АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТРУБА ДЛЯ СОВЕРШЕНИЯ ЧЕЛОВЕКОМ ПОЛЕТА
AERODYNAMIC PIPE FOR HUMAN FLIGHT

Область техники
Настоящее изобретение относится к аэродинамической трубе для совершения человеком полета в целях исследования или развлечения, содержащей:
- трубу, имеющую первый участок с первой центральной осью и второй участок со второй центральной осью, причем второй участок является секцией тестирования,
- указанная первая центральная ось и вторая центральная ось расположены под первым углом по отношению друг к другу, и
- по меньшей мере один вентилятор для создания потока воздуха в указанной секции тестирования.
Изобретение также относится к системе безопасности для наклонной аэродинамической трубы.
Уровень техники
На протяжении более чем одного века горизонтальные аэродинамические трубы использовались для изучения обтекания объектов потоком воздуха, в частности объектов, совершающих полет. Уже в 1901 году Орвилл и Уилбур Райт закрепили миниатюрные профили крыла в горизонтальной трубке и воздействовали на них потоками воздуха, чтобы изучить их аэродинамические характеристики, силу сопротивления и подъемную силу. Такой простой способ имитации полета без его непосредственного совершения сыграл центральную роль в разработке современных воздушных судов и прочих устройств, подвергающихся воздействию потоков воздуха. Современные горизонтальные аэродинамические трубы обычно имеют замкнутый контур трубы с рециркуляцией воздуха, приводимого в движение вентиляторной системой. Рециркуляция обладает рядом преимуществ, среди которых: сохранение энергии и минимизация шумовых выбросов за пределы трубы. Для операций с высокоскоростным потоком необходима охлаждающая система, так как энергия рециркулируемого воздуха сохраняется и поэтому постепенно повышается его температура. Обычно система аэродинамической трубы с рециркуляцией выполнена в виде контура прямоугольной формы с углами в 90 градусов. Считается, что часть аэродинамической трубы, используемая для исследований и обычно называемая «секция тестирования», определяет размеры всей системы трубы, главными параметрами являются ширина (W) канала и длина (L). В современных системах труб с рециркуляцией секции тестирования предшествует секция сжатия, уменьшающая площадь поперечного сечения на величину множителя в диапазоне 4-9 с целью обеспечения высокой скорости потока высокого качества (с низкой интенсивностью и масштабом турбулентности) в секции тестирования, а за ней обычно следует первая расширяющая секция канала, два поворота в 90 градусов, вентиляторная система и дополнительные каналы расширения и два поворота в 90 градусов, возвращающиеся к секции сжатия. В основе такого решения системы лежит комбинация нескольких факторов, включающих аэродинамическую эффективность и качество потока в секции тестирования. В целом ряд ограничений такого решения системы современных горизонтальных аэродинамических труб приводит к тому, что трубы оказываются очень большими и тяжелыми (около 25-50 метров в длину и десятки - сотни метрических тонн по весу) в случае, если они предназначены для высокоскоростных потоков хорошего качества в большой секции тестирования и имеют возможность размещать объекты по размеру сопоставимые с человеческими телами.
Вертикальная аэродинамическая труба представляет собой другой тип аэродинамической трубы, в котором объекты не закрепляются, а свободно парят. Вертикальные аэродинамические трубы используются в настоящее время в основном для имитации прыжков с парашютом. За счет того, что воздух выбрасывается непосредственно в противоположном ускорению свободного падения направлении, т.е. вертикально вверх, может быть достигнуто состояние равновесия сил, при котором объект или человек парит на подушке из вертикально поднимающегося потока воздуха. Для таких целей более подходящей является вертикальная, а не горизонтальная аэродинамическая труба, так как объекты в вертикальной аэродинамической трубе не могут летать; объект, инициирующий полет в вертикальной аэродинамической трубе, сразу столкнется со стеной из-за своего направленного вперед момента. Считается, что горизонтальная аэродинамическая труба подходит для имитации полетов, когда изучаемым объектам не разрешается находиться в свободном полете (такой случай требует наличия активного движительного агрегата внутри трубы с, например, пропеллером или реактивным двигателем), а вертикальная аэродинамическая труба подходит для предоставления объектам возможности свободно парить, не осуществляя полета.
Патент США US7156744 В2 «Вертикальная аэродинамическая труба с рециркуляцией» описывает уровень техники в отношении вертикальных аэродинамических труб, предназначенных для того, чтобы поддерживать людей в плавающем положении на подушке из воздуха. Несколько других патентов описывают различные решения вертикальных аэродинамических труб, предназначенных для спорта и развлечения, что является показателем коммерческой ценности и общественного интереса к такому типу развлекательного устройства, направленного на удовлетворение потребности в спорте и впечатлениях. Вертикальная аэродинамическая труба является важной разработкой в таких видах спорта, но на сегодняшний день имеет ограничения в виде своих вертикальных стен, представляющих собой нечто вроде клетки, не допускающей осуществление настоящего полета. В таких видах спорта требуется аппарат аэродинамической трубы, который справился бы с указанным ограничением и создал бы условия, в которых люди смогли бы испытать настоящий полет, находясь в закрытом помещении.
Обычно высота спортивной вертикальной аэродинамической трубы может составлять около 30 метров. В оптимальной аэродинамической трубе секция тестирования диаметром в 4 метра должна иметь высоту равную 54 метрам, но проектировщики и изготовители спортивных вертикальных аэродинамических труб предпринимали различные обходные решения для того, чтобы несколько уменьшить это значение из-за сложности получения разрешения на строительство таких больших сооружений. Зачастую желательно, чтобы спортивные площадки и площадки для отдыха располагались в доступности для потребителей, например, в торговом центре или рядом с другими спортивными площадками и площадками для отдыха, что является труднодостижимым, когда проектное решение представляет собой очень высокую башню.
Необходимость в усовершенствовании аэродинамических труб, в которых может совершаться полет человека, очевидна. Преимуществом будет, если требуемая высота такой системы трубы будет меньше, чем высота сегодняшних спортивных вертикальных труб. Кроме того для любого типа аэродинамической трубы, используемой людьми, необходима система безопасности, которая позволяла бы безопасно использовать аэродинамическую трубу так, что риск повреждений мог бы быть минимальным. Ранее известные системы безопасности для вертикальных аэродинамических труб в основном состоят из по меньшей мере одной стропы или держателя, который крепится к страховочной системе или одежде человека, использующего трубу и удерживаемого за руку инструктором или другим персоналом, отвечающим за безопасность. Системы безопасности, известные из уровня техники, являются и дорогостоящими, так как требуют наличия одного инструктора по безопасности на каждое лицо, совершающее полет, и менее безопасными, так как подразумевают использование человека в качестве точки закрепления, и ограниченными в отношении возможных движений, которые может совершить человек, использующий трубу.
Патент США US 3276251 «Подвесная система для совершения тестовым элементом свободного полета» описывает технологию аэродинамической трубы, соответствующую уровню техники, предназначенную для удержания моделей воздушных судов в подвешенном состоянии в секции тестирования аэродинамической трубы. Несколько других патентов, например, патент США US 1947962 «Аэронавтический тренировочный аппарат», описывают различные решения подвесных систем для использования в системах аэродинамических труб. Однако ничто из вышеперечисленного не может использоваться в качестве системы безопасности для людей, совершающих полет, в наклонных аэродинамических трубах, так как ни одно из известных из уровня техники решений не описывает технологию, которая разрешала бы полный желаемый спектр движений в трех размерном пространстве вместе с точными ограниченными желаемыми характеристиками, и не позволяла бы указанному человеку, осуществляющему полет, покидать тестируемую секцию и сталкиваться с ее внутренними конструкциями.
Краткое изложение сущности изобретения
Целью настоящего изобретения является устранение, или по меньшей мере минимизация, проблем, описанных выше. Это достигается за счет аэродинамической трубы согласно независимому пункту формулы, представленной ниже.
Настоящее изобретение минует все прежние ограничения за счет использования концептуально возможного третьего типа аэродинамической трубы: наклонной, или диагональной, аэродинамической трубы. В диагональной аэродинамической трубе потоки воздуха двигаются наклонно вверх, под углом к горизонтальной плоскости (горизонтальная плоскость определена как перпендикулярная направлению ускорения свободного падения), обеспечивая возможность осуществления полноценного, свободного, устойчивого планирующего полета незаякоренных объектов или животных. Этот угол составляет 5-85°, предпочтительно 15-60° к горизонтальной плоскости, и соответствует углу между секцией тестирования аэродинамической трубы и участком трубы, расположенным горизонтально под углом 5-85°, предпочтительно 15-60°, или участком трубы, расположенным вертикально под углом 30-75°.
Таким образом, аэродинамическая труба в соответствии с настоящим изобретением содержит участок аэродинамической трубы (секцию тестирования), имеющий изгиб наверх и наклоненный относительно остальной системы трубы, который может быть как горизонтальным, так и вертикальным. Особенностью настоящего изобретения является то, что оно предлагает аппарат аэродинамической трубы с секцией тестирования (также называемой камерой полета), наклоненной относительно направления ускорения свободного падения, и обеспечивающей возможность осуществления в ней человеком устойчивого планирующего полета. Угол наклона достигается за счет перенаправления потока газа (обычно воздуха) под некоторым углом относительно горизонтальной плоскости, только в секции на стороне всасывания вентиляторной системы горизонтальной или вертикальной аэродинамической трубы.
