Messung des Windwiderstands von Hypedome im Windkanal

"Es ist wunderschön... aber wie dauerhaft oder?" Wie Sie vielleicht wissen, sind Hypedomes rahmenlose, selbsttragende geodätische Kuppel Strukturen aus massivem Polycarbonat. In unserer völlig klaren Version sehen sie wunderschön, sehr leicht und fast zerbrechlich aus. Genau aus diesem Grund werden wir oft gefragt, ob Hypedomes den Anforderungen des Marktes standhalten können. starke Winde...

Beginnen wir mit ein wenig Wissenschaft - die Stärke einer geodätischen Kuppel ergibt sich aus ihrer fachwerkähnlichen Struktur, die Spannungen und einwirkende Kräfte über die gesamte Oberfläche verteilt. Dadurch ist die Kuppel in der Lage, für ihre Größe schwere Windlasten zu verkraften. Lesen Sie weiter, um mehr über die Struktur von geodätischen Kuppeln zu erfahren und wie wir die Windbeständigkeit von Hypedome mit hervorragenden Ergebnissen getestet haben.

Das Inhaltsverzeichnis:

• Die außergewöhnliche Stärke der geodätischen Kuppeln
• Hypedome im Windkanal auf Herz und Nieren geprüft
• Der Windkanal des Instituts für Luftfahrt
• Bau unserer geodätischen Kuppel im Windkanal
• Der Kontrollraum des Instituts für Luftfahrt
• Durchführung der Hypedome Windwiderstandstests
• Forschungsbericht und Ergebnisse

Wussten Sie, dass die erste Geokuppel in den 1920er Jahren in Jena gebaut wurde, um ein Planetarium von Carl Zeiss unterzubringen? Es war jedoch der amerikanische Erfinder und Architekt Buckminster Fuller, der sie zwanzig Jahre später populär machte. Er passte das Kuppeldesign an alle möglichen Verwendungszwecke an, darunter Wohnungen, Hörsäle, Wetterobservatorien, Radarstationen, Lagerräume und vieles mehr.

Fuller erkannte, dass Kuppeln eine bemerkenswerte Stärke und Haltbarkeit für ihr Gewicht. Ihre dreieckigen und sechseckigen Oberflächen sorgen für sehr stabile Strukturen, und als Halbkugeln umschließen sie das größte Volumen auf der kleinsten Fläche. Daher bieten Kuppeln im Vergleich zu herkömmlichen Gebäuden eine sehr viel effizientere Nutzung von Materialien.

Also... wir wussten bereits, dass die Windbeständigkeit unseres Hypedomes hervorragend ist. Nicht nur, weil geodätische Kuppeln von Natur aus sehr langlebig sind, sondern auch, weil wir für alle Kuppeln in unserem Angebot gründliche technische Berechnungen durchführen. Und lange bevor wir unsere Hypedomes auf den Markt brachten, haben wir sie unter allen möglichen Wetterbedingungen getestet, einschließlich starker Winde in sehr exponierten Lagen.

Die enorme Stärke von Hypedomes wurde von mehreren unserer Kunden bestätigt. Anfang 2022 wurde das Vereinigte Königreich vom Sturm Eunice heimgesucht, einem der stärksten Stürme an der Südküste Englands seit dem großen Sturm von 1987. Er stellte sogar einen neuen Rekord für die schnellsten in England gemessenen Windböen auf. Eunice verursachte landesweit große Schäden an Gebäuden und Bauwerken. In London zum Beispiel wurden große Teile des Stoffdaches der O2-Arena komplett weggerissen.

Damals schickte uns unser Kunde Colin aus Kent diese Nachricht über seine den Windwiderstand der Kuppel:

Colin war nicht der einzige, der einen Bericht über den Windwiderstand des Hypedome vorlegte. Milli von Stamm-Garne Life, die ihren Hypedome auf einem Hausboot auf der Themse in London installiert hat, teilte auf Instagram mit, wie er sich während des Sturms Eunice geschlagen hat:

Und hier sind einige Rückmeldungen, die wir von anderen Kunden bei verschiedenen windigen Gelegenheiten erhalten haben: 

"Charlene und ich saßen gestern Abend in ihr [der Kuppel], wir hatten sehr starken Wind, und sie hat sich nicht bewegt. Wir lieben sie, wir haben gestern Abend ein paar Fotos an Familie und Freunde geschickt, und es sieht so aus, als ob wir über die Feiertage noch ein paar Besucher mehr haben werden." - Mike aus Brooklyn, MI, USA.

