"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

>>>угол снижения становится больше

Опять нет. Если речь идет о скорости сваливания, то она у разных планеров разная. Если у планера хуже аэродинамическое качество, это не значит, что скорость сваливания у него такая же. Обратили внимание на изменяемую геометрию крыла? Планер с худшей аэродинамикой может лететь по той же самой (предельно горизонтальной) траектории, если скорость сваливания у него меньше. Но он чувствительнее к ветру. Крылья вперед - скорость сваливания меньше (крылья обычно намного легче фюзеляжа, центр тяжести уходит назад относительно центра подъемной силы). Я тоже делал модели.

Архимедова сила - это не разница давлений. Это разница в весе аппарата и забортной среды - метеозонд рвет вверх как бешеный. Никакой аналогии с тепловой машиной.

Причём тут скорость сваливания? Речь об аэродинамическом качестве (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%8D%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B5_%D0%BA%D0%B0%D1%87%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE) - отношении коэффициента подъёмной силы Cy к коэффициенту сопротивления Cx. Максимальное качество определяет наивыгоднейший угол планирования, а значит и максимальную дальность планирования с заданной высоты. Всё, что увеличивает Cx - уменьшает K. Турбина снижает поступательную скорость -> подъёмная сила падает -> пилот берёт ручку на себя, пока увеличенный угол атаки не скомпенсирует падение подъёмной силы. Другой вариант: лётчик отдаёт ручку от себя и поддерживает путевую скорость за счёт увеличенной скорости снижения. В обоих случаях новое состояние равновесия имеет меньший К - либо из-за снижения Vx при постоянном Vy, либо из-за увеличения Vy при постоянном Vx. Поставьте себе MS Flight Simulator, сядьте на планер, взлетите, сбалансируйте планер на наивыгоднейшем угле, затем выпустите закрылки или интерцепторы и попытайтесь сохранить тот же угол планирования. Вы обломаетесь.

Про архимедову силу я уже дал ссылку и всё расписал, рекомендую перечитать. То, что вы называете архимедовой силой, на самом деле есть сила плавучести, которая бывает положительной и отрицательной. Сила же Архимеда всегда направлена в одну сторону: против градиента гравитационного поля. Кроме того, разница в весе тела и вытесненной среды не обязательно приводит к появлению силы архимеда (см. пример деревянного кубика, прижатого ко дну и не стремящегося всплыть несмотря на разницу весов - а всё потому, что давление оказывается только сверху).

Тепловая машина (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%B0%D1%88%D0%B8%D0%BD%D0%B0) - это любая машина, совершающая механическую работу за счёт тепловой энергии (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F), в частности за счёт изменения макропараметров (давления/объёма/температуры) газа. Аэростат работает за счёт изменения макропараметров газов -> аэростат есть тепловая машина.

Всё, я пожалуй завязываю заниматься пересказом школьных учебников, сорри за занудливость и неверие... :)

>>>Причём тут скорость сваливания?

Чем меньше у аппарата скорость сваливания, тем меньше и крейсерская скорость (как правило). То, что для одного аппарата - скорость сваливания, для другого - крейсерская скорость.

>>>Поставьте себе MS Flight Simulator, сядьте на планер, взлетите, сбалансируйте планер на наивыгоднейшем угле, затем выпустите закрылки или интерцепторы и попытайтесь сохранить тот же угол планирования. Вы обломаетесь.

Спорим - на настоящем планере - не обломаюсь?:). Проспорите. В настоящем планере я передвинусь внутри кабины чуть-чуть вперед, если габариты кабины позволят. Не надо путать симулятор с настоящим планером.

>>>аэростат есть тепловая машина

Только с тепловым аэростатом - "монгольфьером" можно заметить довольно хромую аналогию. Но не с гелиевым. Если бы аппарат Ханта внизу нагревал воздух внутри оболочки, а на высоте - стравливал, то некоторую аналогию увидеть было бы можно. Но аппарат Ханта не такой - там не воздух, там гелий. Другой газ при той же температуре и давлении. Тепловой машиной и близко не пахнет. Пересказывать школьные учебники мне не надо. Верить тоже не надо - только мозгами пораскинуть.

