В последнее время появляется много противоречивой информации о постройке аэродинамических труб в Беларуси, в том числе и на зарубежных сайтах. К сожалению, приходится констатировать, что она не всегда бывает достоверной и точной.
Публичный интерес к этой теме (особенно среди парашютистов) вполне понятен. Активность проявляют также инвесторы, дропзоны, парки развлечений и многие другие.
Данный материал подготовлен А.Э.Сальниковым и размещается здесь мною по согласованию с ним. Появление этого материала обусловлено накопленными автором знаниями о зарубежных аэродиумах, а также его личным опытом в проектировании и постройке имитатора свободного падения, о котором можно прочитать здесь:
http://www.dropzone.by/index.phtml?page=37020&nid=-1 [dropzone.by]
Все возникшие по мере чтения вопросы и предложения уместно либо задавать либо в этой теме (автор посещает этот сайт), либо ему по почте (адрес указан в конце материала). Автор надеется, что данный материал будет многим интересен и полезен и готов к взаимовыгодному сотрудничеству.
Root » Остальные парашютные темы » Аэродинамические трубы (аэродиумы, имитаторы свободного падения). Теория и практика.
Последнее время парашютная, и не только, общественность все более активно заговорила о ВАТ (вертикальных аэродинамических трубах – Vertical Wind Tunnel). Но в связи с отсутствием достаточной информации по этой теме в русскоязычном секторе Инета под понятие ВАТ подводят всё, что дует снизу вверх. Занимаясь вопросами труб более года, я взял на себя смелость написать эту статью, ни в коем случае не претендуя на истину в последней инстанции. Сей труд – попытка внести ясность в умы интересующихся и попытка систематизировать то многообразие устройств, которое называют ВАТ.
Прежде всего надо определиться с терминами. Вентилятор, разгоняющий воздух в направлении снизу вверх, ВАТ не является, несмотря на то, что теоретически в разогнанном им потоке воздуха человеческое тело может летать. Более правильно назвать такое устройство ИСП (имитатор свободного падения) и применить этот термин ко всем устройствам, в воздушном потоке которых летают человеческие тела. Тогда как к понятию ВАТ можно конструктивно отнести лишь небольшую часть ИСП.
Но сначала немного теории. Чтобы оторвать тело от земли с помощью потока воздуха, его надо разогнать до определенной скорости. Какой? Однозначного ответа нет. Потребная скорость потока зависит от:
- веса тела;
- лобового сопротивления тела (его положения в потоке и качества одежды);
- плотности воздуха (как функция температуры и давления);
- равномерности потока.
Считается, что скорость падения парашютиста весом 70 кг у земли в положении на животе равна 180 км/ч или 50 м/с. Допустим, что эта цифра взята при условиях МСА (международной стандартной атмосферы: Р-760 мм.рт.ст. Т-+150С, ρ-0.125 кгхсек2/м4 ). Увеличение температуры на 100 С и падение давления на 20 мм.рт.ст. (нормальные условия летом в средних широтах) приведут к увеличению потребной скорости потока на 7 м/с
Производители профессиональных ИСП ориентируются на минимальную скорость потока 58-60 м/с при условиях МСА. Максимальная скорость, заявленная фирмой «SkyVenture» для модели «14R6-1600», составляет 71 м/с или 256 км/ч.
Можно с уверенностью сказать, – если скорость потока в ИСП менее 55 м/с, лежать на потоке в жаркий летний день вы сможете только в специальном «дутом» комбинезоне.
По конструкции ИСП делятся на два типа – открытый и закрытый. Под этим термином понимают путь воздушного потока, а не открытость или закрытость рабочей зоны. В открытом ИСП поток вошел снизу, разогнался и вышел обратно в атмосферу. Такой конструкции вполне подошел бы термин «прямоточный». В закрытых ИСП поток движется по замкнутой траектории. Каждый тип имеет свои достоинства и недостатки. Коротко их рассмотрим.
ИСП закрытого типа (пример – АэроКарт, Париж):
+ малая потребная мощность для поддержания скорости потока;
+ возможность работы при любых отрицательных температурах наружного воздуха;
- большие размеры и, соответственно, стоимость конструкции;
- большое время регулировки скорости потока, связанное с инертностью воздуха;
- практически одинаковая скорость по высоте рабочей зоны.
ИСП открытого типа:
+ меньшие размеры и стоимость конструкции;
+ возможность создания мобильных установок;
+ малое время регулировки потока;
+ в открытой рабочей зоне скорость потока переменна по высоте рабочей зоны;
- большая потребная мощность силовой установки;
- ограниченные возможности эксплуатации в странах с холодным климатом.
