DE202005021634U1

DE202005021634U1 - Vertikalwindkanalfreifallsimulator

Info

Publication number: DE202005021634U1
Application number: DE202005021634U
Authority: DE
Original assignee: Skyventure Austin LLC; Skyventure LLC
Current assignee: SKYVENTURE INTERNATIONAL (UK) LTD., GB
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2005-08-01
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2015-08-02
Also published as: SI2287073T1; CY1115693T1; NO20070500L; TR200908675T1; EP1819592B8; CA2865999C; CA2951315A1; CN104085533A; CA2865999A1; ES2400776T3; EP1819592A2; HK1202282A1; CA2992102C; US7028542B2; BR122017018599B1; AU2005266895B2; PT2287073E; CN102219054A; RU2458825C2; DE202005021531U1

Abstract

Vertikalwindkanalfreifallsimulator, umfassend:
eine rezirkulierende Luftstromkammer mit einer im wesentlichen rechteckigen Bauform;
einer vertikalen Flugkammer innerhalb des ersten vertikalen Seitenteils im wesentlichen rechteckigen Bauform, die an der Eingangsöffnung einer Ventilatorenanlage platziert ist, und in der zumindest eine Person fliegen kann;
besagte Ventilatorenanlage, weiterhin bestehend aus mehreren Ventilatoren, die horizontal in einem oberen Element der ansonsten rechteckigen Bauform montiert werden;
wobei der Rückstromkanal des obersten Elements, das erste vertikale Längselement und ein zweiter Rückstromkanal des vertikalen Längselements der ansonsten rechteckigen Bauform jeweils über eine divergierende Wand verfügen, um den Strom der rezirkulierenden Luft unter Beibehaltung einer im wesentlichen laminaren Luftströmung zu expandieren; und
wobei der höchste Teil des obersten Elements nicht mehr als ca. 15,24 m bis 36,58 m (50–120 Fuß) über dem niedrigsten Teil des Bodenelements der im Allgemeinen rechteckigen Bauform angeordnet ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Bereich der vertikalen Windkanäle, insbesondere auf vertikale Rückfluss-Windkanäle mit Temperaturregelung, welche als Freifall-Simulatoren und Vorrichtungen zur Unterhaltung eingesetzt werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Windkanäle sind dem Stand der Technik gut bekannt. Windkanäle gibt es, abhängig von den Ansprüchen der Benutzer, in vielen Arten und Formen. Diese schließen Unterschallwindkanäle mit und ohne Rückfluss, schallnahe Windkanäle mit und ohne Rückfluss, vertikale Unterschallwindkanäle mit und ohne Rückfluss, Überschall- und Hyperschallwindkanäle mit und ohne Rückfluss und Windkanäle mit verdichtetem Luftstrom mit ein.
Die Mehrzahl der Windkanäle wird für Forschungs- und Testzwecke verwendet. Diese schließen die Überprüfung herkömmlicher Flugzeuge, Hubschrauber, Fallschirme und anderer aerodynamischer Geräte, Flügeloberflächen, Steuerflächen, Unterseeboote, Raketen und Trägerraketen, Bodenfahrzeuge, Gebäude und andere grundlegende Strömungsuntersuchungen ein.
Horizontale Windkanäle Gene, in denen die Luft im Höchstgeschwindigkeitsabschnitt des Kanals im Allgemeinen horizontal fließt) werden für die aerodynamische Forschung und Testverfahren benutzt und sind üblicherweise im Besitz von größeren Verteidigungsunternehmen, der Regierung oder Bildungseinrichtungen und Universitäten. Davon sind einige für den vertikalen Betrieb (bei dem die Luft im Höchstgeschwindigkeitsabschnitt des Tunnels im Allgemeinen vertikal fließt) umgebaut oder angepasst worden, die Meisten jedoch, wenn nicht sogar alle, sind für diesen Einsatzzweck ungeeignet.
Die Einschränkungen bezüglich der Konstruktion von vertikalen Windkanä len, die für Freifallsimulationen benutzt werden, unterscheiden sich von jenen, die auf horizontale Testkanäle zutreffen. In einem vertikalen Windkanal/Freifallsimulator ist es wichtig, dass die Gegenstände im Höchstgeschwindigkeitsabschnitt des Windkanals (in diesem Fall die Menschen im Flug) in der Lage sind, sich innerhalb dieses Abschnitts zu bewegen, um den Flug des menschlichen Körpers zu erfahren oder zu üben. In einem horizontalen Testkanal handelt es sich bei den im Kanal platzierten Gegenständen normalerweise statische Gegenstände, die durch andere beobachtet oder gemessen werden. Aus diesem Grund wird dieser schnellste Abschnitt eines horizontalen Windkanals „Testabschnitt" genannt. In einem vertikalen Windkanal wird derselbe Bereich stattdessen als „Flugkammer" bezeichnet.
In einem vertikalen Windkanal ist es wichtig, dass die im Kanal befindlichen Personen sich innerhalb und außerhalb der Flugkammer drehen können, ohne den Luftstrom zu stoppen. Im Gegensatz dazu ist es kaum notwendig, die statischen Gegenstände im Testabschnitt eines horizontalen Windkanals während seines Betriebes zu bewegen. Da die Benutzer eines vertikalen Windkanals sich frei innerhalb der Flugkammer bewegen können, ist es außerdem notwendig, ihre Bewegung auf die dafür vorgesehenen Abschnitte des Systems zu beschränken.
Obwohl es möglich ist, Sicherheitsnetze an den stromaufwärts und abwärts gerichteten Enden der Flugkammer anzubringen, verursachen diese einen enormen Widerstand, der Lärm erzeugt und den Bedarf an Energie erhöht, die erforderlich ist, um eine bestimmte Geschwindigkeit zu erreichen. Tatsächlich kann ein solches Netz 30% bis 50% der Gesamtenergie verbrauchen, die erforderlich ist, um einen solchen Windkanal zu betreiben.
Hilfreich ist es auch, ein geflochtenes Seilgitter an der Unterseite oder am stromaufwärts gerichteten Ende der Flugkammer anzubringen, welches als Plattform dient, wenn die Teilnehmer nicht fliegen. Dieser „Seilboden" stellt eine bequeme Arbeitsbühne für das Sicherheitspersonal oder die Ausbilder in der Flugkammer dar.
Aus den oben genannten Sicherheits- und Brauchbarkeitsgründen ist es folglich wünschenswert, einen Seilboden/ein Sicherheitsnetz aus Seilen zu haben, wofür Seile mit geringstmöglichem aerodynamischen Widerstand bei vorgegebener Zugkraft und einem bestimmten Durchmesser eingesetzt werden. Zusätzlich zum Einsatz in Windkanälen gibt es zahlreiche andere Bereiche, in denen Seile eingesetzt werden, die durch die Luft bewegt werden oder über welche Luft streicht, in denen aber ein einfaches und preisgünstiges Seil mit verringertem Luftwiderstand erhebliche Vorteile bieten könnte.
Seile mit geringem Luftwiderstand und flachem Querschnitt oder mit Tragflächenprofil sind im Stand der Technik bekannt und werden häufig in der Luftfahrtindustrie verwendet. Jedoch sind diese in einem geflochtenen Seilboden für einen vertikalen Windkanal nicht geeignet, weil es schwierig ist, solche Seile in Bezug auf den Luftstrom richtig ausgerichtet zu halten. Außerdem ist das stromabwärts gerichtete Ende solch eines flachen oder mit Tragflächenprofil geformten Seils spitz zulaufend. Da eine Person beim Fall auf dem stromabwärts gerichteten Ende des Seilbodens/des Sicherheitsnetzes landet, ist diese Art von Seilen für diese Anwendung nicht sicher. Der Stand der Technik der Tragflächenarten der Seile kann bei anderen Anwendungen, bei denen Seile mit geringem Luftwiderstand wünschenswert wären, auch aus Gründen der Lage, Stabilität, Kosten oder des Verletzungspotentials nicht verwendet werden.
Wichtig ist auch, die Teilnehmer am seitlichen Fliegen außerhalb der Luftsäule und am ungeschützten Fallen auf den Boden zu hindern. Aus diesem Grund werden die höchstentwickelten vertikalen Windkanäle so konstruiert, dass die Luftsäule vollständig von einer Wand der Flugkammer bis zur anderen reicht. Dieses ist bei horizontalen Windkanälen nicht notwendig.
Vertikale Windkanäle, die zur Freifallsimulation benutzt werden, müssen oft in einer geräuschsensiblen Umwelt wie Vergnügungsparks und Einkaufszentren arbeiten. Horizontale Testkanäle können sich weit entfernt von Menschenansammlungen befinden, wo der durch den Betrieb entstehende Lärm nicht stört.
Als Unterhaltungseinrichtungen müssen Freifallsimulatoren mit anderen Unterhaltungsformen auf der Grundlage des Preises konkurrieren und können oftmals in ständigem Betrieb sein. Diese zwei Faktoren sind für die Energieeffizienz hinsichtlich des erfolgreichen wirtschaftlichen Betriebs eines Freifallsimulators ausschlaggebend. Die Energieeffizienz ist für horizontale Testkanäle weniger wichtig, da der Betreiber häufig Stunden oder Tage benötigt, um ein Experiment vorzubereiten und dann den Kanal für nur einige Minuten laufen zu lassen, um die notwendigen Daten zu sammeln.
