Muundo wa Handaki la Upepo Lililoinama: Mtiririko wa Hewa kwa 30°-45°

Kwa miaka thelathini, urukaji wa ndani ulimaanisha jambo moja: nguzo ya wima ya hewa inayoshikilia mwili dhidi ya nguvu ya uvutano. Ungeweza kuanguka kwa uzuri, lakini usingeweza kwenda popote.

Handaki la upepo lililoinama linabadilisha hilo. Inamisha mtiririko, na mbinu ileile ya aerodinamiki inayo tegemeza mwili katika mwanguko huru pia inazalisha mtelezo wa kwenda mbele — ambalo ndilo lengo zima la wingsuit. Hili ni tawi changa zaidi katika tasnia, kuna vituo vichache tu ulimwenguni kote, na maswali mengi ya kiuhandsi bado yapo wazi kabisa.

Makala haya yanahusu maswali hayo.

1. Fizikia: vekta moja, kazi mbili

Katika handaki la upepo la wima, nguvu ya uvutano (drag) husawazisha uzito na kasi ya mlalo ya mrukaji inakuwa sifuri. Inamisha mtiririko kwa pembe fulani na inagawanyika katika vijenzi viwili vinavyofanya kazi tofauti:

kijenzi cha wima bado kinabeba uzito wa mrukaji, sawa kabisa na hapo awali;
kijenzi cha mlalo kinatoa upepo wa kiasi wa urukaji wa kwenda mbele, hivyo rubani wa wingsuit anaweza kudumisha mtelezo badala ya kuanguka tu.

Mwinamo unaohitajika sio wa kubahatisha — unatokana na utendaji wa mtelezo wa wingsuit. Suti inyoruka kwa uwiano wa mtelezo wa takriban 2:1 hadi 3:1 inahitaji mwinamo wa mtiririko unaoendana na uwiano huo ili mrukaji aweze kukaa katika mkao thabiti na wa asili wa mwili. Hii inamaanisha handaki lililoinama sio "handaki la wima kwenye mteremko": pembe ni kigezo cha muundo kinachofungamana na nidhamu inayohudumia, na miundo ya pembe inayoweza kurekebishwa ipo haswa kwa sababu suti tofauti na viwango vya ujuzi vinahitaji hali tofauti.

Kwa rejea, kituo cha kwanza ulimwenguni kilichoinama — Indoor Wingsuit Stockholm cha Inclined Labs huko Bromma — kinaendesha chumba cha kuruka (flight chamber) chenye upana wa 16.5 ft na urefu wa 33 ft, huku warukaji kwa kawaida wakifanya kazi kwa 90–130 km/h, na kasi pamoja na mwinamo vinaweza kurekebishwa. Urukaji wa kwanza wa wingsuit wa ndani hapo ulifanyika Aprili 2016 katika chumba cha mfano cha ukubwa kamili, na kituo kilifunguliwa kwa wateja mnamo Septemba 2017.

2. Kwa nini ni ngumu zaidi kuliko handaki la wima

Eneo la kufanyia kazi lazima liwe refu. Mtelezo unahitaji nafasi kando ya njia ya urukaji, sio tu juu ya mrukaji. Sharti hilo moja linaongoza ujenzi: chumba kinakuwa kiasi kirefu kilichoinama badala ya nguzo iliyoshikamana, na kila mita yake lazima idumishe ubora wa mtiririko.

Tabaka la mpaka (boundary layer) la ukuta hukua kando ya urefu huo. Katika kiasi kirefu cha majaribio, eneo la mtiririko linalofanya kazi hupungua kadiri tabaka la mpaka linavyozidi kuwa nene, na mkondo huru huongeza kasi ikiwa duct ina umbo la prismatiki. Kupata kasi sawa kutoka kwenye ingizo hadi kwenye tundu la kutoa kwa kawaida inamaanisha kuunda kwa makusudi sehemu kando ya eneo la kufanyia kazi.

