KR20130105745A - 풍동과 그 외의 다른 장소에서 이용하기 위한 감소된 항력 케이블 및 재순환식 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터 - Google Patents

Abstract

수직 풍동 비행 시뮬레이터는 비행 챔버를 포함하며, 스카이다이버는 상기 시뮬레이터 내에서 자유 낙하 시뮬레이션을 경험할 수 있다. 스카이다이버를 지지하는 공기흐름은 덕트를 관통하여 비행 챔버 상부에 연결된 팬에 의해 발생된다. 비행 챔버의 개구부를 포함하는 스테이징 영역은 비행 챔버에 인접한다. 하나 또는 2개의 리턴 공기 덕트는 팬 배출구로부터 팬 흡입구로 공기를 되돌릴 수 있도록 사용된다. 마주보는 루버들은 하나 이상의 덕트 세그먼트를 포함하며 이에 따라 주위공기를 시뮬레이터 내로 유입시켜 온도를 조절한다. 분기벽들을 포함한 다수의 덕트 세그먼트를 사용하고 시스템의 높이를 낮춤으로써 상업적 가치를 추가한다. 지붕 상부와 벽 뒤에 구성요소들을 장착하여 보행자들이 비행 중인 스카이다이버들을 볼 수 있는 장엄한 광경을 연출한다.

Description

풍동과 그 외의 다른 장소에서 이용하기 위한 감소된 항력 케이블 및 재순환식 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터{RECIRCULATING VERTICAL WIND TUNNEL SKYDIVING SIMULATOR AND REDUCED DRAG CABLE FOR USE IN WIND TUNNELS AND OTHER LOCATIONS}

본 출원은 2005년 7월 19일 제출된 미국 출원 번호 제 11/184,940호(2004년 7월 30일 제출된 미국 출원 번호 제 10/909,088호의 일부 계속 출원)를 기초로 우선권 주장한다.

본 발명은 수직 풍동 특히 온도 조절 가능한 회수 흐름 수직 풍동에 관한 것이며, 상기 풍동은 스카이다이빙 시뮬레이터와 놀이 공원 장치로서 이용된다.

풍동은 종래의 기술에서 명백히 공지된다. 풍동은 사용자의 필요에 따라서 다수의 유형과 스타일이 가능하다. 상기 풍동은 회수 흐름(return flow)을 포함하고 포함하지 않는 아음속 풍동, 회수 흐름을 포함하고 포함하지 않는 천음속 풍동, 회수 흐름을 포함하고 포함하지 않는 수직 아음속 풍동, 회수 흐름을 포함하고 포함하지 않는 초음속 풍동과 극초음속 풍동 및 압축성 유동 풍동을 포함한다.

다수의 풍동은 연구 및 테스트 목적으로 이용된다. 이는 종래의 비행기, 헬리콥터, 낙하산 및 그 외의 공기 역학 장치, 날개 표면, 제어 표면, 잠수함, 로켓 및 그 외의 발사 차량, 지상 차량, 빌딩 및 그 외의 기본적인 흐름 연구를 포함한다.

수평 풍동(풍동 내의 공기는 최대 속도로 수평 방향으로 터널 섹션에서 흐름)은 공기 역학 연구 및 테스트를 위하여 이용되며 일반적으로 주요 군수 업체, 정부 기관 또는 교육 기관 및 대학들이 수평 풍동을 보유한다. 몇몇의 수평 풍동은 수직 작동(풍동 내의 공기는 최대 속도로 수직 방향으로 터널부에서 흐름)에 적합하도록 전환되어 왔으나 대부분 또는 모두 부족한 수행 결과를 보여 주었다.

자유 낙하 시뮬레이션을 위한 수직 풍동에 적용되는 설계 구속 조건(design constraint)은 수평 테스트 터널의 설계 구속 조건과 다르다. 수직 풍동/자유 낙하 시뮬레이터에서, 풍동 섹션에서 최대 속도 물체(상기 경우에서는 비행 중인 사람)는 인간 몸체 비행을 경험하거나 또는 연습하기 위하여 풍동 섹션 내에서 움직일 수 있는 것이 중요하다. 수평 테스트 터널에서, 터널 내에 위치한 물체들은 일반적으로 다른 사람들에 의해 관찰되고 측정되는 정적 객체(static object)들이다. 상기 이유로, 수평 풍동의 상기 가장 빠른 속도를 구현하는 부분은 “테스트 섹션”으로 호칭된다. 대신 수직 풍동에서 상기 동일한 영역은 “비행 챔버”로 인용된다.

수직 풍동에서, 터널 내에서 비행하는 스카이다이버는 공기흐름을 멈추지 않고 비행 챔버에 교대로 들어오고 나오도록 허용된다. 반면에, 풍동 작동 동안 수평 풍동의 테스트 섹션에서는 정적 객체를 이동시킬 필요성이 거의 없다. 더욱이, 수직 풍동에서 스카이다이버는 비행 챔버 내 부근에서의 움직임이 자유로워서 시스템의 적절한 부분들로 스카이다이버의 움직임을 제약할 필요가 있다.

비행 챔버 상부와 하부의 양쪽 단부에 안전망 설치가 가능한 반면, 상기 단부들은 엄청난 양의 항력을 유발시키며, 상기 항력은 소음을 발생시키고 임의의 주어진 속도를 보유하도록 요구되는 전력을 증가시킨다. 실제로, 상기 한 쌍의 안전망은 상기 풍동을 작동시키도록 요구되는 총 전력의 30 % 내지 50 %를 소비할 수 있다.

또한 스카이다이버들이 날지 않을 때 착지 플랫폼으로 사용하기 위하여 비행 챔버의 바닥 또는 상부 단부에서 케이블들의 워븐 그리드(woven grid)를 포함하는 것이 유용하다. 상기 “케이블 플로어”는 비행 챔버 내에서 안전 요원 또는 교관의 안전을 위하여 편리한 업무 플랫폼을 제공한다.

따라서 상기 안전성과 사용 편이성의 이유로, 주어진 강도와 직경에 적합하며 최저 양의 공기 역학적 항력을 발생시키는 케이블로 제작된 케이블 플로어/안전망이 선호된다. 풍동에 추가하여, 공기를 통과하여 이동 가능한 케이블 또는 케이블 위로 흐르는 공기를 수용하는 임의의 개수의 설비들이 제공되며, 단순하고 값싼 감소된 항력 케이블은 실질적인 이점들을 제공할 수 있다.

편평한 또는 익형(airfoil shaped)의 횡단면을 가지는 저 항력(low drag) 케이블은 종래 기술에 공지되며 항공 업계에서 종종 사용된다. 공기흐름(airflow)에 관하여 적절하게 배향된 상기 케이블들을 유지하는 것이 어렵기 때문에, 상기 케이블들은 수직 풍동을 위한 워븐 케이블 플로어에 유용하지 않다. 더욱이 상기 편평한 또는 익형의 케이블의 하부 단부를 향하게 된다. 케이블 플로어/안전망 속으로 떨어지는 스카이다이버가 하부 단부에 착륙하기 때문에, 상기 유형의 케이블은 상기 유형의 설비에 안전하지 않다. 종래 기술의 익형 케이블은 배향, 안정성, 비용 또는 사고 위험성의 유사한 이유들로 인해 저 항력 케이블이 선호되는 특정 그 외의 다른 설비들에는 사용될 수 없다.

또한 스카이다이버가 공기 기둥(air column)의 외부에서 횡방향으로 비행하여 아래의 플로어로 떨어지지 못하도록 방지하는 것이 중요하다. 상기 이유를 위하여, 공기 기둥이 비행 챔버의 한 벽으로부터 다른 벽으로 완전히 팽창하도록 가장 개선된 수직 풍동이 설계된다. 이는 수평 풍동에서는 필요가 없다.

자유 낙하 시뮬레이션에 사용되는 수직 풍동은 종종 놀이 공원과 쇼핑몰 같은 소음에 민감한 환경에서 작동되어야 하는 경우가 있다. 수평 테스트 터널은 소음을 가능한 줄일 수 있도록 관중들로부터 멀리 위치될 수 있다.

놀이 공원 장치로서, 자유 낙하 시뮬레이터는 가격에 있어 다른 놀이 장치와 비교할 때 경쟁력이 있어야 하며 종종 가까운 연속적 원칙(near continual basis) 을 기초로 작동할 수 있다. 상기 2가지 요인은 자유 낙하 시뮬레이터의 성공적인 상업적 이용에 에너지 효율이 핵심적인 요소임을 뜻한다. 실험을 준비하는 데 수 시간 또는 수 일이 소요되고 필요한 데이터를 수집하는 데는 단 몇 분 만의 터널 작동이 요구되는 수평 테스트 터널에서는, 에너지 효율성은 상대적으로 덜 중요하다.

