УСТРОЙСТВО ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАРЕНИЯ В ВОЗДУХЕ
DEVICE TO REPRODUCE FREE HOVERING ON AIR

Изобретение относится к технике воспроизведения свободного парения в воздухе и может быть использовано как для тренировки спортсменов, так и в качестве массового развлекательного аттракциона.
Известен аналог - устройство для имитации затяжного прыжка с парашютом с рециркуляционной вертикальной аэродинамической трубой и шнур с уменьшенным аэродинамическим сопротивлением для использования в аэродинамических трубах и в других местах, описанное в заявке на изобретение №2007107409 от 01.08.2005, МПК B64D 23/00, опуб. 10.09.2008, содержащее коллекторную камеру для циркуляции воздушного потока, имеющую в основном прямоугольную конфигурацию; вертикальную полетную камеру, способную поддерживать, по меньшей мере, одного человека, расположенную внутри первого вертикального бокового элемента в основном прямоугольной конфигурации, на входной стороне вентиляторного узла; при этом указанный вентиляторный узел дополнительно содержит несколько вентиляторов, установленных горизонтально в верхнем элементе в основном прямоугольной конфигурации; причем возвратный канал верхнего элемента, первый вертикальный боковой элемент, возвратный канал второго вертикального бокового элемента в основном прямоугольной конфигурации имеют расходящийся сегмент стенки для расширения циркулирующего воздуха при одновременном сохранении в основном ламинарного воздушного потока; при этом самая верхняя часть верхнего элемента находится не более чем на 50-120 футов над самой нижней частью нижнего элемента в основном прямоугольной конфигурации (п.1).
2. Устройство по п.1, в котором полетная камера дополнительно снабжена механической защитной сеткой снизу и датчиком обнаружения человека на верхнем ее сегменте, при этом датчик обнаружения человека соединен с контроллером, который обеспечивает замедление потока циркулирующего воздуха при обнаружении человека вблизи верха полетной камеры.
3. Устройство по п.2, в котором контроллер дополнительно содержит средство управления вентиляторами, которое замедляет, по меньшей мере, один вентилятор.
4. Устройство по п.3, в котором средство управления вентиляторами дополнительно содержит модуль управления мощностью вентиляторов для временного уменьшения тока, по меньшей мере, для одного вентилятора.
5. Устройство по п.1, в котором вертикальная полетная камера дополнительно содержит расходящиеся стенки для уменьшения скорости воздушного потока через камеру.
6. Устройство по п.1, дополнительно содержащее регулятор температуры, имеющий впускные жалюзи для воздуха, расположенные на противоположной стороне от выпускных жалюзей для воздуха в канальном элементе, при этом жалюзи образуют ускоряющее сопло, которое создает зону пониженного статического давления и обеспечивает втягивание окружающего воздуха.
7. Устройство по п.1, в котором каждый вентиляторный узел дополнительно содержит корпус, имеющий расходящиеся стенки для уменьшения скорости воздушного потока, проходящего через него.
8. Устройство по п.1, в котором вертикальная полетная камера дополнительно содержит промежуточную площадку с множеством камерных средств для обеспечения входа и выхода из полетной камеры при сохранении рабочего воздушного потока для полета в полетной камере.
9. Устройство по п.5, в котором первая вертикальная камера дополнительно содержит овальную форму горизонтального поперечного сечения.
10. Устройство по п.1, в котором каждый вентилятор установлен непараллельно соседнему вентилятору и на расстоянии от центральной линии между ними.
11. Устройство по п.1, в котором полетная камера имеет входную дверь с дефлектором на ее нижней по потоку кромке.
12. Устройство по п.1, в котором нижний элемент установлен под землей с образованием установочной высоты над уровнем земли для полетной камеры или над уровнем земли.
13. Устройство по п.1, в котором вход в первый вертикальный боковой элемент имеет те же размеры, что и сегмент поперечного сечения нижнего элемента.
14. Устройство по п.1, в котором самая верхняя часть верхнего элемента находится не более чем около 50-60 футов над самой нижней частью нижнего элемента.