Диагональная аэродинамическая труба по существу похожа на горизонтальную аэродинамическую трубу тем, что она имитирует реальный полет, но она похожа также и на вертикальную аэродинамическую трубу тем, что совершающие в ней полет тела не нуждаются в опоре для того, чтобы находиться в воздухе. Для совершения настоящего, устойчивого планирующего полета желательно, чтобы в зависимости от характеристик совершающего полет тела диагональная аэродинамическая труба могла варьировать и скорость потока, и угол, и иметь определенные вариации в своей геометрии. Для стабильного, устойчивого планирующего полета в диагональной аэродинамической трубе в случае небольших модельных самолетов из пробкового дерева подойдет низкое значение угла и скорости потока, в то время как для человека в костюме «wingsuit» потребуется более крутой угол и более высокая скорость потока, а для человека без костюма «wingsuit» потребуется еще более крутой угол относительно горизонтальной плоскости, и в некоторых случаях потребуется, чтобы скорость потока была равна по меньшей мере 200 км/ч. Геометрия секции тестирования с вариацией размеров в продольном направлении, например, за счет расширения до большей площади поперечного сечения, дает возможность размещения более разнообразных совершающих полет тел, и возможность выполнения и дальнейшего совершенствования полетных операций.
Диагональная спортивная труба не требует такой высоты, которую требует вертикальная аэродинамическая труба, описанная выше, и она может легко поместиться рядом с, например, эскалатором в торговом центре. Теоретически диагональная спортивная труба большой мощности может быть построена так, что ее полная высота будет значительно меньше 20 метров. По сравнению с вертикальными спортивными трубами диагональная спортивная труба требует гораздо меньший расход энергии, так как полет совершают спортсмены, воздух двигается, создавая настоящий подъем для практикующих лиц (в частности, если они используют костюм «wingsuit»), что снижает необходимую скорость потока. Снижение энергопотребления является большим экономическим преимуществом. Снижение необходимой скорости потока представляет собой большое экологическое преимущество; частично из-за более низкого энергопотребления, частично из-за снижения шумовых уровней в окружающей местности. Снижение скоростей потока также представляется выигрышным с точки зрения риска получения повреждений, по сравнению с мощным ураганным потоком вертикальной аэродинамической трубы, необходимым для подъема человека в направлении прямо противоположном направлению ускорения свободного падения.
Другим аспектом настоящего изобретения является предоставление средств для отклонения направления потока газа от главного направления потока (или плоскости) эффективным способом (низкие потери давления) и создание приемлемого поля потока после перенаправления за счет использования любого из перечисленных пунктов (или их комбинации):
1. индивидуально регулируемых поворотных лопастей. За счет них возникают неоднородные потоки воздуха вдоль вертикального градиента внутри секции тестирования, например, более быстрые потоки на дне трубы.
2. фиксированных поворотных лопастей, механически следующих за изменением угла секции тестирования.
3. геометрической формы секции тестирования и ее впуска/выпуска потоков газа, без лопастей.
Технические средства для реализации пунктов 1, 2 и 3 (включая примеры геометрических форм), а также предпочтительное исполнение и то, как разные альтернативные решения/варианты осуществления выглядят, представлено в подробном описании и на чертежах.
Другим аспектом настоящего изобретения является предоставление указанных средств для отклонения направления потока газа так, чтобы они были либо зафиксированными на месте, либо способными механически сдвигаться в или из положения включения, позволяя двойное использование системы главной трубы: нормальное функционирование (к примеру, в виде вертикальной аэродинамической трубы) или в указанном диагональном режиме функционирования. В выключенном режиме указанные технические средства для реализации пунктов 1, 2 и 3 будут удалены из системы главного канала трубы для ее функционирования, неподверженного никаким воздействиям. Этот аспект позволяет осуществлять модернизацию существующих горизонтальных и вертикальных труб диагональной трубой, способной опционно включаться или не включаться.
Другим аспектом настоящего изобретения является предоставление наклонной секции тестирования (камеры полета) с изменяемым углом наклона относительно горизонтальной плоскости (т.е. плоскости, перпендикулярной направлению ускорения свободного падения) так, что указанный угол может динамичным образом меняться во время операций при том, что другие части системы аэродинамической трубы не меняются, например, поднимаются, опускаются или каким-либо образом двигаются. Это предоставляет средства для динамичной ответной реакции на потребности, возникающие во время полета, совершаемого человеком, находящимся в планирующем полете, в разных положениях и режимах полета. Регулируемый, изменяемый угол секции тестирования может быть динамичным образом отрегулирован в зависимости от характера операций. На основании того, что на сегодняшний день известно о возможных видах активности, вероятность заинтересованности в которых высока (совершение полета человеком), по отношению к горизонтальной плоскости желаемыми являются диапазоны от 15 до 60°. Механические средства для получения изменяемого угла секции тестирования приведены в подробном описании и на чертежах.
Другим аспектом настоящего изобретения является предоставление наклонной аэродинамической трубы со скоростью потока воздуха, динамично изменяемой так, что поток воздуха в секции тестирования может изменяться динамично во время операции для того, чтобы удовлетворить потребности, возникающие во время полета, совершаемого человеком, находящимся в планирующем полете, в разных положениях и режимах полета. Изменяемая скорость потока может быть достигнута за счет вентиляторной системы с регулируемыми поворотными лопастями или за счет геометрической формы секции тестирования и потоков газа на ее впуске/выпуске, или за счет комбинации вышеуказанного.
Другим аспектом настоящего изобретения является предоставление изменяемого, в направлении потока неизометричного, поля потока в секции тестирования, адаптированного к характеру операций, например, для удовлетворения потребностей людей, совершающих полет, находящихся в планирующем полете. Это достигается за счет использования неизометричной геометрии секции тестирования (например, с нижней по потоку расширенной секцией и/или изогнутыми стенками) и/или секцией, следующей непосредственно перед (выше по потоку) и/или за ней (ниже по потоку), или с помощью использования регулируемых поворотных лопастей в секции выше по потоку относительно секции тестирования.
Другим аспектом настоящего изобретения является предоставление возвратного канала, воссоединяющего поток воздуха наклонной секции с главной петлей трубы, а значит, с главной плоскостью потока, с целью получения системы трубы с рециркуляцией, уменьшения энергопотребления, сохранения тепла, уменьшения шума, и обеспечения возможности функционирования в любых погодных условиях. Указанный возвратный канал может включать зафиксированные или регулируемые поворотные лопасти, или другие средства, которые приводят к снижению потерь в указанном возвратном канале.
Другим аспектом настоящего изобретения является предоставление наклонной секции тестирования аэродинамической трубы, имеющей двухступенчатые зоны ожидания (системы воздушных камер), примыкающие и соединенные с камерой полета так, что людям предоставляется возможность передвигаться между двумя указанными элементами, не останавливаясь или не нарушая поток воздуха из-за изменений давления.
Другим аспектом настоящего изобретения является предоставление наклонного сегмента аэродинамической трубы, имеющего зону входа и выхода с системой воздушной камеры, расположенную так, что люди могут перемещаться в и из воздушного потока, не останавливая воздушный поток, безопасным и хорошо контролируемым образом. Все или различные комбинации вышеописанных аспектов изобретения решат проблему построения наклонной аэродинамической трубы достаточного размера и мощности потока для обеспечения возможности совершения длительного планирующего полета животными и объектами, сопоставимыми по размеру с человеком или больше его.
Другим аспектом настоящего изобретения является предоставление подвесной системы строп, присоединенных к стенкам трубы (включая «пол» трубы и «потолок» трубы), и соединенных с помощью системы крепления/быстрого отсоединения со страховочной системой, которая надевается на человека, использующего аэродинамическую трубу («лицо, совершающее полет»). Для некоторых пользователей может быть предпочтительным не иметь систему быстрого отсоединения с целью минимизации рисков непроизвольного отсоединения.
В одном аспекте системы безопасности, обеспечивается ограничивающая конструкция, расположенная в секции тестирования, для предотвращения покидания человеком, использующим секцию тестирования, указанной секции тестирования. Преимущества и положительные стороны такой системы безопасности более подробно раскрыты ниже со ссылкой на Фиг. 12-15 и 17-18.
В другом аспекте системы безопасности, обеспечивается ограничивающая конструкция, расположенная в секции тестирования, для предупреждения контакта или столкновения лица, совершающего полет, с окружностью секции тестирования и/или другими лицами, совершающими полет. Указанная конструкция разрешает определенные боковые и продольные движения лица, совершающего полет, но препятствует указанному контакту или столкновению. Преимущества и положительные стороны такой системы безопасности более подробно раскрыты ниже со ссылкой на Фиг. 12-15 и 17-18.
Эти и другие преимущества настоящего изобретения станут понятны специалисту в данной области техники при ознакомлении с подробным описанием, представленным ниже.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет теперь описано более детально со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.
Фиг. 1 представляет собой вид сбоку аэродинамической трубы согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, имеющей наклонную секцию аэродинамической трубы, присоединенную к системе горизонтальной трубы.
Фиг. 2а представляет собой вид сбоку наклонной секции аэродинамической трубы, присоединенной к системе вертикальной трубы.
Фиг. 2b представляет собой вид сбоку наклонной секции аэродинамической трубы, присоединенной к системе вертикальной трубы с упрощенным решением возвратного канала.
