ქარის გვირაბების ტიპები: ჰორიზონტალური, ვერტიკალური, დახრილი

ქარის გვირაბის თითოეული პროექტი იწყება კითხვით, რომელიც ტრივიალურად ჟღერს, მაგრამ წყვეტს ყველაფერს შემდგომ ეტაპებზე: რა მიმართულებით მოძრაობს ჰაერი?

თუ ამას სწორად განსაზღვრავთ, შენობა, ელექტრომომარაგება, ინსტრუმენტაცია და ბიზნეს მოდელი ერთ მკაფიო საინჟინრო მიზანს დაექვემდებარება. შეცდომის შემთხვევაში კი მიიღებთ ობიექტს, რომელიც ტექნიკურად მუშაობს, მაგრამ კომერციულად გაუმართლებელია — კვლევით გვირაბს, რომელიც ვერ მიიღებს გადამხდელ მომხმარებლებს, ან ფრენის კამერას, რომელიც ვერ უზრუნველყოფს გამოსაქვეყნებლად ვარგის გაზომვებს.

დღეს გამოყენებული ქარის გვირაბების სამი ძირითადი ტიპი — ჰორიზონტალური, ვერტიკალური და დახრილი — არ წარმოადგენს ერთი და იმავე პროდუქტის სამ სხვადასხვა ზომას. ისინი ემსახურება განსხვავებულ ფიზიკას, სხვადასხვა მომხმარებელს და შემოსავლის განსხვავებულ მოდელებს. ქვემოთ მოცემულია, თუ როგორ უნდა გაარკვიოთ, რომელი მათგანი სჭირდება რეალურად თქვენს პროექტს.

1. რას წყვეტს რეალურად ნაკადის მიმართულება

ნაკადის მიმართულება განსაზღვრავს, თუ რისი მოთავსება შეგიძლიათ მასში.

ჰორიზონტალურ გვირაბში, სატესტო ობიექტი ფიქსირდება სამაგრით, საყრდენით ან ძალის სასწორით. გრავიტაცია მოქმედებს ნაკადის გადამკვეთად და არა მის საწინააღმდეგოდ. გვირაბის ამოცანაა სუფთა, განმეორებადი ჰაერის მიწოდება ფიქსირებულ მოდელზე და ინსტრუმენტებისთვის იმის გაზომვის საშუალების მიცემა, თუ რა ხდება ამ დროს.

ვერტიკალურ გვირაბში ობიექტს არაფერი იჭერს. მას ჰაერი ატარებს. აეროდინამიკური წინაღობა აბალანსებს წონას, სატესტო ობიექტი ადამიანის სხეულია, ხოლო მთელი კონტური არსებობს იმისთვის, რომ შეინარჩუნოს ჰაერის სტაბილური სვეტი მიზნობრივი სიჩქარის რამდენიმე პროცენტის ფარგლებში, სანამ ადამიანი მის შიგნით მოძრაობს.

დახრილ გვირაბში ნაკადი დახრილია ისე, რომ ამწევი ძალისა და წინსვლითი მოძრაობის სიმულაცია ერთდროულად ხდება — ვერტიკალური კომპონენტი ატარებს წონას, ხოლო ჰორიზონტალური კომპონენტი აღადგენს სრიალს (გლაიდს).

ეს ერთი არჩევანი გავლენას ახდენს ყველაფერზე: კამერის გეომეტრიაზე, უსაფრთხოების სისტემებზე, ვენტილატორის სიმძლავრეზე, შენობის სიმაღლეზე, დაზღვევაზე, პერსონალზე და იმაზე, თუ რაში შეგიძლიათ გადაახდევინოთ თანხა მომხმარებელს.

2. ჰორიზონტალური ქარის გვირაბები: კვლევითი სამუშაო ცხენი

ჰორიზონტალური გვირაბი ჰაერს ამოძრავებს მიწის პარალელურად ფიქსირებული თანმიმდევრობით: ნაკადის დამშვიდების კამერა „ფიჭა“ (honeycomb) ნაკადის გამასწორებლით და გამასწორებელი ბადეებით, შეკუმშვის მონაკვეთი (კონტრაქცია), რომელიც აჩქარებს და აგლუვებს ნაკადს, სატესტო მონაკვეთი, დიფუზორი, რომელიც აღადგენს წნევას, და ვენტილატორი.

