новый тип летательного аппарата

2 taras2:

Не молчите, с интересом жду продолжения. Честно.

2 Vale:

Смотрите в научном «Про шкаф».

Несколько предварительных замечаний.

Я не молчу, работа однако и дел куча.

Я сначала используя базовую идеи про вихрь приплетал все остальное, чем
похоже сильно запутывал.
Пока я буду считать исключительно подьемный эффект от вихря, чтобы
разобраться можно ли летать используя такой метод в принципе.
А уж потом можно рассуждать о том куда уходит тепло и как можно
оптимизировать.
Исходя из этого на вопрос - стоит ли вращать боковые стенки могу
сказать можно но в принципе не нужно. ( это будет видно дальше).

Для расчета я возму простую конструкцию чтобы считать было просто.

Летательный аппарат это цилиндр радиусом R_1 и высотой h.
Внутри него крутится воздушный вихрь.
Вихревой шнур это узкий цилиндр надиусом R_0 который крутится как
единое целое. На его границе скорость воздуха V_0. Это максимальная
скорость воздуха в вихре.
Удаяясь от центра скорость падает с постоянным градиентом до нуля.
V_R=V_0(1- (R-R_0)/(R_1-R_0)) ~= V_0(1-R/R_1) R_0 << R_1

Заметим что на границе скорость ветра 0. Это надо было раньше
заметить, снялись бы многие вопросы.


Рассчитывать будем все до порядков - то есть очень грубо. Пренебрегая
например распределением температур давления и плотности внутри
цилиндра.
Рассчитывать точнее нет времени, кому надо рассчитайте сами


Цилиндр воздуха
Рудиус внутренний R_0 =0.1метра ( радиус вихревого шнура)
Радиус внешний R_1=10метров , R_0 << R_1
высота h=100метров
плотность p=1.3
Скорость около шнура V_0=20 м/c


Суммарная масса воздуха M= pi R_1² h p = 40000 кг

Энергия запасенная в вихре
E= integral_{R_0~=0}^{R_1}( pi R dR h p V_0² (1-R/R_1)²)=
pi h p V_0² R_1 integral_0¹(r (1-r)² dr)= r=R/R_1

pi h p V_0² R_1² ( 1/2-2/3+1/4) = pi h p V_0² R_1² / 12

= M V_0² /12

Для наших параметров это E=1.3 мегаджоуля.

Теперь подсчитаем дополнительное давление оказываемое на боковые
стенки за счет вращения.

deltaP= integral_(R_0}^{R_1}( ( p 2 pi R dR dh) *
(V_0² (1-R/R_1)² / R) / (2 pi R dh))=
integral_(R_0}^{R_1}(p dR V_0²(1-R/R_1)²/R= r=R/R_1

p V_0² integral_{R_0/R_1}¹ ( (1-r)²/r dr)

p V_0² (ln (r) - 2r + r²/2) |_{R_0/R_1)¹

~= p V_0² (ln(R_1/R_0)-1.5 ) ~= 3.1 p V_0² ( для наших R_0 R_1)

Для наших данных получается deltaP = 1600 Паскалей.

Соответственно уменьшая плотность воздуха на 1600/P_атм внутри цилиндра
мы выровняем давление по боковым стенкам.

масса воздуха уменьшится на M*1600/P_атм = 650 кг


Получаем вполне реальную подьемную силу.

Соотношение энергии необходимой вложить на 1 кг подьемной силы
равно:

(M V_0²/ 12)/(M*deltaP/P_атм) = (V_0² P_атм)/( 12 ((ln(R_1/R_0)-1.5) p V_0²) =
=P_атм/( 12 ((ln(R_1/R_0)-1.5) p)

Для наших данных получаем 2 Килоджоуля на 1 кг подьемной силы. Очень
даже не плохо. Это соотвествует подьему этого килограмма на 200 метров
)

А реальная мощность на поддержание удет очевидно будет значительно
меньше.

В общем вполне нормально получилось.

