Новый (четвертый) способ создания подъемной силы
Евгений:
Введение
За десять лет работы над этой темой я провел серию успешных экспериментов с различными физическими моделями. Единственный из всех бумажных журналов «Авиация общего назначения» опубликовал серию моих статей с описанием этих опытов. Выражаю признательность редакции журнала за проявленную поддержку. Остальные журналы в публикациях отказывали. Простые в технической реализации опыты описывались подробно, и каждый желающий мог их повторить с целью проверки достоверности. Рассуждения о сущности физических явлений привели к выводам, которые вступали в противоречие с некоторыми постулатами аэродинамики. Однажды мне оказали честь и заслушали персональный доклад на тему «Четвертого способа» на кафедре аэродинамики одного из ведущих авиационных университетов. Старейший преподаватель кафедры, изучавший мой доклад, сформулировал решение кафедры и честно признался: «Я ничего не понял». Решение было не в мою пользу. В этот день я сделал два вывода, один – пессимистичный и один – оптимистичный.
Начну с пессимистичного. Рассматривая авторскую теорию осуществления вертикального взлета на новом принципе, некоторые из выступивших сделали вывод: возникшая в эксперименте подъемная сила является результатом проявления турбулентности. Они усмотрели турбулентность там, где по моему мнению ее не могло быть в принципе. Из этого следовал вывод: специалисты высочайшего класса не очень отчетливо представляют где, когда и при каких условиях ламинарное течение потока переходит в турбулентное. Виртуозное владение сложнейшими математическими формулами не дает понимания физической сущности процесса.
Здесь же в деканате я впервые увидел фотографию меч-рыбы, которая там находилась, как символ необъясненных скоростных возможностей. Вогнутая форма ее меча и головы соответствовала только что изложенной теории. В голову пришел второй вывод: эта рыба плавает в соответствии с «Четвертым способом» и следующий эксперимент должен быть проведен под водой. Во второй статье следует изложить свою физическую модель перехода ламинарного движения потока сначала в турбулентное, а потом - в кавитационное.
Секрет полета майского жука и сверхскоростного передвижения меч-рыбы можно раскрыть только на основе полного понимания этих явлений. Поэтому значительная часть выставленной на Ваш суд работы посвящена анализу процессов, которые могут возникать в воздушном или водном пространствах. Воздух является более простой средой, чем вода. Поэтому первой Вашему вниманию предлагается статья «Четвертый способ», изложенная в сокращенном варианте всего на семи страницах.
Не спешите упрекать автора в слабой проработке темы и в неподготовленности. Полноформатная статья занимает 27 страниц (и это только разъяснение принципов). Эксперимент прост внешне. Теория намного сложнее и скучнее. Но, думаю, при желании студент 3-4 курса с политехническим образованием сможет разобраться в теме. В этой статье отдается предпочтение нормальной человеческой и физической логике. Здесь нет ужасающих одним своим видом сложнейших математических формул, с помощью которых пытаются что-то рассчитать, но с помощью которых нельзя понять: почему например летает майский жук?
Если кто-то не побоится заснуть от скуки и попросит предоставить полномасштабную версию – с удовольствием выложу.
ЧЕТВЕРТЫЙ СПОСОБ
Прошу отнестись снисходительно к макету аппарата, предложенному в конце статьи. В создании совершенного аппарата по предложенному способу необходимо пройти путь несколько меньший, чем прошла авиация в своем развитии от первой «этажерки» до современных самолетов. Даже неудачные первые самолеты являются более значительным явлением в технике: они были созданы и послужили человечеству уроком. Я же предлагаю для Вашего обсуждения только принципы новой теории и описание первых опытов без претензии на утонченную осведомленность в области самолетостроения. Тем более, что вопрос в основном касается теоретических основ физики о возможном уменьшении плотности воздуха средствами аэро-гидродинамики. Теория изложена в упрощенном варианте с основной целью – заинтересовать читателя в дальнейшем обсуждении темы.