დომინირებს ორი არქიტექტურა. ღია კონტურის (ეიფელის) გვირაბები იღებენ ჰაერს ოთახიდან, ერთხელ ატარებენ მას და გარეთ უშვებენ — ისინი კომპაქტურია, იაფი ასაშენებელია და მგრძნობიარეა ოთახში მიმდინარე ნებისმიერი პროცესის მიმართ. დახურული კონტურის (გეტინგენის) გვირაბები ჰაერის რეცირკულაციას ახდენენ კონტურში კუთხეებში განთავსებული მიმართულების ფრთების დახმარებით, რაც უზრუნველყოფს ნაკადის ხარისხს, ტემპერატურის კონტროლს და საოპერაციო ხარჯების მკვეთრ შემცირებას. ჩვენ დეტალურად განვიხილეთ ეს კომპრომისი სტატიაში

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

ჰორიზონტალური გვირაბები ფარავს გამოყენების ყველაზე ფართო სპექტრს ნებისმიერ ტიპს შორის:

საავტომობილო და მოტოსპორტი — აეროდინამიკური წინაღობა, დამწოლი ძალა, გამაგრილებელი ნაკადი და აეროაკუსტიკა, როგორც წესი, გზისთვის რელევანტურ სიჩქარეებზე 250–300 km/h-მდე, ავტომობილის ქვეშ მოძრავი გრუნტის სიბრტყით.
სამოქალაქო და სტრუქტურული ინჟინერია — საზღვრული შრის ქარის გვირაბები (BLWT) გრძელი აღმავალი მონაკვეთით და ხორკლიანი ელემენტებით, რომლებიც აღადგენენ ატმოსფერული ქარის პროფილს კოშკების, ხიდებისა და სტადიონის სახურავების მასშტაბურ მოდელებზე.
მეტროლოგია და კალიბრაცია — მცირე ზომის, უკიდურესად დაბალი ტურბულენტობის გვირაბები, რომლებიც გამოიყენება ანემომეტრებისა და ნაკადის სენსორების დასაკალიბრებლად ISO 17025 და IEC 61400-12-1 სტანდარტების შესაბამისად.
აეროკოსმოსური და უპილოტო საფრენი აპარატების (UAV) განვითარება — მასშტაბური მოდელები ძალის სასწორზე, ან მცირე ზომის საფრენი აპარატების სრული ზომის ტესტირება მომუშავე პროპელერებით.

რასაც მომხმარებელი აქ რეალურად ყიდულობს, არის გაზომვა: ძალები და მომენტები სასწორიდან, ზედაპირული წნევები, აკუსტიკური რუკები, ნაკადის ვიზუალიზაცია. გვირაბი არის ინსტრუმენტი და ფასდება როგორც ინსტრუმენტი — ტურბულენტობის ინტენსივობის, ნაკადის ერთგვაროვნების, განმეორებადობისა და ცდომილების მიხედვით.

3. ვერტიკალური ქარის გვირაბები: ადამიანის სხეულის თავისუფალი ფრენა

ვერტიკალური გვირაბი აკეთებს იმას, რაც არცერთ ჰორიზონტალურ გვირაბს არ შეუძლია: ის ინარჩუნებს ადამიანს სტაბილურ თავისუფალ ფრენაში. ჰაერი მოძრაობს ზემოთ ფრენის კამერაში იმ სიჩქარით, რომელიც შეესაბამება მფრინავის ტერმინალურ სიჩქარეს — დაახლოებით 180–200 km/h დამწყებთათვის ბელი ფლაი (მუცლით ფრენა) პოზიციაში, და გაცილებით მეტი ჰედ-დაუნ ფრისტაილისთვის — ხოლო პროფესიონალური დონის კამერებს აქვთ გაცილებით დიდი სიჩქარის მარაგი.

