Slīpā vēja tuneļa inženierija: gaisa plūsmas projektēšana 30°–45° leņķī

Trīsdesmit gadus lidošana telpās nozīmēja vienu: vertikālu gaisa stabu, kas notur ķermeni pret gravitāciju. Jūs varējāt skaisti krist, bet nevarējāt nekur pārvietoties.

Slīpais vēja tunelis to maina. Sasverot plūsmu, tas pats aerodinamiskais princips, kas notur ķermeni brīvajā kritienā, rada arī planēšanu uz priekšu — kas ir lidošanas ar spārnoto tērpu (wingsuit) galvenā būtība. Tā ir nozares jaunākā nozare, visā pasaulē ir tikai dažas šādas iekārtas, un lielākā daļa inženiertehnisko jautājumu joprojām ir patiesi atvērti.

Šis raksts ir par šiem jautājumiem.

---

1. Fizika: viens vektors, divi uzdevumi

Vertikālā vēja tunelī pretestība līdzsvaro svaru, un lidotāja horizontālais ātrums ir nulle. Sasverot plūsmu noteiktā leņķī, tā sadalās divās komponentēs, kas veic atšķirīgu darbu:

• vertikālā komponente joprojām nes lidotāja svaru, tieši tāpat kā iepriekš;
• horizontālā komponente nodrošina relatīvo vēju lidojumam uz priekšu, tādējādi wingsuit pilots var saglabāt planēšanu, nevis vienkārši krist.

Nepieciešamais slīpums nav patvaļīgs — tas izriet no wingsuit planēšanas veiktspējas. Tērpam, kura planēšanas attiecība ir aptuveni no 2:1 līdz 3:1, nepieciešams plūsmas slīpums, kas atbilst šai attiecībai, lai lidotājs atrastos stabilā, dabiskā ķermeņa pozīcijā. Tas nozīmē, ka slīpais tunelis nav "vertikāls vēja tunelis uz slīpuma": leņķis ir projektēšanas parametrs, kas piesaistīts disciplīnai, kurai tas kalpo, un konstrukcijas ar regulējamu leņķi pastāv tieši tāpēc, ka dažādiem tērpiem un prasmju līmeņiem ir nepieciešami atšķirīgi apstākļi.

Uzziņai, pasaulē pirmā slīpā iekārta — Inclined Labs izveidotā Indoor Wingsuit Stockholm Brommā — izmanto lidojuma kameru, kas ir 16,5 ft plata un 33 ft gara, kur lidotāji parasti darbojas ar ātrumu 90–130 km/h, un gan ātrums, gan slīpums ir regulējami. Pirmais indoor wingsuit lidojums tur notika 2016. gada aprīlī pilna mēroga prototipa kamerā, un iekārta tika atvērta klientiem 2017. gada septembrī.

---

2. Kāpēc tas ir sarežģītāk nekā vertikāls vēja tunelis

Darba zonai jābūt garai. Planēšanai ir nepieciešama telpa gar lidojuma trajektoriju, nevis tikai virs lidotāja. Šī vienīgā prasība nosaka ēkas parametrus: lidojuma kamera kļūst par garu, slīpu tilpumu, nevis kompaktu kolonnu, un katram tās metram ir jāsaglabā plūsmas kvalitāte.

Sienu robežslāņi pieaug visā šajā garumā. Garā testa tilpumā efektīvais plūsmas laukums samazinās, robežslāņiem kļūstot biezākiem, un brīvā plūsma paātrinās, ja kanāls ir prizmatisks. Vienmērīga ātruma iegūšana no ieplūdes līdz izplūdei parasti nozīmē mērķtiecīgu sekcijas formas veidošanu gar darba zonu.

Stūru vadlāpstiņas darbojas leņķos, kādiem tās nekad nav tikušas aprēķinātas. Vertikālo tuneļu kontūri ir būvēti no labi izpētītiem 90° stūriem ar kaskādes vadlāpstiņām, kuru zudumu koeficienti ir zināmi. Sasverot kontūru, stūru leņķi mainās, plūsma kaskādē nonāk citādi, un vadlāpstiņu horda, atstatums un izliekums ir jāaprēķina no jauna, nevis vienkārši jāiekopē. Kļūdoties, jūs maksājat divreiz: ar spiediena zudumiem, tātad ar ventilatora jaudu uz visiem laikiem, un ar plūsmas nevienmērīgumu, ko lidotājs izjūt tieši.

Drošības sistēmas pastāv vairāk nekā vienā plaknē. Vertikālā tunelī drošības tīkls atrodas apakšā, un lidotāja kļūmes gadījumā notiek kontrolēta nosēšanās. Slīpā lidojuma kamerā lidotājs, kurš zaudē cēlējspēku, pārvietojas gan pa slīpumu, gan uz leju — tāpēc uztveršanas sistēmas, tīkli un piekļuve ir jārisina abos darba zonas galos un visā tās garumā.

Ieeja un izeja ir projektēšanas problēma, nevis vienkārši durvis. Pilota wingsuit ekipējumā ievadīšana kustīgā, slīpā plūsmā un izvadīšana no tās, neapturot tuneli katram lidotājam, nosaka visas iekārtas komerciālo caurlaidspēju.

---

3. Lēmumi, kas veido projektu

• Fiksēts vai regulējams slīpums. Regulējama ģeometrija paplašina mērķauditoriju — dažādi tērpi, apstākļi iesācējiem un ekspertiem, disciplīnas bez wingsuit — un palielina mehānisko sarežģītību, blīvēšanas izaicinājumus un izmaksas.
• Kameras šķērsgriezums. Nosaka maksimālo spārnu atpletumu lidojumā, vienlaicīgo lidotāju skaitu un tieši ietekmē ventilatora jaudu.
• Ātruma diapazons un stabilitāte. Kontrolētais diapazons ir svarīgāks par maksimālo rādītāju: apmācība notiek zemākajā diapazonā, un pakāpeniskām izmaiņām jābūt plūstošām.
• Kontūra arhitektūra. Slēgts kontūrs enerģijas un temperatūras kontrolei, iekļaujot visus iepriekš minētos jautājumus par vadlāpstiņām; atvērts kontūrs ir vienkāršāks un reti kad ekonomiski izdevīgs pie šādām darba stundām.
• Dzesēšana. Ventilatora enerģija pārvēršas siltumā gaisā. Stratēģijas ir tādas pašas kā citur — pasīvā ventilācija, kur to atļauj klimats, aktīvā siltumapmaiņa, kur tas nav iespējams — un kompromisi ir aprakstīti

Vēja tuneļu dzesēšanas sistēmu modernizācija ekstremāliem klimata apstākļiem

.

• Instrumentācija apmācībai. Kameru pārklājums, telemetrija un video pārskatīšana šeit nav ekstras: tik jaunā disciplīnā apmācības produkts veido lielu daļu no ieņēmumiem.

---

4. Kā tas ietekmē ēku

Slīpais tunelis ir visprasīgākais no trim arhitektūrām attiecībā uz novietojumu, jo tam nepieciešams gan garums, gan augstums — vertikālā vēja tuneļa strukturālais dziļums apvienojumā ar horizontālā tuneļa aizņemto platību. No tā izriet divas sekas.

Pirmkārt, vietas izvēle notiek pirms projektēšanas . Griestu augstums, laidums, pamatu nestspēja un pieejamā elektroenerģijas jauda ierobežo sasniedzamos lidojuma kameras parametrus vēl pirms jebkādu aerodinamisko darbu sākšanas.

