CN111182949A - 自由落体模拟器冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种自由落体模拟器(1)包括：风洞系统(2)；连接到风洞系统的飞行室(3)，使得风洞系统和飞行室允许循环空气能够持续流动，以及用于冷却在风洞系统中循环的空气的冷却系统(11)，其中，冷却系统包括：(i)进风口(17)，其用于将在风洞系统中循环的一部分空气吸入；(ii)包含冷却剂的至少一个热交换器(15)；以及(iii)至少一个出风口(16)，其适于使冷却空气通过该至少一个出风口离开冷却系统。冷却系统(11)还包括：(iv)封闭式压力室(11A)，包括冷却区域(11B)，其中，所述冷却区域(11B)中的压力高于大气压力，以及(v)至少一个辅助风扇(14)，其配置为保持压力室(11A)的冷却区域内的压力高于大气压力，其中，至少一个热交换器(15)位于封闭式压力室(11A)内，使得在冷却区域(11B)中进行循环空气的冷却。

Description

自由落体模拟器冷却系统

技术领域

本发明着重改进现有的自由落体模拟器，尤其是模拟器的循环空气冷却系统的改进。

背景技术

本发明扩展的类似自由落体模拟器已经在捷克No.2009-21805号实用新型中进行了描述。该现代系统利用了风洞系统的有利形状结合风扇的有利布置，并且其已经公开了与使用位于风洞系统内的内部冷却系统相关的某些优点。

自由落体模拟器领域中的进一步发展表明，尽管上述已知自由落体模拟系统的有效性有所提高，但仍然存在某些缺陷，所述缺陷需要处理，以获得为使用者提供更高舒适度并且更容易将使模拟器集成到安装其的周围建筑群中的自由落体模拟器。以下所述的技术改进提高了冷却效率，整体上支持模拟器的操作，并且改进了对模拟器结构的访问并使维护变得更容易。

自由落体模拟器以循环空气的原理来操作，当模拟器运行时，循环空气抵消重力，并使模拟器的使用者在模拟器飞行室内漂浮。在开放式模拟器中，在飞行室的下面直接从大气吸入空气，然后空气流动经过风洞并被抽回到飞行室上方的大气中。在封闭式自由落体模拟器中，在操作的整个时间期间，相同的空气进行循环。空气在风洞系统的引导下流动，形成封闭的循环气流。在这种自由落体模拟器内循环的空气总是与风洞系统的壁接触，因此，在模拟器操作一段时间后，空气通常会通过摩擦而变热。

变热后的空气可以使用开放式冷却系统(被动冷却系统)进行冷却，其中一部分循环空气离开风洞并释放到大气中，而一部分空气则从大气中被吸回到循环风洞系统中。将循环空气与大气空气混合来调节温度。其他的模拟器使用集成在风洞中的冷却系统，这些冷却系统独立于外部环境，因此操作为封闭式冷却系统(主动冷却系统)。

集成在风洞系统中的自由落体模拟器冷却系统通常位于单独的管道(流道)中，所述单独的管道形成与主气流分开的旁路通道。在这种模拟器中，一些循环空气流动经过流道，空气在流道中冷却，随后被释放回主气流中。冷却系统通常包括上述流道(旁路)。在流道的入口管后面设置辅助风扇，所述辅助风扇支持气流经过冷却系统。在入口管后面，还设置连接到冷量发生器的水-空气式的热交换器。热交换器可位于出口管中，所述出口管将冷却气流直接引导到飞行室下面。热交换器可以是类似于汽车的冷却器的冷却器的形状，尽管其尺寸要大得多，在风洞系统中循环的部分空气通过该交换器。通过热交换器的空气与冷却介质(例如，在热交换器中循环的水)接触，然后回到风洞系统中，在这里与其余的循环空气混合，从而使其冷却下来。

位于风洞系统中的现有热交换器的缺点如下。首先，由于热空气突然与冷却介质接触，观察到有产生水凝结小液滴，这些液滴被气流带走，并进入飞行室，在此所述液滴有时会引起模拟器使用者不适，乃至严重不适。使用者通常佩戴防护镜，所产生的液滴飞溅在所述防护镜上，会分散使用者的注意力，并降低其整体飞行体验。冷凝液滴飞溅到模拟器使用者脸上未受保护的部分也会引起严重不适。

使用者在上述系统中可以体验到的另外的不适是在模拟器风洞系统中产生冷空气流，其温度明显低于周围空气。这种效应是由冷却系统产生的冷却空气推力流在靠近飞行室并且直接在飞行室的方向中以集中流方式释放，导致其与其余循环空气混合不充分而产生的。特别是，碰巧冷却空气到达飞行室，因此飞行室内的使用者可以感知到未混合的冷却空气流。