Фиг. 3 представляет собой вид сбоку наклонной секции полета, присоединенной к системе горизонтальной трубы, изображающий человека в устойчивом планирующем полете, и аэродинамический профиль потока и некоторые технические признаки настоящего изобретения.
Фиг. 4 представляет собой вид сбоку, изображающий детали гибкого соединительного участка между наклонной секцией полета и системой главной трубы, в данном случае горизонтальной.
Фиг. 5 представляет собой вид сбоку секции соединения, соединяющей наклонную секцию полета с главной трубой (горизонтальной на данном изображении), и в частности осуществление направляющих поток «поворотных лопастей».
Фиг. 6 представляет собой вид сбоку гибкой соединительной части, соединяющей наклонную секцию полета с главной трубой (горизонтальной на данном изображении), и в частности осуществление регулируемых направляющих поток «поворотных лопастей».
Фиг. 7 представляет собой вид сбоку основной конструкции динамично регулируемых поворотных лопастей настоящего изобретения, способных направлять поток воздуха в диапазоне углов отклонения.
Фиг. 8а и b соответственно представляют собой виды сбоку и сверху двухступенчатой системы ожидания с «двойной воздушной камерой» для входа и выхода людей или объектов в наклонную секцию полета.
Фиг. 9 представляет собой вид сбоку расположенных ниже по потоку частей наклонной секции полета, зоны и расположенной ниже по потоку зоны доступа и секции поворота потока, в конфигурации лопасть-и-канал, изображенных для случая системы горизонтальной главной трубы.
Фиг. 10 представляет собой вид сбоку полной сборки наклонной аэродинамической трубы с прямоугольной конфигурацией возвратного канала закрученного потока, изображенной для случая системы горизонтальной главной трубы.
Фиг. 11 представляет собой вид сверху сборки наклонной аэродинамической трубы, изображающей расположение и конфигурацию двойных двухступенчатых систем доступа, контрольной комнаты, прозрачных компонентов стены, и зрительной зоны/зоны видеозаписи.
Фиг. 12 изображает вид сбоку версии подвесной системы с двумя точками для использования совместно с аэродинамической трубой согласно настоящему изобретению.
Фиг. 13 изображает те же условия, что и на Фиг. 12, но с лицом, совершающим полет, закрепленным с помощью подвесной системы с четырьмя точками.
Фиг. 14 изображает те же условия, что и Фиг. 13, с лицом, совершающим полет, закрепленным с помощью соединительной системы с четырьмя точками с дополнительными стропами для удержания руками, показанными здесь с мягкими резиновыми кольцами на удерживаемом конце.
Фиг. 15 изображает вид спереди тех же условий, что и на Фиг. 13, с лицом, совершающим полет, закрепленным с помощью подвесной системы с пятью точками.
Фиг. 16 а-с изображают воздушный поток в наклонной секции аэродинамической трубы.
Фиг. 17 раскрывает дополнительные характеристики подвесной системы, как части системы безопасности.
Фиг. 18а-с раскрывают плоскостной вид системы безопасности для наклонной аэродинамической трубы, в которой форма, размер и ориентация трубы служат для минимизации риска получения повреждений человеком, использующим аэродинамическую трубу.
Подробное описание изобретения
Горизонтальная плоскость, на которую здесь производится ссылка, определена, как плоскость, перпендикулярная направлению ускорения свободного падения. Она обозначена позицией С на Фиг. 1.
Термин «стабильный, устойчивый полет человека», используемый здесь, относится к полету, совершаемому человеком, который может совершаться в течение неограниченного периода времени и может поддерживаться в воздухе настолько долго, насколько это требуется. Запуск и приземление может совершаться в одном и том же месте или в разных частях секции тестирования, причем приземление может производиться как выше по потоку, так и ниже по потоку от запуска. Благодаря комбинации наклонной секции, скорости ветра и формы и свойств поля потока, которые служат для обеспечения возможности оставаться человеку или лицу, совершающему полет, в воздухе, сам полет может быть организован так, чтобы длится столько, сколько требуется, и чтобы лицо, совершающее полет, могло двигаться вдоль и поперек секции тестирования и в то же время испытывать подходящие аэродинамические условия для устойчивого полета. В противоположность этому некоторые аэродинамические трубы имеют фиксированную зону запуска и зону приземления, каждая в разных частях трубы, и полет от одной к другой строго ограничен по времени.
На Фиг. 1 показано выполнение наклонной аэродинамической трубы для совершения планирующего полета в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Такой предпочтительный вариант осуществления соответствует аэродинамической трубе с горизонтальной плоскостью потока, но следует отметить, что с настоящим изобретением могут использоваться и другие типы аэродинамической трубы, как будет описано ниже, например, со ссылкой на Фиг. 2а-2b.
На Фиг. 1 аэродинамическая труба 100 имеет первый участок 6 с первой центральной осью А, которая по существу проходит горизонтально. Аэродинамическая труба 100 также содержит второй участок 1, имеющий вторую центральную ось В, причем второй участок 1 является наклонной секцией полета аэродинамической трубы, также называемой секцией тестирования или камерой полета (эти термины используются здесь взаимозаменяемо). Аэродинамическая труба 100 также содержит по меньшей мере один вентилятор 120 для создания потока воздуха в трубе 100. Поток воздуха в каждом участке трубы по существу параллелен центральной оси так, что входящий поток f1 в первом участке 6 имеет такое же направление потока, что и направление первой оси А, а наклоненный поток f2 в секции 1 тестирования имеет направление, параллельное второй оси В. Первый угол а образуется между первой и второй осями А и В.
За счет этого в секции 1 тестирования поток отклоняется вертикально от входящего потока f1 к наклоненному потоку f2 на величину первого угла α. Величина указанного первого угла а предпочтительно находится в диапазоне 5-85°, что в результате дает вертикально наклоненный поток f2, подходящий для совершения людьми и большими объектами/телами устойчивого планирующего полета. Вторая ось В также находится под вторым углом β по отношению к горизонтальной плоскости С, которая в свою очередь перпендикулярна направлению ускорения свободного падения g. Для того, чтобы он подходил для совершения устойчивого планирующего полета, величина указанного второго угла β должна быть равна 5-85°, предпочтительно 15-60°.
В этом и других вариантах осуществления, в которых первый участок 6 по существу является горизонтальным, первый угол а равен второму углу β.
Изменение направления потока достигается за счет соединительного участка 3, соединяющего первый участок 6 после сжатия 5 в указанном участке 6 и наклонную секцию 1 тестирования трубы. Соединительный участок 3 может также быть помещен до сжатия 5, что положительно сказывается на снижении аэродинамического сопротивления. Соединительный участок 3 выполнен с гибкими элементами, обеспечивающими возможность регулирования первого угла α с помощью привода 7, в данном случае изображенного в виде гидравлического цилиндра, прикрепленного к наклонной секции 1 полета и основанию 8 помещения, т.е. полу здания, в котором расположена аэродинамическая труба 100. Привод может также быть механическим и может также быть прикреплен к точке крепления выше, или размещен по-другому. Соединительный участок 3 выполнен так, что внутреннее пространство остается гладким относительно стенок трубы, так что поток в трубе не нарушается даже при изменении первого угла а. Он также использует гибкую внешнюю оболочку с герметизацией потока, так что поток воздуха, выходящий в окружающее пространство в соединительном участке, незначительный, что снижает возмущения потока в трубе. Соединительный участок 3 может быть также сделан однослойным, гладким изнутри и с внешней поверхностью с герметизацией потока.
В изображенном на Фиг. 1 варианте осуществления отклонение потока достигается за счет геометрических средств, с использованием комбинации усиливающих поток сегментов 9, 10, изображенных более подробно на Фиг. 3, 4 и 5, совместно с входом в соединительный участок и геометрической формой самого соединительного участка, в результате чего достигается плавный переход от горизонтальной трубы 6 к наклонной секции 1 полета. Усиливающие поток сегменты 9, 10 выполнены так, что отклонение потока осуществляется в отсутствии срыва потока со стенок, и с целью получения подходящего распределения потока в наклонной секции полета, избегая образование волновых зон, турбулентных завихрений, срыва со стен, низкоскоростных зон или других возмещений потока, которые могли бы ухудшить качество потока в наклонной секции для выполнения упражнений по устойчивому планирующему полету. Стенке трубы по всей длине соединительного участка задана геометрическая целостность, так что кривизна стены и отклонение направления непрерывны, за счет чего поток остается присоединенным к стенкам по длине всего соединительного участка, что не допускает возмущений потока. Кроме того, стенки трубы соединительного участка могут также быть снабжены небольшими отверстиями, за счет которых в определенных точках воздух проходит сквозь стенку из окружающего пространства в соединительный участок и наклонный канал, в результате чего снижается срыв от стенок и образование завихрений в следующем наклонном канале. Усиливающие отклонение сегменты 9 и 10 выполнены с возможностью изменения формы в соответствии с первым углом а за счет активации, так что отклонение потока остается оптимальным на всем диапазоне используемых в работе углов наклона. Соединительный участок 3 также является удлиняемым, что обеспечивает возможность изменения формы для предоставления пространства для изменения первого угла.