Чем меньше у аппарата скорость сваливания, тем меньше и крейсерская скорость (как правило).

Прямой зависимости тут нет - скорость сваливания зависит от предельного угла атаки для данного профиля крыла, а наивыгоднейшая скорость планирования - от аэродинамического качества (зависящим от удлинения крыла). Это практически независимые параметры, если не учитывать нагрузку на площадь, играющую роль масштабного коэффициента.

Спорим - на настоящем планере - не обломаюсь? :). Проспорите.

Я готов поспорить. Если у вас есть под боком планер - валяйте, берите видеокамеру и записывайте манипуляции и показания приборов. Ваша ставка?

Трюки с центровкой вас не спасут - она, как и руль высоты, может изменить лишь балансировку (а значит и угол атаки), но дополнительной энергии вам не подкинет. Всё, что тут можно сэкономить - слегка уменьшить балансировочное сопротивление стабилизатора, это ничтожная часть по сравнению с сопротивлением закрылков или интерцепторов.

Но аппарат Ханта не такой - там не воздух, там гелий. Другой газ при той же температуре и давлении. Тепловой машиной и близко не пахнет.

Тепловая машина - это не обязательно нагрев газа (изотермический процесс - это тоже тепловой процесс). У гелиевого аэростата просто рабочий цикл другой. Например, в случае мягкой конструкции с хорошей теплоизоляцией получим такой цикл:
1) изобарное (P=Patm1) надувание (V: 0-->V1) шара гелием,
2) подъём аппарата на высоту (P=Patm2) с дальнейшим расширением (V: V1-->V2) газа, близким к адиабатическому (за счёт теплоизоляции),
3) изобарное (P=Patm2 < Patm1) сдувание шара за счёт работы насоса, закачивающего весь (V: V2-->0) гелий обратно в ёмкости,
4) спуск по изохоре (V=0), далее цикл повторяется.

Для жёсткой конструкции шаг 2 заменяется на изохору (V=V1), и на шаге 3 будет 2 участка: изохорный (пока избыточное давление передаётся на конструкцию) и изобарный (когда в баллон начинает поступать воздух). В общем, типичная тепловая машина. Только нагреватель и холодильник тут спрятаны в насосе.

Трюки с центровкой вас не спасут - она, как и руль высоты, может изменить лишь балансировку (а значит и угол атаки), но дополнительной энергии вам не подкинет.

Хотите играться с центровкой - садитесь не в планер, а в дельтаплан. Там управление как раз полностью основано на изменении центра тяжести, никаких рулей. Взлетаете, ложитесь в подвеску, замеряете угол планирования в "чистой", обтекаемой конфигурации. Затем переходите в сидячее положение (или выпускаете парашют :), чтобы увеличить сопротивление, и пытаетесь в этой "грязной" конфигурации сохранить прежний угол планирования изменением своего ц.т. Удачи, хе-хе... :)

Если выпущу предкрылки или закрылки - увеличу и подъемную силу и лобовое сопротивление. Если они изменятся одинаково, аэродинамическое качество (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%8D%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B5_%D0%BA%D0%B0%D1%87%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE), а с ним и угол атаки останется прежним. Скорость упадет, траектория - без изменений. Если подъемная сила вырастет сильнее, придется менять центровку вперед (маловероятно). Если наоборот - назад. Закрылки-предкрылки и может даже чуть-чуть спойлеры (насчет спойлеров-шутка). Можно и на симуляторе проверить.

>>>Тепловая машина - это не обязательно нагрев газа (изотермический процесс - это тоже тепловой процесс).

Тепловая машина: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%B0%D1%88%D0%B8%D0%BD%D0%B0

У Ханта работа производится не за счет газовых процессов, а за счет архимедовой силы и силы тяжести.