Для тех кто не верит и формулам и говорит что это все равно прыгающий
шкаф, электронное облако или вакуумная дырка, могу привести реальные
примеры вихрей.
Смерчи, тромбы, торнадо, циклоны и т.п.
Все это вполне реально существующие объекты живущие долгое время.

Вот данные к примеру по торнадо:
Диаметр -100-200 метров и выше. (точне это ширина полосы разрушений,
сам видимо больше)
Время существования десятки минут и часы.
Перемещаются они со скоростью 30-40 км/час
Максимальная скорость ветра внутри торнадо доходит до 50-100 метров в
секунду.
Торнадо достает до грозового облака которое его образовало, эта
порядка 2километров.

Давление в центре понижено на 1-10 килоПаскалей.
Изза этого он работает пылесосом, разрушая все на своем пути и
затаскивая вглубь себя.

Потом я буду измерять потери энергии вихря, но похоже на работу по
пылесосенью приходятся основные потери и если их закрыть затычкой
снизу, то время жизни должно сильно увеличиться.

Так что все вполне реально, и если кто знает как одной мухой
выключить торнадо или хотя бы одной летающей коровой - пишите
американцам они будут благодарны.


Что еще не сказано. На боковые стенки силы уравновешены и эти стенки
в принципе можно убрать.
Надо только оставить затычки для вихря снизу и сверху чтобы не терять
низкое давление по середине.

Надо будет дальше подсчитать какие реально силы действуют на эти
крышки. Возможно они будут по абсолютным начениям сильно больше чем
результирующая подьемная сила - это будет плохо.

В принципе я думаю вохможен следующий вариант летательного аппарата.
От всей оболочки остается только дно ( возможно с пиподнятыми краями
как блюдце) посередние стоит высокй вертикальный штырь, заменяющий
вихревой шнур ( он не обязательно должен доходить до конца вихря), который раскручиваясь
будет раскручивать и вихрь.

Форма вихря тут будет более сложная но можно предположить что
подьемной силы будет достаточно чтобы летать.

Становится видно и преимущество - получается что хотя сам ЛА вместе с
вихрем и большой по размеру. Видимая "железная" часть становится
кораздо более компактной. Это уже здорово.


Насчет вращения стенок, если их вращать то получается вихрь выползает
за стенки и тоогда мы будем терять частьт подьемной силы.
Надо будет или дно шире сделать или не крутить стенки.

Уфф пока хватит.

Млин, сначала написал, и только потом дошло, что главная фишка в вашей идее - смерч, устойчивое вихревое образование. Иначе, по моим размышлениям, энергетические затраты на поддержание воздушных потоков слишком велики... Но разве явление торнадо уже изучено настолько, что его можно создавать и контролировать?? Или это чистый концепт?

Читал.
Всё это подозрительно напоминает приколы некоего Оленевода
на одном из соседних форумов над собравшимися специалистами:)

Taras, снимаю шляпу

Shurik, это ж было понятно с его первого поста - либо супер-шиза, либо прикол...

А я даже лучше придумал.
Внимание... алле... фотонный аэростат!
Внутри баллона ставитися мощный истчник света.
Световое давление держит оболочку... свет превращается в тепло, что тоже полезно... и никаких движущихся частей!
Ну, конечно, не помешает оболочку изнутри посеребрить, это повысит световое давление аж вдвое. Хотя и так полетит.
Вот.

Вуду>Shurik, это ж было понятно с его первого поста - либо супер-шиза, либо прикол...

Ну, судя по тому как народ охотно реагирует, прикол удался

Maximus_G>Млин, сначала написал, и только потом дошло, что главная фишка в вашей идее - смерч, устойчивое вихревое образование. Иначе, по моим размышлениям, энергетические затраты на поддержание воздушных потоков слишком велики... Но разве явление торнадо уже изучено настолько, что его можно создавать и контролировать?? Или это чистый концепт?


Оно устойчивое и хорошо изучено. Чего там изучать то, стандартная гидродинамика. Вихрь ведет себя почти как твердое тело. Ну и соотвественно почти так же все просто.