В изображенном на Фиг. 1 варианте осуществления наклонная секция 1 полета использует секцию постоянного сечения, в результате чего в наклонной секции полета достигается условие постоянной скорости потока. За наклонной секцией полета следует секция 11 безопасности, в которой скорость потока снижается до некоторой фракции скорости потока в наклонной секции полета. Такое снижение скорости потока обеспечивает более безопасные условия для человека или объекта, выполняющего упражнения по устойчивому планирующему полету, так как сниженная скорость приводит к «нелетным» условиям и летающий субъект может контролируемо и безопасно вернуться к контролируемому стационарному состоянию на земле.
В изображенном на Фиг. 1 варианте осуществления за наклонной секцией 1 полета, продолжающейся до секции 11 безопасности, следует второй соединительный участок 12, секция 13 возвратного потока и заключительная связующая секция 14. Такая комбинация секций 12, 13 и 14 может в целом называться трактом, организованным для соединения нижнего по потоку конца второго участка с верхним по потоку концом первого участка. Тракт выполнен с возможностью отклонения потоков в направлении к главной плоскости 15 потока, и последующего возвращения к состоянию сонаправленности с ней, так что направление потока меняется от направления f2 в секции полета к возвратному направлению f3 и, наконец, к направлению f4 возвратного потока. И второй соединительный участок, и первая связующая секция 14, используют гибкие элементы и решения с искривленной стенкой, оптимальные для потока, что делает их похожими на соединительный участок 3, описанный выше. В указанных секциях для минимизации потерь давления потока на трение в процессе обратного отклонения потока назад к возвратному каналу 18 главной трубы, который тоже является частью тракта, могут использовать направляющие поток поворотные лопасти 16, 17 с регулируемым углом. Кроме того, весь тракт, включая канал возврата потока, может также быть выполнен с возможностью изменения угла согласно углу секции 1 тестирования, в результате чего получается компактное решение всей системы аэродинамической трубы при сохранении высокой эффективности всей системы трубы с небольшими потерями давления.
На изображенном на Фиг. 1 варианте осуществления секция 13 возвратного потока является удлиняемой за счет использования скользящих и гибких секций стенок, что обеспечивает возможность изменения геометрической формы при изменении первого угла α. Удлиняемые стенки канала выполнены с возможностью минимизации возникающих сил сопротивления. Это сделано для того, чтобы снизить потери давления в трубе, и таким образом сократить необходимость в энергии для использования системы.
На Фиг. 2а изображен вариант выполнения решения, похожего на тот, что представлен на Фиг. 1, но прикрепленный к системе вертикальной аэродинамической трубы, такой как установка, имитирующая прыжок с парашютом, с главной плоскостью 110 потока, перпендикулярной горизонтальной плоскости и параллельной направлению ускорения свободного падения. Указанный вариант выполнения содержит все характерные секции и элементы варианта осуществления, описанного выше со ссылкой на Фиг. 1. В указанном варианте осуществления направление f1 входящего потока, являющееся вертикальным, отклоняется в первом соединительном участке 3 на величину первого угла α; в секции 1 тестирования оно имеет наклонное направление f2 потока; второй соединительный участок 12 используется для направления потока с возвратным направлением f3 назад к главной плоскости потока; наконец поток проходит первую связующую секцию 14, где направление f4 возвратного потока возвращается к состоянию сонаправленности с главной плоскостью 110 потока. Также как и в вышеописанном варианте осуществления секции имеют характерный дизайн, за счет которого удается достичь высокого качества и невозмущенности потока в секции планирующего полета, и низкие потери давления в решении в целом.
В вариантах осуществления, в которых первый участок 6 является по существу вертикальным, первый угол α равен 90-β, так что величина первого угла α составляет 5-85°, предпочтительно 30-75°.
В другом варианте осуществления, изображенном на Фиг. 2b, связанном с вариантом выполнения, в котором настоящий аппарат представляет собой вертикальную аэродинамическую трубу, спроектированную для имитации прыжков с парашютом, вертикальный поток в первом участке 6 перенаправляется в соединительном участке 3 в секцию 1 планирующего полета, имеющую наклонное направление f2 потока с углом β в диапазоне 5-85°  относительно горизонтальной плоскости, или предпочтительно 15-60°, как показано на Фиг. 2а. За секцией 1 планирующего полета следует первая связующая секция 14, в которой поток перенаправляется для того, чтобы разместиться в канале возвратного потока системы главной трубы. Аппарат предусматривает различные углы наклона за счет наклона секции планирующего полета с помощью гидравлического или механического привода 7, прикрепленного к прочной конструкции здания. Для того, чтобы обеспечить гибкий угол наклона, во втором соединительном участке и первом связующем участке 12, 14 используют решения с гибкими элементами, похожие на вышеописанный вариант осуществления. Причем как секция 1 планирующего полета, так и возвратный канал, используют телескопическую функциональность со скользящими стенками канала, чтобы обеспечить возможность продольного удлинения при изменении угла наклона.
Фиг. 3 изображает человека 200, совершающего стабильный, устойчивый планирующий полет, при котором сила тяжести, действующая на человека, сбалансирована аэродинамическими подъемными силами FL и аэродинамическими силами FD сопротивления. Эти силы зависят от нескольких факторов, например, от угла наклона, поля 300 скоростей потока, веса человека, аэродинамического профиля человека, угла атаки у между человеком и потоком воздуха, полезной площади крыла или его формы, нагрузки крыла (отношения всего подвешенного груза к площади крыла в плане), и т.д. На лицо, совершающее полет, могут быть надеты, или не надеты, предметы одежды, которые повышают его показатель скольжения (т.е. угол траектории скольжения к горизонтальной плоскости), например, костюм wingsuit. Предполагается, что во время полета спортсмен (лицо, совершающее полет) будет специально вносить некоторые изменения в несколько из указанных аэродинамических характеристик за счет спортивной техники, двигаясь в полете в пределах наклонной секции трубы.
В изображенном на Фиг. 3 варианте осуществления соединительный участок 3, соединяющий горизонтальную трубу 6 с наклонной секцией 1 трубы, предусматривает средства для регулирования угла потока воздуха или поля потока. В указанном варианте осуществления данные средства содержат усиливающие отклонение потока сегменты, как в потолке 130, так и в полу 140. Усиливающие отклонение потока сегменты показаны здесь, как выступы, выступающие от потолка и пола. При этом указанные выступы могут располагаться на по меньшей мере части стенки (включая потолок и пол), и могут иметь регулируемую форму, так что оператор или операционная система может изменять форму в зависимости от конкретной ситуации.
Потолочный усиливающий поток сегмент 130 гарантирует, что поток остается прикрепленным к потолку наклонной секции 1, и препятствует срыву потока, который приведет к возникновению турбулентных следов на потолке наклонной секции, что является нежелательным для выполнения устойчивого планирующего полета в наклонной секции тестирования. Напольный усиливающий поток сегмент 140 выполнен с возможностью изменения входящего поля 400 с плоскостной структурой потока до состояния поля 300 распределенного потока в наклонной секции, с более высокими скоростями потока ближе к полу наклонного канала и с более низкими скоростями потока ближе к потолку. Это задумано для того, чтобы сделать упражнения по планирующему полету самостабилизирующимися и более безопасными, обеспечивая более высокие подъемные силы (за счет более высоких скоростей потока) при приближении человека к полу, поднимая тем самым человека/объект к центральной части трубы, и более низкие ближе к потолку.
В зависимости от требований безопасности и спортивных требований от совершающих полет лиц могут быть созданы другие вариации потока по вертикальному градиенту. Теоретически может быть, что на сегодняшний день известны не все из таких желаемых вариаций, но настоящее изобретение позволяет создать такие вариации по вертикальному градиенту для обеспечения соответствия различным требованиям для различных типов операций.
В другом варианте осуществления средства для регулирования угла потока воздуха или поля потока могут также содержать поворотные лопасти, которые могут быть стационарными или подвижными, и способными двигаться независимо друг от друга.
В то же время в другом варианте осуществления указанные средства для регулирования угла поля потока воздуха могут предусматривать использование единственной зафиксированной поворотной лопасти с регулируемым углом, прикрепленной к потолку либо секции 1 тестирования, либо любого из предыдущих сегментов, и расположенной в непосредственном соединении с потолочным усиливающим поток сегментом 130. Было подтверждено, что такие конструкции стабилизируют качество поля потока ниже по потоку в секции тестирования и снижают срывы потока со стенок на потолке секции тестирования, особенно при углах наклона выше 25 градусов.
Таким образом, средства для регулирования угла потока воздуха или поля потока могут содержать по меньшей мере одну поворотную лопасть 210, расположенную в потолке соединительного участка. Преимущество этого заключается в том, что в секции 1 тестирования создается однородное поле потока и не допускается образование завихрений. В некоторых вариантах осуществления более выгодным может оказаться использование нескольких поворотных лопастей, каждая из которых зафиксирована или имеет регулируемый угол.