除此之外，由冷却系统管道加剧的冷却系统(尤其是辅助风扇和流动经过热交换器的空气)的操作在模拟器中充当噪声发生器，这是由于在飞行室下方的喷嘴下边缘处冷却系统的集中排出，而且噪声突入飞行室中并因此降低使用者的舒适度。

因此，本发明重点在于缓解上述缺点，从而提高使用自由落体模拟器的飞行人员的舒适度。因此，本发明的自由落体模拟器具有以下技术特征。

发明内容

为了消除现有模拟器及其冷却系统的上述缺点，并且为了进一步改善自由落体模拟器使用者的体验，构建了根据本发明的自由落体模拟器，使得自由落体模拟器包括风洞系统、与风洞系统相连的飞行室，使得风洞系统和飞行室允许循环空气能够持续流动，以及用于冷却在风洞系统中循环的空气的冷却系统。冷却系统包括进风口，其用于吸入在风洞系统中循环的一部分空气、包含冷却剂的至少一个热交换器，以及至少一个出风口，其适合使冷却空气通过该至少一个出风口离开冷却系统。

冷却系统还包括封闭式压力室以及至少一个辅助风扇，所述闭式压力室包括冷却区域，其中，所述冷却区域中的压力高于大气压力，所述辅助风扇配置为保持压力室的冷却区域内的压力高于大气压力。所述至少一个热交换器位于封闭式压力室内，以使得在冷却区域中进行循环空气的冷却。

通过上述定义的新模拟器和冷却系统的结构，能观察到以下有益效果。首先，所有冷凝物都被收集在冷却区域中，因此能防止将冷凝液滴带入飞行室，并防止其与使用者接触。具体而言，在上文定义的配置中，大部分冷凝物被收集在压力室中。第二，实现了冷却空气与风洞系统的其余循环空气的更有效的混合。在空气离开热交换器之后，由封闭式压力室形成的冷却区域会立即捕获冷却空气。由于存在上述定义的压力室，冷却空气不会以集中流的方式释放到风洞系统中，而是更加均匀地释放，因为来自冷却区域的冷却空气通过出口窗离开，从而确保了冷却空气的均匀分布式排出。上述系统确保了冷却空气的更好的混合，并且因此防止冷却空气与飞行室内的使用者接触。此外，压力室还适于更好地屏蔽由冷却系统产生的噪声，例如通过在压力室壁上的特殊抗噪声涂层。上述定义的压力室的另外优点是界定了明确定义的区域以便进行维护，并且更易于进入整个冷却系统。这可以降低由于必要的定期维护工作而导致模拟器意外停机的风险，所述定期维护工作可以显著更快地完成。

另一个优点是上述定义的冷却系统均匀，并且整体上改善了速度曲线的质量，从而也改善了飞行室内的气流质量，因为排出的空气使风洞系统壁处的边界层复活。

在自由落体模拟器中产生的热量通常被排放到周围环境中，不再有任何其它用处，并且带走的热量很大。为此，在本发明的背景下，进一步公开了将余热连接到适当的热回收系统，所述热回收系统为安装自由落体模拟器的建筑物的一部分，从而能够保存其他损失的热量，以便用于有用的目的。在开放式冷却系统中，不可能通过回收来重复利用余热，在该系统中，来自风洞系统的暖空气被直接释放到周围大气中。

本发明的其它有利的实施例包括下列有益的技术特征中的一项或多项：

-自由落体模拟器适合使得在热交换器中冷却的空气在朝向冷却区域内部的方向中离开热交换器，然后，仅冷却空气从冷却区域返回到风洞系统中；该实施例的优点在于实际上能够更好地混合热空气和冷空气；此外，该实施例的配置也有助于使冷凝物逸出到飞行室中，而是将冷凝物困在冷却区域内；

-封闭式压力室包括至少一个进口窗以及至少一个出口窗，其设置使得进入管位于进口窗内，而且使得冷却空气通过出口窗离开冷却区域；

-将热交换器的出口设置成使得来自热交换器的冷却空气并在朝向任何出口窗的方向中离开热交换器；换言之，热交换器的热交换器出口被设置成使得朝向压力室的一个壁输出来自热交换器的冷却空气，其中，朝向其输出冷却空气的壁都不包括出口窗；冷却系统的这个优选实施例进一步增强了改善冷暖空气混合的预期效果以及防止冷凝物逸出的效果；

-压力室的出口窗是狭槽，其延伸跨过压力室的一个壁，且跨过风洞系统轮廓的整个宽度；这种改进产生了增强均匀排出空气的效果；在压力室壁中的适当尺寸的狭槽有助于实现冷却空气从冷却区域内均匀排出，以及其与风洞的循环主气流容易且快速的混合；

