"Erich Becht - Buenos dias Argentina" (Watch on YouTube)

17.12.2006 12:55

В то время как авиапроизводители стараются повысить экономичность своих самолетов, инженер Роберт Хант работает над созданием летательного аппарата, который вообще не будет расходовать никакого топлива. Его самолет сможет летать только за счет взаимодействия подъемной силы с силой притяжение – так же, как это делают аэростаты и планеры.

Сама идея длительного полета без использования топлива выглядит несколько фантастично, не говоря уже о создании аппарата, способного осуществлять таким образом коммерческие авиаперевозки. Легкие планеры могут находиться в воздухе практически неограниченное время, используя для этого восходящие воздушные потоки. Однако дальний перелет между двумя определенными пунктами является для них очень сложной задачей, требующей от пилота изрядного мастерства и определенной доли везения. Да и запуск подобных устройств сопряжен с определенными трудностями: чтобы оторваться от земли, планерам требуется либо крутой высокий склон, либо специальное разгоняющее устройство, например, лебедка или автомобиль. Зато если оснастить планер двигателем, получится самолет, лишенный этих критических недостатков. Поднимать грузы в воздух с нулевыми энергозатратами умеют аэростаты, но, в отличие от планеров, они неспособны двигаться против ветра. Чтобы использовать аэростат в качестве транспортного средства, придется добавить к нему двигатель, получив дирижабль.

А что если скрестить планер и аэростат? Именно эта идея легла в основу концепции «гравитационного самолета», которую разрабатывает инженер Роберт Д. Хант (Robert D. Hunt) из компании Hunt Aviation. Как утверждает изобретатель, его аппарат сможет совершать полеты, используя в качестве источника энергии силу земного притяжения: никаких лопастей и реактивных турбин!

Проектируемый «гравилет» представляет собой конструкцию из двух массивных баллонов вытянутой формы, соединенных между собой треугольным монокрылом и хвостовым стабилизатором. К краям монокрыла крепятся длинные крылья, способные складываться вдоль корпуса для перехода в режим пикирования. Баллоны наполнены гелием, в результате чего самолет становится менее плотным, чем окружающий его воздух, по сути, превращаясь в аэростат. При этом возникает подъемная сила, порождаемая чисто гравитационными эффектами. Давление среды компенсирует вес аппарата и начинает выталкивать его наверх. Вместо того, чтобы закачивать в резервуары гелий, можно, напротив, откачивать из них воздух, создавая внутри искусственный вакуум. Этот метод позволяет достичь большей подъемной силы, однако он гораздо сложнее с технической точки зрения: оболочка баллонов должна быть очень крепкой, иначе давление атмосферы ее просто раздавит. Роберт Хант предполагает использовать смешанную схему – вакуум создается в твердых и прочных ячейках, которые помещаются внутрь мягкой оболочки, наполненной летучим газом. Подобная компоновка позволит достичь некоторого компромисса между подъемной силой вакуума и технологической простотой резервуара с газом.

Поднявшись на необходимую высоту, самолет заполняет баллоны забортным воздухом, становясь более плотным, нежели окружающая его атмосфера. В результате он начинает падать под действием все той же гравитации. Вначале снижение происходит в режиме пикирования, со сложенными крыльями – это необходимо для того, чтобы самолет мог набрать некоторую скорость, позволяющую ему меньше зависеть от направления воздушных потоков. Завершив разгон, аппарат раскладывает крылья и переходит к горизонтальному планирующему полету в нужном направлении. В качестве маневровых двигателей используются реверсивные ветряные турбины, расположенные на концах крыльев. Они же работают как генераторы, заряжающие аккумуляторные батареи.