Die Höhe ist die Hauptbeschränkung bei Freifallsimulatoren, die aufrecht aufgestellt sind und häufig an Orten mit einer hohen Dichte an Unterhaltungsplätzen situiert werden müssen, die strengen Höhenbeschränkungen unterliegen. Dieses trifft nicht für horizontale Testkanäle zu, die seitlich und fern von Menschenansammlungen aufgestellt werden können.
Schlussendlich hat sich der Stand der Technik bisher nicht darauf konzentriert, diese Systeme so zu entwerfen, dass deren Sichtbarkeit für alle Zuschauer an einem Ort mit einer hohen Unterhaltungsdichte optimiert wird.
Um die kommerzielle Entwicklungsfähigkeit eines vertikalen Windkanals für die Fallschirmsprung-Simulation zu fördern, muss man (1) genügend Luft bewegen und dieses gleichmäßig genug tun, um einen freien Fall für eine oder mehrere Personen in der Flugkammer ausreichend zu simulieren; (2) mit einer Vorrichtung, arbeiten, die kurz und leise genug ist, um am gewöhnlichen Aufenthaltsort vieler potentieller Kunden aufgestellt werden zu können; und (3) mit einem Stromverbrauch arbeiten, der so niedrig ist, dass für die Kunden der Preis für diese Erfahrung akzeptabel gestaltet werden kann.
Die vorliegende Einrichtung erfüllt die erfinderische Herausforderung, um in einem konkurrierenden Umfeld zu bestehen. In der Flugkammer sind hohe Fluggeschwindigkeiten erforderlich, um einen oder mehrere Menschen fliegen zu lassen. Jedoch verursacht die sich durch Luftschächte mit hohen Geschwindigkeiten bewegende Luft enormen Lärm und große Hitze und erfordert eine sehr hohe Energiezufuhr. Die meisten modernen Windkanäle expandieren und verlangsamen infolgedessen die Luft gerade stromabwärts der Flugkammer, um Leistungsaufnahme, Geräuschpegel und Hitzeentwicklung zu verringern. Dies kann die Leistungsaufnahme um mehr als 60% verringern, und deshalb sind nur auf diese Weise vertikale Windkanäle als Vorrichtungen zur Unterhaltung oder als Fallschirmsprung-Simulatoren kommerziell entwicklungsfähig.
Wenn man jedoch den Luftstrom in einem Abschnitt eines Windkanals zu schnell expandiert, wird sich der Strom „trennen" und turbulent anstatt laminar werden. Dieses verursacht, dass das gesamte System einen geringeren Wirkungsgrad hat, die Leistungsaufnahme zunimmt und die Stromqualität soweit verringert wird, dass die Vorrichtung den freien Fall nicht ausreichend simuliert. Die Schwelle, an der diese Stromtrennung in einem expandierenden Luftschacht auftritt, ist in der Literatur ziemlich gut definiert; in einfachen Worten: Die Wände eines solchen Erweiterungskegels dürfen um nicht mehr als 9–12 Grad divergieren. Aus diesem Grund wird die Effizienz gesteigert, wenn man die Länge der horizontalen Testkanäle oder die Höhe der vertikalen Windkanäle verlängert.
Während dieses leicht für ein horizontales System durchgeführt werden kann, erhöht dies bei einem vertikalen System leider die Herstellungs- und Betriebskosten drastisch und verringert die Zahl der Orte, für die man die Errichtungsgenehmigung der Regierung erhalten kann. Der Schlüssel, um einen vertikalen Windkanal kommerziell erfolgreich zu betreiben, ist infolgedessen, die Höhe zu minimieren und gleichzeitig die Expansion und die Geschwindigkeitsabsenkung des Luftstromes stromabwärts der Flugkammer zu maximieren. Gleichermaßen ist es wesentlich, die Bewegungsfreiheit der Nutzer auf die sicheren Bereiche des Windkanals ohne zunehmenden Luftwiderstand und Leistungsaufnahme zu beschränken.
Der Stand der Technik der Windkanäle bietet keine Konstruktion an, die leise und kurz genug ist, um bei ausreichender Leistungsfähigkeit an Einkaufs- und Unterhaltungssorten errichtet zu werden und um einen kommerziell entwicklungsfähigen Betrieb zu gewährleisten.
Das vorangehende Beispiel des verwandten Standes der Technik und die damit zusammenhängenden Beschränkungen sollen illustrativ und nicht abschließend sein. Weitere Beschränkungen des verwandten Standes der Technik werden nach dem Lesen der Beschreibung und einer Studie der Zeichnungen für Fachleute offensichtlich.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, eine Unterhaltungsvorrichtung in Form eines vertikalen Windkanals mit einer Flugkammer auf der Einlass-Seite einer Vielzahl von Ventilatoren, die wiederum an eine Vielzahl von expandierenden Rückluftkanälen angeschlossen sind, wodurch die Effizienz maximiert und gleichzeitig die Höhe der Unterhaltungsvorrichtung verringert wird, bereitzustellen.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, einen vertikalen Windkanal mit einer Flugkammer auf der Einlassseite der Ventilatoren für eine verbesserte Luftstromgeschwindigkeit und -qualität, bei gleichzeitig niedrigerem Stromverbrauch und höherer Sicherheit für die Flieger, bereitzustellen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, einen vertikalen Windkanal mit einer Vielzahl von kleineren, nicht-parallel ausgerichteten Ventilatoren anstatt eines einzelnen, kostspieligeren und schwieriger zu betreibenden Ventilators bereitzustellen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, einen vertikalen Windkanal mit einem oder mehreren Rückluftschächten, um Hitze zu konservieren, Energieverbrauch und Lärm zu verringern und einen Allwettereinsatz zu ermöglichen, bereitzustellen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, einen vertikalen Windkanal mit einem oder zwei Rückluftschächten, obwohl die Anzahl der Ventilatoren höher als jene der Rückluftschächte sein kann, bereitzustellen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, einen vertikalen Windkanal mit Ventilatoren, die im Niedrigprofil untergebracht werden, sowie diffundierende Gehäuse, die man möglichst nah aneinander anbringen kann, damit mehr als ein Ventilator an jedem Rückluftschacht angeschlos sen werden kann. Dadurch sind keine langen Luftführungsschächte erforderlich, die das gesamte System höher oder breiter machen würden, bereitzustellen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, einen vertikalen Windkanal mit einem passiven Luftaustauschsystem mit justierbaren Eingangs-/Auslasstüren, das mechanisch erhitzte Luft vom System auslässt und kühlere Außenluft einlässt, um die Temperatur innerhalb des Windtunnels mit minimaler Extraarbeit durch die Ventilatoren effizient zu steuern, bereitzustellen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, einen vertikalen Windkanal bereitzustellen, bei dem die justierbaren Eingangs-/Auslasstüren so angeordnet werden, dass sie auch eine „Düse" bilden oder Flusskontraktion bewirken, wodurch eine vorteilhafte Drucksteigerung zwischen der Innen- und der Außenseite des Tunnels verursacht wird und dadurch der Luftaustausch angeregt wird. Damit läßt sich die Temperatur innerhalb des Windtunnels mit minimaler Extraarbeit durch die Ventilatoren und ohne den Gebrauch von anderen teureren Luftkühlungstechnologien effizient steuern.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, einen vertikalen Windkanal mit einem „Netzboden", der aus speziell entworfenen Seilen gebildet wird (vorzugsweise Stahl), die weniger Widerstand und folglich weniger Lärm als herkömmliche Seil erzeugen, bereitzustellen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, einen vertikalen Windkanal mit einer oder mehreren oberen elektronischen, Null-Widerstand Barrieren anstelle eines physischen Netzes bereitzustellen. Diese wurden entworfen, um zu verhindern, dass Benutzer zu hoch innerhalb der Flugkammer fliegen und sind in der Lage, die Luftgeschwindigkeit schnell zu modulieren, um Nutzer wieder zurückzuholen und sie auf einem sicheren Niveau zu halten.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, einen vertikalen Windkanal mit der geringstmöglichen Gesamthöhe für jegliche Effizienz bereitzustellen. Dadurch ergeben sich sowohl eine Verringerung der Bau kosten als auch die Erfüllung der staatlichen Beschränkungen bezüglich der Bauhöhe.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, einen vertikalen bezüglich der Höhe optimierten Windkanal zur Verfügung zu stellen, bei dem nicht nur der primäre Diffusor auf der Luftseite der Flugkammer die Luft so schnell wie möglich ausdehnt, ohne eine Trennung des Flusses zu erzeugen, sondern auch die meisten oder alle der Bestandteile auf der Luftseite der Flugkammer.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, einen vertikalen bezüglich der Höhe optimierten Windkanal bereitzustellen, bei dem die Luft so weit wie möglich ausgedehnt wird, ohne dass eine Trennung beim Durchlaufen der Flugkammer erzeugt wird. Diese Flugkammer kann man auch als „Null-Höhe"-Flugkammer oder „Null-Länge"-Teststrecke betrachten.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, eine „Null-Höhe"-Flugkammer bereitzustellen, wobei sich die Fliegenden in einer ausgedehnten Diffusor-Kammer mit verringerter Luftgeschwindigkeit – je höher sie fliegen – bewegen. Dadurch wird in der Kammer ein selbstauffangender Strom erzeugt, um den Fliegenden beim Absinken zu verlangsamen.
