用于人类飞行的风洞制造技术

本发明专利技术涉及一种用于研究或娱乐的稳定持续人类飞行的风洞，该风洞包括：‑洞道，该洞道包括具有第一中央轴线(A)的第一部分(6)以及具有第二中央轴线(B)的第二部分(1)，其中，该第二部分(1)是实验段，‑所述第一中央轴线(A)和所述第二中央轴线(B)被布置成相对于彼此成第一角度，以及‑用于在该实验段中产生空气流的至少一个风扇(120)，其中，所述第二中央轴线(B)与水平面成第二角度，所述第二角度为5°‑85°。本发明专利技术还涉及一种用于稳定持续人类飞行的倾斜风洞的安全系统，该安全系统包括：‑风洞的倾斜实验段(1)，所述实验段(1)被布置成与水平面成5°‑85°的角度，‑用于在该实验段(1)中产生空气流的至少一个风扇(120)，所述空气流从该实验段(1)的上游端朝下游端被引导，‑定界布置(900)，该定界布置被布置在该实验段(1)处以用于防止使用该实验段(1)的人离开所述实验段(1)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于人类飞行的风洞
本专利技术涉及一种用于研究或娱乐的人类飞行的风洞，该风洞包括-洞道，该洞道包括具有第一中央轴线的第一部分以及具有第二中央轴线的第二部分，其中，该第二部分是实验段，-所述第一中央轴线和所述第二中央轴线被布置成相对于彼此成第一角度，以及-用于在该实验段中产生空气流的至少一个风扇。本专利技术还涉及一种用于倾斜风洞的安全系统。
技术介绍
一个多世纪以来，一直使用水平风洞来研究物体、特别是飞行物体周围的空气流动。早在1901年，Orville和WilburWright将小型化机翼型材锚固在水平管中并将其暴露在空气流下，以研究它们的翼型特征、阻力和升力。这种模拟飞行而不进行实际飞行的简单方法在现代飞行器和暴露于空气流下的其他装置的发展中起到了关键作用。现代水平风洞典型地具有封闭的洞道回路，使由风扇系统推进的空气再循环。再循环具有比如节省能量和将排放到洞道外的噪声排放最小化的优点。在快速流动操作中，需要冷却系统，因为再循环空气维持了能量并且因此温度逐渐升高。典型地，再循环风洞系统被设计为具有90度拐角的矩形形状的回路。风洞的用于研究的这部分(通常被称为“实验段”)被认为是整个洞道系统的标示尺寸，主要参数是风道宽度(W)和长度(L)。在现代再循环洞道系统中，实验段前面是收缩段(截面积减小4-9范围内的倍数，以便在实验段中产生高品质(低湍流强度和长度尺度)的高流速)，并且后面通常是第一扩展风道段、两个90度转弯、风扇系统、以及返回至收缩段的附加扩展风道和两个90度转弯。进行这种系统设计的原因是几个因素的组合，包括实验段中的空气动力学效率和流动品质。总而言之，现代水平风洞的系统设计限制的影响在于，它们非常大且非常重(约25-50米长、和约为几十到几百公吨重)，如果它们要在能够包含人体大小物体的大型实验段内具有高品质的高流速的话。另一种类型的风洞(其中，物体没有被锚固而是自由地漂浮)是立式风洞，目前主要用于跳伞模拟。通过与重力加速度方向正好相反地(例如，直立向上)吹送空气，可以达到力平衡状态，在该状态下，物体或人漂浮在直立上升气流的垫子上。为此目的，立式风洞(而不是水平风洞)是适合的，因为立式风洞中的物体不能飞行；在立式风洞中开始飞行的物体由于其向前的动量会立即撞到壁。可以说水平风洞适合于模拟飞行而不允许所研究的物体自由地飞行(这需要在洞道内通过例如螺旋桨或喷气发动机实现主动推进)，而立式风洞适用于允许物体自由漂浮而不飞行。美国专利US7156744B2“RecirculatingVerticalWindTunnelskydivingsimulator[再循环立式风洞跳伞模拟器]”描述了一种用于使人们保持漂浮在空气垫上的现有技术立式风洞技术。其他几个专利描述了用于运动和娱乐的多种不同的立式风洞设计，表明这种类型的用于运动和基于体验的消费的娱乐装置的巨大商业价值和公众利益。立式风洞是这类运动中的重要发展，但现在看来受到其直立壁的限制，直立壁像笼子一样阻挡真实飞行。在这种运动的人群中，期望克服这种限制并为人们在室内体验实际飞行创造条件的风洞设备。典型地，直立运动风洞可能大约30m高。