시뮬레이터는 수직 방향으로 세워지고 엄격한 고도 제한을 가지는 인구 밀도가 높은 놀이 공원에 세워져야 되기 때문에, 높이는 자유 낙하 시뮬레이터의 주요 구속 조건이다. 수평으로 위치하며 단 한 명의 관중으로부터도 완전히 격리될 수 있는 수평 테스트 터널은 가능하지 않다.

궁극적으로 종래의 어떠한 기술도 상기 시스템을 번잡한 놀이 공원에서 일반 관중으로부터 이목을 집중시키기 위해 설계할 수 없었다.

스카이다이빙 시뮬레이션을 위한 상업성 있는 수직 풍동을 제작하기 위하여, (1) 충분한 공기를 이동시키고 및 한 명 이상의 스카이다이버를 비행 챔버에서 자유 낙하 시뮬레이션 할 수 있도록 적절히 부드럽게 공기를 이동시켜야 하며, (2) 다수의 사람들이 자유 낙하를 해 보고 싶을 만한 곳에 위치하는 조용하고 높이가 그다지 높지 않은 장치를 포함하고, (3) 전력 소비가 낮아서 관중들이 충분히 수용 가능한 비용이여야 한다.

상기 경쟁 요구 사항들을 만족시키는 본 발명은 현존하는 장치와 비교된다. 한 명 또는 한 명 이상의 스카이다이버를 날게 하기 위하여 비행 챔버에서 빠른 풍속이 요구된다. 하지만 높은 속도에서의 덕트배관을 통하여 이동하는 공기는 상당한 소음과 열을 발생시키고 상당한 양의 전력을 필요로 한다. 따라서 대부분의 최근 풍동은 전력 소비, 발생 소음 및 열 발생을 감소시키기 위하여 비행 챔버의 하부에서 공기를 팽창하고 감속시킨다. 이로써 전력 소비는 60 % 이상 줄일 수 있고, 수직 풍동은 놀이 장치 또는 스카이다이빙 시뮬레이터로서 상업성 있게 된다.

하지만 만약 공기흐름이 풍동의 임의의 섹션에서 너무 빨리 팽창되면, 흐름은 “분리”되어 층류가 아닌 난류가 된다. 이는 전체 시스템의 성능을 저하시키고, 전력 소비를 증가시켜 시뮬레이션 장치가 진정한 자유 낙하를 적절히 구현하지 못하는 수준까지 흐름의 질을 떨어뜨린다. 상기 흐름 분리가 팽창 덕트 내에서 발생하는 입구(threshold)는 본 발명에서 명백히 정의된다. 요약하면, 상기 팽창 콘(expanding cone) 벽은 서로 9° 내지 12°이상 분기될 수 없다. 이로 인해 수평 테스트 터널의 길이 또는 수직 풍동의 높이의 증가는 효율성을 향상시킬 수 있다.

이는 수평 시스템에서 쉽게 적용되는 반면, 수직 시스템에서는 건설비용과 작동비용이 현저히 증가하여 시스템 건설을 정부로부터 승인받을 수 있는 장소의 수를 감소시킨다. 따라서 비행 챔버의 하부에서 공기흐름의 팽창과 감속을 최대로 하는 반면 높이는 최소화 하는 것이 수직 풍동을 성공적으로 상업성 있게 하기 위한 핵심 사항이다. 이와 유사하게, 항력과 전력 소비를 증가시키지 않고 풍동의 안전 영역에 사람들을 제한하는 것이 필수적이다.

종래 기술의 풍동은, 상업성 있게 충분히 효율적으로 유지하면서, 인구 밀도가 높은 쇼핑몰 및 놀이 공원에서 조용하고 높이가 낮은 설계 방법을 제공하지 않는다.

연관된 종래 기술의 상기 기술한 실례와 그에 연관된 제한점들은 제한적이지는 않고 도시하기 위함이다. 연관된 종래 기술의 그 외의 다른 제한점들은 명세서를 읽고 도면을 연구함으로써 종래 기술에 익숙한 당업자들에게는 명백해 질 것이다.

본 발명의 특징은 복수의 팬 입구 측면 상에 위치된 비행 챔버를 가진 수직 풍동 놀이 장치를 제공하는 데 있으며, 상기 팬들은 복수의 팽창하는 리턴 공기 덕트(return air duct)에 차례대로 연결되고, 이에 따라 효율성은 최대화되는 동시에 놀이 장치의 높이는 최소화된다.

본 발명의 또 다른 특징은 팬의 입구 측면 상에 비행 챔버를 가진 수직 풍동을 제공하는 데 있으며, 개선된 공기흐름 속도와 질을 위하여 전력 소비가 낮을수록 스카이다이버들의 안전성은 높아진다.

본 발명의 또 다른 특징은 단일의 값비싸고 보수하기 어려운 팬보다 복수의 상대적으로 작은 팬들을 가진 수직 풍동을 제공하는 데 있으며, 상기 팬들은 비평행(non-parallel) 방식으로 배열되며 각을 이룬다.

본 발명의 또 다른 특징은 4계절 작동이 가능하고, 열을 보존하며 및 에너지 소비와 소음을 감소시키기 위하여 하나 이상의 리턴 공기 덕트를 가진 수직 풍동을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 리턴 공기 덕트보다 상대적으로 많은 개수의 팬을 가질 수 있음에도 불구하고 오직 하나 또는 2개의 리턴 공기 덕트를 가진 수직 풍동을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 로우 프로파일(low profile)의 디퓨징 케이싱 내에 수용된 팬들을 가진 수직 풍동을 제공하는 데 있으며, 상기 디퓨징 케이싱들은 가능한 서로 가까이 장착하도록 허용하여 이에 따라 2개 이상의 팬은 전체 시스템의 폭 또는 높이를 증가시킬 수 있는 기다란 전이 덕트 필요 없이 각각의 리턴 공기 덕트에 연결될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 디퓨징 케이싱을 최대한 서로 가까이 장착하여 이에 따라 하나 이상의 팬이 각각의 리턴 공기 덕트에 연결될 수 있도록 낮은 프로파일에서 수용된 팬을 포함하는 수직 풍동을 제공하는 데 있으며, 상기 연결은 전체 시스템의 높이 또는 폭을 증가시키는 길이가 긴 전이 덕트 없이도 수행될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 수동 공기 교환 시스템을 가진 수직 풍동을 제공하는 데 있으며, 상기 공기 교환 시스템은 팬에 의한 최소 여분 작동(minimal extra work)으로 풍동 내에 온도를 가장 효율적으로 조절하기 위하여 시스템으로부터 가열된 공기를 기계적으로 배출시키고 상대적으로 차가운 주위공기를 유입시키는 조절 가능한 입구/출구 도어를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징은 조절 가능한 입구/출구 도어가 배열된 수직 풍동을 제공하는 데 있으며, 상기 도어들은 그 외의 다른 값비싼 공기 냉각 기술을 이용하지 않고 팬에 의한 최소 여분 작동으로 풍동 내부 공기를 가장 효율적으로 조절하기 위하여 공기 교환을 촉진시키고 터널의 내부와 외부 사이에 선호되는 압력 기울기(pressure gradient)를 발생시키도록 “노즐”또는 흐름 수축(flow contraction)을 형성하도록 배열된다.

본 발명의 또 다른 특징은 메쉬 “플로어”를 가진 수직 풍동을 제공하는 데 있으며, 상기 메쉬“플로어”는 저 항력을 발생시켜 이에 따라 종래의 케이블보다 적은 소음을 유발하는 특별히 고안된 케이블(선호적으로 스틸)로부터 제작된다.

본 발명의 또 다른 특징은 종래의 네트 대신 하나 이상의 무항력 전자식 상부 배리어(barrier)를 가진 수직 풍동을 제공하는 데 있으며, 상기 배리어는 스카이다이버들이 비행 챔버 내에서 너무 높게 올라가는 것을 방지하고, 너무 높게 올라간 경우에는 공기의 속도를 재빨리 변조하여 스카이다이버들을 안전한 레벨까지 하강시키고 그 위치로 유지하도록 고안된다.

본 발명의 또 다른 특징은 제작비용을 감소시키고 빌딩 높이에 있어 공통적인 정부 규제를 충족시키기 위하여 임의의 주어진 효율성에 대해 가능한 총 최저높이를 가진 수직 풍동을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 높이에 대해 최적화된 수직 풍동을 제공하는 데 있으며, 상기 최적화는 비행 챔버 하부에 위치한 제 1 디퓨저 뿐만 아니라 비행 챔버 하부에 위치한 대부분의 또는 모든 구성요소들을 포함함으로써 구현되고 이에 따라 공기는 흐름을 분리시키지 않고 가능한 빠르게 팽창된다.