-冷却系统还包括至少一个辅助风扇和/或至少一组进气弯曲叶片；辅助风扇有助于空气在冷却区域内流动以及其流动通过热交换区；进气弯曲叶片可是非常有用，尤其是对于风洞系统的一些特殊形状而言，更是如此；通常，该弯曲叶片引导进入的热空气直接与热交换器接触，并且减少在冷却系统的进风口处产生不希望出现的紊流；

-出口窗具有适合在预定方向中引导冷却空气的空气动力学形状；对模拟器(无论其中哪个部分)中气流方向的控制极其重要；在需要特定模拟器的情况下，这种改进是需要的，因为这样增加了气流的平稳性，使冷暖空气更好地混合，并且降低了在冷却区域出口处的紊流；

-进口窗与喷嘴的距离为至少2米；系统的这项进一步改进确保空气更容易混合，因为出口窗的位置与喷嘴(以及因此与飞行室)相隔足够的距离；

-压力室还包括通常可用作维护人员的人孔的可密封封闭的开口；所述开口被密封且可封闭，以防冷却空气通过其从冷却区域逸出；

-在风洞系统和飞行室中循环的空气的温度通过封闭式冷却系统来调节；封闭式冷却系统连同所描述的冷却系统在冷却效果方面显示出非常好的效果，而且其允许实现在整个风洞系统内均匀扩散的温度，无论任何原因或者安装地点，都不会有任何更大的温度波动(允许在热带地区全年运行)；

-冷却系统位于自由落体模拟器的下部水平段；选择这个位置是出于一般施工原因；模拟器下部通常位于建筑物的地下室区域，这有助于减轻噪声；除此之外，建筑物的地基更坚固，并且允许更容易地安装冷却系统；

-冷却系统位于将流动空气引入飞行室中的喷嘴的入口之前；这种配置更加增强了与冷却系统放置在模拟器下部水平段的相关的优点；

-风洞的冷却系统包括具有至少一个风扇的至少一个环路，其中，冷却系统在循环气流的方向中位于所述至少一个风扇的后面；在这种配置中，经过风洞的主风扇的气流不直接受暖空气与来自冷却系统的冷空气的混合的影响，因此主风扇的效率不会受潜在紊流和流动空气的不均匀性的影响；

-压力室的下部内壁包括捕获并收集冷凝水滴的嵌入式凹槽；模拟器的该特征会防止冷却区域内的水滴被经过的空气带入风洞系统中的所不希望的情况；

自由落体模拟器的冷却系统，与实施封闭式冷却系统的所有上述改进相结合，可用于来自风洞的余热的循环和回收。

通过本发明不同实施例的下文所述实例，结合附图，本发明的其它有利配置将变得清楚。

附图说明

在各个图中的标记始终代表相同特征或者具有相同功能的特征。

-图1是穿过安装在建筑物中的自由落体模拟器的截面图，包括两个空气环路，还显示了冷却回路及其用于回收热量的用途的简化示意图。

-图2是应用于所述自由落体模拟器的冷却系统的截面细节图。

-图3是替代的自由落体模拟器设计，包括一个空气环路，并且冷却区域位于垂直安装位置。

-图4是包括内部冷却回路和外部冷却回路的冷却回路的详细示意图。

具体实施方式

图1根据权利要求1的自由落体模拟器示出了自由落体模拟器1的示例。自由落体模拟器1安装在建筑物100中。

根据图1的自由落体模拟器包括模拟器1的使用者可以进入的飞行室3。在飞行室3底部安装有安全网3A(例如，由金属丝制成)，所述安全网用作飞行室3的地板。空气从底部向顶部流动穿过网3A，向上地影响模拟器1的使用者的提升，向上流动的空气的力量抵消了作用在使用者身上的重力。

连接到飞行室3而且空气流动经过其中的模拟器1的其余部分被描述为风洞系统2。风洞系统2和飞行室3一起构成循环风洞。从飞行室3向上，在气流的方向中，风洞系统2依次包括扩散器7、上部水平段4C、至少一个垂直段4A、4B、下部水平段4D以及喷嘴8。自由落体模拟器1中可以有更多的垂直段4A、4B。图1显示了具有垂直段4A、4B的模拟器1。这与风洞系统2包括两个单独分开的环路2A、2B的设计相对应。图1中的第一环路2A由扩散器7、上部水平段4C的左部、第一垂直段4A、下部水平段4D的左部以及喷嘴8界定。图1中的第二环路2B由扩散器7、上部水平段4C的右部、第二垂直段4B、下部水平段4D的右部以及喷嘴8界定。风洞系统2可以有任意数量的环路，只要这从设计角度来看合理即可。在每个环路2A、2B内流动着一部分离开飞行室3的空气，而来自所有环路的气流在进入飞行室3之前再次汇合。