"Ob es sich um Einheimische handelt, die die Natur genießen und sich vor dem 50-Meilen-pro-Stunde-Wind schützen wollen, oder um Besucher, die einfach nur einen unterhaltsamen Ort suchen, an dem sie anhalten und ein Buch lesen oder ein schnelles Mittagessen zu sich nehmen können, bevor sie sich auf den Weg in den Yellowstone-Nationalpark machen - es ist wirklich eine Option für jeden und jede". - Ryan Hauck, geschäftsführender Direktor des Park County Travel Council für Cowboy State Daily.

"Es ist erstaunlich und so robust. Wir hatten Hagel, Orkanböen und starken Regen an einem Tag, und es war, als ob draußen nichts passiert wäre - erstaunlich." - Hip Hip Events aus Bristol, UK.

"Unser Hypedome, der im April 2020 gebaut wurde, hatte bisher keine Probleme mit Wind. Wir befinden uns an der schottischen Grenze und wurden letztes Jahr auch von Arwen hart getroffen." - Chris aus Schottland.

Trotz all der vorangegangenen Tests und des Kundenfeedbacks wollten wir dennoch sehen, wie sich unsere Hypedomes in einem Extremwind-Szenario - so wie Fuller in den 1950er Jahren, als er eine Haltbarkeit Test an einer verankerten Kuppel. (Fuller stellte fest, dass die Kuppel einen Tag lang einen gewaltigen Propellerstoß der beiden 3.000-PS-Motoren eines verankerten Flugzeugs unbeschadet überstand).

Da wir keinen Zugang zu einem verankerten Flugzeug hatten, entschieden wir uns für eine noch wissenschaftlichere Herangehensweise und führten einen eintägigen Windkanaltest durch, um unser Ziel genau zu ermitteln. den Windwiderstand der Kuppel.

Was ist ein Windkanal, werden Sie sich fragen? A Der Windkanal ist eine große Testanlage wird verwendet, um die Auswirkungen von Luftbewegungen über einem Objekt wie einem Flugzeugflügel, einer Autokarosserie oder... in unserem Fall einer Kuppelkonstruktion zu untersuchen. Es handelt sich im Grunde um eine lange, schmale Kammer, durch die Luft mit verschiedenen Geschwindigkeiten geblasen wird, um die Bedingungen zu simulieren, denen das Testobjekt im Flug, in Bewegung oder bei Wind ausgesetzt wäre.

Forscher nutzen Windkanäle, um Modelle von Flugzeugen, Autos, Gebäuden und anderen Strukturen zu testen, die von der Luftströmung beeinflusst werden. Formel-1-Teams nutzen Windkanäle, um den aerodynamischsten Rennwagen zu entwickeln, und professionelle Skispringer verwenden sie, um ihre Sprungtechnik zu verbessern.

Unser Auftrag war es, zu testen wie haltbar unsere Hypedome S ist gegen starken Wind. Wir wollten nicht ein verkleinertes Modell testen, sondern das eigentliche Produkt im Maßstab 1:1 - eines der Modelle, die wir auch an unsere Kunden versenden.

Es war nicht einfach, in Europa einen Tunnel mit einem Prüfstand zu finden, der groß genug für den Hypedome S war. Schließlich fanden wir einen am Institut für Luftfahrt in Warschau, Polen, das zum Lukasiewicz-Forschungsnetz gehört.