Ещё одно важное конструктивное различие ИСП – расположение рабочей зоны. Идеальным, с точки зрения равномерности потока, является расположение рабочей зоны перед аэродинамическим винтом. Именно такую «классическую» компоновку можно назвать ВАТ. А такие ИСП отнести к категории «профессиональных». Классическим примером серийных ВАТ является продукция фирмы «SkyVenture», США.
Прежде всего надо определиться с терминами. Вентилятор, разгоняющий воздух в направлении снизу вверх, ВАТ не является, несмотря на то, что теоретически в разогнанном им потоке воздуха человеческое тело может летать. Более правильно назвать такое устройство ИСП (имитатор свободного падения) и применить этот термин ко всем устройствам, в воздушном потоке которых летают человеческие тела. Тогда как к понятию ВАТ можно конструктивно отнести лишь небольшую часть ИСП.
Но сначала немного теории. Чтобы оторвать тело от земли с помощью потока воздуха, его надо разогнать до определенной скорости. Какой? Однозначного ответа нет. Потребная скорость потока зависит от:
- веса тела;
- лобового сопротивления тела (его положения в потоке и качества одежды);
- плотности воздуха (как функция температуры и давления);
- равномерности потока.
Считается, что скорость падения парашютиста весом 70 кг у земли в положении на животе равна 180 км/ч или 50 м/с. Допустим, что эта цифра взята при условиях МСА (международной стандартной атмосферы: Р-760 мм.рт.ст. Т-+150С, ρ-0.125 кгхсек2/м4 ). Увеличение температуры на 100 С и падение давления на 20 мм.рт.ст. (нормальные условия летом в средних широтах) приведут к увеличению потребной скорости потока на 7 м/с
Производители профессиональных ИСП ориентируются на минимальную скорость потока 58-60 м/с при условиях МСА. Максимальная скорость, заявленная фирмой «SkyVenture» для модели «14R6-1600», составляет 71 м/с или 256 км/ч.
Можно с уверенностью сказать, – если скорость потока в ИСП менее 55 м/с, лежать на потоке в жаркий летний день вы сможете только в специальном «дутом» комбинезоне.
По конструкции ИСП делятся на два типа – открытый и закрытый. Под этим термином понимают путь воздушного потока, а не открытость или закрытость рабочей зоны. В открытом ИСП поток вошел снизу, разогнался и вышел обратно в атмосферу. Такой конструкции вполне подошел бы термин «прямоточный». В закрытых ИСП поток движется по замкнутой траектории. Каждый тип имеет свои достоинства и недостатки. Коротко их рассмотрим.
ИСП закрытого типа (пример – АэроКарт, Париж):
+ малая потребная мощность для поддержания скорости потока;
+ возможность работы при любых отрицательных температурах наружного воздуха;
- большие размеры и, соответственно, стоимость конструкции;
- большое время регулировки скорости потока, связанное с инертностью воздуха;
- практически одинаковая скорость по высоте рабочей зоны.
ИСП открытого типа:
+ меньшие размеры и стоимость конструкции;
+ возможность создания мобильных установок;
+ малое время регулировки потока;
+ в открытой рабочей зоне скорость потока переменна по высоте рабочей зоны;
- большая потребная мощность силовой установки;
- ограниченные возможности эксплуатации в странах с холодным климатом.
Ещё одно важное конструктивное различие ИСП – расположение рабочей зоны. Идеальным, с точки зрения равномерности потока, является расположение рабочей зоны перед аэродинамическим винтом. Именно такую «классическую» компоновку можно назвать ВАТ. А такие ИСП отнести к категории «профессиональных». Классическим примером серийных ВАТ является продукция фирмы «SkyVenture», США.
Ниже приведена таблица характеристик модельного ряда этой фирмы.
Сама рабочая зона может быть замкнутой (стакан или многогранник) или открытой, ограниченной страхующей сеткой или надувными матами.
...
Конструкция несущей рамы может быть выполнена в трех вариантах:
- мобильные ИСП на базе автомобильных полуприцепов или автоплатформ;
- сборно-разборные ИСП модульной или секционной конструкции;
- стационарные ИСП.
По категориям я разделил бы ИСП на «профессиональные», «универсальные» и «аттракционные».
«Профессиональные» – вертикальные аэродинамические трубы - стационарные установки, с закрытой рабочей зоной расположенной перед аэродинамическим винтом, позволяющие по своим техническим характеристикам эффективно тренироваться одиночным парашютистам и группам. Скорость потока в них должна быть не менее 60 м/с, диаметр рабочей зоны – более 3 метров, коэффициент равномерности потока по радиусу не менее 0.95. Стоимость полёта в таких ИСП варьируется от 700$ до 1000? за час полета. Минимальное продаваемое время 20 минут.