图1中的环路2A、2B基本呈矩形，但是也可以呈任何其它形状，例如，可以是严格的正方形地或者可以是梯形形式偏斜的。本发明的一些实施例允许将风洞系统2设计成三角形或者采用不规则形状。在这些实施例中，垂直段4A、4B通常不平行于垂直方向，而是与垂直方向呈非零度的锐角。垂直段4A、4B和水平段4C、4D的长度可以为任何给定的相对比例。

图1和图3中的环路2A、2B被设计为包含封闭式冷却系统。这意味着与周围环境没有空气交换。在自由落体模拟器1环路2A、2B内流动的空气既不从周围大气中得到补充，也不排放到周围大气中，除了通常位于飞行室上方的少量孔外，所述孔只是为了补偿启动或关闭模拟器时的压力变化。相比之下，自由落体模拟器的开放式冷却系统的特征在于其风洞系统2具有至少一个用于将循环空气释放到周围大气中的开口以及至少一个用于从周围大气吸入空气到模拟器的环路中的开口。开放式冷却系统利用与周围大气的空气交换调节温度。相比之下，封闭式冷却系统完全依赖于内部冷却系统，在这种特定情况下，使用冷却系统11来表示。通常，优选封闭式系统，因为其与安装自由落体模拟器的位置的气候条件无关。本申请中所述的冷却系统11可以在开放式以及封闭式冷却系统中使用，但是优选封闭式冷却系统，这是由于封闭式冷却系统的通用性，以及由于封闭式冷却系统可用于所有气候条件下。

图3显示了具有示例性结构的模拟器1，所述示例性结构仅有一个环路2B。这唯一的环路2B再次由扩散器7、上部水平段4C、唯一的垂直段4B、下部水平段4D以及喷嘴8界定。

下面结合图3中的模拟器1(具有单个环路2B)和图1中的模拟器1(具有两个环路)描述的所有特性都可以类似地用于具有更多个环路的模拟器中。

在垂直于气流方向的截面中，扩散器7具有内圆形设计，其半径沿远离飞行室的方向逐渐增加，直到模拟器1的上部水平段4C，这里剖面已经是正方形。简单地说，扩散器7基本上呈截头锥形，其顶面位于飞行室3的顶部。扩散器7的具有最大半径的部分连接到风洞系统2的上部水平段4C。扩散器7也可以呈漏斗形或圆柱体形。扩散器7的作用是确保将空气分配到风洞系统2的单个环路2A、2B中，并逐渐降低气流的速度。类似地，喷嘴8通常呈锥形或漏斗形，锥形(漏斗形)的顶部位于飞行室3的底部。喷嘴8的作用是将空气从单个环路2A、2B聚集返回到飞行室3中。由于喷嘴8的半径沿气流方向逐渐减小，因此气流就在飞行室3之前得以加速。

喷嘴8位于飞行室3下方，扩散器7位于飞行室3上方。一种有利的配置是，其中，喷嘴8、飞行室3和扩散器7设置在一条垂直线上。由喷嘴8、飞行室3和扩散器7界定的线可以平行于或者不平行于循环系统的垂直段4A、4B。通常，垂直段4A、4B可以与垂直方向呈锐角，最大为40度。换言之，在本发明的某些实施例中，垂直段4A、4B不必须与垂直方向平行，而是可以与该方向成非/零锐角。

在本发明的一些实施例中，期望的是，风洞系统2上部水平段4C截面的直径(这里，该截面是垂直于气流方向而取得的)在远离扩散器7的方向中变宽，直到相应的垂直段4A，4B。

在风洞系统2中，具有(类似地在所有环路中)设置的弯曲叶片9，所述弯曲叶片用于改变气流的方向。通常，弯曲叶片位于拐角处，即空气以直角或任何其他锐角流动的地方。通常，只要有必要将气流方向改变任何角度，就可以使用弯曲叶片。在根据图1的本发明中，每个环路2A、2B都有一组设置在扩散器7与上部水平段4C之间的弯曲叶片9。另外组的弯曲叶片9设置在上部水平段4C与相应垂直段4A、4B之间的每个环路2A、2B中。另外组的弯曲叶片9位于每个环路2A、2B中在相应垂直段4A、4B与下部水平段4D之间过渡处。最后，一组弯曲叶片9位于每个环路2A、2B中在下部水平段4D中，刚好在空气进入喷嘴8之前。弯曲叶片9的组数可以更多，当然也可以更低，这取决于具体模拟器1的需要。