Реальная гидродинамика, обтекание воздуха на сверхзвуковых скоростях, где уже нелинейность вовсю работает, вот это уже сложно.

С каким КПД можно будет этот вихрь делать вот это уже вопрос.
Хотя тоже вроде делают. Вон пылесосы стали продавать "без мешка для сбора пыли", и тепловые насосы вихревые.
Я так понимаю что можно сделать установку переделывающую ветер в вихрь с хорошим КПД, да еще без движужихся частей.

Shurik>Читал.
Shurik>Всё это подозрительно напоминает приколы некоего Оленевода
Shurik>на одном из соседних форумов над собравшимися специалистами:)

Shurik>Taras, снимаю шляпу

Я совершенно точно не Оленевод.

И это не приколы. Хотя конечно безумство. Вот я и хочу узнать что же в этой идее не так и почему она не работает, я пока не вижу.

А если можно тот почему еще не сделано ? )

В общем это не совсем маразм, но все равно безмство.

Было бы не безумство, уже пошел бы искать денег и делать прототип ))

Вообще я человек достаточно безумный и идеи такие. но это в целом помогает.

taras2>Я совершенно точно не Оленевод.

Ежели обидел, извиняюсь.

Taras, ваша идея несомненно представляет ценность, поскольку
аргументированно отвергнуть её не так-то просто

Кстати, если у этого фотонного аэростата снизу дырку прорезать, то он и в космос сможет летать.

Псевдоглупые вопросы Оленевода лично мне нравятся, из них интересные обсуждения вырастают. Правда на том форуме народ в массе своей грамотный и с юмором, получается весело и познавательно.

2 taras2:

Сразу всего много и перемешано в кучу. Лично я вижу уже три проекта.

1.Тор и вихрь внутри.
Об этом я уже писал. Подъёмная сила ИМХО будет, но какой ценой? Вы же спроектировали обыкновенный центробежный насос. Только эффективность его для летания считать не хотите. Считаете это неважным, а ведь именно это главное при решении вопроса о жизнеспособности Вашего аппарата.

2.Вертикальный цилиндр с вихрем внутри.
Тот же насос с теми же проблемами. Вы примерно оценили подъёмную силу для аппарата радиусом 10 и высотой 100 метров. У Вас получилось 650 кг. Давайте выбросим из цилиндра всё лишнее и наполним его водородом, получим подъёмную силу в 38 тонн.
Если применить негорючий гелий, то получим 35 тонн. Даже если применить дешёвый азот, то и тогда подъёмная сила будет равна 1600 кг. И это без затрат энергии на летание. А ведь применение азота в аэростатах явно не эффективно, чем же Ваш аппарат лучше. Вы напрасно оставляете на потом вопрос об эффективности.

3. Вертикальный вихрь, без стенок, с одним дном.
Лично я не понял, за счёт чего это дело летать будет.
(Вот только про смерч не надо. Вертикальный жгут, это только видимая часть. Реальный размер циклона огромен, там речь идёт о сотнях километров, огромны и энергии, участвующие при этом, всё начинается ещё там, в океане. Энергия отдельного смерча ничтожна по сравнению с энергией питающего его циклона, просто концентрация энергии в столбе высока.)
Но это другое. Ваш вихрь ИМХО не создаст подъёмную силу. Точнее, я не вижу, как он это сможет сделать.

ED>Псевдоглупые вопросы Оленевода лично мне нравятся, из них интересные обсуждения вырастают. Правда на том форуме народ в массе своей грамотный и с юмором, получается весело и познавательно.


Ничего не имею против, просто на всякий случай сказал что я не он

ED>1.Тор и вихрь внутри.
ED>Об этом я уже писал. Подъёмная сила ИМХО будет, но какой ценой? Вы же спроектировали обыкновенный центробежный насос. Только эффективность его для летания считать не хотите. Считаете это неважным, а ведь именно это главное при решении вопроса о жизнеспособности Вашего аппарата.


Я вроде подсчитал какой ценой она получается не слишком большая.