Ein Aspekt der vorliegenden Vorrichtung ist es, ein Seil mit verringertem Widerstand und Geräuschpegel in der sich bewegenden Luft bereitzustellen.
Weitere Aspekte dieser Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und angehängten Ansprüchen. Dabei wird auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen, die Teil dieser Beschreibung sind. In dieser Ausführung kennzeichnen Bezugszeichen die entsprechenden Teile in etlichen Darstellungen.
Um das Risiko zu verringern, dass die Teilnehmer aus der Luftsäule fallen und sich verletzen, erstreckt sich die Luftsäule vollkommen von der einen Wand der Flugkammer zur anderen. Dieser „von Wand zu Wand" reichen de Luftstrom verringert außerdem den Widerstand an den Rändern der Luftsäule und verbessert die Effizienz des ganzen Systems. Der Luftstrom fließt durch einen „Seilboden" in die Flugkammer. Der Seilboden bietet den Benutzern Unterstützung, wenn der durch die Flugkammer fließende Luftstrom nicht ausreicht, um diese zu tragen. Der Seilboden besteht aus Seilen mit geringem Widerstand, die eine Anzahl von runden Litzen in einer speziellen Richtung und in bestimmten Größen umfassen. Diese Seile können auch in Anwendungen benutzt werden, in denen ein verringerter Luftwiderstand von Vorteil wäre.
Am oberen Ende der Flugkammer oder in der Nähe davon (oder auf der Luftseite) wird die Position der Teilnehmer bzw. des Teilnehmers innerhalb der Flugkammer von einem „virtuellen Netz" überwacht, das aus einem oder mehreren elektronischen (vorzugsweise optischen) Sensor(en) besteht. In dem offenbarten Ausführungsbeispiel wird die Geschwindigkeit automatisch durch das Kontrollsystem verringert, falls sich der/die Teilnehmer zu weit oben in der Flugkammer befinden.
Die Flugkammer kann rund, oval oder mehreckig sein, und ihre Fläche kann von etwas weniger als 7 m² (75 Quadratfuß) bis über 14,8 m² (160 Quadratfuß) reichen. Die Flugkammer kann von bis zu sechs Personen gleichzeitig benutzt werden. Die Geschwindigkeit des Luftstroms in der Flugkammer kann 257,4 km/h (160 mph) erreichen. Diese Geschwindigkeit kann bis zu sechs Benutzer tragen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält oder umfasst eine Wand der Flugkammer, möglicherweise sogar mehrere Wände, flache oder gebogene Fenster aus durchsichtigem Plexiglas^®, Acrylplastik, Glas oder ähnlichem durchsichtigem Material von großer Stabilität. Soweit vorhanden, ermöglichen die Fenster der Flugkammer einen uneingeschränkten Blick auf die Aktivitäten im Inneren.
Neben der Flugkammer befindet sich ein Bereitstellungsraum. Die Flugkammer verfügt über eine Eingangs- und eine Ausgangsöffnung zum Bereitstellungsraum. So können ein oder mehrere Benutzer hinein- und hinausgelangen. In bestimmten Ausführungen, bei denen der Wechsel der Teilnehmer in die Flugkammer und aus ihr heraus seltener vorkommt, verfügen diese Öffnungen womöglich über Türen, die gleiten, rollen oder sich in irgendeiner anderen Art und Weise bewegen, um eine oder beide Öff nungen zu schließen. Der Benutzer wartet im Bereitstellungsraum, bis er an der an der Reihe ist, die Flugkammer zu betreten. Der Bereitstellungsraum verfügt über durchsichtige Fenster, so dass ein Zuschauer den Flug anderer Personen in der Flugkammer beobachten kann, ohne sich selbst in den Bereitstellungsraum zu begeben. Der Bereitstellungsraum hat eine oder mehrere Türen, die sich regelmäßig öffnen, um das Verlassen des ganzen Systems zu ermöglichen. Zum Bereitstellungsraum kann außerdem noch ein zusätzlicher „Huckepack"-Bereich oder sekundärer Bereitstellungsraum hinzugefügt werden. So entsteht eine Luftschleuse, die es Gruppen ermöglicht, den Bereitstellungsraum von außerhalb des Systems zu betreten oder ihn zu verlassen, ohne dass der Luftstrom angehalten werden muss.
Der Bereich über jeder Tür (auf der Luftseite) im oberen Bereich der Flugkammer kann auch perforierte Platten beinhalten, die einen alternativen Weg des Luftstroms bieten, wenn Benutzer die Flugkammer betreten oder verlassen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel gibt es auch einen kleinen Fluss-Deflektor, der sich (stromaufwärts) unter dem Seilboden befindet, genau unter jeder Öffnung zwischen der Flugkammer und dem Bereitstellungsraum, um die Luftmenge zwischen ihnen und die notwendige Balance zu verringern.
Die Ventilatoren und andere Steuerungen können im Bereitstellungsraum, in der Flugkammer selber oder in einem abseitigen Kontrollraum bedient werden. Mithilfe der Ventilatoren wird die optimale Geschwindigkeit des Luftstroms durch die Flugkammer bestimmt.
Als nächstes über dem perforierten Bereich befindet sich der primäre divergierende Diffusor. Der primäre Diffusor divergiert ca. 3,5 bis 5 Grad von der Hauptachse und bietet so einen „entsprechenden Kegelwinkel" von 7 bis 10 Grad. Der zunehmende Querschnitt verringert die Geschwindigkeit des Luftstroms von der Flugkammer zu den Ventilatoren. Über (oder auf der Luftseite von) dem primären Diffusor befindet sich die obere Kammer, das den ersten Satz von hocheffizienten Umlenkblechen enthalten kann. In einem rückführenden Einzel-System lenken diese Umlenkbleche (oder einfach die Kammer, falls keine Bleche verwendet werden) den Luftstrom im Wesentlichen von vertikal nach horizontal. In einem rückführenden Mehrweg-System teilen diese Bleche (oder einfach die Kammer, falls keine Bleche verwendet werden) die Luft in grundsätzlich gleiche Teilströme auf und lenken dann jeden dieser Ströme im Wesentlichen von vertikal nach horizontal.
Der Luftstrom fließt dann durch die Einlassschächte in die Ventilatoren. Durch den Ventilatoren-Einlassschacht entsteht ein Übergang des Stromes von ungefähr quadratisch oder rechteckig nach in etwa rund. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel dienen die Ventilatoren-Einlassschächte als Diffusoren, um den Strombereich so weit wie möglich auszudehnen, ohne eine Trennung des Stromes zu erzeugen. Bei den Ventilatoren handelt es sich vorzugsweise um Axialventilatoren von hoher Effizienz, obwohl jegliche, an eine Verwendung in einem Windkanal angepasste Ventilatoren akzeptabel sind. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel enthalten die Ventilatoren kugelförmige Bugkonen und tränenförmige Heckkonen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel stellt das Gehäuse des Ventilators den Diffusor dar und ist von einer solchen Größe, dass der Netto-Strombereich durch die Ventilatoren so weit wie möglich vergrößert wird, ohne dass dabei eine Trennung des Stromes erzeugt wird. Dabei muss man den Bereich in der Mitte des Ventilators berücksichtigen, der durch die Bug- und Heckkonen und den Mittelteil des Ventilators blockiert wird. Die Geschwindigkeit des Luftstroms durch die Erfindung wird entweder durch eine Neigungsveränderung oder eine Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit der Ventilatoren kontrolliert.
Der Luftstrom strömt durch die Ventilatoren in die Auslassschächte, deren Form ebenfalls von etwa rund nach etwa quadratisch oder rechteckig verändert wird. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel dehnen die Auslassschächte den Luftstrom nach Art eines Diffusors so weit wie möglich aus, ohne eine Trennung des Stroms zu erzeugen. Der Luftstrom bewegt sich durch eine Reihe von Auslassschächten zum zweiten Satz der Umlenkbleche (falls in Verwendung), die die Luft im Wesentlichen von horizontal nach vertikal verändern.