Mabawa ya kuongoza mtiririko (turning vanes) yanafanya kazi kwa pembe ambazo hazikuwahi kuorodheshwa. Mizunguko ya handaki la wima hujengwa kutoka kwa pembe za 90° zinazoeleweka vizuri zikiwa na mabawa ya kuongoza mtiririko (turning vanes) ambayo migawo yake ya upotevu inajulikana. Inamisha mzunguko na pembe za kona zinabadilika, mtiririko unafika kwenye mfuatano kwa njia tofauti, na upana wa bawa, nafasi na mwinamo vyote lazima vitatuliwe upya badala ya kunakiliwa. Ukikosea utalipa mara mbili: katika upotevu wa shinikizo, hivyo nguvu ya feni milele, na katika ukosefu wa usawa wa mtiririko ambao mrukaji anauhisi moja kwa moja.

Mifumo ya usalama ipo katika zaidi ya ndege moja. Katika handaki la upepo la wima, wavu wa usalama upo chini na hali ya kushindwa kwa mrukaji ni kutua kunakodhibitiwa. Katika chumba kilichoinama, mrukaji anayepoteza mnyanyuo anasonga kando ya mwinamo na pia chini yake — hivyo mifumo ya kudaka, nyavu na ufikiaji lazima vitatuliwe katika ncha zote mbili za eneo la kufanyia kazi na kando ya urefu wake.

Kuingia na kutoka ni tatizo la muundo, sio mlango. Kumwingiza rubani aliye na gia ya wingsuit kwenye mtiririko unaosonga ulioinama, na kumtoa tena, bila kusimamisha handaki kwa kila mrukaji, inafafanua uwezo wa kibiashara wa kituo kizima.

3. Maamuzi yanayounda mradi

Mwinamo uliowekwa au unaoweza kurekebishwa. Jiometri inayoweza kurekebishwa inapanua soko linalolengwa — suti tofauti, hali za wanaoanza na wataalamu, nidhamu zisizo za wingsuit — na inaongeza ugumu wa kimitambo, changamoto za kuziba na gharama.
Sehemu ya msalaba ya chumba. Inaweka upana wa juu wa mabawa katika urukaji, idadi ya warukaji wa wakati mmoja, na inaendesha moja kwa moja nguvu ya feni.
Kiwango cha kasi na uthabiti. Kiwango kinachodhibitiwa ni muhimu zaidi kuliko nambari ya juu: mafunzo hufanyika katika kiwango cha chini, na mabadiliko ya hatua lazima yawe laini.
Usanifu wa mzunguko. Mzunguko uliofungwa kwa udhibiti wa nishati na halijoto, pamoja na maswali yote ya mabawa hapo juu; mzunguko wazi ni rahisi na mara chache huwa wa kiuchumi katika saa hizi za uendeshaji.
Mfumo wa kupoza. Nishati ya feni inakuwa joto hewani. Mikakati ni sawa na kwingineko — uingizaji hewa wa asili ambapo hali ya hewa inaruhusu, ubadilishanaji wa joto amilifu ambapo hairuhusu — na faida na hasara ziko katika

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

Vifaa vya upimaji na udhibiti (instrumentation) kwa ajili ya mafunzo. Ufikiaji wa kamera, telemetri na ukaguzi wa video sio vitu vya ziada hapa: katika nidhamu hii changa, bidhaa ya maelekezo ni sehemu kubwa ya mapato.

4. Kile inachofanya kwa jengo

Handaki lililoinama ndilo linalohitaji sana kati ya usanifu tatu za kuweka, kwa sababu linahitaji urefu na kimo — kina cha kimuundo cha handaki la upepo la wima kikijumuishwa na eneo la handaki la mlalo. Matokeo mawili yanafuata.

Kwanza, uteuzi wa tovuti hutangulia muundo . Kimo cha dari, upana, uwezo wa msingi na nguvu ya umeme inayopatikana vinazuia chumba kinachoweza kufikiwa kabla ya kazi yoyote ya aerodinamiki kuanza.