თანამედროვე კომერციული დიზაინები წარმოადგენს დახურული კონტურის (რეცირკულაციური) ორმაგი მარყუჟის სისტემებს. ჰაერი ტოვებს კამერას, ბრუნდება კუთხის მიმართულების ფრთების გავლით, იმართება აქსიალური ვენტილატორებით და ბრუნდება შეკუმშვის მონაკვეთის გავლით უკან კამერაში. ამძრავის სიმძლავრე მკვეთრად იზრდება კამერის დიამეტრის პროპორციულად: კომპაქტური მოდელები მუშაობენ დაახლოებით 750 kW ვენტილატორის სიმძლავრეზე, სტანდარტული კომერციული ერთეულები დაახლოებით 1 000 kW-ზე, პროფესიონალური ერთეულები დაახლოებით 1 260 kW-მდე, ხოლო ზოგიერთი კონკურენტი 14 ft რეცირკულატორი მოიხმარს 1 600 kW-მდე.

შედეგი, რომელსაც დამწყები ინვესტორების უმეტესობა სათანადოდ ვერ აფასებს, არის ის, რომ შენობა გვირაბის ნაწილია. დახურული კონტურის ვერტიკალური გვირაბი არის მრავალსართულიანი სტრუქტურა სპეციფიკური დატვირთვის გზებით, ვიბროიზოლაციით და აკუსტიკური დამუშავებით. კომერციული ვერტიკალური გვირაბის ჩვენს CAPEX განაწილებაში, სპეციალიზებული ბეტონის და სტრუქტურული სამოქალაქო სამუშაოები შეადგენს მთლიანი ინვესტიციის 30–35%-ს, რომელიც ზოგადად მერყეობს $4,5M-დან $12M+-მდე — იხილეთ

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

მომხმარებელთა ბაზა უფრო ფართოა, ვიდრე ტერმინი „ინდორ სკაიდაივინგი“ მიგვანიშნებს. სპორტი და ტურიზმი ამოძრავებს კომერციულ მოდელს, მაგრამ იგივე კამერა წვრთნის სამხედრო თავისუფალი ვარდნის გუნდებს, პოლიციის ქვედანაყოფებს და სამაშველო ეკიპაჟებს — გამოყენების შემთხვევა, რომელსაც ჩვენ განვიხილავთ სტატიაში

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

4. დახრილი ქარის გვირაბები: უახლესი მიმართულება

დახრილი გვირაბი ხრის ნაკადს, როგორც წესი, 30°-დან 45°-მდე კუთხით. ფიზიკა წარმოადგენს პირდაპირ დეკომპოზიციას და ის მთლიანად ცვლის გამოცდილებას.

ვერტიკალური კომპონენტი კვლავ აბალანსებს მფრინავის წონას, ზუსტად ისე, როგორც ვერტიკალურ გვირაბში. ჰორიზონტალური კომპონენტი — დაახლოებით 90–130 km/h საცნობარო ობიექტზე — აღადგენს წინსვლით სრიალს. პირველად, ვინგსუიტის პილოტს შეუძლია შეინარჩუნოს სტაბილური სრიალი დახურულ სივრცეში, ნაცვლად მხოლოდ ვარდნისა.

საინჟინრო თვალსაზრისით, ეს არის ყველაზე მომთხოვნი ამ სამს შორის. სამუშაო ზონა უნდა იყოს გრძელი, რადგან სრიალს სჭირდება სივრცე: საცნობარო ობიექტი იყენებს დაახლოებით 10 მეტრის სიგრძის კამერას. კუთხის მიმართულების ფრთები მუშაობენ არასტანდარტული კუთხით, ამიტომ ფრთის გეომეტრიის უბრალოდ გადმოტანა ვერტიკალური დიზაინიდან შეუძლებელია წნევის დანაკარგის ხელახლა გადაჭრის გარეშე. უსაფრთხოების ბადეები და დაკიდების სისტემები საჭიროა ერთზე მეტ სიბრტყეში. მსოფლიოში მხოლოდ რამდენიმე ასეთი ტიპის ობიექტი არსებობს, სწორედ ამიტომ დიზაინის საკითხები ჯერ კიდევ ღიაა — ჩვენ მათ უფრო ღრმად განვიხილავთ

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

მყიდველები არიან კურორტებისა და გასართობი ცენტრების დეველოპერები, რომლებიც ეძებენ ნამდვილად ახალ ატრაქციონს, და სპეციალიზებული სავარჯიშო ცენტრები, რომლებსაც სჭირდებათ პარაშუტის გუმბათისა და ვინგსუიტის უნარების განვითარება თვითმფრინავის საათების დახარჯვის გარეშე.