Другим аспектом указанного варианта осуществления является то, что наклонная секция 1 планирующего полета спроектирована таким образом, что площадь поперечного сечения канала трубы увеличивается вдоль направления потока в секции планирующего полета, что приводит к тому, что выходной профиль 500 потока рядом с секцией 150 выхода имеет значительно меньшую величину (как в отношении максимальной, так и средней скорости), чем входной профиль 400 потока в наклонной секции 1 планирующего полета. Результатом такого изменения величины скорости ниже по потоку по длинной оси секции планирующего полета является то, что человеку/объекту 200 предоставляется еще одна возможность для самостабилизации. При совершении человеком/объектом 200 планирующего полета и при движении в направлении выше по потоку, вниз наклонной секции, в более узкую площадь поперечного сечения с более высокой скоростью потока, противодействующая сила FD сопротивления соответственно увеличивается и тянет человека/объект назад в направлении к предлагаемой ниже по потоку секции 150 выхода. Следует отметить, что для некоторых лиц, совершающих полет, может оказаться предпочтительным войти и выйти из секции тестирования в том месте, которое обозначается здесь как секция выхода. В какой-то точке до достижения секции выхода сила сопротивления будет сбалансирована параллельным компонентом силы тяжести и будет достигнуто равновесие, что даст самостабилизирующий эффект. Такой градиент скорости потока по длинной оси может быть важен как с точки зрения безопасности, так и с точки зрения спортивных аспектов. Предполагается, что выход из туннеля более безопасен в условиях более низких скоростей потока (поэтому нижнюю по потоку дверь называют выходом); для некоторых лиц, совершающих полет, может оказаться предпочтительным осуществить через указанную нижюю по потоку дверь вход в трубу, в то время как другие лица, совершающие полет, могут пожелать войти через верхнюю по потоку дверь. Новички могут пожелать войти через верхнюю по потоку дверь при функционировании всей трубы при сравнительно низких скоростях потока. За счет увеличения площади поперечного сечения это приведет к тому, что в части камеры полета скорости потока будут полулетными, одновременно обеспечивая возможность как полета, так и не полета. Значение этого с точки зрения безопасности заключается в том, что новичок не сможет взмыть абсолютно вверх к концу секции полета. Таким образом, труба 100 содержит по меньшей мере одну дверь доступа с воздушной камерой, позволяющей человеку войти и выйти из трубы 100 во время операции. Предпочтительно, чтобы труба 100 могла содержать по меньшей мере две двери доступа, причем указанные двери доступа были бы расположены по обе стороны секции тестирования (одна выше по потоку и одна ниже по потоку).
Привод 7, прикрепленный к наклонной секции 1 планирующего полета и к прочной конструкции здания, служит для изменения угла наклонной секции, в данном варианте осуществления ограничиваясь диапазоном 15-60° относительно горизонтальной плоскости, что является предпочтительным углом планирующего полета.
На Фиг. 4 изображен определенный аспект настоящего изобретения. Фиг. 4 показывает соединительный участок 3, прикрепляющий наклонную секцию 1 планирующего полета к горизонтальной секции 6 трубы, причем он содержит отдельные гибкие элементы 160, 170, 180, связанные с помощью гибкого материала, герметичного для потока, с внешней стороны указанной секции, присоединяя наклонную секцию к горизонтальной секции гибким и герметичным для потока способом. Внутренние стенки 190, 195, прикрепленные к наклонной секции, которые могут вставляться внутрь горизонтальной секции 6, расположенной перед наклонной секцией 1, обеспечивают гладкие переходы стенок, снижая аэродинамическое сопротивление от стенок и поддерживая неотрывное от стенок поле потока, в результате чего достигается качество потока, подходящее для выполнения планирующего полета в последующей секции трубы. При неиспользовании указанных аспектов поток будет претерпевать срыв со стенок в соединительном участке, кроме того будет происходить образование завихрений и других возмущений потока.
На Фиг. 5 изображен другой определенный аспект одного из вариантов осуществления настоящего изобретения. На фигуре показан соединительный участок 3, прикрепляющий наклонную секцию 1 полета к горизонтальной секции 6 трубы, причем для отклонения потока контролируемым образом используются поворотные лопасти 210. В результате поле потока имеет лучшие качества для выполнения устойчивого планирующего полета в последующей наклонной секции, такие как однородность поля потока по всему поперечному сечению трубы.
На Фиг. 6 показан аспект указанного варианта осуществления, заключающий в том, что для отклонения потока от главной плоскости потока горизонтальной секции 6 трубы с горизонтальным направлением f1 входящего потока к наклонному направлению f2 потока в наклонной секции 1 планирующего полета используется ряд регулируемых направляющих поток лопастей 210. Указанный ряд направляющих лопастей 210 создает контролируемое поле потока в наклонной секции планирующего полета, а также приводит к более низким потерям давления в потоке, чем те, которые были бы в результате отклонения потока. В одном из вариантов осуществления направляющие лопасти сконструированы таким образом, что они могут регулироваться по-отдельности, в диапазоне углов 20-70° относительно направления входящего потока, в результате чего достигается предпочтительный угол наклона 15-60° относительно горизонтальной плоскости, и могут быть динамично контролируемы с помощью панели контроля планирующего полета (не показана) для задания необходимого распределения поля потока по ширине и по длине наклонной секции планирующего полета, в результате чего достигаются условия потока, благоприятные для выполнения различного рода упражнений по планирующему полету, например, но не ограничиваясь указанным примером, для выполнения частично самостабилизирующегося полета, с высокой скоростью потока рядом с полом секции полета, или более продвинутые и ориентированные на производительность условия потока с высоко сконцентрированными скоростями потока в центре канала секции полета по его ширине.
На Фиг. 7 изображены детали технического решения регулируемых направляющих лопастей 210, дающие при полном удлинении максимальное угловое отклонение потока, используемые в варианте осуществления, показанном на Фиг. 6, причем каждая сборка регулируемой лопасти содержит несколько удлиняемых секций 211, 212, 213 лопасти, каждая из которых имеет определенный угол α1, α2, α3 отклонения, обычно равный 20°, при этом секция на нижнем по потоку конце, где достигается направление f2 выходящего потока, содержит дополнительное удлинение в виде плоской панели 215, ведущей поток в направлении прямо и от выхода лопасти, в результате чего достигается хорошая направленность потока, низкая потеря давления и минимальная турбулентность потока. Каждая секция лопасти с помощью структурных штанг 214, удерживающих каждую секцию лопасти в правильном положении, крепится к центральному валу 216, к которому прикреплены все секции лопасти. Центральный вал 216 содержит статичный вал, к которому крепится секция 211 лопасти ведущей кромки, являющаяся зафиксированной, и соосные узлы с возможностью вращения, к которым крепятся следующие секции 212, 213 лопасти. Эти узлы с возможностью вращения контролируются приводами, которые крепятся к сторонам всей сборки лопасти для динамичного индивидуального контроля.
Со ссылкой на Фиг. 8а и 8b описывается другой вариант осуществления настоящего изобретения. Здесь раскрыта система 600 двухступенчатого доступа, расположенная в верхнем по потоку конце наклонной секции 1 полета. Для входа и выхода людей и объектов в наклонную секцию полета используется отсек 601 доступа. Двухступенчатая система имеет два разделенных герметичных отсека, первый 602, функционирующий как предкамера, и второй, как предполетная комната 603, в которой могут находиться несколько людей и/или объектов, ожидая и готовясь к выполнению планирующего полета. Из предполетной комнаты 603 легко получить доступ к секции полета через проход 604 доступа, незакрытый дверным материалом. Использование описанной двухступенчатой системы доступа выигрывает за счет того, что разрешает вход и выход в секцию полета без снижения скорости потока в трубе полета и поэтому создает систему воздушной камеры (англ. «air lock system»). Благодаря этому оказывается возможным более эффективное использование трубы и осуществление входа и выхода в секцию полета несколькими людьми в любом порядке. Если бы использовалась одноступенчатая система, разница давлений между наружной комнатой и внутренним пространством секции полета привела бы к незамедлительному движению значительного потока в секцию полета, так как в ней давление ниже, чем в окружающем пространстве, что привело бы к сильным возмущениям потока в секции полета. Сильное возмущение означало бы риск нарушения безопасности и риск возникновения неконтролируемых аэродинамических сил, действующих на любой объект или человека в секции полета, с риском получения повреждений или разрушения объекта из-за столкновения со стенками трубы. Эти риски снижаются с помощью двухступенчатой системы, в которой одновременно открыта только одна дверь, что означает, что во время входа или выхода не может возникнуть движение потоков внутрь или наружу. Другой важной положительной чертой двухступенчатой системы является то, что инструкторы безопасности и/или операторы машины могут располагаться в наиболее внутренне расположенном отсеке с быстрым доступом к секции полета и людям, и объектам, внутри, что обеспечивает возможность более безопасного использования аэродинамической трубы, как системы в целом. При получении травмы любой тяжести описанная здесь конструкция с двойным доступом, выше по потоку и ниже по потоку, поможет в извлечении травмированного человека. Если в результате травмы необходима срочная полная остановка потока воздуха выключением вентилятора, травмированный человек скорее всего скатится вниз к верхней по потоку двери за счет действия силы тяжести - поэтому наличие зоны доступа в этом месте рассматривается, как базовое требование безопасности, даже если во время нормальных операций может использоваться нижняя по потоку дверь из-за более низкой скорости потока.
Если первый участок 6 по существу является вертикальным, особенно важным является размещение верхней по потоку двери 600.
