoj služi, a dizajni s podesivim kutom postoje upravo zato što različita odijela i razine vještina zahtijevaju različite uvjete.

Za usporedbu, prvo nagnuto postrojenje na svijetu — Indoor Wingsuit Stockholm tvrtke Inclined Labs u Brommi — koristi komoru leta širine 16,5 ft i duljine 33 ft, pri čemu letači obično lete pri 90 – 130 km/h, uz mogućnost podešavanja brzine i nagiba. Prvi let u wingsuitu u zatvorenom prostoru tamo se održao u travnju 2016. u prototipu komore u punoj veličini, a postrojenje je otvoreno za kupce u rujnu 2017.

---

2. Zašto je to teže od vertikalnog tunela

Radna zona mora biti dugačka. Klizanje zahtijeva prostor duž putanje leta, a ne samo iznad letača. Taj jedini zahtjev diktira zgradu: komora postaje dugačak nagnuti volumen umjesto kompaktnog stupa, a svaki njezin metar mora zadržati kvalitetu strujanja.

Granični slojevi na zidovima rastu duž te duljine. U dugačkom ispitnom volumenu, efektivna površina strujanja se smanjuje kako se granični slojevi debljaju, a slobodna struja ubrzava ako je kanal prizmatičan. Postizanje ujednačene brzine od ulaza do izlaza obično znači namjerno oblikovanje sekcije duž radne zone.

Usmjerne lopatice rade pod kutovima za koje nikada nisu bile tabulirane. Krugovi vertikalnih tunela izgrađeni su od dobro poznatih kutova od 90° s kaskadnim usmjernim lopaticama čiji su koeficijenti gubitaka poznati. Nagnite krug i kutovi se mijenjaju, strujanje dolazi do kaskade drugačije, a tetiva lopatice, razmak i zakrivljenost moraju se ponovno izračunati umjesto pukog kopiranja. Ako pogriješite, plaćate dvostruko: u gubitku tlaka, dakle zauvijek u snazi ventilatora, i u neujednačenosti strujanja koju letač izravno osjeća.

Sigurnosni sustavi postoje u više od jedne ravnine. U vertikalnom tunelu, mreža je ispod i način pada letača je kontrolirano slijetanje. U nagnutoj komori, letač koji izgubi uzgon kreće se duž nagiba kao i prema dolje — stoga se sustavi za hvatanje, mreže i pristup moraju riješiti na oba kraja radne zone i duž njezine duljine.

Ulaz i izlaz su projektni problem, a ne vrata. Uvođenje pilota u wingsuit opremi u pokretno nagnuto strujanje i njegovo izvlačenje, bez zaustavljanja tunela za svakog letača, definira komercijalnu propusnost cijelog postrojenja.

---

3. Odluke koje oblikuju projekt

• Fiksni ili podesivi nagib. Podesiva geometrija proširuje ciljano tržište — različita odijela, uvjeti za početnike i stručnjake, discipline koje ne uključuju wingsuit — te dodaje mehaničku složenost, izazove brtvljenja i troškove.
• Poprečni presjek komore. Određuje maksimalni raspon krila u letu, broj istovremenih letača i izravno diktira snagu ventilatora.
• Raspon brzine i stabilnost. Kontrolirani raspon važniji je od najveće brojke: treniranje se odvija na donjoj granici, a promjene u koracima moraju biti glatke.
• Arhitektura kruga. Zatvoreni krug za kontrolu energije i temperature, uz sva gore navedena pitanja o usmjernim lopaticama; otvoreni krug je jednostavniji i rijetko ekonomičan pri ovakvom broju radnih sati.
• Hlađenje. Energija ventilatora pretvara se u toplinu u zraku. Strategije su iste kao i drugdje — pasivna ventilacija gdje klima to dopušta, aktivna izmjena topline gdje ne dopušta — a kompromisi su opisani u

Nadogradnja sustava hlađenja zračnih tunela za ekstremne klime

.

• Instrumentacija za treniranje. Pokrivenost kamerama, telemetrija i video pregled ovdje nisu dodaci: u ovako mladoj disciplini, proizvod instrukcija čini velik dio prihoda.