ED>2.Вертикальный цилиндр с вихрем внутри.
ED>Тот же насос с теми же проблемами. Вы примерно оценили подъёмную силу для аппарата радиусом 10 и высотой 100 метров. У Вас получилось 650 кг. Давайте выбросим из цилиндра всё лишнее и наполним его водородом, получим подъёмную силу в 38 тонн.
ED>Если применить негорючий гелий, то получим 35 тонн. Даже если применить дешёвый азот, то и тогда подъёмная сила будет равна 1600 кг. И это без затрат энергии на летание. А ведь применение азота в аэростатах явно не эффективно, чем же Ваш аппарат лучше. Вы напрасно оставляете на потом вопрос об эффективности.

Понятно что на гелии можно летать, никто не спорит.
Просто так выкинуть не получится, так как для защиты гелия от улетучивания нужны специальные стенки и поехало.
В моем случае можено вообще обойтись частично без стенок.

Вопрос найдется ли действительно какое нибудь преимущество перед газовым и тепловым. Навскидку видна возможность понизить размеры.


ED>3. Вертикальный вихрь, без стенок, с одним дном.
ED>Лично я не понял, за счёт чего это дело летать будет.


По моему все очень просто. Внутри вихря пониженное давление которое и держит аппарат в воздухе.

Коровы в торнадо летают по тому же механизму

ED>(Вот только про смерч не надо. Вертикальный жгут, это только видимая часть. Реальный размер циклона огромен, там речь идёт о сотнях километров, огромны и энергии, участвующие при этом, всё начинается ещё там, в океане. Энергия отдельного смерча ничтожна по сравнению с энергией питающего его циклона, просто концентрация энергии в столбе высока.)


Поомему вы путаете циклон со смерчем.
Циклон это большой неторопливый вихрь от котрого меняется только погода разве что. Внутри него нет никаких смерчей. и видимых шнуров.
А смерч уже вполне себе компактный. Шнур это одно, видимая часть это второе, диаметр смерча уже третье.


ED>Но это другое. Ваш вихрь ИМХО не создаст подъёмную силу. Точнее, я не вижу, как он это сможет сделать.

Я вроде описал каким образом она создается..
Вопрос только может ли это быть выгодней гелия или горелки.

Будет время буду пробовать делать мелкие модели..

2 taras2:

Смерчи чаще всего возникают внутри мощных циклонов и питаются ими. Зря Вы так небрежно о циклонах отзываетесь, в них сосредоточена колоссальная энергия, в том числе и разрушительная. Ураганы, штормы, ливни и наводнения, вроде недавних европейских, создаются только малой частью энергии циклона. Смерчи просто отдыхают. Но об этом, если хотите, в другой раз.

Вернёмся к нашим баранам. Вы, конечно, описали, как создаётся подъёмная сила (ПС) в вертикальном вихре (ВВ) без корпуса, но я ничего не понял.
Если ВВ снизу прикрыт дном, то внутри вихря будет пониженное давление и на дно начнёт действовать ПС, но ведь сверху в ВВ начнёт втягиваться воздух и уравняет давление. Если ВВ сверху прикрыть крышкой, то на крышку будет действовать такая же сила, как и на дно, только в противоположном направлении, то есть вниз. ПС не будет. Если считать ПС как у аэростата, за счёт уменьшения плотности воздуха внутри вихря, то размеры ВВ придётся делать огромными со всеми вытекающими последствиями. И это пока не трогаем вопрос об устойчивости ВВ без корпуса, вопрос об энергетических затратах и пр.

taras2> Внутри вихря пониженное давление которое и держит аппарат в воздухе. Коровы в торнадо летают по тому же механизму

Насколько я знаю, внутри торнадо мощный нисходящий поток. Восходящий поток по стенкам шнура.

ED>2 taras2:

ED>Смерчи чаще всего возникают внутри мощных циклонов и питаются ими. Зря Вы так небрежно о циклонах отзываетесь, в них сосредоточена колоссальная энергия, в том числе и разрушительная. Ураганы, штормы, ливни и наводнения, вроде недавних европейских, создаются только малой частью энергии циклона. Смерчи просто отдыхают. Но об этом, если хотите, в другой раз.