Der Luftstrom strömt dann in die Rückluftschächte. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel dehnen diese Rückluftschächte, die die Form von divergierenden Diffusoren aufweisen, den Luftstrom so weit wie möglich, ohne eine Trennung des Stromes zu erzeugen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel verfügt jeder Rückluftschacht über einen Luftaustausch-Mechanismus, der aus einer geraden Zahl von Luftschlitzen besteht, die an den gegenüberliegenden Seiten des Rückluftschachts angebracht sind. Diese sind von einer speziellen Größe und so angeordnet, dass sie zusammen eine Düse oder eine plötzliche Kontraktion im Strombereich an der Spitze der Luftschlitze erzeugen. Diese Düse [erhöht] verringert den [dynamischen] statischen Druck an der Spitze des Systems und hilft beim Ausstoß der heißen Luft aus dem Windkanal durch den Entlüftungsschlitz. Dadurch wird der Druck im System verringert und die Lufteinlassschlitze beim Einziehen kühlerer Umgebungsluft von außerhalb des Systems unterstützt. Diese Anordnung ermöglicht das Ersetzen von heißer Luft im System mit kühlerer Luft von außerhalb. Auf diese Weise kann der Benutzer die Temperatur in der Flugkammer zum Wohlbefinden des Fliegenden anpassen, ohne dass teurere Alternativen wie Klimaanlage oder Kühlung durch Verdunsten erforderlich sind.
Am unteren Ende (oder stromabwärts) der rückführenden Lufttürme strömt die Luft wieder durch eine Reihe von Umlenkblechen (oder einfach einen Schacht mit einer Drehung von 90 Grad, falls Bleche nicht verwendet werden), die die Richtung der Luft im Wesentlichen von vertikal nach horizontal verändern. Die Luft fließt dann in die untere Kammer, die sie nach Art eines divergierenden Diffusors so weit wie möglich ausdehnt, ohne eine Trennung des Stromes zu erzeugen. Am Ende (oder stromabwärts) der unteren Kammer führt die Luft wieder durch eine Reihe von Umlenkblechen (oder einfach einen Schacht mit einer Drehung von 90 Grad, falls Flügel nicht verwendet werden), die die Richtung der Luft im Wesentlichen von vertikal nach horizontal verändern. In einem rückführenden Mehrweg-System treffen sich die Luftströme hier wieder zusammen.
Die Luft fließt dann in den Einlass-Kontraktor. Dieses trompeten- oder glockenförmige Teil verringert die Strömungsfläche rasch und beschleunigt die Luft maximal kurz vor der Flugkammer. Hier bestimmen wiederum aerodynamische Gesetze darüber, wie schnell man diesen Strombereich verringern kann, ohne die Qualität des Stromes zu beinträchtigen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1: Hier handelt es sich um die obere Ansicht eines rückführenden Einzel-Simulators.
2: Hier handelt es sich um einen Ausschnitt des Ausführungsbeispiels in 1.
3: Hier handelt es sich um eine Perspektivenansicht der Flugkammer aus 1.
4: Hier handelt es sich um eine Draufansicht auf einen Luftstromkontraktor mit ovalem Auslass und rechteckigem Einlass.
5: Hier handelt es sich um eine schematische Ansicht eines oval/vieleckig geformten Auslasses eines Luftstrom-Kontraktors.
6: Hier handelt es sich um eine schematische Ansicht eines Luftstrom-Kontraktors mit ovalem Auslass.
7: Hier handelt es sich um eine schematische Ansicht eines ovalen Zuschauerbereiches.
8: Hier handelt es sich um die Ansicht eines Bereitstellungsraumes mit doppelter Luftschleuse von oben.
9: Hier handelt es sich um die schematische Ansicht eines Temperaturreglers.
10: Hier handelt es sich um einen seitlichen Ausschnitt des Temperaturreglers aus 9.
11: Hier handelt es sich um die Ansicht von Deflektoren bei den Eingangstüren der Flugkammer von oben.
12: Hier handelt es sich um eine Nahaufnahme eines Deflektors.
13: Hier handelt es sich um einen seitlichen Ausschnitt eines Ventilators und seines Gehäuses.
14: Hier handelt es sich um einen seitlichen Ausschnitt zweier Ventilatoren und ihrer Gehäuse, die divergierend von einer Mittellinie montiert sind.
15: Hier handelt es sich um die Perspektivenansicht eines rückführenden Zweiweg-Simulators.
16: Hier handelt es sich um einen Ausschnitt des Ausführungsbeispiels in 15.
17: Hier handelt es sich um die schematische Ansicht eines rückführenden Zweiweg-Simulators mit V-Profil.
18: Hier handelt es sich um die schematische Ansicht eines rückführenden Zweiweg-Simulators mit V-Profil in einem Einkaufszentrum.
19: Hier handelt es sich um die schematische Ansicht einer Anordnung von mehreren Simulatoren in einem Gebäude.
20: Hier handelt es sich um die seitliche Perspektivenansicht eines Zuschauerbereiches für einen Simulator in einer Art Einkaufszentrum.
21: Hier handelt es sich um die schematische Ansicht eines Dual-Kontraktor-Systems (unterirdisch und horizontal).
21A: Hier handelt es sich um die Schnittansicht entlang der Linien 21A-21A der 21.
22: Hier handelt es sich um die obere Perspektivenansicht eines Seilbodens.
23: Hier handelt es sich um die schematische Ansicht eines Bodensensor-/Abschaltungs-Systems.
24: Hier handelt es sich um die obere Ansicht eines abgerundeten Diffusors.
25: Hier handelt es sich um die schematische Ansicht eines Kreuzfahrtschiffs mit einem wassergekühlten Simulator.
26: Hier handelt es sich um die seitliche Perspektivenansicht eines luftwiderstandsarmen Seils, erstes Ausführungsbeispiel.
27: Hier handelt es sich um die Ansicht eines Seils des zweiten Ausführungsbeispiels.
28: Hier handelt es sich um die Ansicht eines Seils des dritten Ausführungsbeispiels.
29: Hier handelt es sich um den schematischen Querschnitt eines Seils, wobei einer der äußeren Litzen eine andere Größe als die restlichen äußeren Litzen besitzt.
30: Hier handelt es sich um den schematischen Querschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels eines Seils mit verringertem Widerstand.
31: Hier handelt es sich um den schematischen Querschnitt eines anderen Ausführungsführungsbeispiels eines Seils mit verringertem Widerstand und mit einem einzelnen größeren Draht.
32: Hier handelt es sich um den schematischen Querschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels eines Seils mit verringertem Widerstand und mit zwei kleineren Drähten.
33: Hier handelt es sich um die Perspektivansicht eines Seils mit einer großen Litze.
34: Hier handelt es sich um die Perspektivansicht eines Seils mit zwei kleineren Litzen.
35: Hier handelt es sich um eine Grafik, die die Verringerung des Widerstands von einigen der offenbarten Seile zeigt.
Bevor die offenbarten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert werden, muss klargestellt werden, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Details der bestimmten, hier aufgeführten Konstruktion beschränkt ist, da die Erfindung durchaus auch anders ausgeführt werden kann. Darüber hinaus dient die hier verwendete Terminologie der Beschreibung und nicht einer Beschränkung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bezug nehmend zunächst auf 1 wird zunächst ein rückführender Einzel-Simulator gezeigt, wobei die Höhe L₁ bevorzugterweise im Bereich zwischen 15,24 m bis 36,58 m (50–120 Fuß) liegt. Bei einigen Anlagen können alle Komponenten unterhalb eines Bodenniveaus von entweder G₁ oder G₂ unterirdisch verlaufen. Die Flugkammer 10 wird entweder vollständig oder teilweise aus durchsichtigen Platten hergestellt. Wenn die Bodenhöhe bei G₂ liegt, wird im Bereich d₁ ein nicht transparentes podestähnliches Gebilde mit einer Höhe von ungefähr 2,13 m (7 Fuß) konstruiert. Diese Ausführungsbeispiel in einem Einkaufszentrum schafft in der Flugkammer 10 ein auffälliges und reales Flugstudio für Menschen. Diese Konstruktion zieht neue „Flieger" an, die dafür bezahlen, um in der Flugkammer 10 einen simulierten Fallschirmsprung zu erleben. Die punktierte Linie R zeigt ein Dach, wobei die Komponenten oberhalb von R zwecks Geräuschreduzierung am Dach befestigt werden können. Die punktierte Linie W stellt eine Wand dar, wobei die Komponenten unterhalb der Wand W, weg von der Flugkammer 10, von der Flugkammer abgetrennt werden könnten, um die Geräuschkulisse in der Nähe der Flugkammer 10 zu re duzieren.
Die meisten Flugkammern aus dem Stand der Technik verfügen über parallele Wände in der Flugkammer, so dass erfahrene Flieger Manöver bei einer konstanten Windgeschwindigkeit von 225,26 km/h (140 Meilen pro Stunde) praktizieren können. Der Simulator 1 verfügt über eine Flugkammer mit „Null-Höhe" entlang der Erhebung 11. Die Erhebung 11 ist jene Linie, die den Luftstrom-Kontraktor 9 mit dem Luftstrom-Diffusor 10 verbindet, wobei der Diffusor 10 über divergierende Wände 20, 21, 22, etc. verfügt und der Diffusor 10 auch als Flugkammer 10 dient.