Со ссылкой на Фиг. 9 описывается другой вариант осуществления настоящего изобретения. Фиг. 9 показывает нижнюю по потоку секцию наклонной секции 1 планирующего полета в соединении с нижней по потоку зоной 700 доступа с нижней по потоку дверью 701 доступа, второй соединительный участок 12 с рядом регулируемых направляющих поток лопастей 210, и возвратную секцию 13. Показано, как наклонная секция полета выполнена с расширяющимся поперечным сечением, достигая большей площади поперечного сечения ниже по потоку, что приводит к более низким скоростям потока по длине наклонной секции полета. Расширение предусматривает угол δ1 расширения стенки в диапазоне 2-8° относительно центральной линии трубы для обеспечения значительного снижения скорости потока при сохранении условий неотрывного от стенок потока и минимизации риска возникновения условий неустойчивого потока или турбулентности. Для достижения большего снижения скорости потока с целью обеспечения безопасных условий в нижней по потоку зоне доступа, и безопасного и легко осуществимого входа и выхода людей и/или объектов через нижнюю по потоку дверь доступа, на входе нижней по потоку секции 700 входа/выхода используется больший угол δ2 расширения стенки, в диапазоне 5-20° относительно центральной линии трубы. В соединении с дверью доступа помещается рампа доступа, изготовленная из износостойкого и аэродинамически подходящего материала, обычно представляющая собой металлическую сетку или натянутое стальное решето, обеспечивающее гладкий поток воздуха стабильной структуры через него, выполненное в виде платформы, заходящей во внутрь нижней по потоку зоны доступа, позволяющей людям входить, статично стоять или выходить комфортным и безопасным образом. Рампа, содержащая решето, будет сконструирована имеющей форму и характеристики, минимизирующие потери энергии/потока из-за его сопротивления. Сразу ниже по потоку от рампы доступа расположена сетка 310 безопасности, препятствующая случайным столкновениям объектов и людей с расположенными далее направляющими поток лопастями, что является важной мерой безопасности. При их отсутствии люди и объекты или сами лопасти могут получить нежелательные и опасные повреждения. Задачей указанных направляющих поток лопастей является отклонение направления потока от направления f2 в наклонной секции полета до направления f3 потока в возвратном канале к главной плоскости потока.
На Фиг. 10 изображен аспект указанного варианта осуществления, заключающийся в том, что секция 13 возвратного потока, соединяющая наклонную секцию 1 полета с главным возвратным каналом 18, спроектирована по существу использующей решение закручивающегося свободного потока, используя решение ненаправленного поперечного потока низкой скорости. Закручивающий возвратный канал имеет форму коробки, и выполнен с ограждающими стенками в форме прямоугольника, так что поток f2 наклонных секций раздваивается и отклоняется в боковой поток f7 с помощью отклоняющего экрана передней стенки. Этот поток затем начинает движение закручивания и поворачивается на 180°, проходя назад вдоль и за стороны наклонных секций трубы до тех пор, пока поток не окажется под влиянием экрана 220 задней стенки, толкающего направление потока вниз f8. Поток продолжает движение вниз в виде закрученного потока f5, снова проталкивается вперед (т.е. в основном направлении главного направления возвратного потока) под влиянием донного экрана 230 и, наконец, воссоединяется с главным направлением f4 возвратного потока. Дизайн системы возвратного канала с отклоняющими экранами приводит к простой, но в то же время сравнительно эффективной конструкции с минимальными потерями давления, делающей возвратный канал простым в построении и надежным, одновременно гарантируя относительно низкие потери давления, что обеспечивает возможность энергоэффективного использования трубы. Другим аспектом указанного варианта осуществления, также показанным на Фиг. 10, является использование входной насадки 240 с воронкообразным раструбом, за счет которой достигается значительное снижение потерь давления, улучшение энергоэффективности и снижение генерации шума и тепла, а также стабилизация динамики потока.
Другим вариантом осуществления настоящего изобретения, представленным на Фиг. 10, является размещение верхней по потоку системы 600 доступа, перед (выше по потоку от) первым отклоняющим каналом 24, в результате чего обеспечивается более безопасный и более стабильный с точки зрения потока доступ в и из трубы во время ее работы.
Другим вариантом осуществления, изображенным на Фиг. 10, является использование нижней по потоку двери 701 доступа, с аэродинамически оптимизированной рампой 710, такой, как описано выше, выполненной для обеспечения оптимального доступа к трубе и обеспечения безопасности пользователей, не нарушающей при этом поток.
Другим вариантом осуществления, изображенным на Фиг. 10, является конструкция механизма для активации угла наклона, в данном случае состоящая из тросовой системы 20, прикрепленной на одном конце к наклонной секции трубы ближе к верхней стороне 21, а на другом конце прикрепленной с помощью электромеханически активируемого аппарата 22 лебедки, в свою очередь прикрепленного к прочной части конструкции 23 здания, причем указанная лебедка способна тянуть трос и тем самым поднимать всю наклонную секцию трубы. Для того чтобы получить контролируемое наклоняющее движение при включении тросовой системы, или любой другой системы активации, наклонная секция трубы шарнирно крепится в верхней соединительной точке соединительного участка 24. Указанная конструкция также предусматривает скользящие и гибкие секции в стенке возвратного канала, за счет которых возможно поступательное перемещение наклонной секции трубы при изменении угла наклона, при сохранении достаточной герметизации потока возвратного канала.
Другой вариант осуществления, представленный на Фиг. 1 и 10, относится к общему размеру настоящего изобретения по высоте. При использовании наклонной секции полета, описанной на Фиг. 1, 10 и других чертежах, итоговая общая высота настоящего изобретения составляет менее 10 м за счет использования наклонной секции полета в случае, если длина секции полета составляет 10 м. Такое снижение необходимости в высоте строения в сравнении с любыми предыдущими решениями и конструкциями вертикальных аэродинамических труб является важным. Аппарат, описанный в настоящем изобретении, может быть реализован на площадках и в зданиях с менее проблематичным получением разрешения на строительство от государственных органов, сокращенными общими затратами на строительство, при этом процесс размещения указанного аппарата в коммерческих зданиях будет в целом более простым.
На Фиг. 11 изображен аспект варианта осуществления изобретения, предусматривающий двойные двухступенчатые системы доступа, одну для верхней по потоку зоны 600 доступа и одну для нижней по потоку зоны 700 доступа, прикрепленные к наклонной секции 1 полета. Использование двойных систем доступа позволяет получить доступ к обеим зонам непрерывно и одновременно во время работы аэродинамической трубы и при любых скоростях потока, при этом поток в секции полета остается стабильным и невозмущенным, что является необходимым условием для выполнения устойчивого планирующего полета безопасным и контролируемым образом. Если бы использование любой из двух зон доступа осуществлялось без применения указанных двухступенчатых систем доступа, возникало бы значительное движение потока внутрь и наружу через дверь доступа, что существенно бы повлияло как на условия потока, так и на удобство и безопасность процесса доступа. В изображенном решении верхняя по потоку зона доступа снабжена двойными дверьми доступа, одной перед 610 соединительным участком и одной после 620, обеспечивающими улучшенное использование наклонной трубы, заключающееся в том, что пользователь-новичок или прототип объекта может входить в трубу в нижней по потоку точке 620 доступа, в то время как инструктор или продвинутый проводник может входить через верхнюю по потоку точку 610 доступа, что существенно упрощает использование и приводит к упрощению и улучшению в плане безопасности инструктажа новичков. Обе двухступенчатые системы доступа показаны содержащими предкамеру 630, 730, герметичную относительно окружающего воздуха (для предотвращения движения потока внутрь и наружу), с внешней дверью 631, 731, внутренними дверьми 632, 732, также предотвращающими движение потока внутрь и наружу, предполетные камеры 633, 733, в которых люди и объекты могут ожидать входа в секцию полета указанной трубы.
Другой вариант осуществления, изображенный на Фиг. 10, представляет собой комнату 30 контроля для оператора машины трубы, расположенную вблизи наклонной трубы, верхней по потоку зоны доступа и предполетной комнаты ожидания. Разделяющие стенки комнаты контроля сделаны из прозрачного материала, такого как стекло, или из прозрачных пластиков. Стенки наклонной секции полета, располагающиеся напротив комнаты контроля, как верхние по потоку лицевые стороны 32, так и нижние по потоку лицевые стороны 33, а также боковое окно 25 нихней по потоку предполетной комнаты также выполнены из похожих прозрачных материалов, что дает полную видимость из комнаты контроля всех участков наклонной секции полета, а кроме того предполетных комнат 633, 733 обеих систем доступа. Оператор, располагающийся в комнате контроля, непосредственно контролирует вентиляторную систему аэродинамической трубы, регулирует скорость потока в наклонной секции полета за счет ручного контролирования скорости вентилятора, гарантируя достижение оптимальной скорости потока для выполнения планирующего полета и гарантируя быструю остановку потока в случае необходимости.
В другом варианте осуществления оператор в комнате контроля также контролирует угол наклона секции полета, и может динамично регулировать этот угол для того, чтобы он соответствовал упражнению и гарантировал правильность выполнения упражнения по планирующему полету за счет обеспечения правильной скорости потока и угла планирующего полета.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения вентиляторный мотор аэродинамической трубы и угол наклона контролируются удаленно (по беспроводной или проводной связи) с помощью контролирующего устройства, управляемого инструктором изнутри предполетных камер или изнутри самой секции полета указанной трубы, что снижает необходимость в операторе, делает использование более безопасным и снижает операционные затраты. При потери связи с удаленным контролем в любой момент контроллер вентиляторного мотора аэродинамической трубы осуществит полную остановку и приведет скорость потока к нулю.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения удаленный контролер, используемый инструктором по полету в секции полета может быть выполнен в виде «выключателя в случае смерти» (англ. «dead-man»s-grip»), так что в случае потери инструктором контроля над ним, например, физической потери контроля, или в случае потери дееспособности, или в случае потери связи удаленного контролера с главным компьютером, вентиляторная система незамедлительно совершит полную остановку.