Концепция выглядит красиво и многообещающе, однако она упирается в довольно значительные технологические трудности. Чтобы вакуумно-газовые резервуары могли компенсировать вес аппарата при взлете, он должен быть очень легким. В то же время, конструкция должна обладать необходимой прочностью для того, чтобы выдержать нагрузки, возникающие при пикировании и планировании. По мнению Роберта Ханта, современные композитные материалы вполне позволяют достичь приемлемых показателей по соотношению прочности и веса. Согласно его расчетам, «гравилеты» смогут подниматься на высоту до 30 км, неся на борту до 1000 тонн полезного груза. И все это без использования дорогостоящего и загрязняющего окружающую среду топлива.

На веб-сайте компании Hunt Aviation можно посмотреть видеоролик, подробно объясняющий концепцию «гравилета» (приготовьтесь выслушать заодно и очень скучное музыкальное сопровождение).

Взято отсюда.

***

Добавлю от себя, что настоящий автор идеи - Герберт Уэллс. У него есть рассказ под названием "Филмер". Лично я пытался получить патент на похожую штуку. Патента мне не дали (видимо из-за похожести на "вечный двигатель" - такие вещи не патентуют "из прынцыпа"). Но заявка с печатью сохранилась. Проблемой является, где найти "бабло" на постройку - экспериментальный образец будет стоить от $3.000.000. В любом случае речь идет о сумме с шестью нулями - некоторые компоненты очень дорогие. В сарае я его не сделаю. Причем мой проект не потребует таких супертехнологий, как у Ханта.

Собственно говоря, мой проект - и есть в некотором роде "вечный двигатель" как и проект Ханта. Что такое гравитация, наука не знает до сих пор. Совпадение гравитационной и инерционной масс воспринимаются как приятный сюрприз.

Приведу пример. Висит вертолет над землей и крутит пропеллером. С точки зрения физики он не выполняет никакой работы. (Он не двигается; A=F*S). В технике считают не так; там умножают мощность на время работы (и правильно делают:)). Потому что если вертолет выключит двигатели, он окажется на земле (мягкая будет посадка или жесткая - не суть важно). Значит, он все - таки совершает полезную работу по поддержанию себя в воздухе. Гелиевый дирижабль может проделывать то же, что и вертолет без затрат горючего. Работа тоже совершается (выпусти газ и дирижабль - на земле).

Для совершения работы не обязательно расходовать энергию. Работа - это не расход энергии, а энергообмен. Работу против сил гравитации совершает даже стол, на котором стоит гиря. А=P*t. Р-мощность гравитационного поля. Сломай стол - и гиря на полу. Надо только знать, как эту работу "добыть". Хант знает, как, я знаю еще два варианта. Я считаю, что мои варианты лучше, т.к. они могут работать и без гравитации. В чем они заключаются, скажу, когда будет патент или контракт. Самый гениальный изобретатель в истории дожен быть и самым богатым:) (мне плиз таблетку от жадности, только побольше, побольше!).

Между прочим:
1 Юпитер и Сатурн излучают в пространство больше энергии, чем получают от Солнца. Ученые не понимают, как такое может быть. Ядерных реакций там, вроде, нет.
2 Астрономы говорят, что Вселенная не просто расширяется - она еще и ускоряеся. Чем не "вечный двигатель"?

Upd. Довольно забавно наблюдать, когда мне начинают объяснять, что это тепловая машина. Причем вроде технически грамотные (с виду) люди. Такие люди искренне считают, что все, кто утверждает о возможности вечного двигателя - полные лохи в физике. Самое смешное, что эти люди сами не понимают, что такое тепловая машина и почему ее кпд не может быть выше 100%. А вот если аппарат Ханта рассматривать как тепловую машину, то кпд может быть выше 100%, потому что это - сравнение члена с пальцем (пардон за мой французский). Подъемная сила, а за ней и работа архимедовой силы не имеет прямой связи с работой по сжижению гелия, но это отказываются понимать.

Upd.2 Статья на "Мембране" о том же, с обсуждением.

Flat | Top-Level Comments Only

С точки зрения современной физики.