Одна беда: при выпуске закрылков подъёмная сила и лобовое сопротивление растут неодинаково - последнее растёт быстрее. Оно и понятно: общее сопротивление складывается из индуктивного (растущего из-за роста подъёмной силы) и паразитного (растущего из-за увеличения толщины профиля и всего прочего, что не участвует в создании подъёмной силы).

У Ханта работа производится не за счет газовых процессов, а за счет архимедовой силы и силы тяжести.

Архимедова сила появляется и исчезает за счёт процессов в газе, наполняющем баллон. Она не бесплатная.

>>>Одна беда: при выпуске закрылков подъёмная сила и лобовое сопротивление растут неодинаково - последнее растёт быстрее.

Не факт - все зависит только от конструкции конкретного планера. Можно сконструировать планер, где увеличение подъемной силы от выпуска закрылков будет больше увеличения лобового сопротивления. Зато его максимальная скорость в пике будет больше. Такому планеру даже спойлеры придется выпустить, чтобы прежнюю траекторию сохранить - новая будет горизонтальнее.

>>>Архимедова сила появляется и исчезает за счёт процессов в газе, наполняющем баллон. Она не бесплатная.

Никто и не говорит, что бесплатная. Но с работой по перемещению она не связана. Закачка газа в баллоны - чисто затратный процесс, не связанный с получением работы. У них разные источники. В этом - главное отличие от тепловой машины.

Можно сконструировать планер, где увеличение подъемной силы от выпуска закрылков будет больше увеличения лобового сопротивления.

Это будет означать, что без закрылков он летит с меньшим К, т.е. по более крутой и менее выгодной траектории. Но зачем ему было лететь хуже и не выпускать эти закрылки, если он мог их вообще не убирать? А если он их выпустил и достиг максимального K, то как ещё он может его повысить? И если может, то почему он не сделал это изначально?

В общем, как вы справедливо написали в удалённом комменте, у любого планера есть предельный K, выше которого ему не прыгнуть. И мы изначально рассматриваем полёт именно в этой наивыгоднейшей конфигурации, которую по определению невозможно улучшить никакими манипуляциями с центровкой, турбинами, баллонами и т.п.

Самолеты летают не с той скоростью, что планеры. Для самолета обычно жертвуют аэродинамическим качеством планирования в обмен на управляемость на высокой скорости (более плоский профиль крыла, другая балансировка и т.п.). При планировании такому самолету приходится работать предкрылками и закрылками.

Удалил потому, что возможен еще вариант планера, когда выпуск закрылков не изменит аэродинамическое качество и траекторию - только скорость. Даже для предельного случая с максимальным К. Единственное отличие этого предельного режима - невозможность использовать спойлеры. Для всех прочих траекторий существуют варианты со спойлерами и предкрылками-закрылками.

Не будем отвлекаться на самолёты - мы сейчас говорим исключительно о планерах.

возможен еще вариант планера, когда выпуск закрылков не изменит аэродинамическое качество и траекторию - только скорость.

Не изменяя Cy/Cx, снизить скорость можно лишь одним способом: снизить нагрузку на площадь (отношение веса к площади). При постоянном весе это означает увеличение площади крыла. Т.е. это не закрылки, а крыло изменяемой площади. Можно ещё сбрасывать балласт - но это потеря потенциальной энергии (кстати, вытеснение тяжёлого воздуха лёгким гелием равносильно сбросу балласта, только внизу сбрасываем "тяжёлый" балласт, а наверху набираем "лёгкий", разница даёт затраты энергии).

Дык вот, проблема в том, что турбина - это не крыло изменяемой площади, а тот же спойлер (spoil == портить): она увеличивает Cx, не увеличивая пропорционально Cy. И средств пропорционально увеличить Cy у нас нет - мы уже имели планер с наилучшей конфигурацией.

Единственное отличие этого предельного режима - невозможность использовать спойлеры. Для всех прочих траекторий существуют варианты со спойлерами и предкрылками-закрылками.