Просто это не относится к данной теме. Циклоны не вызывают сами по себе смерчи и торнадо. А энергии понятно что в циклоне очень много но это другая история.


ED>Вернёмся к нашим баранам. Вы, конечно, описали, как создаётся подъёмная сила (ПС) в вертикальном вихре (ВВ) без корпуса, но я ничего не понял.
ED>Если ВВ снизу прикрыт дном, то внутри вихря будет пониженное давление и на дно начнёт действовать ПС, но ведь сверху в ВВ начнёт втягиваться воздух и уравняет давление. Если ВВ сверху прикрыть крышкой, то на крышку будет действовать такая же сила, как и на дно, только в противоположном направлении, то есть вниз. ПС не будет. Если считать ПС как у аэростата, за счёт уменьшения плотности воздуха внутри вихря, то размеры ВВ придётся делать огромными со всеми вытекающими последствиями. И это пока не трогаем вопрос об устойчивости ВВ без корпуса, вопрос об энергетических затратах и пр.

Понятное дело я не рассчитывал можно ли летать только на нижней крышке - на это нет времени.
И понятное дело что сверху будет всасываться воздух если там нет крышки или давление не выровнено.

Если предположить сложную поверхность вихря то вполне можно представить вихрь не требующий крышки сверху. Это понятно не надежное утверждение и его надо проверять.

Размеры необходимого вихря легчо считаются. Они действительно будут большими, больше чем сравнительный размер теплового ЛА той же подьемности к примеру. Но это не страшно

Я считал ПС именно как у аэростата и действительно на нижнюю крышку давит большая сила вверх а на верхнюю большая вниз.
Но размеры остаются вполне нормальными.

taras2>> Внутри вихря пониженное давление которое и держит аппарат в воздухе. Коровы в торнадо летают по тому же механизму

ED>Насколько я знаю, внутри торнадо мощный нисходящий поток. Восходящий поток по стенкам шнура.


Вполне возможно и чего ?
Суммарный поток воздуха равен нулю очевидно. Так что если он в центре восходит то где то он должен падать.


Насчет устойчивости, как я понял все будт устойчивым даже слишком. Перемещать это дело неполучится. Получится только вихре-стат, но не дирижабль. Возможно вихрь будет слишком медленно создаваться и зависить от силы ветра ( пока не отпустили аппарат в свободным полет) В остальном он должен быть вполне устойчивым

Если поставить нижнюю крышку на пути этих потоков, то потоки прекратятся ( ил по крайней мере силно уменьшатся и будут только над крышкой). И энергия вихря не будет уходить в бесполезную работу.

taras2>И понятное дело что сверху будет всасываться воздух если там нет крышки или давление не выровнено.
taras2>Если предположить сложную поверхность вихря то вполне можно представить вихрь не требующий крышки сверху. Это понятно не надежное утверждение и его надо проверять.

А если "согнуть" смерчь дугой, то оба его конца (нижний и бывший верхний), опертые на крышки, будут создавать нужную нам подъемную силу. Прямо уже двухкорпусный ЛА получается.

taras2>>> Внутри вихря пониженное давление которое и держит аппарат в воздухе. Коровы в торнадо летают по тому же механизму

А насколько стабильным будет положение ЛА? Ведь указанные Вами сельскохозяйственные пассажиры не всегда символизируют хорошее самочувствие после "полета".
// или я как всегда не так все понял?

Помнится мой крестный все пытался рассуждать о совершенной форме улитки. И о том как было бы неплохо использовать эту форму в качестве двигателя ЛА. Что конкретно он подразумевал, под этим я не усвоил в пьяном угаре. Что то о том как офигительно разгоняется воздух, в спиралевидном панцире улитке.
Подумайте Тарас-2, может это то что вам надо?

Кстати кто нибудь в курсе, в чем же прелесть улитки? (не в кулинарном смысле)