Физика у нас одна - та, что предоставлена природой, - и она всегда современная.

Работа - это строго определённый термин. Менять термины, нарушая совместимость с другими теориями - это гарантированный геморрой и непонимание. Если возникает нужда в новой величине, ей придумывают новое название, а не изменяют старое.

В общем цикле - бесплатная

Бесплатно (в идеале) может быть только квазистатический (исключающий потери на сопротивление воздуха) подъём и спуск, без горизонтального перемещения. Тогда общая работа гравитационного поля будет равна нулю.

Но, так как планер будет двигаться, ему придётся тратить часть потенциальной энергии на преодоление лобового сопротивления (т.е. на перемещение воздуха). Этой части ему и не хватит, чтобы наполнить баллоны в следующем цикле.

Не геморрой. В технике работу так и считают, мощность - на время. Тут вопрос просто определения, а не формулы.

При смене высоты горизонтальная траектория не имеет никакого значения - на работу силы_тяжести/архимедовой_силы она не влияет. Горизонтальные перемещения планеров - совершенно бесплатные.

Горизонтальные перемещения планеров - совершенно бесплатные.

Агащаз... Горизонтальное перемещение - это основная часть энергобаланса любого планера/самолёта. Непосредственно на преодоление силы тяжести тратится только та часть, что соответствует индуктивному сопротивлению (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B5_%D1%81%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_(%D0%B0%D1%8D%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D0%B0)), и она может быть сделана относительно малой. Всё остальное уходит на преодоление паразитного сопротивления, сопротивления трения и (в скоростных аппаратах) волнового сопротивления (т.е. банально в энергию звука).

Самолет похож на планер только в режиме планирования. Кто говорил, что лобовое сопротивление не замедляет? Но это не делает горизонтальный полет планера небесплатным. Он спустится на ту же высоту, что и поднялся. Энергобаланс - ноль. Горизонтальное перемещение - бесплатный бонус. Понимейт?

Боюсь, вы неверно себе представляете энергобаланс планера - либо кто-то вам неверно рассказал, либо вы неаккуратно считате. До того, как стать авиамоделистом (а затем авиасиммером), и потрогать/посчитать всё самому, я тоже многое представлял неправильно :)

Если владеете английским, могу порекомендовать учебник практической аэродинамики и самолётовождения (http://www.av8n.com/how/), где подробно рассматриваются все эти вопросы и, что примечательно, распространённые заблуждения. В частности, тема управления энергией наглядно рассмотрена тут (http://www.av8n.com/how/htm/4forces.html) и тут (http://www.av8n.com/how/htm/energy.html).

Я просто упрощаю, не меняя сути. Планер, поднятый вертикально за хвост на вертолете и пущенный в пике с последующим переходом в горизонтальный полет - все равно планер. Энергия, затраченная на подъем на высоту равна работе при спуске с высоты. Но только вертикальная. Горизонтальное перемещение - все равно бесплатный бонус:) Горизонтальная кинетическая энергия будет быстро съедена индуктивны сопротивлением.

Это упрощение до полного исчезновения сути, увы.

Если бы планер не совершал работу по горизонтальному перемещению, то после снижения вся его потенциальная энергия (P=mgh) превратилась бы в кинетическую (K=mv^2/2). По достижении земли планер бы летел как метеорит, с огромной скоростью. Посчитайте, какую скорость должен получить планер массой 500 кг, скатившийся с высоты 1000м.

Но в реальности планер летит с постоянной скорость скоростью, что на высоте, что у земли. Это значит, что потенциальная энергия не превратилась в кинетическую. Ну и куда же она исчезла тогда?

Ответ: в основном ушла на преодоление лобового сопротивления. Формула простая:

Сила сопротивления * расстояние полёта = работа по горизонтальному перемещению.

Кинетическая энергия планера у земли - это жалкие остатки той потенциальной энергии, что планер имел в верхней точке.

Вижу технического человека. Такой же "неверующий Фома" как технолог с моей прошлой работы:)

Нет исчезновения сути. Работа по перемещению mgh не имеет отношения к скорости. Так что все по-честному.

>>Сила сопротивления * расстояние полёта = работа по горизонтальному перемещению.

Не-а. Это работа по общему перемещению с момента начала планирующего полета. Ее совершает против силы сопротивления равнодействующая силы тяжести и силы реакции среды (направленная перпендикулярно плоскости крыла). В каждой точке траектории равнодействующая считается как их векторная сумма по теореме Пифагора.

Горизонтальное перемещение происходит под действием проекции этой равнодействующей на горизонтальную ось и является _абсолютно_бесплатным_.

Предлагаю объяснить, почему за то, что безмоторному планеру достаётся бесплатно, моторному планеру (АКА самолёту) приходится платить?

Самолет платит совсем за другое - за возможность оставаться на одной высоте. За то, чем он отличается от планера.

Вот именно. Самолёт платит топливом, получая возможность не расходовать потенциальную энергию (т.е. высоту). Планер платит потенциальной энергией (высотой), получая возможность не расходовать топливо.

>>Сила сопротивления * расстояние полёта = работа по горизонтальному перемещению.
> Не-а. Это работа по общему перемещению с момента начала планирующего полета.

Под "расстоянием полёта" имелась ввиду горизонтальная составляющая, т.е. длина маршрута L. Полное перемещение S будет равно гипотенузе треугольника с катетами L и h, т.е. S = sqrt(L^2 + h^2). Грубо говоря, часть потенциальной энергии уходит на преодоление L, часть - на преодоление h. Никакой бесплатности нет. Бесплатно было бы, если бы планер летел по баллистической кривой в безвоздушном пространстве.

Ее совершает против силы сопротивления равнодействующая силы тяжести и силы реакции среды (направленная перпендикулярно плоскости крыла)

Против силы сопротивления работает равнодействующая силы тяжести и подъёмной силы. Это очень легко видеть, если аккуратно разобраться.

На планер в движении действуют всего 2 "фундаментальные" силы: сила тяжести P и аэродинамическая сила A. Последняя раскладывается на 2 компоненты:
сила сопротивления X, параллелльная вектору воздушной скорости и направленная назад, и подъёмная сила Y, перпендикулярная вектору воздушной скорости и направленная вверх.

Так как планер летит со снижением, вектор воздушной скорости направлен вперёд-вниз относительно земли, под углом arctan(K) (К - аэродинамическое качество). Это значит, что и вектора X и Y, связанные с вектором скорости, наклонены на тот же угол относительно вектора силы тяжести P, связанного с зёмлёй.

А этот наклон означает, что у сил P и Y появляется равнодействующая F, направленная вперёд-вниз. Исходя из того, что планер движется прямолинейно и равномерно, без ускорения, легко видеть, что сила F обязана уравновешивать силу сопротивления X (других сил нет).

Таким образом, равнодействующая F = P + Y и является тем "двигателем" планера, который заставляет его двигаться вперёд, преодолевая сопротивление среды. Она и совершает всю работу - и, в силу того, что L >> h, и того, что F || L (почти), это в основном работа по перемещению L, а не h.

На планер в движении действуют всего 2 "фундаментальные" силы: сила тяжести P и аэродинамическая сила A.

Добавлю, что P = -A, в силу условия равномерности и прямолинейности движения.

Еще раз: подняли вертикально планер. потратили энергию mgh. Спустился по траектории длиной S=sqrt(sqrL+sqrh). S>h. Cовершена работа mgS>mgh?

Кто не путает других, тот путается сам

Вечный двигатель Ханта

17.12.2006 12:55

(frozen) (no subject)

(frozen) (no subject)

(frozen) (no subject)

(frozen) (no subject)

(frozen) (no subject)

(frozen) (no subject)