---

4. Kako to utječe na zgradu

Nagnuti tunel je najzahtjevnija od tri arhitekture za smještaj, jer zahtijeva i duljinu i visinu — strukturnu dubinu vertikalnog tunela u kombinaciji s tlocrtom horizontalnog tunela. Iz toga proizlaze dvije posljedice.

Prvo, odabir lokacije prethodi projektiranju . Visina stropa, raspon, nosivost temelja i dostupna električna energija ograničavaju ostvarivu komoru prije nego što uopće započnu bilo kakvi aerodinamički radovi.

Drugo, postojeće industrijske zgrade su stvarna opcija . Postrojenje u Stockholmu smješteno je u zgradi u Brommi koja je prvotno izgrađena za vojna zrakoplovna istraživanja 1930-ih i 1940-ih — podsjetnik da su velike stare hale s izdašnom visinom i teškim podovima upravo onaj fond koji ova industrija može ponovno iskoristiti. Put naknadne ugradnje (retrofit) ima svoje kompromise, koje pokrivamo u

Modernizacija starih zračnih tunela

.

---

5. Gdje se zapravo kriju troškovi

Općenito, pokretači troškova isti su kao i za veliki vertikalni tunel — pogonska snaga, zračni kanali, struktura, sigurnosni sustavi — uz dva dodatka specifična za nagnuti slučaj: dulja radna zona (više kanala, više strukture, veća površina koju treba održavati ujednačenom) te inženjering usmjernih lopatica i geometrije koji se ne može naslijediti iz postojeće linije proizvoda.

Što to znači u komercijalnom smislu: nagnuti tuneli nagrađuju prilagođeni inženjering i kažnjavaju kataloško razmišljanje. Ne postoji standardni model koji bi se mogao povećati ili smanjiti, jer standard još ne postoji. To je rizik za kupca koji želi fiksnu cijenu prvog dana, a prednost za onoga tko želi postrojenje koje se razlikuje od svake druge atrakcije na tržištu.

Za usporedbu nagnutog postrojenja s ostalim arhitekturama, pogledajte naš

Horizontalni, vertikalni i kosi zračni tuneli

.

---

6. Što tražimo prije davanja ponude

Pet ulaznih podataka odlučuje o konceptu: raspoloživa ovojnica zgrade, ciljani profil letača (početnici, sportski piloti u wingsuitu, profesionalna ili vojna obuka), mora li nagib biti podesiv, broj istovremenih letača i ciljana dnevna propusnost. Sve ostalo — snaga, dimenzije komore, dizajn usmjernih lopatica, strategija hlađenja — proizlazi iz toga.

Projektiramo, proizvodimo, ugrađujemo i puštamo u rad prilagođene sustave zračnih tunela, uključujući nagnute konfiguracije, s odgovornošću na jednom mjestu od koncepta do primopredaje. Pošaljite nam svoju zgradu i profil letača i vratit ćemo vam se s konceptualnim rasporedom i procjenom snage. Povezano štivo: naši članci o

Što je zgradi zapravo potrebno za smještaj kosog zračnog tunela

i

Ekonomija postrojenja za indoor wingsuit

.

---

Izvori i napomene

• Podaci o referentnom postrojenju — komora širine 16,5 ft × duljine 33 ft, tipične brzine leta 90 – 130 km/h, podesiva brzina i nagib, prvi let u wingsuitu u zatvorenom prostoru u travnju 2016., otvaranje za kupce u rujnu 2017., zgrada u Brommi prvotno izgrađena za vojno zrakoplovno istraživanje i razvoj 1930-ih i 1940-ih: Indoor Wingsuit Flying Stockholm, Indoor Skydiving Source, Indoor Wingsuit Flying Just Became a Reality, Inclined Labs.
• Omjeri klizanja wingsuita od otprilike 2:1 do 3:1 uobičajeno su navedeni raspon performansi za moderna odijela i uvelike variraju ovisno o odijelu, pilotu i tehnici; smatrajte ih indikativnima, a ne projektnom specifikacijom.
• Inženjerska rasprava (duljina radne zone, rast graničnog sloja, redizajn usmjernih lopatica pod nestandardnim kutovima, sigurnosni sustavi u više ravnina) predstavlja inženjersku praksu tvrtke TunnelTech.