15. Устройство по п.1, в котором выпускные жалюзи направлены вверх по потоку внутри канального элемента, а впускные жалюзи направлены вниз по потоку внутри канального элемента с образованием ускоряющего сопла.
16. Устройство для имитации затяжных прыжков с парашютом в виде вертикальной аэродинамической трубы, содержащее коллекторную камеру для циркуляции воздушного потока, имеющую в основном прямоугольную конфигурацию с центральным вертикальным элементом и первой и второй вертикальной коллекторной камерой возврата воздуха; вертикальную полетную камеру, способную поддерживать, по меньшей мере, одного человека, расположенную внутри центрального вертикального элемента; при этом вентиляторный узел дополнительно содержит несколько вентиляторов, установленных горизонтально в верхнем элементе в основном прямоугольной конфигурации; в котором каждый из верхнего элемента, первого и второго вертикального бокового элемента и центрального вертикального элемента имеет расходящийся сегмент стенки для расширения циркулирующего воздуха при одновременном сохранении в основном ламинарного воздушного потока; при этом самая верхняя часть верхнего элемента находится не более чем на 50-120 футов над самой нижней частью нижнего элемента в основном прямоугольной конфигурации.
17. Устройство по п.16, в котором полетная камера дополнительно содержит дно, снабженное механической защитной сеткой, и верхний сегмент, при этом верхний сегмент снабжен датчиком обнаружения человека, при этом датчик обнаружения человека соединен с контроллером, который обеспечивает замедление потока циркулирующего воздуха при обнаружении человека вблизи верхнего сегмента.
18. Устройство по п.17, в котором контроллер дополнительно содержит средство управления вентиляторами, которое замедляет, по меньшей мере, один вентилятор.
19. Устройство по п.18, в котором средство управления вентиляторами дополнительно содержит модуль управления мощностью вентиляторов для временного уменьшения тока, по меньшей мере, для одного вентилятора.
20. Устройство по п.16, в котором вертикальная полетная камера дополнительно содержит расходящиеся стенки для уменьшения скорости воздушного потока через камеру.
21. Устройство по п.16, дополнительно содержащее регулятор температуры, имеющий впускные жалюзи для воздуха, расположенные противоположно выпускным жалюзям для воздуха в канальном элементе, при этом жалюзи образуют ускоряющее сопло, которое создает зону пониженного статического давления и обеспечивает втягивание окружающего воздуха во впускные жалюзи для воздуха.
22. Устройство по п.16, в котором каждый вентиляторный узел дополнительно содержит корпус, имеющий расходящиеся стенки для уменьшения скорости воздушного потока, проходящего через него.
23. Устройство по п.16, в котором вертикальная полетная камера дополнительно содержит промежуточную площадку с множеством камерных средств для обеспечения входа и выхода из полетной камеры при сохранении рабочего воздушного потока через полетную камеру.
24. Устройство по п.16, в котором полетная камера дополнительно содержит овальную форму горизонтального поперечного сечения.
25. Устройство по п.16, в котором каждый вентилятор установлен непараллельно соседнему вентилятору и на расстоянии от центральной линии между ними.
26. Устройство по п.16, в котором полетная камера имеет входную дверь с дефлектором на ее нижней по потоку кромке.
27. Устройство по п.16, в котором нижний элемент установлен под землей с образованием установочной высоты над уровнем земли для полетной камеры или над уровнем земли.
28. Устройство по п.16, в котором вход в центральный вертикальный элемент имеет те же размеры, что и сегмент поперечного сечения нижнего элемента.
29. Устройство по п.16, в котором самая верхняя часть верхнего элемента находится не более чем около 50-60 футов над самой низкой частью нижнего элемента.
30. Устройство по п.21, в котором выпускные жалюзи направлены вверх по потоку внутри канального элемента, а впускные жалюзи направлены вниз по потоку внутри канального элемента с образованием ускоряющего сопла.
31. Устройство для имитации затяжных прыжков с парашютом в виде вертикальной аэродинамической трубы, содержащее коллекторную камеру для циркуляции воздушного потока; вентиляторный узел для обеспечения воздушного потока для полета человека в вертикальной полетной камере;
при этом часть указанной коллекторной камеры для воздушного потока дополнительно содержит расходящиеся стенки для расширения и замедления воздушного потока;
при этом указанная коллекторная камера для потока воздуха дополнительно содержит регулятор температуры;
при этом указанный регулятор температуры дополнительно содержит впускные жалюзи, установленные над противоположными выпускными жалюзями в общем сегменте коллекторной камеры, при этом указанные выпускные жалюзи имеют створку, направленную внутрь и вверх по потоку в общем сегменте коллекторной камеры, при этом указанные впускные жалюзи направлены внутрь и вниз по потоку в общем сегменте; и в котором створки образуют внутреннее сужение общего сегмента коллекторной камеры с образованием зоны пониженного статического давления, которая втягивает воздух во впускные жалюзи.
32. Устройство имитации полета, содержащее полетную камеру вертикальной аэродинамической трубы, по меньшей мере, две вертикальные возвратные коллекторные камеры, в котором две возвратные коллекторные камеры образуют V-образное соединение с полетной камерой и в котором все вертикальные возвратные коллекторные камеры находятся внутри дуги менее 180° на одной стороне полетной камеры.
33. Устройство имитации полета, содержащее полетную камеру в виде вертикальной аэродинамической трубы; систему вертикальных коллекторных камер возврата воздуха, имеющую, по меньшей мере, двухступенчатый узел сжатия воздушного потока; в котором элемент сжатия первой ступени установлен горизонтально вдоль нижней коллекторной камеры; и элемент сжатия второй ступени установлен вертикально под полетной камерой.
34. Общественная развлекательная система, содержащая вертикальную аэродинамическую трубу, имеющую полетную камеру для человека, снабженную прозрачной секцией для наблюдения за летающим человеком во время полета внутри камеры; при этом указанная полетная камера предназначена для установки на уровне земли или вблизи него, что позволяет прохожим видеть летающего человека в полете; при этом указанная полетная камера имеет, по меньшей мере, две возвратные коллекторные камеры, причем все указанные возвратные коллекторные камеры находятся в дуге менее 180° на одной стороне полетной камеры; при этом указанная полетная камера установлена вблизи пешеходной зоны; и в которой вертикальная аэродинамическая труба имеет, по меньшей мере, один машинный компонент, отделенный от пешеходной зоны.
35. Вертикальная аэродинамическая труба, имеющая полетную камеру для поддержки человека в полете в столбе воздуха высокой скорости, при этом указанная полетная камера имеет пол в виде защитной сетки, при этом защитная сетка выполнена из шнуров, причем указанные шнуры защитной сетки дополнительно содержат, по меньшей мере, один шнур, имеющий скрученную из множества прядей конструкцию; при этом указанная скрученная из множества прядей конструкция образована в единственной операции, а часть прядей образует периметр шнура; при этом, по меньшей мере, одна из прядей периметра имеет диаметр, отличающийся от среднего диаметра всех других прядей периметра; и при этом указанная прядь с отличающимся диаметром образует спираль вокруг наружной поверхности шнура для уменьшения аэродинамического сопротивления шнура в воздухе.
36. Устройство по п.35, в котором, по меньшей мере, один шнур, по меньшей мере, с одной имеющей отличающийся диаметр прядью дополнительно содержит лишь одну прядь большего диаметра, и спираль является гребнем, при этом все остальные пряди периметра имеют одинаковые диаметры.
37. Устройство по п.35, в котором, по меньшей мере, один шнур, по меньшей мере, с одной имеющей отличающийся диаметр прядью дополнительно содержит, по меньшей мере, одну прядь меньшего диаметра, и спираль является канавкой, при этом все остальные пряди периметра имеют одинаковые диаметры.
38. Устройство по п.36, в котором все пряди выполнены из стали.
39. Устройство по п.36, в котором одна прядь большего диаметра имеет диаметр около 0,028 дюйма, при этом все остальные пряди периметра имеют диаметр около 0,019 дюйма, при этом общее число прядей составляет 19, из которых 11 являются прядями периметра.
40. Устройство по п.36, в котором одна прядь большего диаметра имеет диаметр около 0,034 дюйма, при этом все остальные пряди периметра имеют диаметр около 0,019 дюйма, при этом общее число прядей составляет 19, из которых 11 являются прядями периметра.
41. Аэродинамическая труба, имеющая защитную сетку, в которой указанная сетка имеет металлический шнур, скрученный из множества прядей; при этом указанный скрученный из множества прядей шнур образован на единственной операции скручивания; указанный металлический шнур с множеством скрученных прядей имеет группу прядей, образующих наружный периметр; при этом, по меньшей мере, одна из указанных прядей наружного периметра имеет диаметр, отличающийся от диаметра всех других прядей наружного периметра; и при этом спираль образована на наружном периметре металлического шнура с помощью имеющей отличающийся диаметр пряди (прядей) для уменьшения аэродинамического сопротивления шнура в воздухе.
42. Аэродинамическая труба по п.41, в которой металлический шнур, по меньшей мере, с одной имеющей отличающийся диаметр прядью наружного периметра дополнительно содержит лишь одну прядь большего диаметра, при этом все остальные пряди периметра в металлическом шнуре имеют одинаковые диаметры.
43. Аэродинамическая труба по п.41, в которой металлический шнур, по меньшей мере, с одной имеющей отличающийся диаметр прядью дополнительно содержит, по меньшей мере, одну прядь меньшего диаметра, при этом все остальные пряди периметра в металлическом шнуре имеют одинаковые диаметры.
44. Аэродинамическая труба по п.41, в которой все пряди выполнены из стали.
45. Аэродинамическая труба по п.42, в которой указанная лишь одна прядь большего диаметра имеет диаметр около 0,028 дюйма, при этом все остальные пряди периметра имеют диаметр около 0,019 дюйма, при этом общее число прядей составляет 19, из которых 11 являются прядями периметра.
46. Аэродинамическая труба по п.42, в которой указанная лишь одна прядь большего диаметра имеет диаметр около 0,034 дюйма, при этом все остальные пряди периметра имеют диаметр около 0,019 дюйма, при этом общее число прядей составляет 19, из которых 11 являются прядями периметра.
47. Шнур, предназначенный для использования в применениях, где предпочтительно уменьшить величину вызываемого щнуром аэродинамического сопротивления, при этом шнур выполнен из множества удлиненных металлических элементов, скрученных вместе на одной операции скручивания, при этом один из комплекта наружных элементов имеет поперечное сечение, которое больше, чем у всех других наружных элементов, при этом указанные все другие наружные элементы задают наружную поверхность шнура, которая имеет заданную окружную длину, при этом указанный один элемент имеет величину поперечного сечения и форму, такие что он выступает из указанной наружной поверхности на расстояние над указанной заданной окружной длиной с образованием спирального гребня вокруг шнура для уменьшения аэродинамического сопротивления шнура.
48. Шнур по п.47, в котором указанная наружная поверхность является по существу круговой, задающей диаметр D шнура, и указанный один элемент выступает из указанной наружной поверхности на расстояние, равное, по меньшей мере, около 10% D.
49. Шнур, предназначенный для использования в применениях, где предпочтительно уменьшить величину вызываемого шнуром аэродинамического сопротивления, при этом шнур выполнен из множества удлиненных металлических элементов, скрученных вместе на одной операции скручивания, при этом, по меньшей мере, один из комплекта наружных элементов имеет поперечное сечение, которое меньше, чем у всех других наружных элементов, при этом указанные все другие наружные элементы задают наружную поверхность шнура, которая имеет заданную окружную длину, при этом указанный один элемент имеет величину поперечного сечения и форму, такие что он погружен в указанную наружную поверхность на расстояние ниже указанной заданной окружной длины с образованием спиральной канавки вокруг шнура для уменьшения за счет этого аэродинамического сопротивления шнура.
Недостатки: высокая конструктивная сложность, сложность в техническом обслуживании.
Известен прототип - аэродинамический стенд для тренировки парашютистов, описанный в патенте на изобретение №2286921 от 01.03.2005, МПК B64D 23/00, F04B 45/02, опуб. 10.11.2006, содержащий корпус с каналом замкнутого контура для прохождения потока воздуха, тренировочную камеру, которая размещена внутри корпуса и под которой расположено сопло, соединенное с упомянутым каналом, средство для нагнетания потока воздуха в тренировочную камеру и привод для упомянутого средства, отличающийся тем, что упомянутое средство выполнено в виде сильфонного насоса, который включает по меньшей мере две связанные между собой камеры, в средней части каждой из которых установлена поперечная перегородка с обратными клапанами.
Недостатки: неравномерность поля скоростей воздушного потока из-за его пульсации, возникшей при работе насоса из-за наличия нескольких камер и обратных клапанов, высокий уровень шума, в том числе в полетной камере.
Технический результат: упрощение конструкции, повышение однородности воздушного потока, снижение уровня шума, в том числе в полетной камере.
Технический результат достигается за счет того, что устройство для воспроизведения свободного парения в воздухе, содержащее вентиляторный узел из нескольких вентиляторов, систему коллекторных камер для циркуляции воздушного потока, имеющих в основном прямоугольную конфигурацию, вертикальную полетную камеру, предохранительную упругую сетку, узел сжатия воздушного потока, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено ресиверсом, поворотными лопаточными решетками, установленными в нем в количестве, равном количеству вентиляторов, съемным коллектором, соединяющим выход из полетной камеры с входом вентиляторов, колесным шасси для обеспечения транспортирования его, при этом каждый из вентиляторов, снабженный корпусом, имеющим расходящиеся стенки в горизонтальной плоскости и сходящиеся стенки в вертикальной плоскости, установлен горизонтально под полетной камерой, а узел сжатия воздушного потока выполнен в виде конфузора двойной кривизны со степенью сжатия не менее 2,5.
Упрощение конструкции, снижение уровня шума, в том числе в полетной камере, достигается за счет того, что в заявляемом устройстве вентиляторы установлены горизонтально под полетной камерой. В результате этого упрощается конструкция устройства, а шумовое давление на тренирующегося в полетной камере и зрителей снижается. Такое размещение вентиляторов горизонтально под полетной камерой упрощает также и техническое обслуживание его, ведет к улучшению массогабаритных характеристик устройства. В отличие от аналогов в заявляемом изобретении размещение вентиляторов горизонтально под полетной камерой приводит к уменьшению стоимости и габаритных размеров устройства.
Повышение однородности воздушного потока достигается выравниванием поля скоростей по сечению воздушного потока, гашением пульсации его за счет того, что в заявляемом устройстве:
- каждый вентилятор снабжен корпусом, имеющим расходящиеся стенки в горизонтальной плоскости и сходящиеся стенки в вертикальной плоскости, наличием ресивера и узла сжатия воздушного потока в виде конфузора двойной кривизны со степенью сжатия не менее 2,5,
- конструкция корпуса вентилятора позволяет осуществить переход от круглого сечения вентилятора к прямоугольному сечению ресивера с равномерным полем скоростей воздушного потока и уменьшенным сопротивлением воздушного потока на коротком расстоянии,
- ресивер, который является накопителем воздушных потоков от нескольких вентиляторов, улучшает слияние воздушных потоков и гасит пульсации воздушных потоков от вращающихся вентиляторов,
- поворотные лопаточные решетки, находящиеся в ресивере, количество которых равно количеству вентиляторов, поворачивают горизонтальный поток в вертикальном направлении и обеспечивают равномерное слияние потоков от разных вентиляторов при одновременном сохранении в основном ламинарного воздушного потока.
Конфузор двойной кривизны со степенью сжатия не менее 2,5, сжимая воздушный поток, формирует равномерное поле скоростей по сечению потока, разгоняет его до необходимой скорости на коротком участке перед полетной камерой.
