Engenharia de um Túnel de Vento Inclinado: Conceção do Escoamento a 30°–45°

Durante trinta anos, o voo indoor significou apenas uma coisa: uma coluna vertical de ar a sustentar um corpo contra a gravidade. Era possível cair com elegância, mas não se podia ir a lado nenhum.

O túnel de vento inclinado muda isso. Ao inclinar o escoamento, o mesmo truque aerodinâmico que sustenta um corpo em queda livre também reproduz o planeio para a frente — que é o objetivo principal de um wingsuit. É o ramo mais recente da indústria, existem apenas algumas instalações em todo o mundo e a maioria das questões de engenharia continua genuinamente em aberto.

Este artigo aborda essas mesmas questões.

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1. A física: um vetor, duas funções

Num túnel vertical, o arrasto equilibra o peso e a velocidade horizontal do voador é zero. Ao inclinar o escoamento num determinado ângulo, este decompõe-se em duas componentes que realizam trabalhos distintos:

• a componente vertical continua a suportar o peso do voador, exatamente como antes;
• a componente horizontal fornece o vento relativo do voo para a frente, permitindo que um piloto de wingsuit mantenha o planeio em vez de simplesmente cair.

A inclinação necessária não é arbitrária — resulta do desempenho de planeio do wingsuit. Um fato a voar com uma razão de planeio de aproximadamente 2:1 a 3:1 necessita de uma inclinação do escoamento consistente com essa razão para que o voador se mantenha numa posição corporal estável e natural. O que significa que um túnel inclinado não é "um túnel vertical numa rampa": o ângulo é um parâmetro de conceção ligado à disciplina a que se destina, e os designs de ângulo ajustável existem precisamente porque diferentes fatos e níveis de destreza exigem condições diferentes.

Para referência, a primeira instalação inclinada do mundo — o Indoor Wingsuit Stockholm da Inclined Labs, em Bromma — opera uma câmara de voo com 16,5 ft de largura e 33 ft de comprimento, com os voadores a operarem tipicamente a 90–130 km/h, e com velocidade e inclinação ajustáveis. O primeiro voo indoor de wingsuit ocorreu lá em abril de 2016, numa câmara protótipo à escala real, e a instalação abriu ao público em setembro de 2017.

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2. Por que razão é mais difícil do que um túnel vertical

A zona de trabalho tem de ser longa. Um planeio necessita de espaço ao longo da trajetória de voo, e não apenas acima do voador. Este único requisito dita o edifício: a câmara torna-se um longo volume inclinado em vez de uma coluna compacta, e cada metro da mesma tem de manter a qualidade do escoamento.

As camadas limite das paredes crescem ao longo desse comprimento. Num volume de ensaio longo, a área efetiva de escoamento encolhe à medida que a camada limite se torna mais espessa, e a corrente livre acelera se a conduta for prismática. Obter uma velocidade uniforme da entrada à saída significa, geralmente, moldar deliberadamente a secção ao longo da zona de trabalho.

As aletas guia funcionam em ângulos para os quais nunca foram tabuladas. Os circuitos de túneis verticais são construídos a partir de curvas de 90° bem compreendidas, com aletas guia em cascata cujos coeficientes de perda são conhecidos. Ao inclinar o circuito, os ângulos das curvas mudam, o escoamento chega à cascata de forma diferente, e a corda, o espaçamento e a curvatura das aletas têm de ser recalculados em vez de copiados. Um erro aqui paga-se a dobrar: em perda de pressão, o que significa potência do ventilador para sempre, e na não uniformidade do escoamento que o voador sente diretamente.

Os sistemas de segurança existem em mais do que um plano. Num túnel vertical, a rede de segurança está por baixo e o modo de falha do voador é uma aterragem controlada. Numa câmara inclinada, um voador que perde sustentação move-se ao longo da inclinação, bem como para baixo — por isso, os sistemas de retenção, as redes e os acessos têm de ser resolvidos em ambas as extremidades da zona de trabalho e ao longo do seu comprimento.

A entrada e a saída são um problema de conceção, não uma porta. Colocar um piloto com equipamento de wingsuit num escoamento inclinado em movimento, e retirá-lo novamente, sem parar o túnel para cada voador, define o rendimento comercial de toda a instalação.