风洞系统2的每个环路2A、2B都包括风扇6。风扇6理想地位于风洞系统2的垂直段4A、4B中，在此其提供所需功率，其允许模拟器1内的压力条件适当的稳定，而且其噪声与飞行室3充分隔离。在一些实施例中，还可以将风扇6设置在风洞系统2的其它段中。根据图1的实施例，每个垂直段4A、4B都是包含一个风扇6的单独管道。在本发明的其它实施例中，每个(或至少一个)垂直段4A、4B的管道可以分成多个分支(图中未示出)。在垂直段4A、4B的某一部分，单个垂直段管道因此可以分为多个单独管道，所述单独管道又结合到单个垂直段4A、4B管道中。在这种情况下，垂直段4A、4B的每个分支都可以精确地包括一个风扇6。这增加了环路2A、2B中风扇6的数量，也提高了模拟器1的效率。

通常，自由落体模拟器1下部由坚固的建筑材料制成，通常由混凝土制成。具体而言，例如，风洞系统2的整个下部水平段4D可以实施为混凝土井13的形式，同时，除混凝土外，也可以使用其它适当的建筑材料。在本发明的一些实施例中，该井13的混凝土壁可以覆盖风洞系统2垂直段4A、4B的均匀部分，例如垂直段4A、4B的10-25％。此外，在风洞系统2的下部水平段4D中，建造有混凝土室10，所述混凝土室包含冷却系统11。在此，混凝土室也可以由任何其它适当的建筑材料制成的结构代替。

在风洞系统2中循环的一部分空气经过冷却系统11，因此也经过混凝土室10。因此，出于说明本发明的目的，将冷却系统11和混凝土室10视为风洞系统2的一部分。通常，可将1-20％的循环空气转移到冷却系统11中，例如，通常采用的值为5％，10％或15％。通常，转移到冷却系统11中的空气的量由模拟器1的尺寸、冷却系统11的功率以及模拟器1的安装地点的气候条件决定，所以原则上可能有与所述比率不同的比率。

从图1可见，混凝土室10和冷却系统位于风洞系统2的主气流外侧，以免破坏气流的平稳性。冷却系统11和混凝土室10设置为紧靠着风洞系统2中的主气流。在本发明的一个实施例中，伸入风洞系统2的主气流中的冷却系统11的唯一部分是进风口17。例如，混凝土室10和冷却系统11位于喷嘴8和垂直段4A、4B的下部四分之一之间。

根据图1，冷却系统11不必须限于混凝土室10的存在。任何其他构建方案均可接受。同样，可以将冷却系统设置在上部水平段4C或垂直段4A、4B中，只要从建筑角度来看这是有利的即可。如果冷却系统11位于下部水平段4C中，有利的解决方案是，例如，冷却系统11位于垂直段4A、4B与下部水平段4C之间的过渡处的拐角处(图1的实施例)，或者在喷嘴8的入口处。冷却系统11的位置可以相对于风扇6而变化。在气流的方向中，冷却系统可以放置在风扇6之前或之后。在气流的方向中，使冷却系统11位于风扇6后面的优点在于更容易将一部分空气引入进风口17，气流平稳性更高(下文提供了冷却系统各部分及其功能的详细说明)，以及冷却系统对模拟器风扇的效率影响更低。

从图2可见，根据要求保护的和所描述的发明，冷却系统11由封闭式压力室11A界定，所述封闭式压力室包围了用于一部分循环空气通过的冷却区域11B。至少一个热交换器15位于压力室11A中，冷却剂通过所述热交换器。从主气流吸入到冷却系统11中的二次气流的冷却则在由闭式压力室11A限定的冷却区域11B中进行。

压力室11A可以由混凝土、砖、金属板制成，或可以由其他合适的材料或其组合物构建。压力室11A是封闭的，因此其除了为来自主气流的部分空气通过冷却系统11而提供的开口外，没有任何其它开口。这样防止冷却空气从冷却区域11B逸出。压力室11A包含冷却区域11B，其中，冷却区域内的压力高于大气压力。通过辅助风扇14来保持冷却区域11B中高于大气压力的条件，所述辅助风扇设置为从主气流吸入空气。辅助风扇14产生并保持冷却区域11B内的高于大气压力的压力。

冷却系统11的压力室11A形成循环空气的主气流的旁路，并产生被冷却的二次气流。为了成功地引导该二次气流，压力室11A包括从主气流吸入空气并将其朝向期望方向引导的流道12。