본 발명의 또 다른 특징은 공기가 비행 챔버를 통과할 때 흐름을 분리시키지 않고 가능한 많은 양의 공기를 팽창시킴으로써 높이에 대해 최적화된 수직 풍동을 제공하는 데 있다. 상기 디퓨징 비행 챔버는 제로-높이 비행 챔버 또는 제로-길이 테스트 섹션으로도 간주될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 제로-높이 비행 챔버를 제공하는 데 있으며, 스카이다이버는 상대적으로 더 높이 날 수 있는 감속된 공기 속도로 팽창 디퓨저 챔버 내에서 날고, 이에 따라 스카이다이버가 하강 시에 스카이다이버를 감속시키기 위하여 챔버 내에서 셀프-캣칭 플로(self-catching flow)를 형성한다.

본 장치의 특징은 움직이는 공기 내에서 항력과 소음이 감소된 케이블을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 특징들은 하기 기술된 설명들과 첨부된 청구항들에 따르며, 도면 부호는 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부된 도면들에 도시되고, 몇몇 도면에서 동일한 도면 부호는 대응하는 부분들을 표시한다.

스카이다이버들이 공기 기둥 밖에서 밑으로 추락하여 다치는 위험을 감소하기 위하여, 공기 기둥은 비행 챔버 내의 한 벽으로부터 다른 벽으로 완전히 팽창된다. 또한 상기 “벽에서 벽까지”의 공기흐름은 공기 기둥의 변부들에서 항력을 감소시키고 전체 시스템의 효율성을 증가시킨다. 공기흐름은 “케이블 플로어”를 통해 비행 챔버 내로 통과한다. 비행 챔버를 통과하는 공기흐름이 스카이다이버들을 지지하기 충분치 않을 때 케이블 플로어는 스카이다이버들을 지지하도록 제공된다. 케이블 플로어는 특정 방향과 특정 크기인 둥근 스트랜드 조합들로 구성되는 감소된 항력 케이블들로 형성된다. 또한 상기 케이블들은 공기 내에서 감소된 항력이 선호되는 임의의 경우에서 사용될 수 있다.

비행 챔버의 상부(또는 하부) 단부에서 또는 상부(또는 하부) 단부 근처에서, “가상망(virtual net)"은 비행 챔버 내에서 스카이다이버들의 위치를 파악하는 모니터인 하나 이상의 전자식(바람직하게 광학식) 센서들로 구성된다. 공개된 실시예에서, 제어 시스템은 스카이다이버들이 비행 챔버 내에서 너무 높게 날 때 자동적으로 속도를 감소시킨다.

비행 챔버는 둥근 원형 또는 다각형 형태가 될 수 있으며 75 제곱피트 약간 미만으로부터 160 제곱피트를 약간 초과하는 영역의 범위를 가질 수 있다. 비행 챔버는 한번에 최대 6명의 스카이다이버를 수용할 수 있다. 비행 챔버 내의 공기흐름 속도는 최대 160+ mph에 도달할 수 있으며, 상기 속도는 6명의 스카이다이버를 완전히 지지할 수 있는 속도이다. 선호되는 실시예에서, 비행 챔버의 하나 이상의 벽들은 투명 Plexiglas, 아크릴 플라스틱, 유리 또는 이와 유사한 고강도 투명 재료로부터 제작된 편평한 또는 만곡된 창문들을 포함한다. 비행 챔버의 창문들은 비행 챔버 내에서 일어나는 활동들을 제한받지 않고 보여 준다.

스테이징 영역은 비행 챔버에 인접한다. 비행 챔버는 한 명 또는 다수의 스카이다이버가 비행 챔버를 출입할 수 있는 스테이징 영역으로의 입구 개구부와 출구 개구부를 포함한다. 비행 챔버를 교대로 출입하는 스카이다이버들의 로테이션이 상대적으로 빈번하지 않은 특정 실시예에서, 상기 개구부들은 이들 중 하나 또는 2개 모두를 닫기 위하여 슬라이딩, 롤링하거나 또는 그 외에 방법으로 이동시키는 도어와 끼워 맞춤될 수 있다. 스카이다이버들은 비행 챔버의 스테이징 영역에서 자신의 차례를 기다린다. 스테이징 영역은 투명 창문을 가지며 이에 따라 관중들은 스테이징 영역에 들어가지 않고 비행 챔버 내의 스카이다이버의 비행을 구경할 수 있다. 스테이징 영역은 단일의 또는 다수의 도어를 가지며, 상기 도어는 스카이다이버들이 전체 시스템에서 나올 수 있도록 정기적으로 열린다. 또한 스테이징 영역은 선택적인 “피기백(piggyback)" 또는 제 2 스테이징 영역과 끼워 맞춤될 수 있다. 이는 에어로크(airlock)를 형성하여, 공기흐름을 정지시키지 않고 스카이다이버들이 시스템 외부로부터 스테이징 영역 내로 및 밖으로 로테이션 할 수 있도록 허용한다.

비행 챔버의 상부 섹션 내에 위치한 각각의 출입구 상부(또는 하부) 영역은 구멍이 뚫린 패널을 포함할 수 있으며, 상기 패널은 스카이다이버들이 비행 챔버를 출입할 때 대안의 공기흐름 경로를 제공한다. 또한 선호되는 실시예에서, 크기가 작은 흐름 디플렉터(flow deflector)는 비행 챔버와 스테이징 영역 사이에서 각각의 개구부 바로 밑에 위치한 케이블 플로어의 하부(또는 상부)에 위치될 수 있으며, 이로 인해 이들 사이에서 움직이는 공기의 양을 최소화하고 균형을 맞추기 위해 필요한 양을 감소시킨다.

팬과 그 외의 다른 제어장치들은 스테이징 영역 내부로부터, 비행 챔버의 내부 또는 비행 챔버 부속 제어룸이나 원격 제어룸으로부터 작동될 수 있다. 팬은 비행 챔버를 통과하는 최적 공기흐름 속도를 구현하기 위하여 제어된다.

구멍이 뚫린 섹션 상부의 바로 옆에 제 1 분기(divergent) 디퓨저가 위치한다. 제 1 디퓨저는 7°내지 10°의 “동등한 콘 각”을 제공하는 주축으로부터 대략 3.5°내지 5° 분기된다. 증가하는 횡단면적은 비행 챔버로부터 팬으로 공기흐름 속도를 감소시킨다. 제 1 디퓨저 상부(또는 하부)에 제 1 세트 고효율 터닝베인(turning vane)을 포함할 수 있는 상부 플리넘(plenum)이 위치한다. 단일 리턴 시스템(return system)에서, 상기 터닝베인(또는 베인이 사용되지 않을 때는 단순히, 플리넘)들은 공기흐름의 방향을 실질적으로 수직 방향으로부터 수평 방향으로 전환된다. 다중 리턴 시스템에서는, 상기 베인(또는 베인이 사용되지 않을 때는 단순히, 플리넘)들은 공기를 일반적으로 동일한 흐름으로 분리시켜 각각의 흐름의 방향을 실질적으로 수직 방향으로부터 수평 방향으로 전환된다.

그 뒤 공기흐름은 입구 덕트들을 통과하여 팬들로 유입된다. 팬 입구 덕트는 공기흐름을 대략 정사각형 또는 직사각형 형태로부터 둥근 형태로 전이시킨다. 선호되는 실시예에서, 팬 입구 덕트는 흐름을 분리시키지 않고 가능한 크게 흐름 영역(flow area)을 팽창시키는 디퓨저로서 작동한다. 풍동 내에서 사용하기에 적합한 임의의 팬이 허용된다 할지라도, 바람직하게 팬들은 고효율 축 방향 흐름 팬들이 된다. 선호되는 실시예에서, 팬은 총알 형태의 노즈콘(nosecone)과 눈물 형태의 테일콘(tailcone)을 포함한다. 선호되는 실시예에서, 노즈콘, 팬의 중앙 몸체 및 테일콘에 의해 숨겨진(obscured) 팬의 중앙 내 영역을 고려한 뒤, 팬을 통과하는 전체 흐름 영역은 흐름을 분리시키지 않고 가능한 많이 증가되도록 팬 케이싱(fan casing)들은 디퓨저들로서 작동하고 크기가 결정된다. 본 발명을 통하여, 공기흐름의 속도는 팬의 피치를 변화시키거나 또는 팬의 회전 속도를 변화시킴으로써 제어된다.

공기흐름은 팬들을 통과하여 배출 덕트들로 유입되며, 이에 따라 공기흐름은 다시 둥근 형태로부터 대략 정사각형 또는 직사각형 형태로 전이된다. 선호되는 실시예에서, 배출 덕트들은 흐름을 분리시키지 않고 가능한 많은 양의 공기흐름을 팽창시키는 디퓨저들로서 작동한다. 공기흐름은 한 세트의 배출 덕트들을 통과하여 제 2 세트 고효율 터닝베인(만약 사용된다면)들로 이동하며, 상기 터닝베인들은 공기를 실질적으로 수평 방향으로부터 수직 방향으로 전환시킨다.