5. პირისპირ შედარება

	ჰორიზონტალური	ვერტიკალური	დახრილი
ნაკადის მიმართულება	მიწის პარალელური	ზემოთ	დახრილი, როგორც წესი 30°–45°
რა თავსდება ნაკადში	ფიქსირებული მოდელი ან საფრენი აპარატი სასწორზე	ადამიანის სხეული თავისუფალ ფრენაში	ადამიანის სხეული სიმულირებულ სრიალში
ტიპური სამუშაო სიჩქარე	250–300 km/h-მდე (ქვებგერითი სეგმენტი); კვლევითი ვარიანტები გაცილებით მაღალია	~320 km/h-მდე პროფესიონალურ კამერებში	~90–130 km/h ჰორიზონტალური კომპონენტი
სატესტო მონაკვეთი	დახურული, ღია ჭავლით ან ჭრილიანი; მოდელის ზომის მიხედვით	ცილინდრული ან მართკუთხა ფრენის კამერა	გრძელი სამუშაო ზონა, დაახლოებით 10 მ საცნობარო ობიექტზე
გავლენა შენობაზე	გრძელი ფართობი, ზომიერი სიმაღლე	მრავალსართულიანი; სტრუქტურა კონტურის ნაწილია	გრძელი ფართობი პლუს სიმაღლე; ყველაზე რთული განსათავსებელია
ამძრავის სიმძლავრე (კომერციული მასშტაბი)	მთლიანად დამოკიდებულია მონაკვეთის ფართობსა და მიზნობრივ სიჩქარეზე	~750–1 600 kW 12–17 ft კლასის კამერებისთვის	შედარებადია დიდ ვერტიკალურ ერთეულთან, გადანაწილებული უფრო გრძელ კონტურზე
რას ყიდულობს მომხმარებელი	ტესტირების საათებს და მონაცემებს	ფრენის წუთებს და წვრთნას	ფრენის წუთებს, წვრთნას, სიახლეს
ძირითადი მყიდველები	მწარმოებლები, ლაბორატორიები, უნივერსიტეტები, სერტიფიცირების ორგანოები	ოპერატორები, კურორტები, შეიარაღებული ძალები, პოლიცია	კურორტების დეველოპერები, სპეციალიზებული სავარჯიშო ცენტრები
ფასდება	ტურბულენტობით, ერთგვაროვნებით, გაზომვის ცდომილებით	სიჩქარის სტაბილურობით, კამერის კომფორტით, უწყვეტი მუშაობის დროით	სრიალის რეალიზმით, სამუშაო ზონის სიგრძით, უსაფრთხოებით

6. ხუთი კითხვა, რომელიც წყვეტს ტიპს

1. რა თავსდება ფიზიკურად ნაკადში? მოდელი, სრული საფრენი აპარატი თუ ადამიანი. მხოლოდ ეს გამორიცხავს სამიდან ორ ვარიანტს პროექტების უმეტესობაში.

2. გჭირდებათ ციფრები თუ გამოცდილება? თუ შედეგი არის კოეფიციენტი ანგარიშში, თქვენ გჭირდებათ ინსტრუმენტაცია, განმეორებადობა და ჰორიზონტალური სატესტო მონაკვეთი. თუ შედეგი არის ადამიანი, რომელიც ღიმილით გამოდის, თქვენ გჭირდებათ ფრენის კამერა.

3. რის საშუალებას იძლევა ობიექტი? ჰორიზონტალური გვირაბები გრძელია; ვერტიკალური გვირაბები მაღალია; დახრილი გვირაბები ორივე ერთად. ჭერის სიმაღლე, საძირკვლის ტევადობა და ხელმისაწვდომი ელექტროენერგია ზღუდავს არჩევანს უფრო ადრე და უფრო მკაცრად, ვიდრე ბიუჯეტი.