转移到冷却系统11的空气被冷却到所需温度，然后与其余的循环空气混合。为了允许空气进入压力室11A，压力室11A具有至少一个进口窗17A。为了允许空气从冷却系统11返回主气流中，压力室11A具有至少一个出风口16。压力室11A可呈任何适当的形状，例如，立方体形、棱柱形，甚至不规则形状、金字塔形等。相应地，压力室11A可具有任意数量的壁。压力室11A的至少一个壁与风洞系统2中的主气流接触。压力室11A的一个壁可具有进口窗17A(或多个进口窗)，而出风口16则可以在混凝土室11A的不同的壁上。在气流方向中，根据图1的实施例的进口窗17A位于垂直段4A、4B的末端，而出风口16则位于下部水平段4D的起始端。

压力室11A还可以包括可用作维护人员的人孔的可封闭的密封开口19。系统操作时，可使用压力盖将可封闭的密封开口19封闭。

流道位于压力室11A内的冷却区域11B中。流道12可为管状，冷却空气经过所述管。在流道12的起始端，设置有进风口17，所述进风口17从风洞系统2主气流吸入热空气，并且在流道12的末端，设置有出口管18，所述出口管18将流道主体外侧的冷空气排入冷却区域11B的其余部分。进风口17和出口管18以及流道12的主体可以设置在一条线上，或者可以是弯曲的。同样，经过流道12的空气的方向可以是直线，或者空气可以转弯。需要使气流在流道12中转弯时，有利的是使用弯曲叶片组，所述弯曲叶片组支持气流平稳转向。在根据图1的本发明的实施例中，在进风口17中设置有进气弯曲叶片20，用于将气流方向改变大约90°。在图1的实施例的情况下，当空气向下运动时进入流道12，然后气流方向变成水平方向。进气弯曲叶片20用于确保平稳且均匀的气流。

进风口17可有地利地位于进口窗17A中，并且可以从该窗口部分地伸入风洞系统2的主气流的空间中，即伸到压力室11A的外侧。进风口17的开口可以在安装进风口17的位置指向循环空气的方向。

在本发明各个实施例中，尽管附图仅显示了每个冷却系统11中的单个流道12，但是单个冷却系统11可以包括两个或更多个流道12。例如，在图1中，隐藏在所示流道12的后面，可以安装第二个流道或第三个流道或甚至更多个流道12。在这种情况下，压力室11A包括相应数量的进口窗17A，即对于每个流道12有一个进口窗17A。

在优选的配置中，风扇14位于流道12的主体内。以相同的方式，热交换器15也位于流道12的主体内，在辅助风扇14之前或之后。进风口17将循环空气的一部分从主气流引向热交换器15，在这里空气被冷却。在图1-3中，热交换器设置在流道12的最末端处，在出口管18中。每个流道12可以包含单独的热交换器15。辅助风扇14可位于弯曲叶片20的后面。热交换器15中的冷却剂可以是水，或者是具有足够热容量的其它适当的介质。

每个流道12还可以包括至少一个清洁筛22，所述清洁筛捕获由气流携带的污物颗粒。清洁筛22可以设置在相对于热交换器15和辅助风扇14任何适当的配置位置。最佳地，在气流方向中，清洁筛可位于辅助风扇14的后面，且热交换器15的前面，从而减轻热交换器被气流携带的颗粒堵塞。

此外，每个流道12可以包括进入扩散器23A和/或出口扩散器23B。进入扩散器23A具有逐渐变窄的轮廓，而且其朝向辅助风扇14引导进入的空气，而出口扩散器23B则具有变宽的轮廓，并其确保将空气均匀地排到热交换器15。

流道12的主体在风洞系统2内的取向可以变化。在图1中，流道12的主体是水平取向的，而在图3中则是垂直取向的。通常，流道12的设置取向可根据安装自由落体模拟器1的建筑物100的形状和特点，由可用空间确定。热交换器12内必要的气流方向改变通过所述的弯曲叶片20完成。

在一种情况下，当自由落体模拟器1包括多个流道12时，并非所有流道12都需要完全相同。例如，一个流道12可以包含进口弯曲叶片20，而第二个流道则不必包含所述进口弯曲叶片。决定因素通常取决于正在构建的每个模拟器1所要求的设计解决方案的具体需求。

当前冷却系统的共同缺点是在其出口处容易形成凝结水滴。这是由于进入冷却系统12的热空气与冷却剂接触，导致空气温度急剧下降而引起的，在许多情况下，通过空气湿度的冷凝而形成水滴是不可避免的。在出口管18处形成冷凝水是不希望的，因为在许多情况下，液滴最远进入飞行室3中，在那里引起使用者不适，从而降低了其飞行体验。

所观察到的另一个缺点是，离开冷却系统11的冷却空气沿着风洞系统2的壁扩散，一直进入飞行室3。然后，使用者可以感知飞行室3的各个部分的温度差异，例如，他们在远离飞行室3的壁处感受到暖空气，而更靠近飞行室3的壁处，则可以感受到冷空气流。