그 뒤 공기흐름은 리턴 공기 덕트들로 유입된다. 선호되는 실시예에서, 상기 리턴 공기 덕트들은 흐름을 분리시키지 않고 가능한 많은 양의 공기흐름을 팽창시키는 분기 디퓨저의 형태로 형성된다. 선호되는 실시예어서, 각각의 리턴 공기 덕트는 공기 교환 메커니즘을 포함하며, 상기 메커니즘은 리턴 공기 덕트의 마주보는 면들 상에 위치한 짝수의 루버(louver)들로 구성된다. 상기 루버들은 루버들의 지점에서 흐름 영역의 갑작스러운 수축 또는 노즐을 서로 형성할 수 있도록 위치되고 크기가 결정된다. 상기 노즐은 시스템의 상기 지점에서 정압[동압]을 감소[증가]시키며, 배출 루버를 통하여 풍동으로부터 가열된 공기를 방출하는 데 도움이 된다. 이에 따라, 시스템 내의 압력이 강하되고 입구 루버들이 시스템의 외부로부터 상대적으로 차가운 주위공기를 유입시키는 데 도움이 된다. 상기 설비는 시스템 내의 가열된 공기를 상대적으로 차가운 주위공기로 대체시킬 수 있도록 허용하며, 이에 따라 에어 콘디셔너닝 장치 또는 증발 냉각(evaporative cooling) 장치와 같은 값비싼 대안 없이 스카이다이버가 비행 챔버 내에서 쾌적하게 비행할 수 있도록 온도 조절을 허용한다.

리턴 공기 타워의 단부 바닥(또는 하부)에서, 공기는 다시 한 세트의 터닝베인(또는 베인이 사용되지 않을 때는 단순히, 90° 굴절된 덕트)들을 통과하여 공기를 실질적으로 수직 경로로부터 수평 경로로 전환시킨다. 그 뒤 공기는 바닥 플리넘으로 유입되며, 흐름을 분리시키지 않고 가능한 많은 양의 공기를 팽창시키는 분기 디퓨저로서 작동될 수 있다. 바닥 플리넘의 단부 또는 바닥 플리넘의 하부에 위치한 단부에서, 공기는 다시 한 세트의 터닝 베인(또는 베인이 사용되지 않을 때는 단순히, 90° 굴절된 덕트)들을 통과하여 공기를 실질적으로 수평 경로로부터 수직 경로로 전환시킨다. 다중 리턴 시스템에서, 상기 흐름들은 상기 지점에서 재합류된다.

그 뒤 공기는 입구 수축기 내를 통과한다. 상기 트럼펫 형태 또는 벨 형태 장치는 흐름 영역을 급격히 감소시키고 공기를 비행 챔버 바로 앞에서 최대 속도로 가속시킨다. 이로써, 흐름의 질을 저하시키지 않은 채 상기 흐름 영역을 얼마나 급격히 감소시킬 수 있는 지는 공기 역학적 법칙에 따른다.

도 1은 단일 리턴 시뮬레이터의 상부 투시도.
도 2는 도 1의 실시예의 단면도.
도 3은 도 1의 비행 챔버의 상부 투시도.
도 4는 원형의 배출구와 직사각형의 흡입구를 가진 공기흐름 수축기의 상부 정면도.
도 5는 공기흐름 수축기의 원형/다각형 형태의 배출구 도면.
도 6은 공기흐름 수축기의 원형 배출구 도면.
도 7은 원형의 시영역(viewing area) 도면.
도 8은 이중 에어로크 스테이징 영역(double airlock staging are)의 상부 투시도.
도 9는 온도 조절기 도면.
도 10은 도 9의 온도 조절기의 측면 단면도.
도 11은 비행 챔버 출입 도어 상의 디플렉터 상부 투시도.
도 12는 디플렉터의 근접도.
도 13은 팬과 하우징의 측면 단면도.
도 14는 2개의 팬과 하우징 사이의 중심선으로부터 분기되어 장착된 2개의 팬과 하우징의 측면 단면도.
도 15는 2개의 리턴 시뮬레이터의 상부 투시도.
도 16은 도 15의 실시예의 단면도.
도 17은 2개의 리턴 시뮬레이터의 V자 형태 풋프린트(footprint) 도면.
도 18은 몰(mall) 내의 2개의 리턴 시뮬레이터의 V자 형태 풋프린트 도면.
도 19는 빌딩 내에서 다중 시뮬레이터 형상 도면.
도 20은 시률레이터를 위한 몰 타입의 시영역 측면 투시도.
도 21은 이중 수축기(한 수축기는 지하에 그리고 다른 하나는 수평 방향의) 시스템 도면.
도 21A는 도 21의 라인 21A-21A를 따라 절단된 단면도.
도 22는 케이블 플로어의 상부 투시도.
도 23은 플로어 센서/정지 시스템 도면.
도 24는 둥근 디퓨저의 상부 투시도.
도 25는 수냉식 시뮬레이터를 포함한 크루즈선의 도면.
도 26은 제 1 실시예인 항력 방지(anti-drag) 케이블의 측면 투시도.
도 27은 제 2 실시예의 케이블 도면.
도 28은 제 3 실시예의 케이블 도면.
도 29는 다른 외부 스트랜드(strand)와 다른 크기의 단일 외부 스트랜드를 포함한 케이블의 횡단면도.
도 30은 감소된 항력 케이블의 또 다른 실시예의 횡단면도.
도 31은 상대적으로 큰 단일 와이어를 가진 감소된 항력 케이블의 또 다른 실시예의 횡단면도.
도 32는 상대적으로 작은 2개의 와이어를 가진 감소된 항력 케이블의 또 다른 실시예의 횡단면도.
도 33은 큰 스트랜드를 가진 케이블의 투시도.
도 34는 상대적으로 작은 2개의 스트랜드를 가진 케이블의 투시도.
도 35는 몇몇의 공개된 케이블에서 항력의 감소를 도시하는 그래프.
본 발명의 공개된 실시예를 상세히 기술하기 전에, 본 발명이 또 다른 실시예들에 따를 수 있기 때문에, 본 발명은 상기 도시된 특정 장치들의 세부 사항들을 적용하는 데 있어 제한이 없다고 이해된다. 또한 본 명세서의 용어들은 설명 목적으로 사용되며 제한이 없다.

먼저 도 1에 관하여 언급하면, 한 단일 리턴 시뮬레이터(single return simulator)가 도시되며, 바람직하게 높이(L₁)는 대략 50 피트 내지 120 피트의 범위에서 형성된다. 몇몇의 설비들은 모든 구성요소들을 바닥준위(ground level, G₁ 또는 G₂ 중 하나)의 밑에 매설할 수 있다. 비행 챔버(flight chamber, 10)는 완전히 또는 부분적으로 투명한 패널들로 제작될 수 있다. 만약 바닥준위가 G₂에 위치하면, 불투명한 페데스탈 형태의(pedestal-type) 상(image)이 약 7 피트 높이인 영역(d₁)에서 형성된다. 몰(mall) 내의 상기 실시예는 비행 챔버(10) 내에서 이목을 끌고 활발한 액션 휴먼 비행 스튜디오를 형성한다. 상기 설계는 비행 챔버(10) 내에서 모의 스카이다이빙 경험에 지불 용의가 있는 새로운 “스카이다이버”에게 매력적이다. 점선(R)은 천장을 나타내며, 천장(R) 상부에 있는 구성요소들에 소음을 줄이기 위하여 지붕을 장착할 수 있다. 점선(W)은 벽을 나타내며, 비행 챔버(10)로부터 떨어진 벽(W)을 초과하는 구성요소들은 비행 챔버(10) 근처에서 소음을 줄이기 위하여 비행 챔버로부터 격리될 수 있다.

종래 기술의 비행 챔버 대부분은 비행 챔버 내에 평행한 벽들을 제공하여, 이에 따라 숙련된 스카이다이버들은 대략 140 mph 정도의 일정한 풍속에서 조종연습을 할 수 있다. 시뮬레이터(1)는 상승부(elevation, 11)를 따라 “제로-높이(zero height)"의 비행 챔버를 포함한다. 상승부(11)는 공기흐름 수축기(airflow contractor, 9)를 공기흐름 디퓨저(airflow diffuser, 10)에 결합하는 라인이며, 상기 디퓨저(10)는 분기벽(diverging wall, 20, 21, 22 등)들을 포함하고 또한, 디퓨저(10)는 비행 챔버(10)로서 제공된다.

일반적으로, 라인(11)에서 공기 속도는 대략 140 mph이며, 이 속도는 시뮬레이터에서의 최대속도이다. 스카이다이버가 비행 챔버(10) 내의 상부 접점(junction, 110)까지 올라갈 때, 공기 속도는 대략 120 mph로 떨어진다. 스카이다이버들은 최대 속도 이글 포지션(eagle position)으로부터 최저 휴먼 볼 포지션(human ball position)으로 항력 프로파일(drag profile)을 변화시킬 수 있다. 따라서 스카이다이버가 비행 챔버(10) 상부로 상승한 후, 휴먼 볼 포지션 형태로 변화시키면 스카이다이버는 하강할 것이다. 비행 챔버(10)의 디퓨저 형태는 비행 챔버(10) 내부로 하강할 때 공기 속도가 증가되는 셀프-브레이킹 시스템(self-braking system)을 제공한다. 안전망(safety net)은 라인(11)에서 제공된다.