4. ვინ იხდის და რა ერთეულში? ტესტირების საათი, ფრენის წუთი, სავარჯიშო ადგილი თუ კვლევითი გრანტი. თითოეული გულისხმობს გამოყენების განსხვავებულ პროფილს, ხოლო გამოყენება უფრო მეტად განაპირობებს ენერგიის ხარჯებს, ვიდრე დადგმული სიმძლავრე.

5. რა უნდა გაიზომოს? ძალის სასწორი, წნევის გადამწოდები, PIV ან აკუსტიკური მასივები თითოეული აწესებს საკუთარ მოთხოვნებს მონაკვეთის გეომეტრიასა და წვდომაზე. ინსტრუმენტაციის რეტროფიტი კამერაში, რომელიც არასოდეს ყოფილა ამისთვის შექმნილი, ამის აღმოსაჩენად ყველაზე ძვირადღირებული გზაა.

7. სად მიდის რეალურად ფული

ორი გადაწყვეტილება დომინირებს სასიცოცხლო ციკლის ხარჯებზე და არცერთი მათგანი არ არის თავად გვირაბის ტიპი.

კონტური. დახურული კონტურის გვირაბი ხელახლა იყენებს კონტურში უკვე არსებულ კინეტიკურ ენერგიას, ნაცვლად იმისა, რომ დააჩქაროს ოთახის ჰაერი უძრავი მდგომარეობიდან. იმავე ზომისა და ჰაერის სიჩქარის პირობებში, ეს სხვაობა შეადგენს ელექტროენერგიის გადასახადის დაახლოებით 60–70%-ს. რამდენიმე წელიწადში მან შეიძლება გადააჭარბოს მშენებლობის ფასთა სხვაობას.

გაგრილების სტრატეგია. ვენტილატორის მთელი ენერგია საბოლოოდ გარდაიქმნება სითბოდ ჰაერში და ის სადღაც უნდა წავიდეს. მექანიკური ჩილერები ობიექტის ელექტროენერგიის გადასახადს უმატებენ დაახლოებით 20–30%-ს, ხოლო არხში მოთავსებული რადიატორის თბომცვლელები ქმნიან წნევის ვარდნას, რამაც შეიძლება გაფლანგოს ვენტილატორის სიმძლავრის 30%-მდე მხოლოდ აეროდინამიკური წინაღობის დასაძლევად. პასიური ვენტილაცია, სადაც კლიმატი ამის საშუალებას იძლევა, უზრუნველყოფს გაგრილების ხარჯების 60%-მდე დაზოგვას — სრული არითმეტიკა მოცემულია სტატიაში

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

დადგმული სიმძლავრე არის სპეციფიკაცია. ენერგიის ღირებულება არის იმის ფუნქცია, თუ როგორ ამუშავებთ რეალურად ობიექტს — სწორედ ამიტომ რეალისტური გამოყენების პროფილი უნდა განიხილებოდეს დიზაინის პირველ საუბარში და არა ბოლოში.

8. ხუთი შეცდომა, რომელსაც მუდმივად ვხედავთ

ტიპის შერჩევა ბიუჯეტის მიხედვით. ბიუჯეტი წყვეტს ზომას და არა მიმართულებას. არასწორი ტიპის იაფ გვირაბს ნულოვანი ნარჩენი ღირებულება აქვს.
ვარაუდი, რომ ვერტიკალური ნიშნავს გართობას. ზოგიერთი ყველაზე მომთხოვნი ვერტიკალური გვირაბის სპეციფიკაცია, რომელსაც ჩვენ ვაშენებთ, განკუთვნილია სამხედრო და პოლიციის წვრთნებისთვის და არა ტურისტებისთვის.
სამოქალაქო სამუშაოების სათანადოდ ვერ შეფასება. კომერციულ ვერტიკალურ გვირაბზე, სტრუქტურა და ბეტონი ბიუჯეტის მესამედს შეადგენს. შენობის განხილვა, როგორც „აღჭურვილობის გარშემო არსებული გარსი“, ადრევე არღვევს ფინანსურ მოდელს.
იმ სიჩქარის ყიდვა, რომელიც არასოდეს იქნება გამოყენებული. მაქსიმალური სიჩქარე განაპირობებს ვენტილატორის სიმძლავრეს, ტრანსფორმატორის ზომას და ქსელთან მიერთების ღირებულებას. განსაზღვრეთ ის რეალური ფრენის ან ტესტირების პროფილის მიხედვით და არა კონკურენტის ბროშურიდან.
ინსტრუმენტაციის დატოვება ექსპლუატაციაში შეყვანამდე. სასწორები, ტრავერსები და ოპტიკური წვდომა უნდა არსებობდეს აეროდინამიკურ დიზაინში და არ უნდა დამაგრდეს შემდგომში.