Die nominelle Fluggeschwindigkeit liegt bei Linie 11 bei ungefähr 225,26 km/h (140 mph), was der Maximalgeschwindigkeit im Simulator entspricht. Je weiter der Flieger in der Flugkammer 10 in Richtung oberes Flugkammerende 10 bis zur Verzweigung 110 hochfliegt, desto mehr sinkt die Luftgeschwindigkeit bis auf ungefähr 193,08 km/h (120 mph). Flieger können ihren Luftwiderstand vom Maximalwert in einer Adlerposition auf ein Minimum in Form eines Menschenballs verändern. Daher fällt der Flieger in die Tiefe, wenn er bis zum oberen Ende der Flugkammer 10 emporsteigt und dann seinen Luftwiderstand auf die Größe in der Form eines Menschenballs verändert. Die Diffusor-Form der Flugkammer 10 bietet aufgrund der zunehmenden Luftgeschwindigkeit einen stufenweisen Abfall innerhalb der Flugkammer 10 über ein Selbstbremssystem. Bei Linie 11 gibt es ein Sicherheitsnetz.
Der Umleiter 2 trifft bei Verzweigung 110 auf den Diffusor 10. Der Luft-Strom wird im Umleiter 2 von einer vertikalen Richtung in eine horizontale Richtung geleitet. Alle Umleiter 2, 4, 6 und 8 ändern die Luftrichtung um etwa 90 Grad.
Die Ventilatorenanlage 3 beschleunigt den Luftstrom, beispielsweise anhand von zwei nebeneinander liegenden Ventilatoren. Die Grunddynamik in einem Rückluft-Simulator erfordert Kompromisse in Bezug auf Energieeffizienz, Geräuschpegel und Größe. In der einfachsten Konstruktion würde man versuchen, den Luftstromkreislauf durch den ganzen Simulator nahe an der Höchstgeschwindigkeit zu halten. Es müsste allerdings die Höhe nach oben angepasst werden, der Geräuschpegel wäre enorm, und die Hitze wäre aufgrund der Reibung in den Kammern extrem. Daher ist es für einen effizienteren Betrieb notwendig, die Luft während ihrer Strömung durch den Simulatorkreislauf zu verlangsamen. Dies geschieht durch die Vergrößerung der Kammerquerschnitte, um eine wirtschaftlich akzeptable Höhe h₁ sowie einen annehmbaren Geräuschpegel zu erzielen und gleichzeitig zu versuchen, die geringste Leistung für die Ventilatoren in Anspruch zu nehmen.
Die Umleiter 2, 4, 6, und 8 verfügen normalerweise aufgrund der Herstellungskosten über keine divergierenden Wände. Das Ventilatorengehäuse 300 und der Ventilatorenbereich 3 verfügen über divergierende Wände. Die obere Kammer 30 hat divergierende Wände. Der vertikale Rückluftraum 5 hat divergierende Wände. Die untere Kammer 7 verfügt aufgrund von Kompromissen in Bezug auf die Herstellungskosten über keine divergierenden Wände. Die untere Kammer 7 könnte divergierende Wände aufweisen.
Der Luftstrom-Kontraktor 9 verfügt über konvergierende Wände, die den Querschnittsbereich der Kammer verringern und dadurch den Luftstrom während der Flugsimulation auf ungefähr 225,26 km/h (140 mph) beschleunigen. Der Lufteinlass 12 sorgt für Luftzufuhr von außen, um die Luft im Simulator abzukühlen.
Bezugnehmend nachfolgend auf 2 zeigt diese eine schematische Darstellung der Funktionsweise im Inneren des Simulators 1. Der Luftstrom wird durch die Pfeile F angedeutet. Jedes Umlenkblech 200, 201, 202, 203 ändert die Richtung des Luftstroms um 90 Grad. Zwei Ventilatoren 40, 41 werden schematisch dargestellt und sind horizontal nebeneinander in deren Gehäuse 3 montiert (siehe 13 für eine perspektivische Ansicht), wobei sich unmittelbar nach den Ventilatoren ein Kammer-Diffusor 300 befindet, der den Luftstrom verlangsamt. Die Verteilung setzt sich im obersten Luftraum 30 und dann im vertikalen Rückluftraum 5 fort und endet schließlich in der Flugkammer 10.
Aufgrund des Lufteinlasses 12 durch einen stromabwärts gerichteten Luftschlitz 120 wird ein passives Temperaturreglersystem bereitgestellt. Zusätzlich verfügt der Luftauslass 26 über einen Luftschlitz 260, der strom aufwärts gerichtet ist. Wird der Einlass 12 gegenüber dem Auslass 26 montiert, wird durch die Luftschlitze 120 und 260 eine Düse geformt, die eine Zone V mit geringerem statischem Druck stromabwärts des Einlasses 12 bildet. Dadurch wird Außenluft (passiv) in den Simulator 1 angesaugt, ohne hierfür einen zusätzlichen Ventilator benötigen zu müssen.
Bezugnehmend als nächstes auf 3 wird darin die Diffusor-/Flugkammer 10 in der Form eines Polygons (Oktagons) gezeigt, wie diese von der Basis B aus gesehen wird. Die Basis B wird durch ein Sicherheitsnetz bedeckt. Die Wände 20, 21, 22, etc. divergieren voneinander in einem optimalen aerodynamischen Winkel von ungefähr 7–12 Grad. Der oberste Bereich der Flugkammer 10 ist als Rechteck bei Pfeil 110 ersichtlich. Alle oder einige der Wände 20, 21, 22, etc. können durchsichtig sein.
Bezugnehmend nachfolgend auf 4 ist darin ein Luftfluss-Kontraktor 400 ersichtlich, der bevorzugterweise das Design eines rechteckigen Einlasses 401 und eines ovalen Auslasses 402 aufweist. Überleitende Wände 403 kontrahieren den Luftstrom vom Einlass 401 zum Auslass 402. Bevorzugterweise entspricht die Höhe h₂, siehe 2, die sich manchmal unter der Erde befindet, der Länge d₄. Diese Kombination aus Form und Abmessungen bildet eine kosteneffiziente Ausgewogenheit in Bezug auf eine relativ niedrige Höhe und einen wirtschaftlich entwicklungsfähigen Simulator 1.
Bezugnehmend im Folgenden auf 5, 6 und 7 bezieht sich der Begriff Luftfluss-Kontraktor mit „ovalem Auslass" auf jede ovalähnliche Form, wie zum Beispiel auf einen vieleckigen, oval geformten Auslass 500 und einen tatsächlich ovalen Auslass 600. Die ovalähnliche Form bietet im Gegensatz zu einem runden Auslass mit demselben Querschnittsbereich einen größeren Zuschauerraum 700. Der Bereich 701 umfasst einen Bereitstellungsraum und einen Eingangsbereich. Das untere Flugkammerende B1 könnte sich in einem Einkaufszentrum mit exklusiven Verkaufsflächen befinden, wobei die größere Beobachtungsfläche 700 einen erheblichen kommerziellen Nutzen darstellt.
Bezugnehmend im Folgenden auf 8 besteht eine zweistufige Bereitstellungskammer 800 aus einem Flugkammernboden B2 mit einer Flug kammerwand 809, die über Fenster 810 und Eingänge 806 und 807 für die Flieger verfügt. Die Eingänge 806 und 807 können ohne Türen, mit aufschwenkbaren Türen oder Schiebetüren ausgeführt werden. So lange die Türen 801 und 805 geschlossen bleiben, müssen die Ventilatoren ihren Betrieb nicht einstellen, damit die Flieger die Flugkammer 10 betreten bzw. verlassen können. Der Außendruck wird durch den Buchstaben A angezeigt. Die Türen 801 und 805 öffnen sich vom Außenbereich A in den ersten Bereitstellungsraum 801 und in den zweiten Bereitstellungsraum 804. Die Tür 803 trennt die Bereitstellungsräume 802 und 804. Wenn in Betrieb, könnte eine Gruppe von Fliegern den Raum 804 betreten, wobei die Tür 803 geschlossen wird. Danach wird die Tür 805 geschlossen. Dann würden die Flieger den Raum 802 betreten, wobei die Türen 801 und 805 geschlossen wären. Es werden die Eingänge 806 und 807 für Flieger benutzt.
Bezugnehmend im Folgenden auf 9 und 10 ist darin das Temperaturreglersystem 1000 ersichtlich, das aus einer Kammer 5 mit einem Luftstrom F besteht. Der Auslass 26 befindet sich gegenüber dem Einlass 12, allerdings ein wenig stromaufwärts platziert, unter Berücksichtigung einer Strecke d11, die sich nach den Konstruktionsvorgaben richtet. Bevorzugterweise können die Luftschlitze 120 und 260 von einem Kontrollraum aus gesteuert werden, um den Luftaustausch zwischen dem Außenbereich A und dem Plenum 5 zu variieren. Das einströmende Luftvolumen I muss ungefähr dem ausströmenden Luftvolumen O entsprechen. Der Abfall des internen statischen Drucks V wird durch die Kontraktion und Beschleunigung der Luft bei Düse N erzeugt.