디버터(diverter, 2)와 디퓨저(10)는 접점(110)에서 서로 연결된다. 공기는 디버터(2) 내에서 수직 경로로부터 수평 경로로 전환된다. 모든 디버터(2, 4, 6, 8)들은 공기 방향을 대략 90° 변화시킨다.

팬 조립체(fan assembly, 3)는 2개의 나란한 팬(side-by-side fan)들로서 공기를 가속시킨다. 리턴 공기 시뮬레이터의 기본적인 동역학은 에너지 효율성, 소음 및 크기를 조율(compromise)함에 있다. 가장 단순한 설계로, 시뮬레이터를 통하여 공기 흐름의 속도를 전체 루프 내내 최대로 유지하는 것이다. 하지만 이로 인해 시뮬레이터의 높이는 높아져야 하고, 소음은 매우 시끄러울 것이고 플리넘(plenum) 내의 마찰로 인한 열 또한 상당할 것이다. 따라서 시뮬레이터 루프를 통한 행정(travel) 동안에 효율적인 작동을 위하여, 플리넘의 횡단면적을 확대함으로써 공기를 감속시키는 것이 필요하며, 이에 따라 소음 뿐만 아니라 높이(h₁)에서도 상업적으로 수용 가능하고 동시에 팬을 위한 가능한 최소의 전력을 사용하도록 시도된다.

일반적으로 디버터(2, 4, 6, 8)는 제작비용 문제로 인해 분기벽들을 가지지 않는다. 팬 하우징 세그먼트(300)와 팬 섹션(3)은 분기벽들을 포함한다. 상부 플리넘(30)은 분기벽들을 가진다. 하부 플리넘(7)은 제작비용 문제의 트레이드-오프(tradeoff)로 인해 분기벽들을 가지지 않는다. 하부 플리넘(7)은 분기벽을 가질 수 있다.

공기흐름 수축기(9)는 플리넘의 횡단면 영역을 좁히는 기능을 하고 이에 따라 비행 시뮬레이션을 위해 공기를 대략 140 mph로 가속시키는 수렴벽(converging wall)들을 가진다. 공기 입구(air inlet, 12)는 시뮬레이터 공기 온도를 낮추기 위하여 주위공기(ambient air)를 유입시킨다.

도 2에 관하여 언급하면, 시뮬레이터(1)의 내부 작동이 도식적으로 도시된다. 공기흐름은 화살표(F)로 도시된다. 각각의 분기베인(diverting vane, 200, 201, 202, 203)은 기류 방향을 90° 변화시킨다. 2개의 팬(40, 41)은 팬 하우징(3, 도 13의 투시도 참조) 내에 나란히 수평 방향으로 장착되어 도시되며, 플리넘 디퓨저(plenum diffuser, 300)는 팬 바로 뒤에서 확대되고 공기흐름을 감속시킨다. 디퓨징 과정은 상부 플리넘(30)과 리턴 플리넘(5) 내에서도 지속되며, 최종적으로 비행 챔버(10)를 통과한다.

수동 온도 조절 시스템(passive temperature regulation system)은 하부로 향하는 흡기구(air inlet, 12) 루버(louver, 120)에 의해 제공된다. 추가적으로 배기구(air outlet, 26)는 상부 쪽으로 향하는 루버(260)를 가진다. 흡기구(12)를 배기구(26)의 대략 맞은편에 설치함으로써, 감소 노즐(reducing nozzle)은 루버(120, 260)들에 의해 형성되고, 이에 따라서 흡기구(12)로부터 하부에 감소된 정압영역(static pressure zone, V)을 형성한다. 따라서 주위공기는 추가적인 팬을 사용하지 않고 시뮬레이터(1) 내로 [수동적으로] 유입된다.

도 3에 관하여 언급하면, 디퓨저/비행 챔버(10)는 베이스(base, B)에 의해 다각형(8각형) 형태로 도시된다. 베이스(B)는 안전망에 의해 덮여진다. 벽(20, 21, 22 등)들은 공기 역학적으로 최적인 대략 7° 내지 12°범위에서 서로 각을 이루며 분기한다. 비행 챔버(10)의 상부는 화살표(110)에서 직사각형으로 도시된다. 모든 또는 몇몇 벽(20, 21, 22 등)들은 투명하다.

도 4에 관하여 언급하면, 공기흐름 수축기(400)는 직사각형의 흡입구(401)와 타원형 배출구(402) 형태의 선호되는 형상을 가진다. 전이벽(transition wall, 403)은 흡입구(401)로부터 배출구(402)로 공기흐름을 수축시킨다. 바람직하게, 도 2의 높이(h₂)는 길이(d₄)와 동일하며, 상기 높이는 종종 지하에 매설된다. 상기 형태와 치수들의 조합은 상대적으로 낮은 높이에서 비용적으로 효과적이며 상업성 있는 시뮬레이터(1)를 형성한다.

도 5, 6, 7에 관하여 언급하면, 공기흐름 수축기의 “타원형 배출구”는 다각형의 타원형 배출구(500) 같은 임의의 타원형 형태 배출구와 완전한 타원형 배출구(600)를 가진다. 타원형 형태는 동일한 횡단면적을 가지는 둥근 배출구에 비해 상대적으로 넓은 시영역(viewing area, 700)을 제공한다. 영역(701)은 스테이징 영역(staging area)과 진입부(entry area)를 포함한다. 비행 챔버 하부(B1)는 몰 내에서 값비싼 리테일 공간(retail space)을 포함할 수 있으며, 상대적으로 넓은 시영역(700)은 상당한 상업적 가치를 지닌다.

도 8에 관하여 언급하면, 2단계 스테이징 챔버(800)는 창문(810)과 스카이다이버 출입문(806, 807)을 가진 비행 챔버 벽(809)을 포함하는 비행 챔버 바닥(B2)으로 구성된다. 출입문(806, 807)은 도어가 없거나(doorless) 또는 힌지 고정된 도어 또는 슬라이딩 도어가 될 수 있다. 도어(801, 805)가 닫혀 있는 한, 팬은 스카이다이버를 비행 챔버(10)에 들어오게 하거나/나오게 하기 위하여 작동할 필요가 없다. 대기압(ambient pressure)은 A로 도시된다. 도어(801, 805)는 대기(A)로부터 제 1 스테이징 룸(802)과 제 2 스테이징 룸(804)으로 열린다. 도어(803)는 스테이징 룸(802, 804)을 분리시킨다. 작동 중에, 스카이다이버 그룹은 도어(803)가 닫혀 있을 때 스테이징 룸(804)에 들어갈 수 있으며, 그 뒤 도어(805)가 닫힌다. 곧이어, 스카이다이버들은 도어(801, 805)가 닫혀진 채 룸(802)에 들어간다. 스카이다이버 출입문(806, 807)들이 사용된다.

도 9 및 도 10에 관하여 언급하면, 온도 조절 시스템(1000)은 공기흐름(F)을 가진 리턴 플리넘(5)으로 구성된다. 배출구(26)는 흡기구(12)의 맞은편에 위치하며, 이는 설계 변수들에 의해 선택된 거리(d11)에서 약간 상부로 이격된 위치이다. 바람직하게 루버(120, 260)들은 주위(A)로부터 리턴 플리넘(5)으로 공기 교환을 변화시키기 위한 제어실에서 조절된다. 흡기구 공기 볼륨(I)은 배출구 공기 볼륨(O)과 비슷하여야만 한다. 내부 정압(V)의 감소는 노즐(N)에서 공기를 수축하고 가속시킴으로써 형성된다.

상기에서 공개된 폐회로 풍동(closed-circuit wind tunnel)에 사용된 공기 교환 시스템은 터널의 각각의 리턴 레그(return leg) 내에 위치한 2개의 큰 루버 즉, 배출 루버(exhaust louver)와 흡입 루버(intake louver)들로 구성된다. 배출 루버와 흡입 루버는 이들 사이에 적합한 상호 작동을 할 수 있도록 위치되고 배향된다. 상기 위치는 본 시스템에 대하여 신규한 부분들 중 일부분이다.

배출 루버의 리딩 변부(leading edge)는 터널 내부로 굴절되며 공기를 터널 내부로부터 배출(scoop out)시킨다. 흡입 루버는 배출 루버로부터 맞은편 터널벽 상에 위치된다. 흡입 루버의 힌지 라인은 배출 루버의 리딩 변부와 일렬로 형성된다. 흡입 루버의 트레일링 변부(trailing edge)는 터널 내부로 굴절된다. 배출 루버보다 상대적으로 크게 굴절되어 내부 공기흐름 속도는 노즐(N)에 의해 가속된다. 이것이 핵심이다. 속도가 증가됨에 따라 내부 정압이 감소된다(베르누이 법칙). 상대적으로 낮은 내부 정압(대기압보다 낮은)은 실질적으로 흡기구 내로 공기를 유입시킨다. 흡입 루버는 배출 루버와 동일한 최소 코드(chord) 또는 최소 길이를 가진다. 몇몇의 풍동 형상에서, 흡입 루버는 필요한 굴절을 감소시키기 위하여 배출 루버보다 상대적으로 긴 코드 또는 길이를 가진다.

