Опрос

Какие рубрики вам наиболее интересны?

View Results

Loading ... Loading ...

Наши партнеры

  • .

Последние комментарии

ВОКРУГ СВЕТА – БЕЗ МОТОРА!

Опубликовал Сергей 1 января 2011 в рубрике Мир увлечений.

ВОКРУГ СВЕТА - БЕЗ МОТОРАШироко известны рекордные кругосветные полёты американских самолётов с винтомоторной установкой и с реактивным двигателем. Есть сообщения о подготовке для таких рейсов беспилотного, а затем и пилотируемого самолёта, использующего энергию от солнечных батарей, установленных на крыльях. Но если говорить о будущих рекордных полётах, то следует упомянуть идею самолёта без двигателя вообще.

Речь идет именно о самолёте, о летательном аппарате тяжелее воздуха. Давайте рассмотрим главный вопрос — вопрос о соблюдении известных физических законов.

Для выполнения полёта, а иначе — для выполнения работы нужна энергия. Запас энергии можно иметь на борту в виде топлива либо надо использовать внешний источник энергии, как в примере с солнечными батареями. Но солнечными лучами перечень внешних источников энергии, способных обеспечить кругосветный полёт, не заканчивается.

Есть и другой природный источник энергии. По оценочным данным, речь идет о мощности в 100 кВт на каждый квадратный метр условного сечения воздушного пространства на высоте 12 км от поверхности Земли. Это — струйное течение, иногда ехо называют реактивным потоком или «jet stream».

Васабуро Оиши японский ученый, занимающийся метеорологией, опубликовал в 1923 г. сведения о своём открытии струйного течения. Поднявшись на высоту девять или десять километров, можно попасть в воздушную реку, текущую с запада на восток. И эта река не имеет ни начала, ни конца, потому что воздушный поток замкнут и, подобно обручу, вращается вокруг всей планеты. Огромная сила сосредоточена в струйном течении и размеры этой воздушной реки просто колоссальны. По некоторым данным ширина воздушного потока достигает 200 км, а толщина — 4 км. И вот внутри такой широкой и толстой воздушной ленты, окольцевавшей Землю, воздух постоянно носится вокруг планеты с ураганной скоростью — до 300 и даже до 500 км/ч.

ВОКРУГ СВЕТА - БЕЗ МОТОРА

С открытием струйных течений фактически появились технические возможности для полётов спутников на сверхнизких орбитах, но тогда еще не пришло время обсуждать подобные вопросы. Эти необычные спутники сколь угодно долго могут летать в атмосфере Земли, внутри струйного течения, например — на высотах от 9 до 14 км. Такие спутники не нуждаются в топливе, а используют энергию ветра — энергию самого струйного течения. Конечно, это может быть и высотный дирижабль. Но мне показался интересным летательный аппарат тяжелее воздуха, совершающий полёт за счет аэродинамической подъёмной силы.

ВОКРУГ СВЕТА - БЕЗ МОТОРА

Но как технически решить подобную задачу? В данной статье на обсуждение выносится один из множества возможных вариантов решения.

Такой летательный аппарат должен иметь, по крайней мере, две секции, одна из которых (назовем её носовой секцией) совершает полёт внутри струйного течения. Вторая, хвостовая секция, совершает полет позади первой и на меньшей высоте, за пределами струйного течения, в зоне, где скорость ветра кратно меньше. Секции связаны между собой легким и прочным тросом, например длиной до восьми километров. Здесь можно использовать технологию и уже сделанный экспериментальный образец троса, который разрабатывался американцами для проекта космического лифта, о котором уже много писали. Схема секционного летательного аппарата представлена на рисунке.

Каждая секция в рабочем режиме представляет собой планер, парящий в воздухе за счет аэродинамической подъемной силы, действующей на крыло. Причём крыло может быть не только классической трапециевидной формы — не исключено и использование крыла круглого, способного надежно работать при больших углах атаки.

В таком тандеме носовая секция работает в весьма необычных условиях. Например, при скорости ветра в струйном течении 300 км/ч, носовая секция и летательный аппарат в целом летят со скоростью 150 км/ч. Воздушный поток, имеющий в два раза большую скорость, обгоняет летательный аппарат, а за счёт разности скоростей обеспечивает подъёмную силу на носовой секции. Получается, что воздушный поток набегает на крыло носовой секции со стороны хвоста летательного аппарата. Если наблюдать со стороны, то покажется, что носовая секция летит вперёд при отрицательном угле атаки у крыла (это напоминает полет воздушного змея, когда мы его отпускаем от себя по ветру). Хвостовая секция летит в воздушных невозмущённых массах, ниже струйного течения, и представляет собой классический планер, который буксируют с помощью троса. Хвостовая секция как бы притормаживает всю систему и снижает скорость полёта носовой секции и системы в целом, но здесь такое торможение играет положительную решающую роль. Именно оно позволяет получить разность между скоростью ветра струйного течения и скоростью полёта самого летательного аппарата, которая обеспечивает возникновение устойчивой аэродинамической подъемной силы в носовой секции, позволяя использовать энергию струйного течения и реализовав сам полёт без расхода топлива и без двигателя вообще.