«Универсальные» - стационарные или сборно-разборные установки с открытой или закрытой рабочей зоной расположенной после аэродинамического винта. Они отличаются от «профессиональных» ИСП большей нестабильностью потока, при тех же характеристиках скорости и диаметра рабочей зоны. Стоимость полета от 400$ до 600$. Минимальное время от 2-х минут.
«Аттракционные» – сборно-разборные или мобильные установки открытого типа с открытой рабочей зоной, скоростью потока от 45 м/с, диаметром рабочей зоны от 2 метров и небольшим коэффициентом равномерности потока. В большинстве из них для полетов применяют «дутые» комбинезоны. Стоимость полёта от 3$ до 6$ за минуту. Минимальное время от 2-х минут.
С середины февраля на российских парашютных сайтах появилась информация о функционировании в Минске ИСП, пригодной для тренировки парашютистов, произведённой компанией ООО «Аттракцион Экстрим». Официальный сайт общества http://www.kengooo.com [kengooo.com] практически не действует. Что касается произведенной ими «трубы», информацию о ней можно найти на странице http://aerodium.narod.ru. [aerodium.narod.ru.] Не обольщайтесь, на главной странице фотография не их продукции, а аттракционного варианта одного из ИСП в США или Канаде. В разделе фотографий, в верхнем ряду представлена продукция ООО «Аттракцион Экстрим» под маркой СВП 500.2500. Фото с подписью ˝Аттракцион «Свободный полет»˝ – это ИСП в Риге, что не мешало бы указать в комментарии.
Рассмотрим технические характеристики данной модели, так как другие модели, описанные на странице «Технические характеристики», существуют, видимо, только в проектной документации.
- мобильные ИСП на базе автомобильных полуприцепов или автоплатформ;
- сборно-разборные ИСП модульной или секционной конструкции;
- стационарные ИСП.
По категориям я разделил бы ИСП на «профессиональные», «универсальные» и «аттракционные».
«Профессиональные» – вертикальные аэродинамические трубы - стационарные установки, с закрытой рабочей зоной расположенной перед аэродинамическим винтом, позволяющие по своим техническим характеристикам эффективно тренироваться одиночным парашютистам и группам. Скорость потока в них должна быть не менее 60 м/с, диаметр рабочей зоны – более 3 метров, коэффициент равномерности потока по радиусу не менее 0.95. Стоимость полёта в таких ИСП варьируется от 700$ до 1000? за час полета. Минимальное продаваемое время 20 минут.
«Универсальные» - стационарные или сборно-разборные установки с открытой или закрытой рабочей зоной расположенной после аэродинамического винта. Они отличаются от «профессиональных» ИСП большей нестабильностью потока, при тех же характеристиках скорости и диаметра рабочей зоны. Стоимость полета от 400$ до 600$. Минимальное время от 2-х минут.
«Аттракционные» – сборно-разборные или мобильные установки открытого типа с открытой рабочей зоной, скоростью потока от 45 м/с, диаметром рабочей зоны от 2 метров и небольшим коэффициентом равномерности потока. В большинстве из них для полетов применяют «дутые» комбинезоны. Стоимость полёта от 3$ до 6$ за минуту. Минимальное время от 2-х минут.
С середины февраля на российских парашютных сайтах появилась информация о функционировании в Минске ИСП, пригодной для тренировки парашютистов, произведённой компанией ООО «Аттракцион Экстрим». Официальный сайт общества http://www.kengooo.com [kengooo.com] практически не действует. Что касается произведенной ими «трубы», информацию о ней можно найти на странице http://aerodium.narod.ru. [aerodium.narod.ru.] Не обольщайтесь, на главной странице фотография не их продукции, а аттракционного варианта одного из ИСП в США или Канаде. В разделе фотографий, в верхнем ряду представлена продукция ООО «Аттракцион Экстрим» под маркой СВП 500.2500. Фото с подписью ˝Аттракцион «Свободный полет»˝ – это ИСП в Риге, что не мешало бы указать в комментарии.
Рассмотрим технические характеристики данной модели, так как другие модели, описанные на странице «Технические характеристики», существуют, видимо, только в проектной документации.
1. Аэродинамическая компановка. По приведённой выше квалификации данная ИСП относится к мобильным, аттракционного типа. Ничего нового в самой конструкции нет. Фотографий аналогов данной конструкции в инете можно найти достаточно много.