종래의 풍동 공기 교환기들은 풍동의 개별적인 섹션에서 배출구와 흡입구를 가지거나 또는 배출구와 흡입구가 동일한 부분에 위치한다면 내부 정압의 원하는 압력 강하를 야기시키는 2개의 루버 사이에 선호되는 상호 작동이 없다. 그 외에, 한 스크린 또는 몇몇의 다른 항력 발생 장치들을 배출 루버의 하부 및 흡입 루버의 상부에 장착하여, 외부 공기를 터널 내부로 유입시키기 위한 내부 정압의 강하를 구현할 수 있다. 이는 상당히 비효율적이며 또한 전체 압력에서 불필요한 손실을 야기하고 풍동 수행에서는 부가적인 손실을 야기한다. 종종, 제작비용을 상승시키는 내부 정압을 제어하기 위하여 추가적인 덕트가 필요하다. 본 발명은 상기 문제점들을 방지하고 전력 손실을 최소로 하여 원하는 공기 교환을 구현한다.

도 11 및 도 12에 관하여 언급하면, 디플렉터(deflector, 1100)는 비행 챔버로부터 룸(802)으로 유입되는 공기흐름의 양을 감소시키고 룸(802) 내의 기주 공진(cavity resonance)을 최소화하기 위하여 스카이다이버 출입문(1101, 1102)의 바닥 변부를 따라 배치된다. 디플렉터(1100)는 각을 이루는 리딩 변부(1103)를 포함한다. 리딩 변부(1103)는 비행 챔버(10)를 하부 방향으로 기울여지게 한다. 비행 챔버(10)는 도시된 바와 같이 다각형 형태 대신 둥근 형태가 될 수 있다. 선택적으로 디플렉터(1196)는 도어의 상부에 장착될 수 있으며, 비행 챔버로부터 스테이징 영역 내부 방향으로 만곡된다.

도 13 및 도 14에 관하여 언급하면, 도 2 의 팬(40, 41)들은 선호되는 형상으로 도시된다. 도시된 바와 같이 상기 팬들은 중심선에 대해 서로 약간 이격되어 배향된다. 팬 평면(P41, P42)은 예각(P43)을 형성하며 하부 방향으로 기울여진다. 팬 카울링(fan cowling, 1300)은 팬 캔(fan can)이며, 블레이드(1301)에 나란한 세그먼트 뒤에 분기벽(1302)들을 가진다. 일반적으로 W1은 2.62 m(103 inch)이고 W2는 3.10 m(133 inch) 이다. 흔들거리는(staggering) 팬들은 2개의 팬 캔(1300)들을 서로 가까이 위치하게 도와줄 수 있으며, 이에 따라 팬(41)의 전방부(149)는 점선(1499)으로 이동된다. 이는 팬들로부터 2개의 공기 기둥(air column) 사이의 거리를 감소시키며, 이에 따라 리턴 플리넘의 길이와 높이는 감소된다. 블레이드(1301)는 전방으로 향할 수 있다.

도 15 및 도 16에 관하여 언급하면, 이중 리턴 시뮬레이터(dual return simulator, 1500)가 도시된다. 단일 리턴 시뮬레이터(1)의 기능적으로 동일한 구성요소(functional equivalent component)들은 도면부호로서 제공되며 추가적인 설명은 요구되지 않는다.

상기 특정 실시예에서, 비행 챔버(1503)는 상대적으로 일정한 공기흐름을 제공하기 위하여 분기벽들이 아닌 평행한 벽들을 포함한다. 비행 챔버(1503) 위쪽에는 이중 디버터(double diverter, 1505)에 연결된 디퓨저(1504)가 위치한다. 이중 디버터(1505)는 2개의 분기베인(1507, 1508)들을 가진다. 팬 덕트배관(fan ductwork, 1521)은 팬(40, 41)을 지지한다. 도시된 바와 같이, 상부 디퓨저(1520)는 디버터(2, 4)들에 연결된다. 각각의 좌측 및 우측 수직 리턴 플리넘(5)은 온도 조절 시스템(1000)을 가진다.

각각의 하부 플리넘(7)은 이중 디버터(1501)에 연결된다. 이중 디버터(1501)는 2개의 분기베인(1505, 1506)을 가진다. 공기흐름 수축기(1502)는 공기흐름을 비행 챔버(1503) 내로 가속시킨다. 도시된 바와 같이 상대적으로 큰 비행 챔버(1503)는 도 2의 2개의 팬 실시예에 비하여 4개의 팬들로 지지될 수 있다.

도 17에 관하여 언급하면, 이중 리턴 시뮬레이터(1700)는 스카이다이버(1704)를 포함한 비행 챔버(1701)를 가진다. 공기 리턴 구성요소(1702, 1703)들은 비행 챔버(1701)로부터 확장된 V자 형상(각도(1705)는 예각)을 형성하는 상부 정면도로서 도시된다. 구성요소(1702, 1703)들은 벽(W)에 의해 숨겨지고 방음이 되며, 도시된 바와 같이 시영역(VA)을 보행자 통로(PW) 내로 돌출시킴으로써 상기 시뮬레이터(1700)를 이용할 수 있다. 상기 기술된 바와 같이, 팬과 이와 관련된 덕트배관은 지붕 상부에 장착될 수 있다.

도 18에 관하여 언급하면, 그 외의 V자 형태의 시뮬레이터(1800)는 다양한 쇼핑몰 환경 내에 배치된다. 보행자 통로(PW)는 영역(1805)을 따라 값비싼 리테일 상점 공간을 포함한다. 상대적으로 저렴한 몰 공간(1899)은 수용 영역을 가질 수 있으며, 리턴 공기 구성요소(1801, 1802)를 수용할 수 있다. 외측벽(WOUT)은 도시된 바와 같이 리턴 공기 구성요소(1803, 1804) 외부에 위치한다.

도 19에 관하여 언급하면, 벽(W)은 막힌 구역(enclosed area, PUBLIC으로 도시됨)을 형성한다. 시뮬레이터(1, 1500)의 가능한 형상이 도시된다. 스카이다이버(1704)는 “PUBLIC”으로 도시된 재미있는 실내 놀이 공간을 형성한다.

도 20에 관하여 언급하면, 도 1의 시뮬레이터(1)를 예술적으로 도시하며, 몰(2000)은 보행자 통로(PW)를 가진다. 상기 용어 “몰(mall)"은 놀이 공원, 복합 영화관, 가족 오락 센터 및 대학 캠퍼스를 포함한 인구밀도가 높은 오락 장소를 포함한다. 바닥준위(G₂)는 페데스탈 영역(d₁)을 포함하여, 사람들이 투명한 비행 챔버(10)의 내부를 관찰할 수 있다. 매표소(2001)는 그 외의 리테일 상점들의 전방부와 조화될 수 있다. 벽(W)과 바닥준위(G₂)의 스크린 요소(screen component)들은 점들로 도시된다.

도 21 및 도 21A에 관하여 언급하면, 2단계 스테이지 공기흐름 수축기가 도시된다. 제 1 스테이지 수축기(2111)는 수평이며 디버터(8) 내에 위치한다. 제 2 스테이지 수축기(2112)는 수직이며 비행 챔버(10) 내에 위치한다. 시뮬레이터(2110)에서 제 1 스테이지 수축기(2111)는 지하에 매설될 수 있다. 이로 인해 제 2 스테이지 수축기(2112)는 소음이 상대적으로 적게 발생하고 높이도 상대적으로 낮다. 본 발명은 상대적으로 낮은 시뮬레이터(2110) 전체 높이를 제공할 수 있다.

도 22에 관하여 언급하면, 스테이징 영역(2200)은 메쉬망(mesh net, 2201)으로 구성된 바닥(B)을 포함한 비행 챔버(2202)를 가진다.

비행 챔버의 플로어를 형성한 메쉬망의 한 실시예는, 2'x 2'(60 cm x 60 cm) 그리드를 엮은 3/32-17-스트랜드 스테인리스 스틸 비행기 케이블이다. 케이블의 한 단부 또는 양쪽 단부는 특정 적용에 따르는 압축 스프링을 통과한다. 케이블(122)은 상기 기술된 터널 플로어를 구성한다. 케이블들의 개수는 비행 챔버(2202)의 형태와 사이즈, 비행 챔버 내의 스카이다이버 최대 인원수 및 그 외의 다른 설계 고려 요인들에 따른다.