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3. As decisões que moldam o projeto

• Inclinação fixa ou ajustável. A geometria ajustável alarga o mercado endereçável — diferentes fatos, condições para principiantes e especialistas, disciplinas que não o wingsuit — e acrescenta complexidade mecânica, desafios de vedação e custos.
• Secção transversal da câmara. Define a envergadura máxima em voo, o número de voadores em simultâneo e afeta diretamente a potência do ventilador.
• Gama de velocidades e estabilidade. A gama controlada é mais importante do que o valor máximo: o coaching acontece na extremidade inferior, e as mudanças de etapa devem ser suaves.
• Arquitetura do circuito. Circuito fechado para controlo de energia e temperatura, com todas as questões sobre aletas mencionadas acima; o circuito aberto é mais simples e raramente económico para estas horas de funcionamento.
• Arrefecimento. A energia do ventilador transforma-se em calor no ar. As estratégias são as mesmas de outros locais — ventilação passiva onde o clima o permite, permutador de calor ativo onde não o permite — e os compromissos encontram-se em

Atualização de Sistemas de Arrefecimento de Túneis de Vento para Climas Extremos

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• Instrumentação para coaching. A cobertura de câmaras, a telemetria e a revisão de vídeo não são extras aqui: numa disciplina tão recente, o produto de instrução representa uma grande parte das receitas.

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4. O impacto no edifício

Um túnel inclinado é a mais exigente das três arquiteturas em termos de localização, pois necessita tanto de comprimento como de altura — a profundidade estrutural de um túnel vertical combinada com a área de implantação de um túnel horizontal. Daqui resultam duas consequências.

Primeiro, a seleção do local precede a conceção . A altura do teto, o vão, a capacidade das fundações e a potência elétrica disponível limitam a câmara exequível antes do início de qualquer trabalho aerodinâmico.

Segundo, os edifícios industriais existentes são uma opção real . A instalação de Estocolmo está alojada numa estrutura em Bromma originalmente construída para investigação em aviação militar nas décadas de 1930-1940 — um lembrete de que grandes pavilhões antigos com altura generosa e pavimentos pesados são exatamente o tipo de edifícios que esta indústria pode reutilizar. A via do retrofit tem os seus próprios compromissos, que abordamos em

Modernização de Túneis de Vento Antigos

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5. Onde reside realmente o custo

Em termos gerais, os fatores de custo são os mesmos de um grande túnel vertical — potência de acionamento, condutas, estrutura, sistemas de segurança — com duas adições específicas ao caso inclinado: a zona de trabalho mais longa (mais condutas, mais estrutura, mais área para manter uniforme) e a engenharia de aletas e geometria que não pode ser herdada de uma linha de produtos existente.

O que isso significa comercialmente: os túneis inclinados recompensam a engenharia personalizada e punem o pensamento de catálogo. Não existe um modelo padrão para aumentar ou reduzir a escala, porque ainda não existe um padrão. Isso é um risco para um comprador que pretende um preço fixo no primeiro dia, e uma vantagem para quem deseja uma instalação diferenciada de todas as outras atrações do mercado.

Para saber onde se posiciona uma instalação inclinada em relação às outras arquiteturas, consulte o nosso

Túneis de Vento Horizontais, Verticais e Inclinados

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6. O que perguntamos antes de orçamentar

Cinco dados decidem o conceito: a envolvente do edifício disponível, o perfil do voador alvo (principiantes, pilotos desportivos de wingsuit, treino profissional ou militar), se a inclinação tem de ser ajustável, o número de voadores em simultâneo e o rendimento diário pretendido. Tudo o resto — potência, dimensões da câmara, conceção das aletas, estratégia de arrefecimento — decorre destes fatores.

Concebemos, fabricamos, instalamos e realizamos o comissionamento de sistemas de túneis de vento personalizados, incluindo configurações inclinadas, com responsabilidade centralizada desde o conceito até à entrega. Envie-nos o seu edifício e o perfil do seu voador e responderemos com um layout conceptual e uma estimativa de potência. Leitura relacionada: os nossos artigos sobre

O que um edifício realmente precisa para alojar um túnel de vento inclinado

e

A Economia de uma Instalação de Wingsuit Indoor

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Fontes e notas

• Dados da instalação de referência — câmara com 16,5 ft de largura × 33 ft de comprimento, velocidades de voo típicas de 90–130 km/h, velocidade e inclinação ajustáveis, primeiro voo indoor de wingsuit em abril de 2016, abertura ao público em setembro de 2017, edifício em Bromma originalmente construído para I&D de aviação militar nas décadas de 1930-1940: Indoor Wingsuit Flying Stockholm, Indoor Skydiving Source, Indoor Wingsuit Flying Just Became a Reality, Inclined Labs.
• As razões de planeio de wingsuit de aproximadamente 2:1 a 3:1 são a faixa de desempenho habitualmente citada para os fatos modernos e variam amplamente consoante o fato, o piloto e a técnica; devem ser tratadas como indicativas e não como uma especificação de conceção.
• A discussão de engenharia (comprimento da zona de trabalho, crescimento da camada limite, reformulação das aletas guia em ângulos de curva não padronizados, sistemas de segurança em múltiplos planos) reflete a prática de engenharia da TunnelTech.