2. Силовая установка – дизельный двигатель ЯМЗ мощностью 500 л/с. Расход топлива несколько занижен. Двигатели такого класса потребляют 160 г/лс, то есть на 500 л.с. потребление составит 80 литров в час. Для применяемого в установке винта (его диаметр примерно 2100 мм, по профилю он напоминает винт самолёта Як-52 с диаметром 2070 мм) данная мощность несколько избыточна, что, впрочем, не следует относить к недостаткам. Явным недостатком является вывод отработанных газов. На фотографии видно, что выхлопные трубы расположены с торца установки, на уровне винта. При определенных направлениях ветра отработанные газы будут засасываться винтом в рабочую зону. Второй недостаток – плохая, а точнее никакая звукоизоляция двигателя и системы отвода отработанных газов. В работе установка очень сильно шумит.
3. Винт четырёхлопастной. Выполнен из углепластика (судя по внешнему виду). Смущает система крепления его к валу редуктора. Каждая лопасть крепится двумя болтами и имеет фиксированный угол атаки, заданный специальной втулкой. Скорость потока регулируется оборотами двигателя, что не является удачным решением с точки зрения скорости перестройки потока и эксплуатации двигателя (так как максимальная мощности дизельных двигателей достигается в достаточно узком диапазоне оборотов коленвала).
4. Диффузор. Одним из самых важных параметров ИСП является равномерность потока. Необходимо решить две задачи: устранить спиральное закручивание потока винтом и перераспределить поток от краев рабочей зоны к центру. На фото видно, как пытались решить эту проблему конструкторы трубы в Коломне.
2. Силовая установка – дизельный двигатель ЯМЗ мощностью 500 л/с. Расход топлива несколько занижен. Двигатели такого класса потребляют 160 г/лс, то есть на 500 л.с. потребление составит 80 литров в час. Для применяемого в установке винта (его диаметр примерно 2100 мм, по профилю он напоминает винт самолёта Як-52 с диаметром 2070 мм) данная мощность несколько избыточна, что, впрочем, не следует относить к недостаткам. Явным недостатком является вывод отработанных газов. На фотографии видно, что выхлопные трубы расположены с торца установки, на уровне винта. При определенных направлениях ветра отработанные газы будут засасываться винтом в рабочую зону. Второй недостаток – плохая, а точнее никакая звукоизоляция двигателя и системы отвода отработанных газов. В работе установка очень сильно шумит.
3. Винт четырёхлопастной. Выполнен из углепластика (судя по внешнему виду). Смущает система крепления его к валу редуктора. Каждая лопасть крепится двумя болтами и имеет фиксированный угол атаки, заданный специальной втулкой. Скорость потока регулируется оборотами двигателя, что не является удачным решением с точки зрения скорости перестройки потока и эксплуатации двигателя (так как максимальная мощности дизельных двигателей достигается в достаточно узком диапазоне оборотов коленвала).
4. Диффузор. Одним из самых важных параметров ИСП является равномерность потока. Необходимо решить две задачи: устранить спиральное закручивание потока винтом и перераспределить поток от краев рабочей зоны к центру. На фото видно, как пытались решить эту проблему конструкторы трубы в Коломне.
В СВП 500.2500 обе проблемы не решены. Радиальные выравнивающие пластины расположены слишком близко к винту и заужены от центра к краям, что делает их наличие бессмысленным. Выравнивающие пластины по окружности отсутствуют. При такой компановке поток имеет «скоростную яму» в центре рабочей зоны. Для удержания тела в рабочей зоне это даже хорошо, но говорить о сколь-нибудь профессиональной тренировке парашютиста в таком потоке не приходится.
5. Рама. Сделана красиво и аккуратно. Не являясь специалистом в вопросах прочности конструкций, могу сослаться на свои субъективные ощущения. Находясь на рабочей площадке, ощущаешь достаточно сильную вибрацию всей конструкции. Это неприятно и возникает вопрос о её долговечности в процессе эксплуатации.
6. Некоторые характеристики потока.
Заявлена скорость 195-240 км/ч. Почему бы не написать 0-240 км/ч? На скорости 240 км/ч (67 м/с) средний (по весу) парашютист сможет отрабатывать отдельные фигуры фристайла в обычном групповом или свободном комбинезоне. Рассматриваемая установка поднимает тело весом 70 кг в положении на животе, в дутом комбезе на высоту 4-6 метров при околонулевой температуре воздуха. Сомнительно, что производитель делал приборные замеры скорости потока, иначе бы специалисты фирмы могли пересчитать его значение в условиях МСА. Говорить о скорости 240 км/ч, мягко говоря, нескромно.