Das Luftaustauschsystem, das bei den hier offenbarten Kreislauf-Windkanälen verwendet wird, besteht aus zwei großen Luftschlitzen, die sich in jedem der Rückkanäle des Windkanals befinden: einem Entlüftungsschlitz und einem Einlassschlitz. Die Entlüftungs- und Einlassschlitze sind so platziert und ausgerichtet, dass eine günstige Interaktion zwischen beiden stattfindet. Diese Platzierung ist Teil der neuen Errungenschaften dieses Systems.
Die Vorderkante des Entlüftungsschlitzes lenkt in den Tunnel ab und schöpft die Luft vom Innern des Tunnels nach außen. Der Einlassschlitz befindet sich an der Tunnelwand gegenüber dem Auslassschlitz. Die Scharnierlinie wurde so entworfen, damit diese mit der Vorderkante des Auslassschlitzes eine Linie bildet. Die hintere Kante des Einlassschlitzes ist in den Tunnel gerichtet. Sie wird in einem größeren Ausmaß als der Auslassschlitz abgelenkt, damit der Luftwiderstand im Inneren durch Erzeugung einer Düse N zunimmt. Das ist der Schlüssel. Dieser Anstieg des Widerstandes verursacht einen Abfall des internen statischen Drucks (Bernoullis Gesetz). Der niedrigere statische Druck im Innern (niedriger als in der Atmosphäre) führt tatsächlich zur Ansaugung von Luft durch den Einlassschlitz. Der Einlassschlitz muss zumindest über dasselbe Profil oder dieselbe Länge wie der Auslassschlitz verfügen. Bei einigen Bauformen von Windkanälen ist es wünschenswert, dass der Einlassschlitz eine größere Länge bzw. ein größeres Profil als der Auslassschlitz aufweist, um die erforderliche Deflektion zu verringern.
Bei herkömmlichen, in Windkanälen eingesetzten Luftaustauschern befinden sich die Aus- bzw. Einlässe entweder in separaten Abschnitten des Windkanals oder es findet – falls sich diese im selben Teil des Windkanals befinden – keine günstige Interaktion zwischen den beiden Luftschlitzen statt, um den gewünschten Abfall des internen statischen Drucks zu erzeugen. In anderen Konstruktionen ist ein Schirm oder ein anderes Teil eingebaut, das den Luftwiderstand hin zur Auslassöffnung und stromaufwärts zur Einlassöffnung erzeugt, um einen Abfall des internen statischen Drucks zu erreichen, wodurch die Luft von außen in den Tunnel einströmen kann. Dies funktioniert zwar, ist aber sehr uneffizient. Das Resultat ist ein unnötiger Abfall des Gesamtdrucks und folglich eine Einbuße in der Kanal-Performance. Oft sind zusätzliche Schächte erforderlich, um den internen statischen Druck zu kontrollieren, was wiederum die Herstellungskosten erhöht. Die vorliegende Erfindung schaltet diese Probleme aus und erzielt den gewünschten Luftaustausch mit dem geringsten Leistungsverlust.
Bezugnehmend im Folgenden auf 11 und 12 ist darin ein Deflektor 1100 gezeigt, der entlang der Unterkante des Eingangs für die fliegende Person 1101, 1102 platziert ist, um das Strömen der Luft von der Flugkammer in den Raum 802 zu reduzieren und dadurch die Hohlraumresonanz in Raum 802 zu minimieren. Der Deflektor 1100 besitzt eine winkel förmige Vorderkante 1103. Die Vorderkante 1103 führt schräg stromabwärts in die Flugkammer 10. Die Flugkammer 10 könnte rund anstelle eines Polygons – wie abgebildet – ausgeführt werden. Optional könnte ein Deflektor 1196 am oberen Türende montiert werden, wobei sich dieser von der Flugkammer nach innen in den Bereitstellungsraum windet.
Bezugnehmend im Folgenden auf 13 und 14 werden darin die Ventilatoren 40 und 41 der 2 in ihrer bevorzugten Ausführung dargestellt. Diese sind in Bezug zu der dargestellten Mittellinie leicht voneinander weg gerichtet. Die Ventilatorenflächen P41 und P42 sind zur Luftseite hin geneigt und schließen einen spitzen Winkel P43 ein. Das Ventilatorgehäuse 1300 hat nach dem Segment neben dem Propeller 1301 divergierende Wände 1302. Nominal kann W1 eine Dimension von 2,62 Meter (103 Zoll) und W2 3,10 Meter (122 Zoll) aufweisen. Durch eine versetzte Anordnung der Ventilatoren können die zwei Ventilatorgehäuse 1300 näher zueinander platziert werden, so wie zum Beispiel durch Verschieben der Vorderseite 149 des Ventilators 41 in Richtung zu der gepunkteten Linie 1499. Dadurch wird die Entfernung zwischen den beiden Luftsäulen der Ventilatoren reduziert, was wiederum die Länge des Rückluftraumes und die Höhe verringert. Der Propeller 1301 könnte nach vorne ausgerichtet sein.
Bezugnehmend im Folgenden auf 15 und 16 wird darin ein rückführender Zweiweg-Simulator 1500 dargestellt. Die im Vergleich zu einem rückführenden Einzel-Simulator gleich funktionierenden Komponenten sind mit denselben Ziffern nummeriert und bedürfen daher keiner weiteren Beschreibung.
In diesem speziellen Ausführungsbeispiel besitzt die Flugkammer 1503 keine divergierenden sondern parallele Wände, um einen relativ konstanten Luftfluss darin zu gewährleisten. Oberhalb der Flugkammer 1503 befindet sich ein Diffusor 1504, der an einen doppelten Luftumleiter 1505 angeschlossen ist. Der doppelte Luftumleiter 1505 hat zwei Umlenkbleche 1507 und 1508. Die Ventilatorrohre 1521 tragen die Ventilatoren 40 und 41. Die oberen Diffusoren 1520 sind mit den Luftumleitern 2 und 4 – wie abgebildet – verbunden. Sowohl der linke als auch der rechte vertikale Rückluftraum 5 verfügen über ein Temperaturreglersystem 1000.
Die unteren Kammern 7 sind jeweils mit einem doppelten Umleiter 1501 verbunden. Ein doppelter Umleiter 1501 hat zwei Umlenkbleche 1505 und 1506. Ein Luftstrom-Kontraktor 1502 beschleunigt den Luftfluss in die Flugkammer 1503. Eine größere Flugkammer 1503 kann durch den Einsatz von vier Ventilatoren – wie abgebildet – im Gegensatz zur Ausführung mit zwei Ventilatoren (siehe 2) unterstützt werden.
Bezugnehmend im Folgenden auf 17 ist darin ein rückführender Zweiweg-Simulator 1700 mit einer Flugkammer 1701 und einem Flieger 1704 ersichtlich. Die Rückluftkomponenten 1702 und 1703 sind in einer Grundrissansicht von oben dargestellt und bilden eine V-Form (Winkel 1705 ist ein spitzer Winkel), die sich von der Flugkammer 1701 erstreckt. Eine Verwendungsmöglichkeit für diesen Simulator 1700 ist die in einem öffentlichen Fußgängerweg PW (wie abgebildet). Ein Zuschauerbereich VA ragt in den Fußgängerweg PW hinein, wobei die Komponenten 1702 und 1703 schalldicht und von einer Wand W verdeckt sind. Wie bereits oben angemerkt, können die Ventilatoren und die dafür erforderlichen Leerrohre auf dem Dach montiert werden.
Bezugnehmend im Folgenden auf 18 ist darin ein weiterer V-förmiger Simulator 1800 in einem anderen Einkaufszentrum abgebildet. Entlang des Bereiches 1805 befindet sich ein Fußgängerweg PW mit exklusiven Geschäftsräumlichkeiten. Weniger exklusive Einkaufszentren 1899 könnten über Lagerbereiche verfügen und die Rückluftkomponenten 1801 und 1802 dort lagern. Aufgrund einer Außenwand WOUT sind die Rückluftkomponenten 1803 und 1804 draußen (wie abgebildet) platziert.
Bezugnehmend im Folgenden auf 19 schafft eine Wand W einen umschlossenen Bereich, der für die ÖFFENTLICHKEIT bestimmt ist. Es sind mögliche Konfigurationen der Simulatoren 1 und 1500 ersichtlich. Fliegende Menschen 1704 könnten zur Entstehung eines aufregenden Indoor-Unterhaltungsbereiches – als ÖFFENTLICH bezeichnet – beitragen.
Bezugnehmend im Folgenden auf 20 ist darin eine gestalterische Darstellung des Simulators 1 (siehe 1) ersichtlich, wobei ein Einkaufszentrum 2000 über einen Fußgängerweg PW verfügt. Der Begriff „Einkaufszentrum" schließt einen Unterhaltungsbereich mit einer hohen Menschendichte inklusive Freizeitparks, Theaterkomplexe, Familienunterhaltungszentren und College-Campus mit ein. Das Erdgeschoss G₂ besteht aus einem Fußgängerbereich d₁, so dass das Publikum direkt in die transparente Flugkammer 10 einsehen kann. Ein Kartenverkaufsbereich 2001 könnte in die Vorderansicht der anderen Geschäftsräumlichkeiten integriert werden. Die Wände W und die Elemente 5, 6, 7, 8 der Erdgeschossansicht G₂ sind punktiert dargestellt.