Удивительно, но полёт такого секционного летательного аппарата- спутника можно смоделировать в простой лаборатории. Здесь уместно вспомнить слова Эрнеста Резерфорда: «Опыт без фантазии, или воображение без проверки опытом, может дать немногое». Модель, представленная на фото, содержит две маленькие сферы, каждая из которых удерживается в воздушном горизонтальном потоке за счёт эффекта Коанда. При использовании сфер не потребовались аэродинамические трубы и система управления для удержания модели в воздухе. В лаборатории каждая сфера автоматически удерживается в воздухе и не выпадает из воздушного горизонтального потока, поскольку на границе воздушной струи верхняя полусфера начинает проявлять свойства крыла, с одновременным появлением аэродинамической подъёмной силы. Левое сопло (с синим ободком) в стендовой установке позволяет сформировать воздушную горизонтальную струю, моделирующую струйное течение, обгоняющее носовую секцию летательного аппарата. Правое сопло в стендовой установке позволяет сформировать воздушную горизонтальную струю, моделирующую встречный воздушный поток, обдувающий нижнюю хвостовую секцию летательного аппарата. В этом случае обе сферы устойчиво зависают в воздухе, и мы видим картинку, похожую на ту, которую бы увидел наблюдатель, летящий параллельным курсом со скоростью, равной скорости исследуемого летательного аппарата (естественно речь идет о равенстве скоростей относительно земли).

При уменьшении скорости истечения воздуха из правого сопла наблюдается движение модели вправо. Таким образом, была смоделирована сама возможность полёта в струйном течении.

Небольшое отступление. «Планер — это безмоторный летательный аппарат с крылом, которое позволяет аппарату планировать, спускаться по наклонной траектории. А в восходящих потоках воздуха планер способен совершать горизонтальный полёт и даже набирать высоту». Так описан планер в энциклопедии. Но, как теперь выяснилось, у планера может быть ещё одно уникальное качество — способность совершать горизонтальный полет и в горизонтальном воздушном потоке, а не только в восходящем. Если с помощью троса организовать сцепку из двух планеров, то они способны будут совершать горизонтальный полёт в струйном течении (надо отметить, что речь идет о специальных планерах, из-за особенностей работы крыла носовой секции, когда ветер обгоняет летательный аппарат). Принципиально возможна сцепка трех и более секций.

Полет в струйном течении это уже кругосветный полёт планера, и такого ещё не было. Чем вам не спутник Земли? И кто сказал, что на все времена у спутников Земли должны быть только космические скорости и только космические высоты полёта?

Возникает естественный вопрос: а зачем это надо? Предлагается рассмотреть пока три технических направления для использования энергии струйных течений.

1. Летательные аппараты тяжелее воздуха, и дирижабли системы связи и коммуникаций, способные неограниченно долго летать вокруг планеты в струйных течениях. Более дешевая и ремонто - пригодная техника и технология как некоторая альтернатива космическим спутникам связи.

2. Авиационные транспортные перевозки, когда двигатели и топливо используют только для взлета, набора высоты и посадки. Да, скорость полета по современным меркам будет невысока, но от высокой скорости уже пострадало достаточно много народу. Возможно, в дополнение к существующей технике, стоит подумать об экономичной и надежной авиации с большой площадью крыла и с низкой посадочной скоростью, когда посадка в поле не трагедия, а лишь эпизод в биографии самолета. Экономичные полеты в струйном течении будут возможны только в направлении с запада на восток, такова природа, но к этому можно адаптироваться.

3. Использование энергии ветра струйных течений для выработки электроэнергии. Известны проекты использования дирижаблей и размещения генераторов в воздушном потоке струйного течения с последующей передачей вырабатываемой электроэнергии по кабелю к поверхности земли. Это, конечно, отдельная тема, но она тесно связана с вопросом использования энергии струйных течений.

Сделаем попытку оценить количественно предмет нашего разговора. Какова мощность струйного течения? На этом этапе вполне можно опереться на методику расчёта мощности ракетного двигателя по мощности струи. В упрощённом виде рассмотрим поперечное сечение струйного течения как прямоугольник со сторонами 4 х 200 км (для более точного решения такой задачи следует учитывать данные об эпюре скоростей и об изменении плотности воздуха по высоте). Пусть скорость ветра в струйном течении — 300 км/ч. В этом случае массовый расход воздуха (рабочего тела) в струйном течении составляет примерно 20 млн т/с. Мощность струйного течения в выбранном сечении составляет 70 млн МВт. Если вспомнить мощность одного атомного реактора, например чернобыльского — 925 МВт, — можно сказать, что в струйном течении сосредоточена мощность 80 тыс. атомных реакторов. Или, как сказано выше, 100 кВт на каждый квадратный метр условного сечения воздушного пространства.

По немногочисленным опубликованным данным, пять струйных течений, направленных с запада на восток, окольцевали нашу планету. Большое северное струйное течение пересекает Атлантический океан и проходит над Северной Африкой, оставляет под собой весь Ближний Восток, сдувает скоростным потоком снежную шапку с Эвереста и, пройдя над Японией и Тихим океаном, пересекает всю территорию Соединенных Штатов Америки. Именно это струйное течение открыл японский ученый Васабуро Оиши. В южном полушарии есть подобное большое струйное течение, проходящее недалеко от столицы Чили. Об экваториальном струйном течении и еще о двух течениях над северным полярным кругом и южным полярным кругом информации очень мало.

В заключение остается высказать некоторое сожаление, что столь мощные и столь важные для жизни природные явления, а именно — струйные течения — до сих пор остаются фактически неизвестными для широкой общественности. Многие века и тысячелетия существует энергия струйных течений, и напрашивается мысль, что малая, но достаточная часть этой чистой энергии, возможно, предназначена именно для людей, чтобы они всегда жили только в согласии с природой.

Автор статьи: Юрий САЗОНОВ.

Читайте также:

САМАЯ БОЛЬШАЯ КАРТИНА - «ПОРТРЕТ ВОЛГИ».
Досье эрудита ЧЕМУ РАВНА УНЦИЯ?
Кремлевский Фристайл.
Мотоцикл должен быть красивым!


Написать комментарий

RSS

rss Подпишитесь на RSS для получения обновлений.