Заявлен диаметр потока 2500 мм. Это при ширине установки 2500 мм! Посмотрите на фотографию. Винт находится внутри рамы и его диаметр никак на может быть равен её ширине. Если производители установки думают, что поток от винта с удалением от него расширяется, им следует изучить основы газодинамики. Надо указывать размер рабочей зоны по диаметру винта, а не вводить людей в заблуждение.
7. Показанная на фотографии система страховки (тенты и тонкая, мягкая сетка над рабочей зоной) не дают возможности инструктору руководить действиями обучаемого. Ему (инструктору) просто не на чем стоять, не говоря о возможности передвигаться по рабочей зоне. От жесткой сетки производителям пришлось отказаться, так как она слишком сильно тормозила поток.
Подведём итог. Установка СВП 500.2500 вполне подойдёт как аттракцион для парка развлечений, если не вызовет гнев экологов и СЭС своим шумом и выхлопами отработанных газов. Её работоспособность при температурах выше +25оС с весом тела более 60 кг вызывает сомнение. При данных температурах она не испытывалась. Из-за неравномерности потока даже первоначальное обучение парашютистов базовым элементам свободного падения (особенно в дутом комбинезоне) мне представляется неэффективным. Есть риск привить неправильные навыки управления телом в свободном падении.
Мал диаметр рабочей зоны. Требует доработки система страховки.
Все вышеизложенное является моим личным мнением. Российскую и Украинскую парашютную общественность спешу успокоить: действующего и пригодного для тренировки парашютистов имитатора свободного падения в Белоруссии пока нет.
_________________________________________________________
Лётчик-инструктор парашютист Центрального аэроклуба ДОСААФ
Андрей Сальников
sa-minsk@mail.ru
5. Рама. Сделана красиво и аккуратно. Не являясь специалистом в вопросах прочности конструкций, могу сослаться на свои субъективные ощущения. Находясь на рабочей площадке, ощущаешь достаточно сильную вибрацию всей конструкции. Это неприятно и возникает вопрос о её долговечности в процессе эксплуатации.
6. Некоторые характеристики потока.
Заявлена скорость 195-240 км/ч. Почему бы не написать 0-240 км/ч? На скорости 240 км/ч (67 м/с) средний (по весу) парашютист сможет отрабатывать отдельные фигуры фристайла в обычном групповом или свободном комбинезоне. Рассматриваемая установка поднимает тело весом 70 кг в положении на животе, в дутом комбезе на высоту 4-6 метров при околонулевой температуре воздуха. Сомнительно, что производитель делал приборные замеры скорости потока, иначе бы специалисты фирмы могли пересчитать его значение в условиях МСА. Говорить о скорости 240 км/ч, мягко говоря, нескромно.
Заявлен диаметр потока 2500 мм. Это при ширине установки 2500 мм! Посмотрите на фотографию. Винт находится внутри рамы и его диаметр никак на может быть равен её ширине. Если производители установки думают, что поток от винта с удалением от него расширяется, им следует изучить основы газодинамики. Надо указывать размер рабочей зоны по диаметру винта, а не вводить людей в заблуждение.
7. Показанная на фотографии система страховки (тенты и тонкая, мягкая сетка над рабочей зоной) не дают возможности инструктору руководить действиями обучаемого. Ему (инструктору) просто не на чем стоять, не говоря о возможности передвигаться по рабочей зоне. От жесткой сетки производителям пришлось отказаться, так как она слишком сильно тормозила поток.
Подведём итог. Установка СВП 500.2500 вполне подойдёт как аттракцион для парка развлечений, если не вызовет гнев экологов и СЭС своим шумом и выхлопами отработанных газов. Её работоспособность при температурах выше +25оС с весом тела более 60 кг вызывает сомнение. При данных температурах она не испытывалась. Из-за неравномерности потока даже первоначальное обучение парашютистов базовым элементам свободного падения (особенно в дутом комбинезоне) мне представляется неэффективным. Есть риск привить неправильные навыки управления телом в свободном падении.
Мал диаметр рабочей зоны. Требует доработки система страховки.
Все вышеизложенное является моим личным мнением. Российскую и Украинскую парашютную общественность спешу успокоить: действующего и пригодного для тренировки парашютистов имитатора свободного падения в Белоруссии пока нет.
_________________________________________________________
Лётчик-инструктор парашютист Центрального аэроклуба ДОСААФ
Андрей Сальников
sa-minsk@mail.ru
даже понятно 
И интересно