在最佳风洞中，直径为4米的实验段需要54m高，但直立运动风洞的设计者和制造商已经尝试了各种技术变通方案来略微降低这个值，因为难以获得允许这样的大型建筑的建筑物。通常期望将运动和娱乐场所设置在消费者可到达的地方，比如在购物中心或靠近其他运动和娱乐场所，但如果基础设计是非常高的塔，则这是困难的。因此，显然需要可以实现人类飞行的改进的风洞，并且有益的是洞道系统的所需高度尺寸小于当今的直立运动洞道。对于任何类型的人用风洞，还需要一种允许安全使用风洞的安全系统，以便将受伤风险保持到最低。先前已知的用于立式风洞的安全系统总体上由至少一个束带或手柄，该至少一个束带或手柄紧固至使用洞道的人所穿着的安全吊带或衣服上、并且被指导员或其他安全人员手持。现有技术的安全系统由于每个飞行者都需要安全指导员而是昂贵的、由于将人作为锚定点而安全性低、并且限制使用洞道的人可能进行的可能移动。美国专利US3276251“Testunitfreeflightsuspensionsystem[测试单元自由飞行悬浮系统]”描述了一种现有技术的用于使飞行器模型保持悬浮在风洞实验段内的风洞技术。其他几个专利，比如US1947962“Aeronautictrainingapparatus[航空训练设备]”，描述了用于风洞系统中的悬浮系统的多种不同的设计。然而，这些都不适合用作为用于倾斜风洞中的人类飞行者的安全系统，因为现有技术没有描述结合所期望的严格定界特性准许进行所期望的全范围三维移动的技术，防止所述飞行者离开实验段或碰撞到其内部结构。
技术实现思路
本专利技术的目的是消除或至少最小化上述问题。这是通过根据所附独立权利要求所述的风洞来实现的。本专利技术通过利用构思上可能的第三类型的风洞：倾斜、或对角线式风洞来克服之前的局限性。在对角线式风洞中，气流倾斜地向上流动、与水平面成某一角度(水平面被定义为垂直于重力加速度的方向)，允许未锚定的物体或动物进行适当的、自由的、持续的滑翔飞行。这个角度相对于水平面成5°-85°、优选地为15°-60°，对应于：风洞的实验段与水平布置的洞道部分之间的5°-85°、优选地15°-60°的角度，或与直立布置的洞道部分之间的30°-75°的角度。因此，根据本专利技术的风洞包括向上成角度并且相对于洞道系统的其余部分(可以是水平或直立的)倾斜的风洞部分，即，实验段。本专利技术的一方面提供了一种风洞设备，该风洞设备具有实验段(还被称为飞行室)，该实验段相对于重力加速度方向倾斜，从而允许人在其中实现持续滑翔飞行。通过使气体(典型地空气)流改向成相对于水平面成某一角度、仅在水平或立式风洞的风扇系统的吸入侧的段中实现倾斜角度。对角线式风洞基本上类似于水平风洞，因为其模拟真实飞行，但与立式风洞有以下共同特性：其中的飞行体不需要支撑来保持在空中。根据飞行体的特点，还期望一种用于真实、持续滑翔飞行的对角线式风洞可以改变流速和角度，并且其几何形状具有某些变化。小角度和低流速适用于轻木质小型模型飞机，而穿着翼服的人需要更陡的角度和更高的流速，而没有穿着翼服的人需要与水平面成甚至更陡的角度、并且在一些情况下需要至少为200km/h的流速以在对角线式风洞中实现稳定、持续的滑翔飞行。如果实验段的几何形状例如通过扩展成较大的横截面积而在纵向方向上是非等距的，这能够实现容纳更多种类的飞行体并且促进飞行活动的开展和进一步发展。对角线运动洞道不需要与上文讨论的立式风洞相同的高度边距，并且可以容易地安装在例如购物中心的自动扶梯旁边。从理论上讲，大容量的对角线运动洞道可以被构造成总高度远低于20m。与直立运动洞道相比，对角线式运动洞道需要显著更少的能量消耗，因为其运动员进行飞行，空气流为实践者创造真正的升力(特别是如果他们使用翼服)，这降低了所需的流速。减小能量消耗是一项巨大的经济优势。所需的减小的流速对环境有益，一部分是因为能源消耗较低，而一部分是通过减小局部区域周围的噪音水平。从受伤风险的观点来看，与将人与重力加速度方向正相反地提升所需的立式风洞的凶猛飓风相比，减小的流速似乎也是有益的。