Otrkārt, esošās industriālās ēkas ir reāla iespēja . Stokholmas iekārta atrodas Brommas ēkā, kas sākotnēji tika celta militārās aviācijas pētījumiem 1930.–1940. gados — tas ir atgādinājums, ka lielas, vecas zāles ar ievērojamu augstumu un izturīgām grīdām ir tieši tas fonds, ko šī nozare var izmantot atkārtoti. Pārbūves (retrofit) ceļam ir savi kompromisi, kurus mēs apskatām

Veco vēja tuneļu modernizācija

.

---

5. Kur patiesībā slēpjas izmaksas

Kopumā izmaksu virzītājspēki ir tādi paši kā lielam vertikālam vēja tunelim — piedziņas jauda, gaisa kanāli, konstrukcija, drošības sistēmas — ar diviem papildinājumiem, kas raksturīgi tieši slīpajam variantam: garāka darba zona (vairāk kanālu, vairāk konstrukciju, lielāks laukums, kas jāuztur vienmērīgs) un vadlāpstiņu un ģeometrijas inženierija, ko nevar pārņemt no esošās produktu līnijas.

Ko tas nozīmē komerciāli: slīpie tuneļi atalgo pielāgotu inženieriju un soda par kataloga domāšanu. Nav standarta modeļa, ko varētu palielināt vai samazināt, jo standarta vēl nav. Tas ir risks pircējam, kurš vēlas fiksētu cenu jau pirmajā dienā, un priekšrocība tam, kurš vēlas iekārtu, kas atšķiras no jebkuras citas atrakcijas tirgū.

Lai uzzinātu, kā slīpā iekārta pozicionējas attiecībā pret citām arhitektūrām, skatiet mūsu

Horizontālie, vertikālie un slīpie vēja tuneļi

.

---

6. Ko mēs jautājam pirms piedāvājuma sagatavošanas

Koncepciju nosaka pieci ievaddati: pieejamais ēkas apjoms, mērķa lidotāja profils (iesācēji, sporta wingsuit piloti, profesionālā vai militārā apmācība), vai slīpumam jābūt regulējamam, vienlaicīgo lidotāju skaits un mērķa caurlaidspēja dienā. Viss pārējais — jauda, lidojuma kameras izmēri, vadlāpstiņu dizains, dzesēšanas stratēģija — izriet no tiem.

Mēs projektējam, ražojam, uzstādām un nododam ekspluatācijā pielāgotas vēja tuneļu sistēmas, tostarp slīpās konfigurācijas, uzņemoties vienotu atbildību no koncepcijas līdz nodošanai. Atsūtiet mums savas ēkas datus un lidotāju profilu , un mēs atbildēsim ar koncepcijas izkārtojumu un jaudas novērtējumu. Saistītā lasāmviela: mūsu raksti par

Kas ēkai patiesībā nepieciešams, lai tajā uzstādītu slīpo vēja tuneli

un

Iekštelpu wingsuit iekārtas ekonomika

.

---

Avoti un piezīmes

• Atsauces iekārtas dati — lidojuma kamera 16,5 ft plata × 33 ft gara, tipiskie lidojuma ātrumi 90–130 km/h, regulējams ātrums un slīpums, pirmais indoor wingsuit lidojums 2016. gada aprīlī, atvēršana klientiem 2017. gada septembrī, Brommas ēka sākotnēji celta militārās aviācijas pētniecībai un attīstībai 1930.–1940. gados: Indoor Wingsuit Flying Stockholm, Indoor Skydiving Source, Indoor Wingsuit Flying Just Became a Reality, Inclined Labs.
• Wingsuit planēšanas attiecība aptuveni no 2:1 līdz 3:1 ir bieži minētais veiktspējas diapazons mūsdienu tērpiem, un tas ievērojami atšķiras atkarībā no tērpa, pilota un tehnikas; uztveriet to kā indikatīvu, nevis kā projektēšanas specifikāciju.
• Inženiertehniskā diskusija (darba zonas garums, robežslāņa pieaugums, vadlāpstiņu pārveidošana nestandarta stūru leņķos, vairāku plakņu drošības sistēmas) ir TunnelTech inženiertehniskā prakse.