Pasvirojo vėjo tunelio inžinerija: oro srauto projektavimas 30°–45° kampu

Trisdešimt metų skraidymas patalpose reiškė viena: vertikalų oro srautą, laikantį kūną prieš gravitaciją. Galėjai gražiai kristi, bet negalėjai niekur judėti.

Pasvirasis vėjo tunelis tai keičia. Pakreipus srautą, tas pats aerodinaminis principas, kuris prilaiko kūną laisvojo kritimo metu, taip pat atkuria sklendimą pirmyn – o tai ir yra „wingsuit“ skrydžio esmė. Tai jauniausia pramonės šaka, visame pasaulyje yra tik keletas tokių įrenginių, ir dauguma inžinerinių klausimų vis dar lieka atviri.

Šis straipsnis būtent apie šiuos klausimus.

---

1. Fizika: vienas vektorius, dvi užduotys

Vertikaliame tunelyje oro pasipriešinimas atsveria svorį, o skraidančiojo horizontalus greitis yra lygus nuliui. Pakreipus srautą tam tikru kampu, jis išskaidomas į du komponentus, atliekančius skirtingą darbą:

• vertikalioji dedamoji vis dar laiko skraidančiojo svorį, lygiai taip pat kaip anksčiau;
• horizontalioji dedamoji sukuria santykinį vėją skrydžiui pirmyn, todėl „wingsuit“ pilotas gali išlaikyti sklendimą, o ne tiesiog kristi.

Reikalingas posvyris nėra atsitiktinis – jis priklauso nuo „wingsuit“ kostiumo sklendimo savybių. Kostiumui, kurio sklendimo santykis yra maždaug nuo 2:1 iki 3:1, reikalingas srauto posvyris, atitinkantis šį santykį, kad skraidantysis galėtų išlaikyti stabilią, natūralią kūno padėtį. Tai reiškia, kad pasvirasis tunelis nėra tiesiog „vertikalus tunelis ant šlaito“: kampas yra projektinis parametras, susietas su disciplina, kuriai jis skirtas, o reguliuojamo kampo konstrukcijos egzistuoja būtent todėl, kad skirtingiems kostiumams ir įgūdžių lygiams reikia skirtingų sąlygų.

Palyginimui, pirmajame pasaulyje pasvirajame įrenginyje – „Inclined Labs“ priklausančiame „Indoor Wingsuit Stockholm“ Bromoje – veikia 16,5 ft pločio ir 33 ft ilgio skrydžio kamera, kurioje skraidantieji paprastai skraido 90–130 km/h greičiu, o greitis ir posvyris yra reguliuojami. Pirmasis „wingsuit“ skrydis patalpoje ten įvyko 2016 m. balandžio mėn. pilno mastelio prototipo kameroje, o klientams įrenginys atidarytas 2017 m. rugsėjį.

---

2. Kodėl tai sudėtingiau nei vertikalus tunelis

Darbinė zona turi būti ilga. Sklendimui reikia erdvės išilgai skrydžio trajektorijos, o ne tik virš skraidančiojo. Šis vienintelis reikalavimas nulemia pastato konstrukciją: kamera tampa ilgu pasvirusiu tūriu, o ne kompaktiška kolona, ir kiekviename jos metre turi būti užtikrinta srauto kokybė.

Sienelių ribiniai sluoksniai auga išilgai šio ilgio. Ilgame bandymo tūryje efektyvusis srauto plotas mažėja storėjant ribiniams sluoksniams, o laisvasis srautas greitėja, jei ortakis yra prizminis. Norint užtikrinti vienodą greitį nuo įėjimo iki išėjimo, paprastai tenka tikslingai formuoti sekciją išilgai darbinės zonos.