스프링 압축은 플로어에 대해 적절한 “탄력”을 주기 위해 조절되며, 안전성은 향상되지만 스카이다이버가 불안정하게 되어 케이블 플로어로 떨어지게 된다.

터널 가시 벽(Tunnel Viewing Walls)

11개의 1" 내지 1/4"(31 mm) 아크릴 패널이 있으며, 상기 기술된 실시예에서 비행 챔버와 비행 덱(deck)에서의 컨트롤러, 스카이다이버 및 관중들의 활동을 볼 수 있다. 패널들의 개수는 설치에 따른다. 관중들이 제어실 내부를 볼 수 있는 큰 아크릴 패널이 있다.

도 23에 관하여 언급하면, 비행 챔버(10)는 스카이다이버의 움직임이 비행 챔버(10) 내에서 너무 높은지를 감지하기 위하여 빛, 주파, 음파, 자외선 등의 에너지 파장(energy wave, 2601)을 이용한 스카이다이버 센서(flier sensor, 2600)를 포함한다. 컨트롤러(2602)는 스카이다이버를 비행 챔버 내의 낮은 위치로 하강시키기 위하여 공기흐름을 일시적으로 감소시키는 단순한 온/오프 출력 로직 또는 전류 변조기 등으로 구성될 수 있다. 또한 비상 도어(2604)도 컨트롤러(2602)에 의해 열릴 수 있다. 메쉬망(2605) 또한 스카이다이버가 너무 높이 비행하는 것을 방지하기 위하여 사용될 수 있다.

도 24에 관하여 언급하면, 또 다른 디퓨저(2700)도 비행 챔버로 사용될 수 있다. 벽(2701)은 3인치 아크릴 패널이 될 수 있다. 타원형의 배출구(2702)는 굽은 변부들을 가진다.

도 25에 관하여 언급하면, 선박(2850)은 해수 냉각 시스템(2800)을 포함한 시뮬레이터(2801)를 가진다. 해수 입구(seawater inlet, 2851)는 공기흐름 컨트롤러(2852)를 통하여 시뮬레이터 내에 열교환기(2853)를 삽입시킨다. 공기 온도 센서(2854)는 공기흐름 컨트롤러(2852)의 조절에 의해 공기 온도를 설정점(set point)에 유지시키기 위하여 온도 컨트롤러(2902)와 통신이 가능하다.

도 26, 도 27, 도 28은 메쉬망을 형성할 수 있는 개별적인 케이블 형상을 도시한다. 기초 공기 역학에 따르면, 날개형의(wing-type) 프로파일은 뭉툭한 프로파일(blunt profile) 또는 편평한 프로파일과 반대로 항력을 감소시킨다. 케이블(2300)은 도 26에 도시된 외부 나선형 랩(2302)을 포함한 표준 트위스트 요소 코어(standard twisted element core, 2301)를 가진다.

케이블(2400)은 도 27에 도시된 바와 같이 단일 나선형 요소(2402)가 없는 개조된 트위스트 요소 코어(2401)를 가진다.

케이블(2500)은 도 28에 도시된 바와 같이 이중 나선형 요소(2502)가 없는 개조 트위스트 코어(2501)를 가진다.

도 29에 관하여 언급하면, 상기 기술된 실시예의 케이블(2900)은 18개의 스트랜드를 가진다. 스트랜드(2901)는 외부 케이블의 퍼리미터(perimeter)를 형성하며 거의 동일한 직경(d₁)을 가진다. 상기 실시예에서 직경(D₁)은 대략 0.4826 mm(0.019 인치)이다. 스트랜드(L19)는 외부 케이블의 퍼리미터를 완성하고 d₁과 다른 직경(d₂)을 가진다. 도 29에 기술된 실시예에서, 스트랜드(L19)는 실선으로 도시되며 상대적으로 긴 대략 0.7112 mm(0.028 인치)의 직경을 가진다. 점선들로 도시된 스트랜드(L19a)는 스트랜드(2901)보다 상대적으로 작은 직경을 가진다.

직경(D₂)은 d₁과 적어도 10 % 다르며, 일반적으로 25 % 또는 그 이상이다. d₂는 d₁보다 상대적으로 긴 상기 실시예에서, d₂는 d₁ 크기의 250 % 가 될 수 있다. 다른 크기 변화도 유사한 방식으로 적용될 수 있다. d₂가 상대적으로 작을 때, d₂ 최소 길이는 구조적인 고려 요인들에 의해 결정된다. 스트랜드(L19a)의 길기는 끊어지지 않고 사용할 수 있게 충분해야 하며 2개의 인접한 스트랜드(2901)를 적어도 최소한으로 분리시킬 수 있어야 한다. 스트랜드 개수는 케이블이 사용되는 각각의 경우에 따른다. 일반적으로 본 명세서와 기능에 따르는 6개 또는 그 이상의 스트랜드를 가진 케이블들이 사용된다.

내부 스트랜드(2902, 2903)는 스트랜드(2901)와 다른 직경을 가질 수 있으며 케이블(2900)의 코어를 형성한다. 중심 스트랜드(2903)는 스트랜드(2902)와 다른 직경을 가질 수 있다. 내부 스트랜드(2902 및 2903)의 직경은 L19의 직경(d₂)과 아무런 관련이 없다.

L19을 가진 스트랜드(2900)의 기술된 실시예에서, D₂/D₁ 비율은 대략 1.47이며, 직경(d₃)은 균일 스트랜드 직경(d₄)보다 대략 10 % 더 길다. 케이블(2900)은 도 9에서 도시된 바와 같이 나선형 리지(helical ridge)를 형성하는 스트랜드(L19)를 가진 트위스트 스트랜드 타입이다.

도 30에 관하여 언급하면, 케이블(3000)은 실선으로 도시된 직경 d₅를 가진 상대적으로 긴 외부 퍼리미터 스트랜드(L30)를 포함한다. 기술된 실시예에서 d₅는 0.8636 mm(0.034 인치)이다. D₁은 도 5에서와 동일하다. 비율(D₅/D₁)은 대략 1.79이다. 기술된 실시예에서 길이(d₆)는 퍼리미터 표면 한도(perimeter surface extent, S) 위로 대략 0.5055 mm(0,0199 인치)이다.

또한 도 30에 도시된 바와 같이, 스트랜드(L30a)는 D1보다 50 % 작은 직경(d5)을 가지며 점선으로 도시된다. 상기 실시예에서 2개 또는 그 이상의 스트랜드(L30a)는 공극(open gap, G)을 보유하도록 사용될 것이다. 2개의 스트랜드(L30a)를 가진 케이블(300)은 도 34에서 나선형 요홈을 형성하는 공극(G)을 가지며 투시도로서 도시된다.

도 32에서, 케이블(3010)의 또 다른 실시예가 도시된다. 외부 스트랜드(3011), 내부 스트랜드(3012 및 3013)는 케이블(3010)의 주요 구조를 형성한다. 스트랜드(L301a)는 스트랜드(3011)의 직경보다 50% 작은 직경을 가진다. 도 6에 도시된 바와 같이 단일 공극(G)을 가진 양 스트랜드(L301a) 대신에, 스트랜드(L301a)는 2개의 나선형 요홈을 형성하는 스트랜드(3010)의 양측 중 하나에 위치된다.

도 33에 관하여 언급하면, L19의 나선형 리지의 투시도가 도시된다.

풍동 작동 중에, 20 MPH를 초과하는 공기는 도 22에서 도시된 케이블 플로어/안전망(2202)을 형성하는 케이블에 대략 90°각도로 통과한다. 공개된 모든 와이어에서, 공기 흐름이 배출되는 방향은 본 장치의 기능면에 있어 핵심적인 사항이 아니다. 공기흐름이 케이블 길이의 하부 방향으로 흐를 때보다, 케이블 윗부분의 다른 모든 방향의 공기흐름들이 적어도 특정한 항력 감소를 야기한다고 여겨진다.

도 31은 15개의 스트랜드를 가진 케이블(3300)을 도시한다. 스트랜드(3301)는 L31과 함께 외부 퍼리미터를 형성한다. 스트랜드(3302 및 3303)는 케이블(3300)의 내부 코어를 형성한다. L31은 스트랜드(L31, 도시되지 않음)보다 상대적으로 작은 직경을 가질 수 있다.

공개된 케이블들은 바람직하게 수직 항력(normal drag)보다 적은 항력을 받는 다른 환경과 임의의 풍동에서 사용될 수 있으며, 상기 위치에서 풍동에서 재순환될 뿐만 아니라 케이블이 공기를 통과하거나 또는 공기가 케이블 위로 통과한다.