Bezugnehmend im Folgenden auf 21 und 21A ist darin ein zweistufiger Luftstrom-Kontraktor abgebildet. Ein Kontraktor 2111 auf der ersten Stufe verläuft horizontal und speist den Umleiter 8. Der Kontraktor 2112 auf der zweiten Stufe verläuft vertikal und speist die Flugkammer 10. Der Kontraktor 2111 der ersten Stufe des Simulators 2110 könnte unterirdisch platziert werden. Das Ergebnis wäre ein geringerer Geräuschpegel und eine geringere Höhe für die zweite Stufe des Kontraktors 2112. Diese Erfindung kann beim Simulator 2110 zu einer geringeren Gesamthöhe führen.
Bezugnehmend im Folgenden auf 22 verfügt ein Bereitstellungsraum 2200 über eine Flugkammer 2202 mit einem Boden B, der aus einem Maschennetz 2201 besteht.
Ein Ausführungsbeispiel für das Maschennetz, das den Boden der Flugkammer bildet, ist eine Ausführung anhand eines im Flugzeugbau verwendeten 3/32-17-adrigen Edelstahlseils, das in ein 60 × 60 cm (2 Fuß × 2 Fuß) großes Gitter eingewoben ist. Ein Seilende oder beide werden je nach den Bedingungen der bestimmten Anwendung durch eine Kompressionsfeder geführt. Der dargestellte Tunnelboden wird durch hundertzweiundzwanzig (122) Seile gebildet. Die Anzahl der Seile hängt von der Form und der Größe der Flugkammer 2202, der maximalen Anzahl der geplanten Flieger in der Flugkammer und anderen Konstruktionsüberlegungen ab.
Die Kompression der Federn wird so eingestellt, dass dem Boden die richtige „Abfederung" verliehen wird und dadurch die Sicherheitsvorkehrungen für den Flieger erhöht werden, sollte dieser unsicher werden und auf den Seilboden fallen.
Tunnelwände zur Beobachtung
Es existieren elf 31 mm (1 – ¼ Fuß) große Platten aus Plexiglas, die es den Kontrollpersonen, den Fliegern und den Zuschauern im Bereitstellungs- bzw. Zuschauerraum ermöglichen, die Aktivitäten in der Flugkammer und dem Flugdeck in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zu beobachten. Die Anzahl der Platten hängt von der Anlage ab. Es gibt eine große Plexiglas-Scheibe, durch die die Zuschauer in das Innere des Kontrollraums sehen können.
Bezugnehmend im Folgenden auf 23 wird darin eine Flugkammer 10 gezeigt, die über einen Flugsensor 2600 verfügt, der Energiewellen 2601 (Licht, Radio, Schall, UV, etc.) verwendet, um eine zu hoch fliegende Person in der Flugkammer 10 zu erfassen. Ein Kontrollgerät 2602 kann aus einem einfachen An/Aus-Ausgangsschaltnetz, einem Strommodulator oder Ähnlichem bestehen, um vorübergehend den Luftstrom zum Herablassen des Fliegers innerhalb der Luftkammer zu reduzieren. Eine Notfallstür nach außen 2604 könnte auch vom Kontrollgerät 2602 geöffnet werden. Ein Maschennetz 2605 kann auch dazu verwendet werden, um Flieger von einem zu hohen Flug abzuhalten.
Bezugnehmen im Folgenden auf 24 könnte auch ein weiterer Diffusor 2700 als Flugkammer dienen. Die Wände 2701 könnten aus Plexiglas-Scheiben mit einer Größe von 7,62 cm (3 Zoll) bestehen. Der ovale Ausgang 2702 hat gebogene Kanten.
Bezugnehmend im Folgenden auf 25 verfügt ein Schiff 2850 über einen Simulator 2801 mit einem Meereswasserkühlsystem 2800. Ein Meereswassereinlass 2851 speist einen Wärmetauscher 2853 im Simulator über einen Flussregler 2852. Ein Lufttemperatursensor 2854 meldet einem Temperaturregler 2802, die Lufttemperatur durch Kontrolle des Flussreglers 2852 auf einem festgelegten Wert zu halten.
Die 26, 27, 28 zeigen individuelle Seilausführungen, aus denen das Maschennetz bestehen könnte. Die Grundlagen der Aerodynamik lehren uns, dass ein flügelartiges Profil den Luftwiderstand im Gegensatz zu ei nem stumpfen oder flachen Profil reduziert. Das Seil 2300 verfügt über einen gedrehten Standard-Komponentenkern 2301 mit einer externen Spiralumhüllung wie in 26 gezeigt.
Das Seil 2400 verfügt über einen modifizierten gedrehten Komponentenkern 2401, dem ein Spiralelement – wie in 27 ersichtlich – fehlt.
Das Seil 2500 verfügt über einen modifizierten gedrehten Kern 2501, dem zwei Spiralelemente – wie in 28 ersichtlich – fehlen.
Bezugnehmend im Folgenden auf 29 wird darin ein Ausführungsbeispiel des Seils 2900 mit achtzehn Litzen dargestellt. Die Litzen 2901 formen eine äußere Seilumfassung und haben ungefähr denselben Durchmesser d₁ _. D₁ beträgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ca. 0,4826 mm (0,019 Zoll). Die Litze L19 vervollständigt die äußere Seilumfassung und hat einen Durchmesser von d₂, der sich zu d₁ unterscheidet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel in 29 weist die Litze L19 – hier als durchgezogene Linie eingezeichnet – einen größeren Durchmesser von ca. 0,7112 mm (0,028 Zoll) auf. Die Litze L19a – hier als gepunktete Linie eingezeichnet – weist einen kleineren Durchmesser als die Litzen 2901 auf.
D₂ sollte sich zumindest um 10% von d₁ unterscheiden, häufiger beträgt der Unterschied zwischen D₂ und d₁ um 25% oder mehr. In diesen Ausführungsbeispielen, in denen d₂ größer als d₁ ist, kann d₂ sogar um 250% größer als d₁ sein. Weitere Größenunterschiede können in ähnlicher Weise funktionieren. Wenn d₂ kleiner ist, wird die Mindestgröße von d₂ aufgrund von baulichen Überlegungen bestimmt. Die Litze L19a muss ausreichend groß sein, um während des Betriebs nicht abzureißen und um die zwei benachbarten Litzen 2901 zumindest geringfügig auseinander zu halten. Die Litzeanzahl hängt von der Applikation ab, für die das Seil verwendet wird. Im Prinzip könnten Seile mit 6 oder mehr Litzen entsprechend der vorliegenden Offenbarung hergestellt werden und demgemäß funktionieren.
Die inneren Litzen 2902 und 2903 können über einen anderen Durchmesser als die Litzen 2901 verfügen und den Kern des Seils 2903 bilden. Die mittlere Litze 2903 kann einen anderen Durchmesser als die Litzen 2902 haben. Der Durchmesser der inneren Litzen 2902 und 2903 ist in Bezug auf den Durchmesser d₂ L19 nicht von Bedeutung.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel von 2900 mit L19 beträgt das Verhältnis zwischen D₂/D₁ ca. 1,47, wobei der Durchmesser d₃ ungefähr 10% größer ist als ein normaler Aderndurchmesser d₄. Das Seil 2900 verfügt über gedrehte Litzen, inkl. Litze L19, die eine Spiralerhebung – wie in 9 gezeigt – bildet.
Bezugnehmend im Folgenden auf 30 weist das Seil 3000 außen eine größere Umfassungslitze (durchgezogene Linie 130) mit einem Durchmesser von d₅ auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt d₅ 0,8636mm (0,034 Zoll). D₁ ist gleich wie in 5. Das Verhältnis zwischen D₅/D₁ beträgt ca. 1,79. Die Länge d₆ beträgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ca. 0,5055 mm (0,0199 Zoll) über der Oberfläche der Umfassung S.
30 zeigt des Weiteren die Litzen L30a in gepunkteten Linien mit einem Durchmesser d₅ von weniger als 50% von D1. In diesem Ausführungsbeispiel werden zwei oder mehr Litzen L30a dazu benutzt, um die Öffnung G offen zu halten. Das Seil 300 mit zwei Litzen L30a wird in 34 in einer perspektivischen Ansicht mit einer Öffnung G in Form einer Spiralnut dargestellt.
In 32 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Seils 3010 ersichtlich. Die äußeren Litzen 3011, die inneren Litzen 3012 und 3013 bilden die Hauptstruktur des Seils 3010. Die Litzen L301a haben einen Durchmesser von weniger als 50% des Durchmessers von 3011. Anstelle der beiden Litzen L301a in einer einzigen Öffnung G, wie in 6 gezeigt, werden die Litzen L301a auf beiden Seiten der Litze 3010 platziert, die zwei Spiralnuten bilden.
Bezugnehmend im Folgenden auf 33 wird darin die Spiralerhebung von L19 in einer Perspektivenansicht angezeigt.