Таким образом, дополнительное введение в устройство ресиверса, поворотных лопаточных решеток, установленных в нем в количестве, равном количеству вентиляторов, съемного коллектора, соединяющего выход из полетной камеры с входом вентиляторов, а также снабжение каждого вентилятора корпусом, имеющим расходящиеся стенки в горизонтальной плоскости и сходящиеся стенки в вертикальной плоскости, установленные горизонтально под полетной камерой, и узел сжатия воздушного потока, выполненный в виде конфузора двойной кривизны со степенью сжатия не менее 2,5, обеспечивает формирование однородного воздушного потока с выровненным полем скоростей воздушного потока.
Размещение устройства на колесном шасси обеспечивает возможность транспортирования и установки его на малогабаритных открытых площадках для использования его в качестве аттракциона, а наличие съемного коллектора, соединяющего выход из полетной камеры с входами вентиляторов, обеспечивает комфортную эксплуатацию устройства в холодное время года.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемое изобретение отвечает условиям патентоспособности: является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо.
Заявляемое устройство схематично представлено чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид, на фиг.2 изображена установка съемного коллектора.
Устройство воспроизведения свободного парения в воздухе содержит входное устройство 1, вентиляторы 2, снабженные корпусом 3 и расположенные в нижней части устройства, ресивер 4, имеющий внутри поворотные лопаточные решетки 5, количество которых соответствует количеству вентиляторов 2, конфузор 6, установленный на выходе из ресивера 4, полетную камеру 8, располагающуюся над конфузором 6, выходное устройство 9 диффузорного типа, которое снижает скорость воздушного потока на выходе. Между полетной камерой 8 и конфузором 6 расположена предохранительная упругая сетка 7, которая выполняет роль механической защиты.
Устройство установлено на колесном шасси 10 и снабжено съемным коллектором 11.
Устройство воспроизведения свободного парения в воздухе работает следующим образом.
Воздух через входное устройство 1 подается к вентилятору 2, вентилятор 2 создает необходимый напор воздуха, корпус 3 вентилятора 2 формирует поток воздуха в прямоугольное сечение и выравнивает поле скоростей перед ресивером 4, который является накопителем воздушных потоков и гасителем пульсаций воздушных потоков от нескольких вентиляторов, поворотные лопаточные решетки 5, находящиеся в ресивере, поворачивают горизонтальный поток в вертикальном направлении и обеспечивают равномерное слияние потоков от разных вентиляторов при одновременном сохранении в основном ламинарного воздушного потока. Поток воздуха попадает в конфузор 6, в котором воздух сжимается, формируя равномерное поле скоростей по сечению потока, и разгоняется на коротком участке перед полетной камерой 8, имеющей форму цилиндра. Воздух из полетной камеры 8 попадает в выходное устройство 9, затем воздушный поток выбрасывается в атмосферу или для обеспечения работоспособности и комфортности тренировок в холодное время года при установке съемного коллектора 11 во входное устройство 1. Спортсмен или посетитель аттракциона через дверь (на чертеже не указано) в полетной камере 8 входит в воздушный поток и принимает в нем положение, соответствующее режиму свободного парения. Вертикальный воздушный поток поддерживает тело человека, который может перемещаться в воздушном потоке аналогично режиму свободного парения сколь угодно длительное время, отрабатывая необходимые навыки или выполняя трюки. В воздушном потоке могут одновременно находиться несколько человек, что позволяет отрабатывать технику группового свободного полета. Для прекращения тренировки человек выходит из воздушного потока через дверь (на чертеже не указано) полетной камеры 8. При необходимости для изменения скорости вертикального воздушного потока оператор с помощью системы автоматического управления плавно изменяет частоту вращения вентиляторов 2 в ходе тренировки или аттракциона. При необходимости, используя колесное шасси 10, устройство можно переместить на другую площадку.
Таким образом, заявляемое изобретение упрощает конструкцию, повышает однородность воздушного потока, снижает уровень шума, в том числе в тренировочной камере.
Заявляемое изобретение используется с 2009 г. в городах России: Воронеж, Москва.
Перечень позиций.
1 - входное устройство;
2 - вентилятор;
3 - корпус;
4 - ресивер;
5 - поворотная лопаточная решетка;
6 - конфузор;
7 - предохранительная упругая сетка;
8 - полетная камера;
9 - выходное устройство;
10 - колесное шасси;
11 - съемный коллектор.