Srauto kreipiamosios mentės veikia kampais, kuriems jos niekada nebuvo apskaičiuotos. Vertikalių tunelių kontūrai statomi iš gerai ištirtų 90° kampų su kaskadinėmis srauto kreipiamosiomis mentėmis, kurių nuostolių koeficientai yra žinomi. Pakreipus kontūrą, kampai pasikeičia, srautas kaskadą pasiekia kitaip, todėl menčių stygą, atstumą ir išlinkį tenka skaičiuoti iš naujo, o ne tiesiog nukopijuoti. Padarius klaidą, sumokėsite dvigubai: dėl slėgio nuostolių, o tai reiškia nuolatines ventiliatoriaus energijos sąnaudas, ir dėl srauto netolygumo, kurį skraidantysis pajus tiesiogiai.

Saugos sistemos egzistuoja daugiau nei vienoje plokštumoje. Vertikaliame tunelyje saugos tinklas yra apačioje, o skraidančiojo nesėkmės atveju įvyksta kontroliuojamas nusileidimas. Pasvirojoje kameroje skraidantysis, praradęs keliamąją jėgą, juda ne tik žemyn, bet ir išilgai nuolydžio, todėl gaudymo sistemos, tinklai ir prieiga turi būti išspręsti abiejuose darbinės zonos galuose bei per visą jos ilgį.

Įėjimas ir išėjimas yra projektavimo problema, o ne tiesiog durys. Kaip įleisti pilotą su „wingsuit“ įranga į judantį pasvirusį srautą ir vėl jį išleisti, nestabdant tunelio dėl kiekvieno skraidančiojo, nulemia viso įrenginio komercinį pralaidumą.

---

3. Sprendimai, formuojantys projektą

• Fiksuotas arba reguliuojamas posvyris. Reguliuojama geometrija praplečia tikslinę rinką – skirtingi kostiumai, sąlygos pradedantiesiems ir ekspertams, ne „wingsuit“ disciplinos – tačiau prideda mechaninio sudėtingumo, sandarinimo iššūkių ir išlaidų.
• Kameros skerspjūvis. Nustato maksimalų sparnų mojį skrydžio metu, vienu metu skraidančiųjų skaičių ir tiesiogiai lemia ventiliatoriaus galią.
• Greičio diapazonas ir stabilumas. Kontroliuojamas diapazonas yra svarbesnis už maksimalų skaičių: treniruotės vyksta esant mažesniam greičiui, o greičio pokyčiai turi būti sklandūs.
• Kontūro architektūra. Uždaras kontūras energijos ir temperatūros valdymui, su visais aukščiau minėtais menčių klausimais; atviras kontūras yra paprastesnis, bet retai ekonomiškas esant tokioms darbo valandoms.
• Aušinimas. Ventiliatoriaus energija virsta šiluma ore. Strategijos yra tokios pačios kaip ir kitur – pasyvus vėdinimas ten, kur leidžia klimatas, aktyvus šilumokaitis ten, kur neleidžia – o kompromisai aptariami

Vėjo tunelių aušinimo sistemų atnaujinimas ekstremalaus klimato sąlygoms

.

• Matavimo įranga treniruotėms. Kamerų aprėptis, telemetrija ir vaizdo įrašų peržiūra čia nėra papildomi priedai: tokioje jaunoje disciplinoje instruktažo produktas sudaro didelę pajamų dalį.

---

4. Ką tai reiškia pastatui

Pasvirasis tunelis yra reikliausias vietai iš visų trijų architektūrų, nes jam reikia ir ilgio, ir aukščio – vertikalaus tunelio konstrukcinio gylio kartu su horizontalaus tunelio užimamu plotu. Iš to seka dvi pasekmės.

Pirma, vietos parinkimas eina prieš projektavimą . Lubų aukštis, tarpatramis, pamatų keliamoji galia ir turima elektros galia riboja įmanomą kameros dydį dar prieš pradedant bet kokius aerodinamikos darbus.

Antra, esami pramoniniai pastatai yra reali galimybė . Stokholmo įrenginys įkurtas Bromoje esančiame pastate, kuris iš pradžių buvo pastatytas karinės aviacijos tyrimams 1930–1940 m. – tai priminimas, kad didelės senos salės su dideliu aukščiu ir tvirtomis grindimis yra būtent tas fondas, kurį ši pramonė gali panaudoti pakartotinai. Modernizavimo (retrofit) kelias turi savo kompromisų, kuriuos aptariame

Senų vėjo tunelių modernizacija

.

