Design av skråstilt vindtunnel: Luftstrøm ved 30°–45°

I tretti år betydde innendørs flyging én ting: en vertikal luftsøyle som holdt en kropp oppe mot tyngdekraften. Du kunne falle vakkert, men du kunne ikke dra noe sted.

Den skråstilte vindtunnelen endrer dette. Vipp luftstrømmen, og det samme aerodynamiske trikset som støtter en kropp i fritt fall, gjenskaper også glidning fremover – som er hele poenget med en wingsuit. Det er den yngste grenen av bransjen, det finnes bare en håndfull anlegg på verdensbasis, og de fleste ingeniørspørsmålene er fremdeles genuint åpne.

Denne artikkelen handler om disse spørsmålene.

1. Fysikken: én vektor, to oppgaver

I en vertikal vindtunnel balanserer luftmotstanden vekten, og flygerens horisontale hastighet er null. Vipp luftstrømmen med en vinkel, og den dekomponeres i to komponenter som gjør ulikt arbeid:

den vertikale komponenten bærer fremdeles flygerens vekt, akkurat som før;
den horisontale komponenten gir den relative vinden for flyging fremover, slik at en wingsuit-pilot kan opprettholde glidningen i stedet for bare å falle.

Vinkelen som kreves er ikke tilfeldig – den følger av glideytelsen til wingsuiten. En drakt som flyr med et glidetall på omtrent 2:1 til 3:1 trenger en strømningsvinkel som samsvarer med dette forholdet for at flygeren skal kunne ligge i en stabil, naturlig kroppsposisjon. Dette betyr at en skråstilt tunnel ikke er «en vertikal tunnel i en bakke»: vinkelen er en designparameter knyttet til disiplinen den betjener, og design med justerbar vinkel eksisterer nettopp fordi ulike drakter og ferdighetsnivåer krever ulike forhold.

Som referanse driver verdens første skråstilte anlegg – Inclined Labs' Indoor Wingsuit Stockholm på Bromma – et flykammer som er 16,5 ft bredt og 33 ft langt, der flygerne typisk opererer i 90–130 km/h, og med både justerbar hastighet og vinkel. Den første innendørs wingsuit-flygingen der fant sted i april 2016 i et fullskala prototypekammer, og anlegget åpnet for kunder i september 2017.

2. Hvorfor det er vanskeligere enn en vertikal tunnel

Arbeidssonen må være lang. En glidning krever plass langs flygebanen, ikke bare over flygeren. Dette ene kravet er styrende for bygningen: kammeret blir et langt, skråstilt volum i stedet for en kompakt søyle, og hver eneste meter av det må opprettholde strømningskvaliteten.

Grenselag langs veggene vokser over denne lengden. I et langt testvolum krymper det effektive strømningsarealet etter hvert som grenselagene blir tykkere, og fristrømmen akselererer hvis kanalen er prismatisk. Å oppnå en jevn hastighet fra innløp til utløp innebærer vanligvis at man bevisst må forme seksjonen langs arbeidssonen.

Ledeskovler fungerer ved vinkler de aldri ble tabulert for. Vertikale tunnelkretser er bygget av velkjente 90°-hjørner med kaskade-ledeskovler der tapskoeffisientene er kjent. Skråstill kretsen, og hjørnevinklene endres, luftstrømmen treffer kaskaden annerledes, og skovlenes kordelengde, avstand og krumning må beregnes på nytt i stedet for å kopieres. Gjør du det feil, betaler du dobbelt: i trykktap, og dermed vifteeffekt for alltid, og i manglende strømningsuniformitet som flygeren merker direkte.

Sikkerhetssystemer eksisterer i mer enn ett plan. I en vertikal tunnel er sikkerhetsnettet under, og flygerens feilmodus er en kontrollert landing. I et skråstilt flykammer vil en flyger som mister løftet bevege seg langs skråningen i tillegg til nedover – så fangstsystemer, nett og tilgang må løses i begge ender av arbeidssonen og langs hele dens lengde.

Inngang og utgang er et designproblem, ikke en dør. Å få en pilot i wingsuit-utstyr inn i en bevegelig, skråstilt luftstrøm, og ut igjen, uten å stoppe tunnelen for hver flyger, definerer den kommersielle gjennomstrømningen for hele anlegget.

3. Beslutningene som former prosjektet

Fast eller justerbar vinkel. Justerbar geometri utvider det adresserbare markedet – ulike drakter, forhold for nybegynnere og eksperter, disipliner uten wingsuit – og tilfører mekanisk kompleksitet, tetningsutfordringer og kostnader.
Kammerets tverrsnitt. Bestemmer maksimalt vingespenn under flyging, antall samtidige flygere, og er direkte styrende for vifteeffekten.
Hastighetsområde og stabilitet. Det kontrollerte området betyr mer enn topphastigheten: coaching skjer i den nedre delen av skalaen, og trinnvise endringer må være jevne.
Kretsarkitektur. Lukket krets for energi- og temperaturkontroll, med alle spørsmålene om ledeskovler nevnt ovenfor; åpen krets er enklere og sjelden økonomisk ved disse driftstimene.
Kjøling. Vifteenergi blir til varme i luften. Strategiene er de samme som andre steder – passiv ventilasjon der klimaet tillater det, aktiv varmeveksling der det ikke gjør det – og avveiningene finnes i

[Article not found: upgrading-wind-tunnel-cooling-systems-extreme-climates]

Instrumentering for coaching. Kameradekning, telemetri og videogjennomgang er ikke ekstrautstyr her: i en så ung disiplin er instruksjonsproduktet en stor del av inntektene.