도 35는 동압(dynamic pressure)의 함수로서 다양한 케이블들의 항력 계수를 도시하는 그래프이다. 모든 테스트 케이블에서, 대부분의 케이블 스트랜드의 직경은 대략 0.019 인치이다. 라인(3401)은 표준 트위스트 와이어 케이블의 항력 계수를 도시한다. 라인(3403 및 3405)은 퍼리미터를 둘러싼 나선형 스트랜드(2302)를 가진 케이블 (2300)의 항력 계수를 도시한다. 라인(3402)은 도 30에 도시된 바와 같이 직경 0.035 인치의 d₅를 가진 스트랜드의 항력 계수를 도시한다. 라인(3404)은 도 29에 도시된 바와 같이 직경 0.025 인치의 d₂를 가지는 스트랜드의 항력 계수를 도시한다.

공개된 케이블들은 일반적으로 동일한 사이즈의 표준 케이블보다 제작비용이 많지 않다. 따라서 상기 저 항력 케이블의 사용으로부터 기인되는 임의의 항력 및 소음의 감소 및 이에 따른 에너지 소모량의 절약은 제작비용의 직접적인 절약을 야기한다.

본 장치가 상기 기술된 실시예에 관하여 기술되었음에도 불구하고, 다수의 개조와 변화가 수행될 수 있으며 그에 따른 결과도 본 발명의 범위 내에 있다. 상기 공개된 특정 실시예들에 관하여 의도되는 또는 추론되는 제한은 없다. 본 발명에서 기술된 실시예의 각각의 장치는 다수의 동등한 장치(equivalent)들을 포함한다.

Claims (24)

1. 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터에 있어서, 상기 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터는
   -직사각형 형상을 가진 재순환되는 공기흐름 플리넘,
   -상기 공기흐름 플리넘의 직사각형 형상의 제 1 수직 측면 부재 내에 있는 한 명 이상의 사람을 날게 할 수 있는 수직 비행 챔버(vertical flight chamber, 10, 1503, 1701, 2202),
   -하나 이상의 팬 조립체(3)를 포함하고, 각각의 상기 하나 이상의 팬 조립체(3)는 비행 챔버(10, 1503, 1701, 2202)의 바로 앞에 위치된 공기흐름 수축기(9)에 의해 복수의 플리넘(5, 7)에 연결되는 것을 특징으로 하는 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터.
2. 제 1 항에 있어서, 제 1 수직 측면 부재에 연결된 두 세트의 복수의 팽창하는 리턴 공기 덕트(return air duct)를 가지고, 각 세트의 팽창하는 리턴 공기 턱트는 상부 플리넘, 제 2 수직 측면 부재 및 하부 플리넘을 가지는 것을 특징으로 하는 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터.
3. 제 2 항에 있어서, 팬 조립체(3)는 직사각형 형상의 상부 플리넘(30) 내에 수평방향으로 장착되는 것을 특징으로 하는 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 팬 조립체(3)는 나란히 배열된 복수의 팬(40, 41)을 포함하며, 여기서 리턴 공기 덕트 당 하나를 초과하는 팬이 제공되고 상기 비행 챔버는 팬의 입구 측면상에 배열되는 것을 특징으로 하는 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터.
5. 제 4항에 있어서, 팬 조립체(3)의 팬(40, 41)은 인접한 팬에 비평행 방식으로 장착되고 이들 사이의 중심선으로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터.
6. 제 5 항에 있어서, 팬(40, 41)의 팬 평면(P41, P42)이 예각(P43)을 형성하도록 하향으로 기울어져서 팬 조립체(3)의 팬(40, 41)들이 비평행 방식으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터.
7. 제 4 항에 있어서, 팬 조립체(3)의 각각의 팬(40, 41)은 디퓨저로서 작동을 하는 팬 케이싱(1300) 내에 배열되고, 노즈콘, 팬의 중앙 몸체 및 테일콘에 의해 숨겨진 팬의 중앙 내 영역을 고려한 뒤, 팬을 통과하는 순 흐름 영역이 흐름을 분리시키지 않고 가능한 많이 증가되도록 크기가 형성되는 것을 특징으로 하는 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터.
8. 제 4 항에 있어서, 팬들은 팬으로부터의 공기의 기둥들 사이의 거리를 감소시키기 위해 엇갈리게 배열되는 것을 특징으로 하는 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터.
9. 제 1항 내지 제 3항에 있어서, 하부 플리넘(7)은 분기벽을 가지는 것을 특징으로 하는 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터.
10. 제 1항 내지 제 3항에 있어서, 덕트 부재에서 공기 배출 루버로부터 맞은편에 위치하는 공기 입구 루버(inlet louver)를 가진 온도 조절기를 추가적으로 포함하고, 감소 노즐은 상기 루버들에 의해 형성되고, 이에 따라 감소된 정압 영역(static press zone)을 형성하고 공기 입구 내로 외부 공기를 유입시키는 것을 특징으로 하는 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터.
11. 제 10항에 있어서, 배출 루버는 덕트 부재 내의 상부로 향하고 입구 루버는 덕트 부재 내의 하부로 향하여, 이에 따라 감소 노즐을 형성하는 것을 특징으로 하는 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터.
12. 제 1항 내지 제 3항에 있어서, 비행 챔버는 상부 세그먼트 및 기계적 안전망을 가진 바닥을 추가로 포함하고, 상기 상부 세그먼트는 휴먼 센서(human sensor)를 가지며, 상기 휴먼 센서는 사람이 비행 챔버의 상부 근처에서 날아다니는 것이 감지될 때 재순환되는 공기흐름을 감속시키는 한 컨트롤러에 연결되는 것을 특징으로 하는 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터.
13. 제 12 항에 있어서, 컨트롤러는 하나 이상의 팬을 감속시키는 기능을 가진 팬 제어 수단을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터.
14. 제 13 항에 있어서, 팬 제어 수단은 하나 이상의 팬에 대해 공기흐름을 일시적으로 감소시키는 팬 전력 제어 모듈을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터.
15. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 팬 조립체는 이를 통한 공기흐름률을 감소시키기 위한 분기벽을 가진 하우징을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터.
16. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 비행 챔버를 통하는 비행 공기흐름에 대해 작동 가능하게 유지되는 동안, 수직 비행 챔버는 수직 비행 챔버로부터 진입과 퇴출을 가능하게 하는 기능을 하는 다수의 챔버 수단들을 가진 스테이징 영역(staging area)을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터.
17. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 비행 챔버는 비행 챔버의 하부에 위치한 바닥 변부에서 디플렉터(deflector)를 가진 출입 도어를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터.
18. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 바닥 부재는 지하에 매설되고, 이에 따라 바닥준위(ground level) 위에 또는 바닥준위에 비행 챔버를 위한 바닥 준위 위에 장착 높이(mounting height)를 형성하는 것을 특징으로 하는 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터.
19. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 수직 측면 부재에 대한 입구는 바닥 부재의 횡단면 세그먼트와 동일한 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 수직 풍동 스카이다이빙 시뮬레이터.
20. 높은 속도 공기의 칼럼에서 비행 중인 사람을 지지하는 비행 챔버를 가지는 수직 풍동에 있어서,
    상기 비행 챔버가 안전망 플로어를 가지고, 상기 안전망은 케이블로 이루어지며,
    상기 안전망 케이블이 트위스트 다중 스트랜드 구조를 가지는 하나이사으이 케이블을 더 포함하고;
    상기 트위스트 다중 스트랜드 구조가 단일 단계로 형성되며;
    상기 스트랜드의 일부가 케이블의 퍼리미터(perimeter)를 형성하고;
    상기 퍼리미터 스트랜드의 적어도 하나가 모든 다른 퍼리미터 스트랜드 직경의 평균과 다른 직경을 가지고; 및
    상기 다른 직경 스트랜드가 케이블의 외부 표면주위에 나선형 특성을 형성하고 이에따라 공기중에서 케이블의 공기역학적 항력을 감소하는 것을 특징으로 하는 수직 풍동.
21. 제 20 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 직경 스트랜드을 가진 적어도 하나의 케이블이 오직 하나의 더 큰 직경 스트랜드와 나선형 리지를 더 포함하고, 모든 나머지 직경 스트랜드가 동일한 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 수직 풍동.
22. 제 21 항에 있어서, 적어도 하나의 다른 직경 스트랜드을 가진 적어도 하나의 케이블이 오직 하나의 더 큰 직경 스트랜드와 나선형 그루브를 더 포함하고, 모든 나머지 직경 스트랜드가 동일한 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 수직 풍동.
23. 제 21 항에 있어서, 상기 하나의 더 큰 직경 스트랜드가 약 0.028인치의 직경을 가지고 다른 모든 직경 스트랜드가 0.019인치의 직경을 가지며 퍼리미터 스트랜드가 11인 스트랜드이 총수가 19인 것을 특징으로 하는 수직 풍동.
24. 제 21 항에 있어서, 상기 하나의 더 큰 직경 스트랜드가 약 0.034인치의 직경을 가지고 다른 모든 직경 스트랜드가 0.019인치의 직경을 가지며 퍼리미터 스트랜드가 11인 스트랜드이 총수가 19인 것을 특징으로 하는 수직 풍동.

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