消除上述两个缺点的技术解决方案在于将热交换器15放置在压力室11A内的冷却区域11B中，压力室11A完全包围着冷却区域11B和热交换器15。因此，冷凝水滴被捕获在压力室11A中。因此飞行室3中的使用者不会被气流携带的水滴击中，并且他们也不会察觉到任何明显的温度波动。

冷却系统11的有利配置是离开热交换器15的冷却空气被吹入压力室11A的冷却区域11B内的时间。因此，优选不使热交换器15的出口取向为朝向出风口16。这进一步加强了上述优点。由此，热交换器15的出口在空间上与出风口16分离。例如，热交换器15的出口可以大致位于冷却区域11B的中心，或者热交换器15的出口可取向为朝向混凝土结构11A的壁定向，所述混凝土结构11A不包含出风口16。

出风口16的形状基本上是任意的，但是优选狭槽形的狭长形状，例如跨过混凝土室11A一个壁的整体长度的槽。有利的是，狭槽16在给定位置沿风洞系统2的剖面的整个宽度延伸。在需要的情况下，压力室11A可以有两个或更多的出风口16，例如，形式为所述狭槽。出风口16的形式也可以是设置成排的、一个接一个的若干小窗口。出风口16的狭长形状导致来自热交换器15的冷却空气与在模拟器1内循环的其余空气之间均匀地换热。

出风口16可以为压力室11A中的纯粹的切口形式，或者出风口16可以具有适当的空气动力学形状21，这确保在预定的方向中引导排出的冷却空气。同时，这样的空气动力学形状21可以增加空气通过的平稳度。在出风口16是多个成排布置的较小窗口的形式的情况下，每个窗口都可以为适当的空气动力学形状21。

在本发明的一些实施例中，出风口16设置为距喷嘴8边缘至少2米，从而保证了冷空气和暖空气的及时且混合均匀。

压力室11A的一个内壁(通常位于冷却区域11B的底部的内壁)可以有利地包括凹槽(图中未示出)，所述凹槽设置为以捕获逸出的冷凝水滴。这样防止冷凝物被流动空气随机带走，从而从压力室11A排出，这可能再次导致飞行室3中操作模拟器1的使用者感到不适。

图3显示了自由落体模拟器1的一个替代的实施例，与图1中的模拟器相比有几个不同之处。最重要的是，图3中模拟器1的风洞系统2只有一个环路2B。如前所述，可以有任意数量的环路2A、2B，该数量是根据具体需要和每个模拟器1的大小来选择的。图1和图3中的模拟器之间的第二个区别是，在图3中，冷却系统11取向为垂直方向。相比之下，图1中的冷却系统11取向为水平。如前所述，原则上冷却系统11的任何取向都可以。同样，可以将冷却系统11安装在风洞系统2的不同部分中，即在风洞系统2的上部水平段4C、垂直段4A、4B或下部水平段4D中。图1说明了冷却系统11的一个特别有利的位置，该位置位于垂直段4A、4B与下部水平部分4D之间过渡处的拐角处。图3是冷却系统11在垂直段4A、4B的下四分之一的有利位置的另一个示例。图3中的模拟器1也是进口窗17A和出风口16都位于压力室11A的同一个壁中的一个实例。

应注意的是，图3是更加示意性的并且因此其没有详细地示出存在于热交换器15周围的压力室11A的壁。然而，在这种情况下，压力高于大气压力的压力室11A也是由混凝土或其他上述材料制成的。

此外，已经证明，在使用位于风洞系统2内的有效冷却系统11时，从模拟器1引出的热量相当显著的。因此，已证明对于一些模拟器1来说，出于实用目的，将来自模拟器1的余热引入建筑物100是可取的。因此，自由落体模拟器1不仅用于训练和娱乐目的，而且还用于热量回收的目的，其结果是在安装模拟器1的建筑物100中节省能源，从而降低了建筑物100的标准操作的总成本。

图1以一般和示意的方式描绘了热回收回路。更详细的描绘如图4所示。模拟器1的冷却回路包括两个单独回路，即内部冷却回路30和外部冷却回路40。内部冷却回路30包括冷却管系统，该冷却管系统包含适当的冷却剂，例如水、乙二醇等。内部冷却回路30的冷却剂经过热交换器15，在此其从风洞系统2中循环的热空气中吸收热量。在热交换器15中，内部冷却回路30的管道适当地向外分支，以便形成与经过的空气接触的最大可能的表面。

