Инжењеринг косог аеродинамичког тунела: Пројектовање струјања ваздуха под углом од 30°–45°
Како функционише коси аеродинамички тунел: разлагање струјања, дужина радне зоне, усмерне лопатице под нестандардним угловима, безбедносни системи и шта утиче на цену.
Тридесет година је летење у затвореном простору значило само једно: вертикални стуб ваздуха који одржава тело насупрот гравитацији. Могли сте да падате грациозно, али нисте могли нигде да одете.
Коси аеродинамички тунел то мења. Нагните струјање, и исти аеродинамички трик који одржава тело у слободном паду такође репродукује клизање унапред — што је и цела поента wingsuit летења. То је најмлађа грана индустрије, постоји само неколико оваквих објеката широм света, а већина инжењерских питања је и даље потпуно отворена.
Овај чланак се бави управо тим питањима.
1. Физика: један вектор, два задатка
У вертикалном тунелу, отпор ваздуха уравнотежује тежину, а хоризонтална брзина летача је нула. Нагните струјање под одређеним углом и оно се разлаже на две компоненте које обављају различит рад:
- вертикална компонента и даље носи тежину летача, баш као и раније;
- хоризонтална компонента обезбеђује релативни ветар за лет унапред, тако да пилот у wingsuit оделу може да одржава клизање уместо да само пада.
Потребан нагиб није произвољан — он произилази из перформанси клизања wingsuit одела. Одело које лети са односом клизања од отприлике 2:1 до 3:1 захтева нагиб струјања који је у складу са тим односом како би летач могао да заузме стабилан, природан положај тела. То значи да коси тунел није „вертикални тунел на падини”: угао је пројектни параметар везан за дисциплину којој служи, а дизајни са подесивим углом постоје управо зато што различита одела и нивои вештина захтевају различите услове.
Ради референце, први коси објекат на свету — Indoor Wingsuit Stockholm компаније Inclined Labs у Броми — користи летну комору ширине 16,5 ft и дужине 33 ft, при чему летачи обично лете при брзинама од 90–130 km/h, а и брзина и нагиб су подесиви. Први индор wingsuit лет тамо је обављен у априлу 2016. године у прототипу коморе у пуној величини, а објекат је отворен за купце у септембру 2017. године.
2. Зашто је ово теже од вертикалног тунела
Радна зона мора бити дугачка. За клизање је потребан простор дуж путање лета, а не само изнад летача. Тај један захтев диктира дизајн зграде: комора постаје дугачка коса запремина уместо компактног стуба, и сваки њен метар мора да задржи квалитет струјања.
Гранични слојеви на зидовима расту дуж те дужине. У дугачкој испитној запремини, ефективна површина струјања се смањује како се гранични слојеви подебљавају, а слободна струја се убрзава ако је канал призматичан. Постизање уједначене брзине од улаза до излаза обично значи намерно обликовање секције дуж радне зоне.
Усмерне лопатице раде под угловима за које никада нису биле табелиране. Кола вертикалних тунела се граде од добро познатих углова од 90° са каскадним усмерним лопатицама чији су коефицијенти губитака познати. Нагните коло и углови се мењају, струјање долази до каскаде другачије, а тетива лопатице, размак и закривљеност морају се поново прорачунати уместо да се само копирају. Ако погрешите, плаћате двоструко: кроз губитак притиска, што значи трајно већу потрошњу снаге вентилатора, и кроз неуједначеност струјања коју летач директно осећа.
Безбедносни системи постоје у више од једне равни. У вертикалном тунелу, безбедносна мрежа је испод, а у случају грешке летач изводи контролисано слетање. У косој комори, летач који изгуби узгон креће се дуж нагиба као и наниже — тако да системи за прихватање, мреже и приступ морају бити решени на оба краја радне зоне и дуж њене дужине.
Улаз и излаз су пројектни проблем, а не само врата. Увођење пилота у wingsuit опреми у покретно косо струјање, и његово извођење, без заустављања тунела за сваког летача, дефинише комерцијалну пропусну моћ целог објекта.
3. Одлуке које обликују пројекат
- Фиксни или подесиви нагиб. Подесива геометрија проширује циљно тржиште — различита одела, услови за почетнике и експерте, дисциплине које не укључују wingsuit — али додаје механичку сложеност, изазове заптивања и трошкове.
- Попречни пресек коморе. Одређује максимални распон крила у лету, број истовремених летача и директно диктира потребну снагу вентилатора.
- Опсег брзине и стабилност. Контролисани опсег је важнији од максималне вредности: коучинг се одвија при мањим брзинама, а промене брзине морају бити глатке.