Pili, majengo ya viwanda yaliyopo ni chaguo halisi . Kituo cha Stockholm kipo katika muundo wa Bromma uliojengwa awali kwa ajili ya utafiti wa anga wa kijeshi katika miaka ya 1930-1940 — ukumbusho kwamba kumbi kubwa za zamani zenye kimo kikubwa na sakafu nzito ndizo hasa rasilimali ambayo tasnia hii inaweza kutumia tena. Njia ya urekebishaji wa baadae (retrofit) ina faida na hasara zake, ambazo tunazishughulikia katika

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

5. Ambapo gharama hasa ipo

Kwa ujumla, vichochezi vya gharama ni sawa na vya handaki la upepo la wima kubwa — nguvu ya kuendesha, mifereji ya hewa, muundo, mifumo ya usalama — na nyongeza mbili maalum kwa kesi iliyoinama: eneo refu zaidi la kufanyia kazi (mifereji zaidi, muundo zaidi, eneo zaidi la kuweka sawa) na uhandisi wa mabawa na jiometri ambao hauwezi kurithiwa kutoka kwa laini ya bidhaa iliyopo.

Maana yake kibiashara: mahandaki yaliyoinama hutuza uhandisi maalum na kuadhibu fikra za orodha (catalogue). Hakuna muundo wa kawaida wa kupanua au kupunguza, kwa sababu bado hakuna kiwango. Hiyo ni hatari kwa mnunuzi anayetaka bei maalum siku ya kwanza, na faida kwa yule anayetaka kituo kilichotofautishwa na kivutio kingine chochote kwenye soko.

Kwa mahali ambapo kituo kilichoinama kinakaa dhidi ya usanifu mwingine, tazama

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

yetu.

6. Kile tunachouliza kabla ya kutoa nukuu

Pembejeo tano huamua dhana: bahasha ya jengo inayopatikana, wasifu wa mrukaji anayelengwa (wanaoanza, marubani wa michezo wa wingsuit, mafunzo ya kitaalamu au ya kijeshi), ikiwa mwinamo lazima uweze kurekebishwa, idadi ya warukaji wa wakati mmoja, na lengo la uwezo wa kupitisha kwa siku. Kila kitu kingine — nguvu, vipimo vya chumba, muundo wa mabawa, mkakati wa mfumo wa kupoza — hufuata kutoka kwa hayo.

Tunabuni, tunatengeneza, tunafanya usakinishaji na kuingiza kazini na kusawazisha (commissioning) mifumo maalum ya handaki la upepo, ikijumuisha usanidi ulioinama, tukiwa na jukumu la hatua moja kutoka kwa dhana hadi makabidhiano. Tutumie jengo lako na wasifu wako wa mrukaji na tutarudi na mpangilio wa dhana na makadirio ya nguvu. Usomaji unaohusiana: makala zetu kuhusu

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

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

Vyanzo na maelezo

Data ya kituo cha rejea — chumba cha 16.5 ft upana × 33 ft urefu, kasi za kawaida za urukaji 90–130 km/h, kasi na mwinamo unaoweza kurekebishwa, urukaji wa kwanza wa wingsuit wa ndani Aprili 2016, kufunguliwa kwa wateja Septemba 2017, jengo la Bromma lililojengwa awali kwa ajili ya R&D ya anga ya kijeshi katika miaka ya 1930-1940: Indoor Wingsuit Flying Stockholm, Indoor Skydiving Source, Indoor Wingsuit Flying Just Became a Reality, Inclined Labs.
Uwiano wa mtelezo wa wingsuit wa takriban 2:1 hadi 3:1 ndio bendi ya utendaji inayotajwa sana kwa suti za kisasa na hutofautiana sana kulingana na suti, rubani na mbinu; chukulia kama kiashiria, sio kama vipimo vya muundo.
Majadiliano ya kiuhandsi (urefu wa eneo la kufanyia kazi, ukuaji wa tabaka la mpaka, uundaji upya wa mabawa katika pembe za kona zisizo za kawaida, mifumo ya usalama ya ndege nyingi) ni mazoezi ya kiuhandsi ya TunnelTech.
Rasimu za awali za ndani zilitaja kijenzi cha mlalo cha 100–160 km/h na urefu wa eneo la kufanyia kazi wa 8–15 m. Kituo cha rejea kilichochapishwa kinafanya kazi kwa 90–130 km/h katika chumba cha 10 m; tumia takwimu zilizothibitishwa.

Uhandisi wa Handaki la Upepo Lililoinama: Kubuni Mtiririko wa Hewa kwa 30°–45°