在内部冷却回路30内，冷却剂从热交换器15被引导到压缩机单元15A，在此所述冷却剂将其热量传递到外部冷却回路40。外部冷却回路40也包括含有冷却介质的管道系统。外部冷却回路40可以使用油、氟里昂，也可以基于另外的冷却介质。在外部冷却回路40内，累积的热量直接被引至室外冷凝单元15B并辐射到大气中，和/或可将其部分用于回收单元15C，作为建筑物100的实用热。因此，外部冷却回路40可以以允许适当的热传递(例如，用于将水加热)的方式与建筑物100的热系统接触。整个冷却回路可被配置成优先利用回收回路。在建筑物100中从模拟器引来的热量没有适当的用途的情况中，则可将余热引到室外冷凝单元15B，热量由此释放到周围环境中。

图4和图1中的虚线表示冷气流，而实线则表示暖气流。因此，内部冷却回路30中的虚线表示来自流动空气的热量传递到冷却剂之前的冷却剂，而内部冷却回路30中的实线则表示热量已经传递到冷却剂之后的冷却剂。类似地，外部冷却回路40中的实线表示冷却介质将其热量传递(到环境或作为回收的一部分)之前的冷却介质，而虚线则表示失去热量之后的冷却介质。

如前所述，在建筑物100中，累积的热量可用于加热工艺用水或房间。这种方法被认为是最经济的，因为到目前为止，来自模拟机1的热量仅以不受控制的方式释放到建筑物外的周围环境中。在当前系统中，这种不受控制的热量释放既在开放式冷却系统中，通过风洞系统的开口直接发生，也在封闭式冷却系统中间接发生，其中来自室外冷凝单元15B的热量自由释放到环境中。因此，所公开的技术方案的优点之一是在外部冷却回路40中选择添加回收单元15C，并且部分利用余热。

Claims (10)

1.一种自由落体模拟器(1)，其包括：

-风洞系统(2)；

-飞行室(3)，其连接到所述风洞系统，使得所述风洞系统和所述飞行室允许循环空气能够持续流动，以及

-冷却系统(11)，其用于冷却在所述风洞系统中循环的空气，其中，所述冷却系统包括：

-进风口(17)，其用于将在所述风洞系统中循环的一部分空气吸入；以及

-至少一个热交换器(15)，其包括冷却剂；以及

-至少一个出风口(16)，其适于使冷却空气通过所述至少一个出风口离开所述冷却系统；

其特征在于，所述冷却系统(11)进一步包括：

-封闭式压力室(11A)，其包括冷却区域(11B)，其中，所述冷却区域(11B)中的压力高于大气压力，以及

-至少一个辅助风扇(14)，其配置为保持所述压力室(11A)的冷却区域内的压力高于大气压力，

其中，所述至少一个热交换器(15)位于所述封闭式压力室(11A)内，以使得在所述冷却区域(11B)中进行所述循环空气的冷却。

2.根据权利要求1的自由落体模拟器(1)，其适合于使得在所述热交换器(15)中冷却的空气在朝向所述冷却区域(11B)的内部的方向中离开所述热交换器。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的自由落体模拟器，其特征在于，所述封闭式压力室(11A)包括设置有至少一个进口窗(17A)以及至少一个出风口(16)，使得所述进风口(17)位于所述进口窗(17A)内，而且使得所述冷却空气通过所述出风口(16)离开所述冷却区域(11A)。

4.根据权利要求3的自由落体模拟器(1)，其特征在于，所述热交换器(15)的出口设置成使得朝向所述压力室的壁中的一个输出来自所述热交换器的冷却空气，其中，朝向其输出所述冷却空气的所述壁都不包括出风口(16)。

5.根据权利要求3至4中任一项所述的自由落体模拟器(1)，其特征在于，所述出风口(16)是狭槽，其延伸跨过所述压力室(11A)的壁中的一个，且跨过所述风洞系统的整个宽度。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的自由落体模拟器(1)，其特征在于，所述出风口(16)具有适合在预定方向引导所述冷却空气的空气动力学形状(21)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的自由落体模拟器(1)，其特征在于，在所述风洞系统(2)和所述飞行室(3)中循环的空气的温度由封闭式冷却系统调节。

8.根据前述权利要求中任一项所述的自由落体模拟器(1)，其特征在于，所述冷却系统(11)位于所述自由落体模拟器的下部水平段(4D)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的自由落体模拟器(1)，其特征在于，所述风洞系统(2)包括具有至少一个风扇(6)的至少一个环路(2A，2B)，以及其中，所述冷却系统(11)在所述循环空气的方向中位于所述至少一个风扇后面。

10.一种根据前述权利要求中任一项所述的自由落体模拟器(1)的用途，其用于向建筑物(100)提供热量，其中，在所述风洞系统(2)中和所述飞行室(3)中循环的空气的温度由封闭式冷却系统调节。

Images