При этом в другом варианте осуществления настоящего изобретения ограниченный или полный удаленный контроль может предоставляться другому лицу, совершающему полет, а не инструктору, например, лицу, совершающему полет, может быть предоставлена возможность контроля над углом в определенных пределах, но не контроля над вентилятором или другими критическими с точки зрения безопасности аспектами операции.
При этом в другом варианте осуществления, изображенном на Фиг. 11, боковая сторона наклонной секции полета, противоположная системам доступа и комнате 34 контроля, выполнена из прозрачного материала (например, стекла или прозрачных пластиков), так что обеспечивается полная видимость упражнения по планирующему полету для зрителя или зоны 35 видеозаписи. Это позволяет зрителям и видео операторам обозревать и осуществлять запись упражнений по планирующему полету, в том числе показываемых по телевидению соревнований, с короткой дистанции.
Обратимся к Фиг. 16а, b и с. На Фиг. 16а показаны результаты моделирования трехразмерного поля потока, которое создается за счет использования варианта осуществления настоящего изобретения, смоделированное при угле отклонения в 35 градусов и при скорости потока 50 м/с, при использовании вышеописанного варианта осуществления с соединительным участком, использующим усиливающие поток секции стенки и без направляющих поток лопастей. Моделирование показывает, что в результате использования изобретения достигается высокое качество поля потока, с всего лишь небольшими отклонениями скорости по ширине и без волновых следов или зон срыва, что достигается за счет использования усиливающих поток секций стенок с характерной геометрией в и до соединительного участка. На Фиг. 16b изображены линии 2D поперечных сечений, распределение скоростей потока на которых представлено на Фиг. 16с. На Фиг. 16с представлено изображение распределений поля потока в конкретных поперечных сечениях в наклонной секции трубы.
Для обеспечения безопасности человека или лица, совершающего полет, использующих аэродинамическую трубу, предоставляется система безопасности. Система безопасности содержит ограничивающую конструкцию 900, представленную в секции 1 тестирования и служащую для обеспечения безопасности за счет предотвращения выхода лица, совершающего полет, за пределы секции 1 тестирования. Ограничивающая конструкция 900 содержит подвесную систему 800, описанную ниже, помимо этого свойства самой аэродинамической трубы также служат для предотвращения слишком сильного вылета лица, совершающего полет, выше по потоку или ниже по потоку, и тем самым предотвращает получение повреждений.
Обычно требуется, чтобы подвесная система 800 способствовала процессу обучения в случае использования аэродинамической трубы неопытным лицом, и чтобы столкновения со стенками и полом предотвращались. При этом для более опытных лиц, совершающих полет, для обеспечения безопасности во время использования может быть достаточной ограничивающая конструкция в самой трубе.
Согласно настоящему изобретению аэродинамическая труба 100 может быть снабжена подвесной системой 800 для использования человеком, совершающим полет в секции 1 тестирования. Подвесная система может быть монтирована на внутренней стенке секции 1 тестирования, при этом указанная система предпочтительно содержит по меньшей мере две точки 801, 802; 907 крепления к трубе к указанной стенке, как будет описано более подробно ниже. Более предпочтительным является вариант, когда подвесная система содержит по меньшей мере одно, а предпочтительнее два плечевых крепления, и по меньшей мере одно, но предпочтительнее два набедренных крепления для человека, причем указанные крепления 801, 802, 803, 804 выполнены с возможностью отсоединения их человеком по отдельности.
Поэтому человек, использующий аэродинамическую трубу, далее называемый лицом, совершающим полет, будет закреплен по нескольким осям движения. Поэтому, несмотря на ограничение, лицо, совершающее полет, будет способно достаточно двигаться, чтобы научиться чувствовать потоки воздуха вокруг своего тела. Стропы, ведущие к стенке трубы, могут быть затянуты или ослаблены в зависимости от пожеланий лица, совершающего полет, или его инструктора.
В таких ограниченных условиях, позволяющих только ограниченное количество движений в центре трубы, лицо, совершающее полет, выучит основы совершения человеком полета. В зависимости от прогресса обучения и других условий лицо, совершающее полет, может провести более длительный или более короткий период времени в этой ознакомительной конструкции. Система безопасности для новичков может использоваться с или без повышающих показатель планирующего полета предметов одежды, таких как различные виды костюмов wingsuit или штанов tracking pants. Она также может использоваться с лыжами для тренировок прыжков на лыжах, или с другими средствами для выполнения человеком планирующего полета. Для тренировок прыжков на лыжах может быть необязательным ее отсоединять, используя при этом в достаточной степени системы быстрого отсоединения. В зависимости от пожеланий лица, совершающего полет, и вида желаемого полета, точка соединения между стропой (стропами) и страховочной системой может быть передвинута за спину лица, совершающего полет. Для некоторых лиц, совершающих полет, может оказаться предпочтительным размещение точки соединения на груди, с соединением с помощью единственной стропы с полом трубы.
На Фиг. 12 показано выполнение средств, предназначенных для прогрессивного обучения и старта полета, для достижения устойчивого и контролируемого планирующего полета, осуществляемого человеком в наклонной аэродинамической трубе, в случае, когда лицо, совершающее полет, соединенное со стенками трубы по бокам, поднимается в продольном направлении. Стропы соединены с полной страховочной системой лица, совершающего полет, имеющей или не имеющей систему быстрого отсоединения.
Когда лицо, совершающие полет, продемонстрировало контроль и необходимые навыки, система крепления отсоединяется, и лицо, совершающее полет, выполняет полет без каких-либо ограничений. Такая система безопасности для новичков может использоваться как с, так и без, усиливающих показатель планирующего полета предметов одежды, таких как различные виды костюмов «wingsuit» или штанов «tracking pants».
На Фиг. 12 также продемонстрировано, что от системы соединения с двумя точками на плечах ожидается, что она будет самостабилизирующейся, потому что поток воздуха будет проходить вниз по телу лица, совершающего полет, краниокаудально в направлении его ног и ступней, при этом лицо, совершающее полет, по-прежнему является соединено со стенкой трубы. Соединение находится выше центра тяжести лица, совершающего полет, что является важным аспектом для стабильности.
На Фиг. 13 и 15 показано, что от системы соединения с четырьмя точками, с точками соединения на плечах и бедрах, билатерально, ожидается, что она будет удерживать лицо, совершающее полет, в очень стабильной и ограниченной конструкции, значительно снижающей любые риски столкновения со стенками трубы. Еще большая стабильность может быть достигнута, если в подвесной системе будет предусмотрено еще и соединение с ногами.
На Фиг. 14 показано, что добавление строп для удержания руками, показанных здесь с мягкими кольцами на удерживаемом конце, может также добавить стабильности и безопасности некоторым лицам, совершающим полет. Такие стропы для удержания руками могут свободно «плавать» в потоке воздуха, соединенные только со стенками трубы, и когда лицо, совершающее полет, отпускает их, за счет силы воздуха они будут сдвинуты в направлении стенок трубы и будут придерживаться поверхности стенок, обеспечивая свободное пространство в трубе для совершения полета. Стропы для удержания руками должны быть мягкими на концах, которые удерживаются лицом, совершающим полет, так что риск повреждений ими лица, совершающего полет, при их выпускании отсутствует.
На Фиг. 15 дополнительно раскрыто пятое крепление 807, которое может быть использовано для соединения лица, совершающего полет, с полом секции 1 тестирования. Стоит отметить, что подвесная система может меняться в зависимости от нужд и пожеланий конкретного лица, совершающего полет.
Ограничивающая конструкция 900 будет теперь описана снова со ссылкой на Фиг. 12-15, а также Фиг. 17 и 18.
Как отмечалось ранее, подвесная система 800 содержит по меньшей мере одну точку 907 крепления к трубе на внутренней окружности стенки трубы наклонной секции 1 тестирования. Точки 907 крепления к трубе содержат держатель для закрепления стропы 909, причем указанный держатель предпочтительно расположен в углублении или заподлицо внутренней окружности стенки трубы. Это сделано для того, чтобы предотвратить получение повреждений лицом, совершающим полет, при его или ее контакте со стенкой трубы. Точка 907 крепления к трубе может также быть заякорена в точке вне трубы так, что в саму трубу выходит лишь держатель, при этом держатель является предпочтительно мягким и износостойким, таким как полоса или лента, к которой крепится стропа 909. Стропа 909 затем крепится к точке 908 крепления человека на страховочной системе, которая надета на лицо, совершающее полет, для безопасного удержания лица, совершающего полет, в нужной части секции 1 тестирования и предотвращения получения повреждений.
Предпочтительно, чтобы использовалось по меньшей мере две точки 907 крепления к трубе в верхней половине внутренней окружности стенки трубы, причем чтобы каждая была соединена посредством стропы 909 с по меньшей мере двумя точками крепления человека, расположенными на набедренной части страховочной системы, одна на левой стороне и одна на правой стороне страховочной системы. Поэтому одна стропа выполнена с возможностью прикрепления к одной из точек крепления к трубе и точке крепления человека на левой стороне страховочной системы, и вторая стропа выполнена с возможностью прикрепления к одной из точек крепления к трубе и точке крепления человека на правой стороне страховочной системы. Это позволяет обеспечить стабильное и надежное размещение лица, совершающего полет, в трубе. Для того чтобы учесть разницу в высоте и весе, страховочная система может быть обеспечена несколькими точками 908 крепления человека, что предоставит выбор для крепления стропы 909 на каждое конкретное лицо, совершающее полет. В одном варианте осуществления используют регулируемые точки крепления человека на страховочной системе, которые могут быть отрегулированы до необходимого положения на конкретном лице, совершающем полет, не требуя отсоединения этого лица и осуществления выбора другой фиксированной точки крепления.
Сама стропа 909 предпочтительно может быть удлинена за счет приложения растягивающего усилия, причем указанная стропа содержит деформирующее устройство, предназначенное для удлинения стропы, и/или стропа выполнена гибкой, причем указанная стропа может быть удлинена на некоторую ограниченную длину. За счет этого обеспечивается более мягкий контакт между лицом, совершающим полет, и подвесной системой 800, и предотвращаются резкие движения и остановки, которые были бы неприятными и потенциально опасными, а кроме того это позволяет осуществить крепление лица, совершающего полет, к подвесной системе 800, прикрепляя стропу 909 к точке 908 крепления человека, когда человек, на которого надета страховочная система, находится за пределами наклонной секции тестирования трубы. Например, лицо, совершающее полет, может надеть страховочную систему и соединить себя с подвесной системой 800, закрепляя эластичную или удлиняемую стропу 909 к страховочной системе до входа в секцию 1 тестирования. Это является удобным и эффективным с точки зрения времени, и в то же время обеспечивает дополнительную безопасность в случаях, когда лицо, совершающее полет входит или выходит из секции 1 тестирования при включенном вентиляторе.
Предпочтительно, чтобы ограничение по длине, на которое стропа 909 могла бы удлиняться, было в диапазоне 10-500% длины стропы 909, и/или указанное усилие, необходимое для совершения удлинения, было в диапазоне 20-1000Н. За счет этого достигается подходящее и удобное удлинение с помощью деформирующего устройства или эластичности стропы. Деформирующее устройство может содержать систему, использующую подпружиненный ролик со стопорным механизмом, похожий на те, что используются для ремней безопасности в транспортных средствах, где ремень может быть удлинен при приложении небольшой нагрузки, и при этом удлинение предотвращается при воздействии на него большей нагрузки. В случае подвесной системы согласно настоящему изобретению это обеспечит гибкость использования, при котором лицо, совершающее полет, сможет свободно перемещаться вокруг, но при этом будет по-прежнему защищен от повреждений из-за неожиданного падения или неконтролируемого движения вбок или чего-то похожего.
Стропа 909 может в альтернативном варианте осуществления, представленном на Фиг. 17, быть выполнена с возможностью крепления к точке 907 крепления к трубе с помощью скользящего соединения 911 к по меньшей мере устройству 912 пути скольжения, содержащему по меньшей мере одну веревку, трос или планку
910, соединенную с по меньшей мерой двумя из точек 907 крепления к трубе, так что скользящее соединение 911 способно скользить по устройству 912 пути скольжения. Устройство 912 пути скольжения может быть обычной веревкой или тросом, проходящим вдоль крыши секции 1 тестирования, между одной точкой 907 крепления к трубе, расположенной выше по потоку, и другой, расположенной ниже по потоку. За счет монтирования стропы 909 на скользящем соединении 911, которое может представлять собой, например, пружинный крюк, пружинный карабин или обычную петлю стропы 909, человек, на которого надета страховочная система, может двигаться в продольном направлении, т.е. выше по потоку или ниже по потоку, с ограничением движения из стороны в сторону.
Для надежного удержания устройства 912 пути скольжения относительно стенки трубы веревку или трос соединяют с точкой крепления к трубе с помощью эластичного соединения 913, которое тянет веревку или трос к точке крепления к трубе. Это имеет важный эффект минимизации рисков для лица, совершающего полет, оказаться запутанным в устройстве 912 пути скольжения.
В другом варианте осуществления подвесная система 800 ограничивающего устройства 900 содержит по меньшей мере две страховочной системы и несколько точек 907 крепления к трубе и строп 909 для обеспечения крепления страховочных систем к точкам 907 крепления к трубе с помощью строп. Это создает безопасные условия полета одновременно для одного или нескольких лиц, совершающих полет. За счет распределения точек 907 крепления к трубе по окружности стенки трубы и по длине секции 1 тестирования, и за счет выбора длины и эластичности каждой стропы 909, каждое лицо, совершающее полет, и их страховочные системы, могут иметь некоторый объем движений в секции 1 тестирования, пересечение которого с объемом движений другого лица, совершающего полет, предотвращено. За счет этого не допускаются столкновения лиц, совершающих полет, а также не допускается спутывание их строп 909.
Кроме подвесной системы 800, ограничивающая конструкция 900 также включает характерные черты и конструкции самой аэродинамической трубы, которые служат для усиления безопасности и предотвращения получения повреждений. Так, ограничивающая система может содержать сжатый участок 901 трубы, площадь поверхности поперечного сечения которого меньше площади поверхности поперечного сечения секции 1 тестирования, и может также содержать расширенный участок 902 трубы, площадь поверхности поперечного сечения которого больше площади поверхности поперечного сечения секции тестирования по меньшей мере на 20%.
Расширенный участок 902 трубы имеет меньшую скорость воздуха из-за увеличенного объема, в то время как сжатый участок 901 трубы имеет более высокую скорость воздуха за счет уменьшенного объема. В результате есть один участок (расширенный участок 902), в котором лицо, совершающее полет, вынуждено совершать посадку, потому что поле потока воздуха недостаточно сильное для осуществления полета, и другой участок (сжатый участок 901), в котором поле потока воздуха слишком сильное, поэтому лицо, совершающее полет, предотвращено от входа в этот участок. Предпочтительно чтобы оба участка: расширенный участок 902 трубы и сжатый участок 901 трубы, располагались выше по потоку от секции тестирования, причем чтобы расширенный участок 902 трубы был расположен дальше вверх по потоку. За счет такой конструкции перемещение лица, совершающего полет, дальше указанного расширенного участка 902 трубы вверх по потоку будет предотвращаться.
В одном варианте осуществления расширенный участок 902 трубы может быть размещен ниже по потоку от секции 1 тестирования, для того, чтобы лицо, совершающее полет, было вынуждено осуществить посадку в случае, если оно совершит попытку продолжить движение вниз по потоку от секции 1 тестирования.
В одном варианте осуществления ограничивающая конструкция 900 содержит участок 903 с уменьшенным углом, в котором поток воздуха перенаправляется так, что полет в определенной секции выше по потоку и/или ниже по потоку от секции 1 тестирования предотвращается. Этот участок поэтому содержит средства перенаправления потока воздуха, предпочтительно перенаправление осуществляется за счет расположения самого участка с уменьшенным углом под углом к секции 1 тестирования или за счет предоставления направляющего поток устройства, такого как направляющая лопасть, выпуклость или других средств для перенаправления потока воздуха так, как описано выше со ссылкой на варианты осуществления самой наклонной аэродинамической трубы.
Поток воздуха в участке 903 с уменьшенным углом предпочтительно перенаправляется на угол по меньшей мере равный 3°, предпочтительно по меньшей мере равный 5°, в направлении горизонтальной плоскости по сравнению с потоком воздуха в секции тестирования, причем участок 903 с уменьшенным углом предпочтительно располагают выше по потоку от секции тестирования для того, чтобы вынудить лицо, совершающее полет, приземлится похожим образом на тот, что описан выше в отношении расширенного участка 902.
В некоторых вариантах осуществления в качестве ограничивающей конструкции 900 может предоставляться по меньшей мере одна сетка безопасности. Предпочтительно, чтобы сетка 905 безопасности была расположена ниже по потоку для того, чтобы ловить лицо, совершающее полет, если оно улетает слишком далеко вдоль трубы, и в некоторых вариантах осуществления первая сетка 905 может быть эластичной, чтобы улавливание лица, совершающего полет, было мягким, при этом вторая сетка 906, являющаяся жесткой, предоставляется для того, чтобы гарантировать, что ничто не продолжит движение вниз по потоку. В некоторых вариантах осуществления сетка 905, предпочтительно являющаяся эластичной, также может быть предоставлена выше по потоку. Эти различные варианты осуществления представлены на Фиг. 18а-с.
В одном варианте осуществления участок трубы выше по потоку от секции 1 тестирования (опционно за пределами сжатого/расширенного участков или участков под углом, выполненных как часть ограничивающей конструкции 900) расположен вертикально. В таком варианте осуществления будет выгодным дополнительное размещение сетки 905 безопасности между секцией 1 тестирования и ограничивающей конструкцией 900 с одной стороны, и вертикальным участком трубы с другой, т.е. перекрывая отверстие к вертикальному участку трубы так, чтобы сетка 905 безопасности служила в качестве пола.
Следует также отметить, что то, что здесь описано со ссылкой на один вариант осуществления, может свободно использоваться с другими вариантами осуществления, при условии отсутствия здесь упоминания, что такая комбинация является неподходящей.