4. Hva det gjør med bygningen

En skråstilt tunnel er den mest krevende av de tre arkitekturene å plassere, fordi den trenger både lengde og høyde – en vertikal tunnels strukturelle dybde kombinert med en horisontal tunnels fotavtrykk. Dette får to konsekvenser.

For det første, valg av tomt kommer før design . Takhøyde, spennvidde, fundamentkapasitet og tilgjengelig elektrisk kraft begrenser det oppnåelige flykammeret før noe aerodynamisk arbeid i det hele tatt starter.

For det andre, eksisterende industribygg er et reelt alternativ . Anlegget i Stockholm holder til i en bygning på Bromma som opprinnelig ble bygget for militær luftfartsforskning på 1930- og 1940-tallet – en påminnelse om at store, gamle haller med god takhøyde og solide gulv er nøyaktig den bygningsmassen denne bransjen kan gjenbruke. Retrofit-løsningen har sine egne avveininger, som vi dekker i

[Article not found: modernizing-old-wind-tunnels-retrofit-vs-new-build]

5. Hvor kostnadene faktisk ligger

I store trekk er kostnadsdriverne de samme som for en stor vertikal vindtunnel – drivkraft, kanalsystemer, struktur, sikkerhetssystemer – med to tillegg som er spesifikke for det skråstilte tilfellet: den lengre arbeidssonen (mer kanal, mer struktur, mer areal å holde uniformt) og prosjekteringen av ledeskovler og geometri som ikke kan arves fra en eksisterende produktlinje.

Hva dette betyr kommersielt: skråstilte tunneler belønner skreddersydd prosjektering og straffer katalogtenkning. Det finnes ingen standardmodell å skalere opp eller ned, fordi det ennå ikke finnes noen standard. Det er en risiko for en kjøper som ønsker en fast pris på dag én, og en fordel for en som ønsker et anlegg som skiller seg ut fra alle andre attraksjoner på markedet.

For å se hvordan et skråstilt anlegg plasserer seg i forhold til de andre arkitekturene, se vår

[Article not found: horizontal-vertical-inclined-wind-tunnels-comparison]

6. Hva vi spør om før vi gir et tilbud

Fem faktorer avgjør konseptet: den tilgjengelige bygningskroppen, målgruppen av flygere (nybegynnere, sportslige wingsuit-piloter, profesjonell eller militær trening), om vinkelen må være justerbar, antall samtidige flygere, og målsatt gjennomstrømning per dag. Alt annet – effekt, kammerdimensjoner, design av ledeskovler, kjølestrategi – følger av disse.

Vi designer, produserer, installerer og utfører idriftsettelse av skreddersydde vindtunnelsystemer, inkludert skråstilte konfigurasjoner, med et helhetlig ansvar fra konsept til overlevering. Send oss din bygning og din flygerprofil , så kommer vi tilbake med en konseptskisse og et estimat på effektforbruk. Relatert lesning: våre artikler om

[Article not found: inclined-wind-tunnel-building-requirements]

[Article not found: indoor-wingsuit-facility-economics]

Kilder og merknader

Data for referanseanlegg — flykammer 16,5 ft bredt × 33 ft langt, typiske flygehastigheter 90–130 km/h, justerbar hastighet og vinkel, første innendørs wingsuit-flyging april 2016, åpning for kunder september 2017, Bromma-bygningen opprinnelig konstruert for militær luftfartsforskning og -utvikling på 1930- og 1940-tallet: Indoor Wingsuit Flying Stockholm, Indoor Skydiving Source, Indoor Wingsuit Flying Just Became a Reality, Inclined Labs.
Wingsuit-glidetall på omtrent 2:1 til 3:1 er det vanligste ytelsesområdet som oppgis for moderne drakter, og varierer mye avhengig av drakt, pilot og teknikk; betrakt dette som veiledende, ikke som en designspesifikasjon.
Ingeniørdiskusjonen (arbeidssonens lengde, vekst av grenselag, redesign av ledeskovler ved ikke-standardiserte hjørnevinkler, sikkerhetssystemer i flere plan) er TunnelTechs ingeniørpraksis.
Tidligere interne utkast oppga en horisontal komponent på 100–160 km/h og arbeidssonelengder på 8–15 m. Det publiserte referanseanlegget opererer i 90–130 km/h i et 10 m flykammer; bruk de verifiserte tallene.

Prosjektering av en skråstilt vindtunnel: Design av luftstrøm ved 30°–45°