Все прочие траектории - не наилучшие, а нас интересуют только предельные режимы, как максимально эффективные. И у нас нет такого режима с предельным К, где остаётся резерв для спойлеров. В любом режиме с предельным K применение спойлеров только ухудшит качество.

Я тоже думал о телескопических крыльях, но о реализации такой экзотики не слыхал, поэтому не стал распространяться:)

Ну да, в предельном - невозможно, но любое отклонение вниз уже дает возможность использовать спойлеры-турбины. Сколь угодно малое отклонение:)

Телескопические крылья тоже не помогут свести баланс: если у планера есть возможность их выпустить сразу, то он их выпустит, и будет лететь с максимальным К всё время. Запаса у него не останется.

Сколь угодно малое отклонение вниз даст столь же малый выход энергии на турбине, и в сумме выигрыша не будет. Турбина - это лишнее звено в общей цепочке преобразования энергии топлива/высоты в работу, гораздо выгоднее преобразовывать напрямую. Турбина в режиме генератора имела бы смысл как рекуператор на самолёте, которому приходится слишком много разгоняться и тормозить, но у нас практически нет самолётов "городского цикла", пилот почти всегда имеет возможность затормозить "накатом", без использования воздушного тормоза.

Между прочим, в самолётах ставят такие турбинки, только они используются как аварийный источник питания, и в нормальном полёте убраны, чтобы не мешать.

>>>Сколь угодно малое отклонение вниз даст столь же малый выход энергии на турбине, и в сумме выигрыша не будет.

А максимальный и не потребуется. Нужен достаточный выход энергии. Пока не вижу ничего, что бы указывало, что добыть его невозможно.

Нужен достаточный выход энергии.

Только потеряется больше, чем выйдет - об этом я толкую всю дорогу.

Пока не вижу ничего, что бы указывало, что добыть его невозможно.

В естественных науках доказываются исключительно позитивные утверждения: если вы считаете, что добыть энергию можно - вам и доказывать возможность :) Пока что вы не предоставили ни одного расчёта, а на слово в науке никому не верят. Даже самые честные люди, бывает, самообманываться рады...

Это не я утверждаю, это Хант утверждает, что возможность есть. Я это уже говорил. Для выяснения надо только знать, сколько потребуется на закачку газа на высоте и сколько выдаст турбина. Напрямую эти значения не связаны. Если бы для подъема использовалась та же турбина, то ничего бы не работало, но она не используется для подъема.

Скорее всего, он сжижает гелий, а не закачивает. Не думаю, что он такой неуч, что не посчитал разницу работ.

Чтобы сжижить, нужно либо охладить, либо закачать под давлением, либо и то и другое. В любом случае нужно совершить работу.

Предположим, что все происходит на планете с температурой близкой к температуре кипения гелия. Тогда все элементарно, как репа. Работа по сжижению окупится миллион раз.

Каким образом? Сжижаем-то на высоте, при низком атмосферном давлении (что неблагоприятно для сжижения), а испарять придётся внизу, при большем атмосферном давлении (неблагоприятно для испарения). Оба раза нам придётся работать, и на эту разницу в давлениях нам и придётся раскошелиться.

Всё кажется элементарным, как репа, пока не начнёшь детальный подсчёт :))

Работать придется только 1 раз - во время сжижения.

Значит либо работать придётся больше, либо разница высот будет меньше. В любом случае, реально работать придётся нам, а не гравитационному полю, и "вечного двигателя" не будет.

Работать больше не придется, разница высот не будет меньше (с какой стати?). Почему бы не поработать гравитационному полю?

Меньше работа -> меньше разница плотностей -> меньше снижение/подъём до высоты равной плотности (нулевой плавучести). Не забываем, что плотность атмосферы убывает с высотой, и аппарат не сможет подняться/опуститься выше/ниже высоты нулевой плавучести без дополнительных затрат энергии.

У нас работа на сжижение уменьшилась безо всякой связи со всем остальным. Атмосфера тоже разная бывает - на Титане она в полтора раза мощнее, чем на Земле. Гравитация тоже мощнее бывает, так что не виляйте:)