Человек всегда мечтал о полетах, небе и обо всем, что с этим связано. Но для того, чтобы утолить жажду познания воздушного пространства не всегда хватало знаний и технического оснащения.
К истокам
В середине 1700-х годов, полные надежд авиаконструкторы поняли важный факт. Если они хотят построить самолет, который будет летать, им необходимо понять, как воздух движется по поверхности самолета. Инженеры наблюдали за птицами и пытались строить свои самолеты по образцу птичьего полета, но эта идея неизменно терпела неудачу. Полет птиц не предоставил нужных им данных.
Тогда они пришли к тому, что для получения необходимой информации у них два варианта: они могли перемещать свой испытательный самолет по воздуху с необходимой скоростью или могли обдувать неподвижную модель. Первый способ не увенчался успехом, поэтому экспериментаторы выбрали другую тактику — обдувание неподвижной модели воздухом — и начали искать надежный способ сделать это.
АТ как средство изменения обычной парадигмы
Результатом стала аэродинамическая труба: вместо неподвижного воздуха и объекта, движущегося через него со скоростью, тот же эффект будет получен, если бы объект стоял неподвижно, а воздух со скоростью двигался мимо него. Таким образом, стало возможно изучать летающий объект в действии и измерять воздействующие на него аэродинамические силы.
Фрэнсис Герберт Уэнхем был первым, кто спроектировал аэродинамическую трубу. Он был британским инженером-самоучкой и членом Совета Королевского авиационного общества Великобритании. Именно он убедил организацию собрать средства, необходимые для строительства аэродинамической трубы, которая была построена в 1871 году. Уэнхем сконструировал аппарат и первым его применил.
Это была труба более 3,5 м в длину и сечением 116 см2. Вентилятор, обдувавший модели, приводился в движение паровым двигателем.
Воздух мог двигаться с максимальной скоростью 64,4 км/ч. Однако, не все получилось сразу - у аппарата не было лопастей для направления потока, поэтому он был неустойчивый. Тем не менее, это дало важные результаты.
У нас на Родине исследованиями и проектированием аэродинамических труб тоже было кому заняться:
- в том же 1871 году капитан Российской армии В. А. Пашкевич, преподаватель Артиллерийской академии, построил первую в России АТ для определения аэродинамических характеристик артиллерийских снарядов.
- в 1897 году К. Э. Циолковский построил прототип аэродинамической трубы, использовав поток воздуха на выходе из центробежного вентилятора при поддержке Н. Е. Жуковского. АТ была спроектирована в Калуге, где проводились исследования моделей дирижаблей и самолетов в потоке, скорость которого была около 5 м/с.
- в 1902 году под руководством Н. Е. Жуковского при механическом кабинете Московского университета была сооружена первая в России аэродинамическая труба закрытого типа, в которой осевым вентилятором создавался воздушный поток со скоростью до 9 м/с.
В 1901 году братья Райт (США) разработали и использовали аэродинамическую трубу, которая сыграла важную роль в успехе первого летательного аппарата.
Первая аэродинамическая труба со свободной струёй в рабочей части была построена Гюставом Эйфелем, в Париже на Марсовом поле в 1909 году. Он провел около 4000 испытаний в своей аэродинамической трубе, и его систематические эксперименты установили новые стандарты для авиационных исследований.
С тех пор было построено великое множество аэротруб, от миниатюрных до гигантских. И в первую очередь аэродинамические исследования в АТ проводились разработчиками авиационной техники. Серьезно изучалась обтекаемость водных судов.
- Интересный факт – первым наземным транспортным средством, которое продули в АТ, стал поезд в 1899 г.
Популярность аэродинамической трубы начала расти в 1943 году. Связано это с войной – в американском городе Дайтон, на одной из авиабаз, сконструировали новую трубу, в которой (в теории) можно было испытать свободный полет человеку. Она была оборудована винтом (6 метров в диаметре), который раскручивался до 874 оборотов за одну минуту. Предназначалась аэротруба для тестирования парашютов и самолетов.