9. არჩევანის გაკეთება დამაჯერებლად

არ არსებობს „საუკეთესო“ ქარის გვირაბის ტიპი — არსებობს ტიპი, რომელიც შეესაბამება თქვენს ნაკადში არსებულ ობიექტს, თქვენს ხელთ არსებულ ტერიტორიას და შემოსავალს, რომლის მიღებასაც აპირებთ. ჰორიზონტალური გვირაბები ყიდიან გაზომვას. ვერტიკალური გვირაბები ყიდიან ფრენას. დახრილი გვირაბები ყიდიან სრიალს, რომელიც ბოლო დრომდე მხოლოდ ღია ცის ქვეშ არსებობდა.

თუ უკვე იცით, რა უნდა მოთავსდეს ჰაერის ნაკადში, ტიპი ჩვეულებრივ წყდება ერთი საინჟინრო საუბრის ფარგლებში. თუ ჯერ კიდევ წონით ვარიანტებს, წინსვლის ყველაზე სწრაფი გზაა სპეციფიკაციის განხილვა: ხელმისაწვდომი ტერიტორია, მიზნობრივი სიჩქარე, სამუშაო ზონის ზომა და რა უნდა გაიზომოს.

ესაუბრეთ ჩვენს საინჟინრო გუნდს — ჩვენ ვაპროექტებთ, ვაწარმოებთ, ვამონტაჟებთ და ექსპლუატაციაში შეგვყავს სპეციალური ქარის გვირაბები სამივე არქიტექტურის მასშტაბით, ერთიანი პასუხისმგებლობით კონცეფციიდან გადაცემამდე.

წყაროები და შენიშვნები

ამძრავის სიმძლავრის კლასები (750 kW / 1 000 kW / 1 260 kW; კონკურენტი 14 ft რეცირკულატორები 1 600 kW-მდე), CAPEX-ის დიაპაზონი $4,5M–$12M+ და სტრუქტურული სამოქალაქო სამუშაოების 30–35%-იანი წილი წარმოადგენს TunnelTech-ის პროექტის მონაცემებს, რაც შეესაბამება ჩვენს გამოქვეყნებულ სტატიებს CAPEX-ისა და ენერგიის შესახებ.
ენერგიის მაჩვენებლები — 60–70%-იანი დაზოგვა დახურული კონტურისთვის, 20–30% ჩილერის დამატებითი ხარჯი, ვენტილატორის სიმძლავრის 30%-მდე დანაკარგი არხშიდა თბომცვლელებზე, 60%-მდე გაგრილების დაზოგვა პასიური ვენტილაციით — აღებულია იგივე შიდა მონაცემთა ბაზიდან.
ვინგსუიტის ჰორიზონტალური კომპონენტის სიჩქარე (დაახლოებით 90–130 km/h) და სამუშაო ზონის სიგრძე (დაახლოებით 10 მ) ასახავს ამ ტექნოლოგიისთვის გამოქვეყნებულ საცნობარო ობიექტს; განიხილეთ როგორც მიმდინარე დახრილი გვირაბის კონცეფციების ინდიკატორი და არა ფიქსირებული სპეციფიკაცია, და დაადასტურეთ კონკრეტულ პროექტთან ფასის შეთავაზებამდე. იხილეთ ჩვენი სტატია