- Архитектура кола. Затворено коло за контролу енергије и температуре, са свим горе наведеним питањима у вези са лопатицама; отворено коло је једноставније и ретко економично при оваквом броју радних сати.
- Хлађење. Енергија вентилатора прелази у топлоту у ваздуху. Стратегије су исте као и другде — пасивна вентилација где клима то дозвољава, активна размена топлоте где не дозвољава — а компромиси су приказани у
.
- Инструментација за коучинг. Покривеност камерама, телеметрија и видео прегледи овде нису додатна опрема: у овако младој дисциплини, производ обуке чини велики део прихода.
4. Како то утиче на зграду
Коси тунел је најзахтевнија од три архитектуре за позиционирање, јер захтева и дужину и висину — структуралну дубину вертикалног тунела у комбинацији са основом хоризонталног тунела. Из тога произилазе две последице.
Прво, избор локације претходи пројектовању . Висина плафона, распон, носивост темеља и доступна електрична енергија ограничавају изводљивост коморе пре него што уопште почне било какав аеродинамички рад.
Друго, постојеће индустријске зграде су реална опција . Објекат у Стокхолму смештен је у згради у Броми која је првобитно изграђена за војна ваздухопловна истраживања 1930-их и 1940-их година — што је подсетник да су велике старе хале са издашном висином и тешким подовима управо онај фонд који ова индустрија може поново да искористи. Пут ретрофита има своје компромисе, које покривамо у
[Article not found: modernizing-old-wind-tunnels-retrofit-vs-new-build].
5. Где се заправо крију трошкови
Уопштено говорећи, фа ктори трошкова су исти као и за велики вертикални тунел — погонска снага, ваздушни канали, структура, безбедносни системи — са два додатка специфична за коси случај: дужа радна зона (више канала, више структуре, већа површина коју треба одржавати уједначеном) и инжењеринг лопатица и геометрије који се не може преузети из постојеће линије производа.
Шта то значи у комерцијалном смислу: коси тунели награђују наменски инжењеринг и кажњавају каталошко размишљање. Не постоји стандардни модел који би се могао повећати или смањити, јер стандард још увек не постоји. То је ризик за купца који жели фиксну цену првог дана, а предност за онога ко жели објекат који се разликује од сваке друге атракције на тржишту.
За информације о томе где се коси објекат налази у поређењу са другим архитектурама, погледајте наш
[Article not found: horizontal-vertical-inclined-wind-tunnels-comparison].
6. Шта питамо пре давања понуде
Пет улазних параметара одлучује о концепту: расположиви габарити зграде, циљни профил летача (почетници, спортски wingsuit пилоти, професионална или војна обука), да ли нагиб мора бити подесив, број истовремених летача и циљна пропусна моћ по дану. Све остало — снага, димензије коморе, дизајн лопатица, стратегија хлађења — произилази из тога.
Ми пројектујемо, производимо, монтирамо и пуштамо у рад наменске системе аеродинамичких тунела, укључујући косе конфигурације, са одговорношћу са једне тачке од концепта до примопредаје. Пошаљите нам податке о вашој згради и профилу летача и ми ћемо вам се јавити са концептуалним распоредом и проценом потребне снаге. Повезано штиво: наши чланци о
[Article not found: inclined-wind-tunnel-building-requirements]и
[Article not found: indoor-wingsuit-facility-economics].
Извори и напомене
- Подаци о референтном објекту — летна комора ширине 16,5 ft × дужине 33 ft, типичне брзине лета 90–130 km/h, подесива брзина и нагиб, први индор wingsuit лет у априлу 2016, отварање за купце у септембру 2017, зграда у Броми првобитно изграђена за истраживање и развој војног ваздухопловства 1930-их и 1940-их: Indoor Wingsuit Flying Stockholm, Indoor Skydiving Source, Indoor Wingsuit Flying Just Became a Reality, Inclined Labs.
- Односи клизања wingsuit одела од отприлике 2:1 до 3:1 су најчешће навођени опсег перформанси за модерна одела и значајно варирају у зависности од одела, пилота и технике; третирајте их као индикативне, а не као пројектну спецификацију.
- Инжењерска дискусија (дужина радне зоне, раст граничног слоја, редизајн лопатица при нестандардним угловима, безбедносни системи у више равни) представља инжењерску праксу компаније TunnelTech.
- Ранији интерни нацрти наводили су хоризонталну компоненту од 100–160 km/h и дужине радне зоне од 8–15 m. Објављени референтни објекат ради при 90–130 km/h у комо ри од 10 m; користите проверене податке.