本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于研究或娱乐的稳定持续人类飞行的风洞，包括‑洞道，该洞道包括具有第一中央轴线(A)的第一部分(6)以及具有第二中央轴线(B)的第二部分(1)，其中，该第二部分(1)是实验段，‑所述第一中央轴线(A)和所述第二中央轴线(B)被布置成相对于彼此成第一角度，以及‑用于在该实验段中产生空气流的至少一个风扇(120)，其中，所述第二中央轴线(B)与水平面成第二角度，所述第二角度为5°‑85°。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.15 SE 1650199-11.一种用于研究或娱乐的稳定持续人类飞行的风洞，包括-洞道，该洞道包括具有第一中央轴线(A)的第一部分(6)以及具有第二中央轴线(B)的第二部分(1)，其中，该第二部分(1)是实验段，-所述第一中央轴线(A)和所述第二中央轴线(B)被布置成相对于彼此成第一角度，以及-用于在该实验段中产生空气流的至少一个风扇(120)，其中，所述第二中央轴线(B)与水平面成第二角度，所述第二角度为5°-85°。2.根据权利要求1所述的风洞，其中，所述第二角度为15°-60°。3.根据权利要求1或2所述的风洞，其中，该第二角度是可调整的。4.根据权利要求1-3中任一项所述的风洞，进一步包括允许空气在该洞道中再循环的再循环装置，所述再循环装置优选地包括被布置成将该第二部分(1)的下游端连接至该第一部分(6)的上游端上的导管。5.根据任一前述权利要求所述的风洞，其中，该第一部分和该第二部分(1)通过连接部分连结，所述连接部分具有平滑内表面以及流密封性外表面，并且其中，所述连接部分被布置成是柔性且可伸展的，以允许调整该第一角度和该第二角度。6.根据任一前述权利要求所述的风洞，其中，该第一部分(6)和该连接部分中的至少一个包括用于调整空气流角度或流场的装置。7.根据权利要求6所述的风洞，其中，所述用于调整空气流角度或流场的装置包括从所述第一部分(6)或连接部分的内壁延伸的至少一个突出部。8.根据权利要求6-7中任一项所述的风洞，其中，所述用于调整空气流角度或流场的装置包括该第一部分(6)或该连接部分的内壁的至少一个壁部分，所述壁部分具有可调整的形状。9.根据任一前述权利要求所述的风洞，其中，该风洞进一步包括具有气闸的至少一个通道门，该至少一个通道门允许人在操作过程中进入或离开该洞道。10.根据权利要求9所述的风洞，其中，该风洞包括至少两个通道门，并且所述门被布置在该实验段的两侧。11.根据任一前述权利要求所述的风洞，进一步包括用于使人悬浮的悬浮系统，所述悬浮系统被安装在该实验段的内壁上，并且该系统优选地包括与所述壁的至少两个附接点。12.根据权利要求4-11中任一项所述的风洞，其中，该再循环装置是可调整的，以允许改变风速，和/或其中，该第二部分(1)沿着其长度的至少一部分具有递增截面。13.根据权利要求6-12中任一项所述的风洞，其中，所述用于调整空气流角度或流场的装置包括被布置在该连接部分的顶板中的至少一个转动叶片(210)。14.一种用于稳定持续人类飞行的倾斜风洞的安全系统，包括-风洞的倾斜实验段(1)，所述实验段(1)被布置成与水平面成5°-85°的角度，-用于在该实验段(1)中产生空气流的至少一个风扇(120)，所述空气流从该实验段(1)的上游端朝下游端被引导，-定界布置，该定界布置被布置在该实验段(1)处以用于防止使用该实验段(1)的人离开所述实验段(1)。15.根据权利要求14所述的安全系统，其中，该定界布置包括-在该倾斜实验段(1)的洞道壁的内圆周处的至少一个洞道附接点，-在安全吊带上的至少一个人附接点，-至少一个束带，该至少一个束带被配置成附接至该至少一个洞道附接点和该至少一个人附接点上以将穿着该安全吊带的人固定至该洞道上。16.根据权利要求15所述的安全系统，进一步包括-在该洞道壁的内圆周的上半部中的至少两个洞道附接点，-被布置在该安全吊带的臀部部分上的至少两个人附接点，一个人附接点在该安全吊带的左侧并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东·韦斯特曼，彼得·乔恩，约翰·斯特龙伯格，
申请(专利权)人：茵克兰德实验室公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE