"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

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?

Дано: планер массой m=100кг, движущийся с постоянной скоростью v=10м/с (~36км/ч), снижается с высоты h=1000м до земли.

Энергия планера в начале пути:
E0 = mgh + mv^2/2 = 980 кДж + 5 кДж = 985 кДж

Энергия планера в конце пути:
E1 = mgh + mv^2/2 = 0 кДж + 5 кДж = 5 кДж

Куда делись 980 кДж? Почему они не перешли в кинетическую энергию (как должны были, если бы планер летел или катился под горку без трения)?

>>>Бесплатно было бы, если бы планер летел по баллистической кривой в безвоздушном пространстве.

Это что, шутка? Все абсолютно наоборот. Именно реакция среды и создает бесплатный бонус. При баллистическом полете нет никакой бесплатности. Ни в атмосфере ни без атмосферы. Просто нулевой баланс.

Да, подъемная сила=сила реакции среды. Как сила реакции опоры. Другое название того же самого.
Скорость может и уменьшаться и увеличиваться в зависимости от угла снижения.

Причина того, что L>>h - восходящие воздушные потоки, которые использует планер. Отношение подъемной силы к весу у планеров больше, чем у самолета.

проекция векторной суммы Р+Y на вертикальную ось перемещает по h, проекция на горизонтальную ось - по L. Проекция P на горизонтальную ось = 0.

При баллистическом полете нет никакой бесплатности. ... Просто нулевой баланс.

Вы хотите сказать, что у планера - положительный баланс энергии? Сдаётся мне, это вы шутите :)

Рассмотрите случай тележки, скатывающейся без сопротивления по наклонной плоскости. У неё нулевой баланс - потенциальная энергия целиком переходит в кинетическую. Затем рассмотрите случай тележки, скатывающейся с трением и посчитайте её баланс.

И ответьте же уже наконец, почему у тележки с её нулевым балансом скорость окажется выше, чем у планера с его якобы халявным положительным балансом? И чем физически отличается планер от тележки, скатывающейся с трением? И куда девается энергия этой тележки?

Да, подъемная сила=сила реакции среды. Как сила реакции опоры. Другое название того же самого.

По определению, реакция опоры - это сила, уравновешивающая силу тяжести. Так вот, силу тяжести Р уравновешивает не подъёмная сила Y, а полная аэродинамическая сила A, в которую входит и подъёмная сила Y, и сила сопротивления X:

P = -A = Y + X.

Проекция P на горизонтальную ось = 0.

Работа силы тяжести производится против диссипативных сил сопротивления (диссипативные - это те, что переводят энергию в бесполезное тепло). Диссипативные силы направлены против вектора скорости (т.е. это сила X), поэтому для вычисления работы силы тяжести нужно рассматривать проекцию силы тяжести на вектор скорости. И она - ненулевая.

>>>Вы хотите сказать, что у планера - положительный баланс энергии?
Выходит, что так:)

А что тележка? С тележкой - все то же самое. Даже намного лучше без сопротивления. Если она поднимается вертикально и спускается по наклонной плоскости, горизонтальное перемещение - опять халявное. Баланс ненулевой. В чем проблема-то? Нулевым он станет, если переместить ее в начало пути.

Аппарат Ханта будет работать и на тележке. Такие американские горки. Вверх-вниз, вверх-вниз:). Только очень высокие надо:).

Если она поднимается вертикально

А про энергию, затраченную на поднятие тележки, почему забываем? Чтобы поднять аппарат Ханта, нужно тем или иным способом создать в баллонах разрежение, т.е. совершить работу против атмосферного давления. Тогда это атмосферное давление соизволит поднять аппарат на соответствующую высоту.

>>>Чтобы поднять аппарат Ханта, нужно тем или иным способом создать в баллонах разрежение, т.е. совершить работу против атмосферного давления.

Турбина. Аппарат поднимается - она крутится, опускается - опять крутится. Как ветряк. Энергия - в аккумулятор. Надо совершить работу - расходуем энергию из аккумулятора. За рассчетами - не ко мне, к Ханту. Мой проект - отличается:).

Начнём со спуска: если турбина будет отбирать энергию при спуске, скорость аппарата уменьшится. Чем больше отбирает - тем круче спуск; в пределе аппарат просто будет опускаться строго вертикально, как авторотирующий вертолёт. Потенциальная энергия действительно перейдёт в кинетическую энергию ротора и может быть накоплена - но фигли толку, если аппарат в целом не двигается. Планер тратит эту энергию напрямую и гораздо эффективнее.

Теперь про подъём. Архимедова сила обусловлена разницей давлений в верхней и нижней части аппарата, и разница эта весьма мала. Её хватает, чтобы обеспечить положительную плавучесть и преодолеть силу тяжести. Энергию можно извлечь лишь из разницы между силой тяжести и силой выталкивания - а она маленькая, и с высотой уменьшается. Догадайтесь, сколько энергии можно извлечь таким образом? Ровно столько, на сколько дольше мы выкачивали воздух после того, как достигли нулевой плавучести (да-да, для получения нулевой плавучести тоже нужно потратить энергию!), т.е. столько, сколько было потрачено на обеспечение небольшой положительной плавучести! :)))

>>>Планер тратит эту энергию напрямую и гораздо эффективнее.

Эффективней-то эффективней, но только 1 раз. Потом надо сжигать топливо и поднимать его. Замедляет - не значит останавливает. Как не замедляй, до нуля не замедлишь ни аэростатический подъем ни планирующий спуск. На длину пути это никак не влияет. A=F*S. Или мощность на время. Для величины работы скорость не играет роли.

>>>Чем больше отбирает - тем круче спуск; в пределе аппарат просто будет опускаться строго вертикально, как авторотирующий вертолёт

Не-а. Что будет, если отбирать меньше в единицу времени? Полет опять отклонится от вертикали. Падает мощность - увеличивается время, работа - та же. Не надо только жадничать:)

>>>Архимедова сила обусловлена разницей давлений в верхней и нижней части аппарата, и разница эта весьма мала.

Архимедова сила обусловлена разницей в плотности аппарата и забортного воздуха. По величине она может быть очень даже большой.
У него там и гелий и вакуум, не только вакуум. Вакуум - скорее чтобы аппарат не разорвало давлением изнутри на высоте ИМХО, а не для создания подъемной силы. Для подъемной силы - гелий.

За расчетами - к Ханту. Там есть ссылки на его сайт. По мнению Ханта всего дожно хватить. Мне его проект не нравится, мой - нравится:).

На длину пути это никак не влияет

Опять шутите? Полагаете, если планер выдвинет в поток турбину, то аэродинамическое качество (отношение Y/X) не изменится? Боюсь, реальность вас разочарует - любая попытка отбора мощности приводит к увеличению силы сопротивления и падению качества, а значит к более крутом снижению.

На длину пути это никак не влияет.

Это как так? h = const, L - уменьшается из-за падения качества, а а путь S = sqrt(L^2 + h^2) остаётся постоянным?

Архимедова сила обусловлена разницей в плотности аппарата и забортного воздуха.

Закон Архимеда (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D0%90%D1%80%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D0%B4%D0%B0): "Закон Архимеда можно объяснить при помощи разности гидростатических давлений bla-bla-bla". Архимедова сила обусловлена исключительно плотностью жидкости/газа ρ и объёмом тела V:

Fa = ρgV

Эта сила действует на тело всегда, и она всегда одинакова, какой бы плотностью это тело не обладало. Плотность тела нас волнует лишь потому, что она определяет вес тела. Разница между архимедовой силой и весом даёт силу плавучести - и она гораздо меньше силы архимеда.

Аппарату Ханта для работы нужно менять плавучесть от нулевой (в верхней точке) до отрицательной (чтобы планировать вниз), а потом опять до положительной (чтобы взлетать). Т.е., как я говорил, по сути это обычная тепловая машина, где аппарат играет роль поршня, атмосфера играет роль цилиндра, а крыло - роль лопасти винта. Никаких чудес тут нет.

Кстати, эффективнее турбину выкинуть, и использовать энергию всплытия напрямую - выставить крыло так, чтобы при всплытии двигаться вперёд. Так иногда делают подводные лодки, когда всплавают без хода - просто выставляют рули, чтобы обеспечить дифферент на корму. Но никто не будет гонять туда-сюда балласт, чтобы обеспечить ход - это растрата энергии. Гребной винт намного эффективнее.

У него там и гелий и вакуум, не только вакуум.

Без разницы - создание разрежения в любом случае требует затрат. В случае с вакуумом это будут затраты на работу выкуумного насоса, в случае с гелием это будут затраты на закачивание гелия обратно в баллон. Если гелий стравливается - значит нужны более объёмные баллоны, закачанные ещё на земле, т.е. скрытый бортовой запас энергии.

>>>Опять шутите? Полагаете, если планер выдвинет в поток турбину, то аэродинамическое качество (отношение Y/X) не изменится? Боюсь, реальность вас разочарует - любая попытка отбора мощности приводит к увеличению силы сопротивления и падению качества, а значит к более крутом снижению...
Это как так? h = const, L - уменьшается из-за падения качества, а а путь S = sqrt(L^2 + h^2) остаётся постоянным?...
эффективнее турбину выкинуть

На длину пути не влияет. На скорость влияет, а на длину пути - нет. Что тут сложного? Тот же самый путь, только МЕДЛЕННЕЕ. Поэтому выбрасывать турбину не надо - пригодится, а аппарат не играет роль поршня.

>>>Без разницы - создание разрежения в любом случае требует затрат.

А кто говорит что не требует? Препятствия препятсвуют - они такие, ну и что? Не думаю, что гелий у него стравливается.

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)