---

5. Kur iš tikrųjų slypi išlaidos

Apskritai, išlaidų veiksniai yra tokie patys kaip ir didelio vertikalaus tunelio atveju – pavaros galia, oro kanalai, konstrukcija, saugos sistemos – su dviem papildymais, būdingais pasvirajam atvejui: ilgesnė darbinė zona (daugiau ortakių, daugiau konstrukcijų, didesnis plotas, kurį reikia išlaikyti vienodą) ir menčių bei geometrijos inžinerija, kurios negalima perimti iš esamos produktų linijos.

Ką tai reiškia komerciškai: pasvirieji tuneliai atlygina už individualią inžineriją ir baudžia už kataloginį mąstymą. Nėra standartinio modelio, kurį būtų galima padidinti ar sumažinti, nes standarto dar nėra. Tai yra rizika pirkėjui, kuris nori fiksuotos kainos nuo pat pirmos dienos, ir pranašumas tam, kuris nori įrenginio, išsiskiriančio iš visų kitų pramogų rinkoje.

Norėdami sužinoti, kokią vietą pasvirasis įrenginys užima lyginant su kitomis architektūromis, žr. mūsų

Horizontalūs, vertikalūs ir pasvirę vėjo tuneliai

.

---

6. Ko klausiame prieš pateikdami pasiūlymą

Koncepciją nulemia penki įvesties duomenys: turimi pastato gabaritai, tikslinis skraidančiųjų profilis (pradedantieji, sportiniai „wingsuit“ pilotai, profesionalų ar kariškių mokymai), ar posvyris turi būti reguliuojamas, vienu metu skraidančiųjų skaičius ir tikslinis pralaidumas per dieną. Visa kita – galia, kameros matmenys, menčių dizainas, aušinimo strategija – išplaukia iš šių duomenų.

Mes projektuojame, gaminame, montuojame ir atliekame paleidimą ir derinimą nestandartinėms vėjo tunelių sistemoms, įskaitant pasvirąsias konfigūracijas, prisiimdami visą atsakomybę nuo koncepcijos iki perdavimo. Atsiųskite mums savo pastato ir skraidančiųjų profilį , ir mes pateiksime koncepcinį išdėstymą bei galios sąmatą. Susiję skaitiniai: mūsų straipsniai apie

Ko iš tikrųjų reikia pastatui, norint jame įrengti pasvirąjį vėjo tunelį

ir

Uždaro „wingsuit“ komplekso ekonomika

.

---

Šaltiniai ir pastabos

• Etaloninio įrenginio duomenys — kamera 16,5 ft pločio × 33 ft ilgio, tipinis skrydžio greitis 90–130 km/h, reguliuojamas greitis ir posvyris, pirmasis „wingsuit“ skrydis patalpoje 2016 m. balandžio mėn., atidarymas klientams 2017 m. rugsėjį, Bromos pastatas iš pradžių pastatytas karinės aviacijos tyrimams ir plėtrai 1930–1940 m.: Indoor Wingsuit Flying Stockholm, Indoor Skydiving Source, Indoor Wingsuit Flying Just Became a Reality, Inclined Labs.
• „Wingsuit“ sklendimo santykis nuo maždaug 2:1 iki 3:1 yra dažniausiai nurodomas šiuolaikinių kostiumų našumo diapazonas ir labai priklauso nuo kostiumo, piloto bei technikos; vertinkite tai kaip orientacinį rodiklį, o ne kaip projektinę specifikaciją.
• Inžinerinė diskusija (darbinės zonos ilgis, ribinio sluoksnio augimas, menčių perprojektavimas esant nestandartiniams kampams, kelių plokštumų saugos sistemos) yra TunnelTech inžinerinė praktika.