Wenn der Windkanal in Betrieb ist, passiert die Luft mit über 32,2 km/h (20 mph) in einem Winkel von 90° das Seil, das einen Seilboden/ein Sicherheitsnetz – wie in den 22 (2022) gezeigt – bildet. Bei allen offenbarten Seilen ist die Richtung, aus der der Luftstrom kommt, für das Funktionieren der Einrichtung nicht von Bedeutung. Anders als beim Luftstrom, der direkt entlang der Seillänge verläuft, wird angenommen, dass alle anderen Richtungen des Luftstroms über dem Seil zumindest zu einer geringen Reduktion des Luftwiderstandes führen.
Die 31 zeigt ein Seil 3300 mit 15 Litzen. Die Litzen 3301 bilden gemeinsam mit L31 den äußeren Teil. Die Litzen 3302 und 3303 bilden den inneren Kern des Seils 3300. L31 könnte einen geringeren Durchmesser als Litze L31 (nicht abgebildet) aufweisen.
Die offenbarten Seile können in jedem Windkanal oder in einer anderen Umgebung – also nicht nur in zirkulierenden Windkanälen – verwendet werden, in der der Einsatz eines Seils erwünscht wird, dass bei Bewegung in der Luft oder wenn Luft über das Seil strömt einen geringeren Luftwiderstand als normalerweise aufweist.
35 zeigt eine Grafik mit den Luftwiderstandskoeffizienten der verschiedenen Seile als Funktion des dynamischen Drucks. Bei allen Testseilen hatten die meisten Litzen im Seil einen Durchmesser von ungefähr 0,048 cm (0,019 Zoll). Die Linie 3401 zeigt ein Standard-Drehseil. Die Linien 3403 und 3405 zeigen die Seile 2300 mit einer spiralförmigen Litze 2302, die um den Umfang gewickelt ist. Die Linie 3402 zeigt eine Ader wie in 30 mit einem d₅ von 0,89 cm (0,035 Zoll). Die Linie 3404 zeigt eine Litze wie in 29 mit einem d₂ von 0,064 cm (0,025 Zoll).
Die Herstellungskosten der offenbarten Seile sind normalerweise nicht höher als jene eines Standardseils derselben Größe. Daher werden jede Verringerung des Luftwiderstandes und des Geräuschpegels sowie alle dementsprechenden Einsparungen beim Energieverbrauch durch die Verwendung dieses Seils mit einem geringeren Luftwiderstand zu einer direkten Kostenersparnis führen.
Obwohl die vorliegende Einrichtung unter Bezugnahme auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, können zahlreiche Modifika tionen und Änderungen vorgenommen werden, wobei das Ergebnis dennoch innerhalb des Schutzbegehrens dieser Erfindung bleiben wird. In Bezug auf die spezifischen hier offenbarten Ausführungsbeispiele ist keine Beschränkung beabsichtigt, noch sollte eine solche hieraus geschlossen werden. Jedes Ausführungsbeispiel einer hierin beschriebenen Vorrichtung hat zahlreiche Äquivalente.

Claims

Vertikalwindkanalfreifallsimulator, umfassend: eine rezirkulierende Luftstromkammer mit einer im wesentlichen rechteckigen Bauform; einer vertikalen Flugkammer innerhalb des ersten vertikalen Seitenteils im wesentlichen rechteckigen Bauform, die an der Eingangsöffnung einer Ventilatorenanlage platziert ist, und in der zumindest eine Person fliegen kann; besagte Ventilatorenanlage, weiterhin bestehend aus mehreren Ventilatoren, die horizontal in einem oberen Element der ansonsten rechteckigen Bauform montiert werden; wobei der Rückstromkanal des obersten Elements, das erste vertikale Längselement und ein zweiter Rückstromkanal des vertikalen Längselements der ansonsten rechteckigen Bauform jeweils über eine divergierende Wand verfügen, um den Strom der rezirkulierenden Luft unter Beibehaltung einer im wesentlichen laminaren Luftströmung zu expandieren; und wobei der höchste Teil des obersten Elements nicht mehr als ca. 15,24 m bis 36,58 m (50–120 Fuß) über dem niedrigsten Teil des Bodenelements der im Allgemeinen rechteckigen Bauform angeordnet ist.
Simulator des Anspruches 1, wobei die Flugkammer zusätzlich über einen Boden mit einem mechanischen Sicherheitsnetz und ein oberes Segment verfügt, welches obere Segment einen Bewegungsmelder für Menschen aufweist verfügt, wobei der Bewegungsmelder an ein Kontrollgerät angeschlossen ist, das die Strömung der rezirkulierenden Luft verringert, wenn ein Mensch in der Nähe des oberen Endes der Flugkammer erkannt wird.
Simulator des Anspruches 1 oder 2, wobei das Kontrollgerät zusätzlich eine Ventilatorensteuerung umfasst, um zumindest einen Ventilator zu verlangsamen.
Simulator des Anspruches 3, wobei die Ventilatorensteuerung aus einem Betriebssteuerungsmodul besteht, um vorübergehend den aktuellen Luftstrom von zumindest einem Ventilator zu reduzieren.
Simulator nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die vertikale Flugkammer divergierende Wände aufweist, um die durchströmende Luftflussrate zu verringern.
Simulator nach einem der Ansprüche 1–5, umfassend einen Temperaturregler mit einem Lufteinlassschlitz, der sich gegenüber einem Luftauslassschlitz in einem Schachtabschnitt befindet, wobei die Schlitze eine Beschleunigungsdüse bilden und dadurch eine Zone verringerten statischen Drucks erzeugt wird und Luft von außen in die Lufteinlassöffnung angesaugt wird.
Simulator nach einem der Ansprüche 1–6, wobei jede Ventilatorenanlage ein Gehäuse mit divergierenden Wänden umfasst, um die durchströmende Luftflussrate zu verringern.
Simulator nach einem der Ansprüche 1–7, wobei die vertikale Flugkammer einen Bereitstellungsbereich mit mehreren Kammern aufweist, die den Eintritt und Ausgang von der vertikalen Flugkammer bei gleichzeitigem Luftfluss durch die Flugkammer ermöglichen.
Simulator des Anspruches 5, wobei die erste vertikale Kammer einen ovalen Horizontalquerschnitt aufweist.
Simulator nach einem der Ansprüche 1–9, wobei jeder Ventilator in einer nicht parallelen Anordnung zu dem benachbarten Ventilator und versetzt zu einer Mittellinie zwischen diesen angeordnet ist.
Simulator nach einem der Ansprüche 1–10, wobei die Flugkammer mit einer Zugangstür mit einem Deflektor an der stromabwärts befindlichen Unterkante ausgestattet ist.
Simulator nach einem der Ansprüche 1–11, wobei der untere Teil unterirdisch verläuft und sich dadurch für die Flugkammer eine Montagehöhe auf oder über Bodenhöhe ergibt.
Simulator nach einem der Ansprüche 1–12, wobei der Eingang zum ersten vertikalen Längselement dieselben Abmessungen wie ein Querschnittsegment des untersten Elements aufweist.
Simulator nach einem der Ansprüche 1–13, wobei der höchste Teil des obersten Elements nicht mehr als ca. 15,24 m bis 18,28 m (50–60 Fuß) über dem niedrigsten Teil des Bodenelements liegt.
Simulator des Anspruches 6, wobei der Auslassschlitz stromaufwärts und der Einlassschlitz stromabwärts in Richtung Schachtabschnitt zeigen und dadurch die Beschleunigungsdüse bilden.
Vertikalwindkanalfreifallsimulator, umfassend: eine rezirkulierende Luftstromkammer; einer Ventilatorenanlage zum Bereitstellen eines Luftstromes zum Ermöglichen des Fliegens einer Person in einer vertikalen Flugkammer; wobei ein Teil der Luftstromkammer divergierende Wände aufweist, um den Luftstrom auszudehnen und zu verlangsamen; wobei der Luftstromkammer ein Temperaturregler zugeordnet ist; und der Temperaturregler einen gegenüber einem gemeinsamen Abschnitt der Luftstromkammer gegenüber einem Auslassschlitz angeordneten Einlassschlitz aufweist, welcher Auslassschlitz eine nach innen und stromaufwärts gerichtete, in dem gemeinsamen Segment der Luftstromkammer angeordnete Tür umfasst und wobei der Einlassschlitz in dem gemeinsamen Abschnitt nach innen und stromabwärts gerichtet ist; und wobei die Türen im Inneren des gemeinsamen Abschnittes des Luftstromraumes eine Verengung bilden wodurch eine Zone verringerten statischen Druckes gebildet ist, durch die die Luft in den Einlassschlitz angesaugt wird.
Ein Flugsimulator, umfassend: eine vertikale Windkanal-Flugkammer; ein Rückluftkanal-System mit einer zumindest zweistufigen Anlage zur Kontraktion des Luftstromes; wobei das Kontraktionselement der ersten Stufe horizontal entlang des Bodenteils montiert ist; und das Kontraktionselement der zweiten Stufe das vertikal unterhalb der Flugkammer angeordnet ist.