Вертикальная аэродинамическая труба
Впервые человек взлетел в вертикальной аэродинамической трубе в 1964 году в штате Огайо. АТ была расположена на военно-воздушной базе Райт-Паттерсон, а ее первопроходец был парашютист с большим опытом и стажем – Джек Тиффани. Он участвовал в проведении испытаний парашютов и принял решение попробовать взлететь в воздух в трубе. Что ему и удалось!
Вертикальная аэродинамическая труба – это труба, в которой воздух движется вертикально вверх.
В частности, это позволяет имитировать свободное падение как при прыжке с парашютом, полет вертолета, штопор летательных аппаратов.
- Сейчас подобные трубы используются в развлекательных целях, для тренировки спортсменов-парашютистов и подготовки военных. Труба часто рекламируются как отличное средство для тех, кто хочет попробовать прыжок с парашютом, но испытывает страх высоты.
Шло время, а аэродинамические трубы так и не завоевали мир. Лишь в 1981 году одному канадцу - Джину Гермейну - стало понятно, что скрывает за собой такое гениальное изобретение. Он отстроил аэродинамический тренажер, в котором можно было летать именно людям. Его комплекс и те, что появились в последствии стали применять для тренировки военных: здесь отрабатывали технику полета и боролись со страхами парашютисты и десантники, которым нужно было уметь прыгать с высоты.
Труба, в которой создавался мощный поток воздуха, давала абсолютно реалистичные ощущения падения с большой высоты. Так, аэротруба стала симулятором прыжков с парашютом и тренажером для тех, кто должен был научиться прыгать без страха.
- Первая вертикальная аэродинамическая труба, построенная исключительно для коммерческого использования, открылась в 1982 году (Лас-Вегас, Невада).
Новая эпоха для аэродинамической трубы
Усовершенствованное изобретение нашло еще одно применение: в аэродинамической трубе было не просто безопасно, но и достаточно комфортно. В потоке воздуха парашютисты могли плавно подниматься и так же плавно опускаться. Оказалось, что точно так же могут летать все желающие: никакого риска и вреда для здоровья тренажер не несет.
Спустя еще четверть века полеты в аэротрубе приобрели всемирную известность. В 2006 году было организовано шоу Закрытия Зимних Олимпийских игр в итальянском городе Турине с использованием аэротрубы: подготовленные «летчики» поднимались в аэротрубе и соревновались в технике, выполняя акробатические трюки.
- Олимпийские игры принести известность аэродинамическим трубам. И впоследствии этот тренажер стали устанавливать в крупнейших городах мира.
В 2014 году аэротрубные дисциплины были признаны «Международной федерацией астронавтики (FAI)». А в 2015 году в Испании состоялся первый официальный Чемпионат Мира в аэротрубе. В 2017 году Министерство спорта Российской Федерации официально признало аэротрубные дисциплины и включило их во Всероссийский реестр видов спорта.
Оказалось, что желающих полетать в трубе, не рискуя здоровьем, очень много. Поначалу, аэротруба была популярна среди спортсменов и тех, кто в силу работы обязан следить за здоровьем. А в 2010-х аэродинамические трубы получили спрос и в качестве аттракциона.
На сегодняшний день аэродинамические трубы установлены в крупных городах России. Сотни труб аналогичного типа расположились в Америке, Европе, Азии. А сам полет в аэротрубе испытали на себе миллионы людей со всего мира.
Спорт и труба
Для кого-то полет в аэротрубе – необычное развлечение, для других – настоящий спорт и увлечение, в которое можно окунуться с головой.
Поведение тела в потоке ВАТ очень похоже на поведение тела при достижении конечной скорости во время прыжка с парашютом. Появился даже новый термин «bodyflight», полет телом. Используя ноги, руки и все тело как рули, можно делать перемещения (транзиты), повороты, регулировать скорость падения. Точность и скорость выполнения имеет большое значение в парашютных видах спорта: групповой акробатике (RW), больших формациях и вертикальном FF.
Соревнования тоже могу проводиться в трубах и в этом есть плюсы:
- нет зависимости от погоды, от самолета и наличия кворума
- многие трубные инструкторы с большим налётом могут иметь малое количество прыжков с парашютом, и при этом выступать на профессиональном уровне
Устройство ВАТ
Аэродинамические трубы могут быть всасывающие и наддувные.