Ihr Tunnel bietet einen kontinuierlichen geschlossenen Kreislauf in einem Raum mit 5 m (16,4 ft) Durchmesser. Er wird von einem 5,6-MW-Motor angetrieben und erreicht Luftströmungsgeschwindigkeiten von bis zu 90 m/s, was ihn zu einem der weltweit führenden aerodynamischen Tunnel für so genannte "niedrige Geschwindigkeiten" macht ("niedrig" bedeutet Unterschallgeschwindigkeit, die immer noch extrem schnell sein kann).

Wir müssen zugeben - der Tunnel war atemberaubend! Wir hatten das Glück, einen kompletten Rundgang durch die Anlage machen zu können. Der futuristische, rohe Look aus Beton, gepaart mit dem riesigen Propeller einer Windturbine, gab uns das Gefühl, auf der Bühne des Films Blade Runner zu stehen.

Der Tunnel wurde bereits als Bühne für Musikvideoclips und als Kulisse für eine Modenschau genutzt.

Können Sie sich vorstellen, einen Hypedome in einem Windkanal zu bauen? Es war eine außergewöhnliche Erfahrung. Der Prüfstand, auf dem wir die geodätische Kuppel befand sich 5 m über dem Boden und in der Mitte zwischen zwei offenen Teilen des Tunnels. Aus diesem Grund musste unser tapferes Hypedome-Team während der gesamten Bauzeit Sicherheitsgurte und Schutzhelme tragen.

Da sich der Arbeitsbereich auf einer erhöhten Plattform befand, war aus Gründen des Gesundheitsschutzes und der Sicherheit Schutzkleidung erforderlich. Ja, natürlich, Beim Selbstbau eines Hypedome-Bausatzes unter typischen Bedingungen - auf dem Boden - ist es absolut nicht notwendig, eine Sicherheitsausrüstung zu tragen..

Alle Teile des Hypedome S Clear wurden mit einem Kran auf die Arbeitsplattform gehoben, und nach etwa fünfstündiger Montage war die Kuppel fertig und wurde mit Deckschrauben auf dem Prüfstand befestigt.

Für diesen Test haben wir das Verankerungsmaterial verwendet, das mit jedem Hypedome Standard geliefert wird. Geodom-Bausatz. Sie besteht aus 19 Verankerungsfüßen - einer Mischung aus Polycarbonat und L-förmigen Klammern aus Edelstahl -, die mit Edelstahlschrauben an der Kuppel und mit Deckschrauben am Prüfstand befestigt wurden. 

In einem separaten Versuch haben wir auch unser Schwerlastverankerungsset getestet, das mit L-förmigen Halterungen aus Edelstahl ausgestattet ist.

Wenn Sie das Glück hatten, das Kennedy Space Center zu besuchen (oder wenn Sie den Film Apollo 13 gesehen haben), haben Sie eine gute Vorstellung davon, wie ein Raumfahrtkontrolldeck aussieht. Der sichere Kontrollraum im Aviation Institute sieht ähnlich aus, mit mehr als einem Dutzend Bildschirmen, die mit Daten, Diagrammen und mehreren Kameraansichten aus verschiedenen Blickwinkeln gefüllt sind. Er befindet sich nur wenige Meter von der Plattform entfernt und überblickt das gesamte Testgelände.

Ida, unsere Produktmanagerin, tut so, als würde sie die Windkanalanlage in Betrieb nehmen

Das Hypedome-Team versammelte sich zusammen mit dem Expertenteam des Instituts für Luftfahrt im Kontrollraum, wo wir alle Tests beobachteten. 

Zunächst führten wir einen Test bei niedriger Geschwindigkeit mit einem Nebelgenerator durch, der es uns ermöglichte, die Windströmung um die Kuppel zu beobachten. So konnten wir feststellen, wie aerodynamisch die Kuppel war und wie gleichmäßig die Luft um die Form der Halbkugel strömte und keinerlei Turbulenzen verursachte.

Nach den Visualisierungsläufen haben wir eine Reihe von Belastungstests für Windgeschwindigkeiten zwischen 60-120 km/h (37-74 mph). Die Kuppel stand völlig still und schien die schwierigen Bedingungen um sie herum nicht zu bemerken.

Schließlich führten wir mehrere wiederholte Tests für anhaltende Windgeschwindigkeiten von 100-150 km/h (62-93 mph). Die Tests wurden mit einer Standardverankerung und einer Schwerlastverankerung durchgeführt. In beiden Fällen blieb die Kuppel vollkommen ruhig. Sie bewegte sich keinen Zentimeter, und alle Teile und Platten waren völlig intakt.

Sie können sich selbst davon überzeugen, wie der Hypedome diese Hochgeschwindigkeits-Windtests bewältigt hat. Im Video unten sehen Sie die aktuelle Windgeschwindigkeit auf dem Anemometer mit den roten Ziffern - sie wird in km/h angezeigt. Die leichten Vibrationen der Kuppel, die Sie bemerken werden, werden durch die Vibration der gesamten Plattform verursacht, nicht durch die Kuppel selbst. Selbst im leeren Zustand bewegte sich die gesamte Plattform (mit den Maßen 5 m x 6,5 m) ein wenig, wenn sie hohen Windlasten ausgesetzt war.

Der Windwiderstand der Kuppel Tests wurden erfolgreich abgeschlossen, so dass der Hypedome S Clear die Tests zur realen Windgeschwindigkeit bestanden. Dieses positive Ergebnis wurde durch den offiziellen Bericht des Aerodynamischen Forschungslabors bestätigt, das Teil des Lukasiewicz-Forschungsnetzes am Institut für Luftfahrt ist.

Um auf die ursprüngliche Frage zu Hypedome's zurück zu kommen HaltbarkeitWir freuen uns, bestätigen zu können, dass unsere Kuppeln auch rauen Wetterbedingungen - wie starkem Wind - standhalten können. Vorausgesetzt, sie sind ordnungsgemäß verankert, alle Öffnungen sind geschlossen und sie werden gut gewartet, wie wir es empfehlen.

Nicht nur technische Berechnungen und das Feedback unserer Kunden geben uns die Gewissheit, dass wir ein gutes Produkt herstellen. Es ist auch das positive Ergebnis der strengen Tests, die wir in einem riesigen Windkanal durchgeführt haben.

Während die Form aller geodätischen Kuppeln ähnliche aerodynamische Eigenschaften aufweist, sind es die Konstruktion und Qualität der verwendeten Materialien die den Unterschied ausmachen. Wenn Sie sich für Hypedome entscheiden, wählen Sie eine Qualität, die gründlich getestet wurde und die wir beweisen können.

Wenn es draußen stürmt, müssen Sie sich also keine Sorgen um Ihren schönen Hypedome machen. (Passen Sie aber auf Ihre anderen Gartenstrukturen auf!)

*Disclaimer:

Hypedomes sind sehr robuste, leichte Strukturen, die für den Einsatz im Freien konzipiert sind (zum Beispiel als Gartenhülse) und starken Winden von 120 km/h (74 mph) standhalten. Es liegt in der Verantwortung des Benutzers, die Kuppel ordnungsgemäß zu sichern und sicherzustellen, dass sie in gutem Zustand bleibt. Wir können keine Garantie für die Sicherheit oder Leistung der Kuppel übernehmen, wenn sie nicht ordnungsgemäß gesichert oder gewartet wird.

Um das Risiko zu minimieren, dass Ihr Hypedome durch den Wind beschädigt wird, gehen Sie bitte wie folgt vor:
- Vergewissern Sie sich, dass alle L-förmigen Halterungen ordnungsgemäß verankert sind und die Bolzen oder Pfähle fest sitzen.
- Überprüfen Sie, ob die Fensterscheibe (falls vorhanden) und die Reißverschlusstür fest sitzen und sicher geschlossen sind - es ist wichtig, dass Ihr Hypedome geschlossen bleibt, wenn er nicht benutzt wird.
- Überprüfen Sie die Kuppel regelmäßig auf Beschädigungen und führen Sie punktuelle Prüfungen des festen Sitzes der Schrauben durch.
- Befolgen Sie weitere Richtlinien aus dem Hypedome-Wartungshandbuch.