1. Всасывающие: в трубе устанавливается винт в верхней части, который всасывает воздух из трубы. Такие трубы сложны в изготовлении и используются лишь в профессиональных сферах.
2. Наддувные: винт устанавливается снизу и подает (наддувает) воздух вверх через сетку. Винт приводится в движение через редуктор, в зависимости от производительности, от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания. Достаточно просты в использовании и эксплуатации, мобильны и могут использоваться как аттракционы.
Наддувные аэротрубы бывают открытого и закрытого типа.
1. Открытые: нет верхней решетки, поэтому воздушный поток выходит на улицу.
Летающий человек сверху ничем не защищен от плохой погоды и температуры. Также есть трубы, в которых не используются боковые ограничения, и человек вылетевший из рабочей зоны воздушного потока падает на боковые маты. Это самый дешевый и небезопасный вид установок, поэтому подобные трубы могут работать лишь как аттракционы.
2. Закрытые: используют боковые ограничители, в виде прозрачных стенок, которые не дают вылететь человеку из рабочей зоны потока, а сверху решетками.
Высотой подъема человека в аэротрубе управляет оператор — добавляя или убирая мощность на двигателе, так что риск получить травму – минимален. Самые высокие трубы имеют высоту около 20 м. Большая площадь полетной зоны незаменима для профессиональных тренировок.
По мощности и размерам аэротрубы тоже отличаются.
1. Маломощные: рассчитаны на одновременное использование 1-2 человек, при этом вес одного человека не должен превышать 120 кг. Такие установки мобильны и легки в эксплуатации, обычно работают при помощи электродвигателей, установка в диаметре не превышает и 2 метров.
2. Мощные: установки способы поднять в воздух до 10 человек одновременно. Такие установки выполняются только в стационарном виде и в качестве двигателя используют двигатели внутреннего сгорания, работающие на дизельном топливе или бензине. Диаметр рабочей зоны у таких труб — более 5 метров.
Теперь мы немного разобрались в истории создания, видах и конструкции аэродинамических труб. И может подвести итоги.
Виды современных аэротруб:
- по назначению трубы можно уверенно разделить на промышленные и спортивные, развлекательные.
- по направлению воздушного потока, на горизонтальные и вертикальные.
- в зависимости от положения винтов на всасывающие и наддувные.
- по скорости потока – дозвуковые, сверхзвуковые и гиперзвуковые.
- открытого и закрытого типа.
- с замкнутым или открытым контуром.
- мобильные и стационарные.
- по габаритам и количеству одновременно тренирующихся спортсменов-парашютистов – от 1,8 м до 7 м в диаметре и от 1 до 8 соответственно.
Конструкции аэротруб:
- расположение вентилятора – он может находиться в верхней или нижней части трубы.
- размер полетной зоны – оборудование отличается высотой и диаметром.
- скорость воздушного потока – показатель зависит от мощности вентилятора аэротрубы.
Оборудование аэротрубы VACUUM
Аэротруба VACUUM произведена в России инженерами компании TORNADO (один из лидеров на российском рынке). Фирма много лет занимается проектированием и изготовлением мобильных, модульных и стационарных аэродинамических тренажёров. По своему назначению они могут использоваться для подготовки профессиональных парашютистов или как развлекательный аттракцион.
Проект нашей аэротрубы был изготовлен по техническому заданию, которое содержало следующие требования к комплексу:
- бесшумность;
- высокое качество потока;
- возможность оперативного и точного регулирования параметров потока;
- возможность круглогодичной и круглосуточной эксплуатации;
- комфортные условия тренировки при любых погодных условиях;
- комфортные условия для зрителей и ожидающих спортсменов при любых погодных условиях;
- инфраструктура (раздевалки, туалеты, кафе, магазин).
Мощность самого аэродинамического потока в аэротрубе легко регулируется. Оборудованием очень легко управлять.
The End
Аэродинамические трубы прошли огромный путь: от создания первого прототипа и долгих лет исследований до приобретения популярности по всему миру. Сейчас они доступны практически каждому желающему – тому, кто хочет попробовать развлекательных полет разово, так и профессиональному спортсмену.