Существуют три способа создания подъемной силы: аэростатический, аэродинамический и реактивный. Соответственно эти способы реализуются в воздушном шаре, современном самолете и ракете. Предлагаемая статья обосновывает существование четвертого способа.
Речь пойдет о создании статической подъемной силы (далее в тексте с.п.с.), не зависящей от горизонтальной скорости летательного аппарата. Эта сила способна обеспечить вертикальный взлет самолета и удерживать его в воздухе в неподвижном состоянии (зависание). Современные самолеты вертикального взлета используются достаточно широко, но они экономично не эффективны и сложны в управлении. Поэтому используются исключительно в условиях экстремальной военной авиации.
Современная техника обладает весьма существенным резервом, который в состоянии вывести авиацию на новый уровень развития. Чтобы определиться с энергетическим резервом проанализируем принцип полета самолета. Двигатель самолета, создавая силу тяги, продвигает его в горизонтальном направлении; крылья с аэродинамическим профилем создают подъемную силу, которая обеспечивает передвижение самолета в вертикальном направлении. При этом двигатель создает в атмосфере два воздушных потока: всасываемый и отбрасываемый. Эти потоки отличаются друг от друга по принципиальным физическим характеристикам. Например: всасываемый поток является ускоренным, а отбрасываемый поток – замедленным. Известны два способа использования энергии отбрасываемого потока в авиации:
- для сокращения длинны разбега самолета на основании эффекта Коанда (АН-72);
- в некоторых самолетах вертикального взлета за счет того, что исходящий от двигателя поток искривляют и отбрасывают вниз посредством нижней поверхности крыла.
Энергия всасываемого воздуха остается в авиации не востребованной. Более того, известен вредный характер действия этого потока, когда двигатель при взлете всасывает мусор, птиц, а иногда и людей. В процессе поиска аналогов мне удалось обнаружить лишь один случай неосознанного и поэтому низкоэффективного использования энергии всасываемого потока в авиации. Это «арочное крыло Кастера», описанное в книге П. Бауэрса «Летательные аппараты нетрадиционных схем» (М. Мир. 1991, стр. 137 – 139). Конструктор совершил две принципиальные с физической точки зрения ошибки, о которых будет сказано ниже. Рассмотрим способ того, как вредное действие всасываемого потока может быть использовано с пользой для дела: для создания с.п.с., обеспечивающей вертикальный взлет. Предложенный способ был апробирован в ходе экспериментов с физическими моделями и обеспечил увеличение КПД использования двигателя на 22,4 %.
Евгений:
Рис.1. Всасывание воздуха над экраном с прямолинейной образующей.
Рассмотрим принципиальную схему эксперимента, изображенную на рис.1. Перед винтовым двигателем 1 установлен экран 2 в виде цилиндрического полукольца с отгибами. Точками на рисунке выделена зона, из которой пропеллер всасывает воздух. Стрелками обозначена траектория, направление и скорость передвижения воздуха в разных точках пространства. Экран обеспечивает всасывание воздуха под углом η к линии горизонта в направлении стрелки V''aver. Фундаментальный закон физики гласит: «Любое действие вызывает противодействие». Принудительное передвижение воздуха вниз способно вызвать на экране возникновение силы, направленной вверх. Чем мощнее поток и чем больше величина угла η, тем больше может быть подъемная сила. Но при этом возникает вторая задача: необходимо обеспечить наиболее эффективное взаимодействие искривленного потока с экраном. Сила этого взаимодействия в аэро-гидродинамике характеризуется снижением величины статического давления на верхней поверхности экрана. Чем меньше статическое давление, тем больше сила, с которой экран всасывается вверх. По существующей теории уменьшение статического давления обеспечивается увеличением скорости потока над верхней поверхностью экрана. Такая форма экрана является наилучшей с
Евгений:
Фот. А1. Измерение величины с.п.с., создаваемой над экраном в виде цицилиндрического полукольца.
точки зрения современной аэродинамики, поскольку обладает минимальным лобовым сопротивлением и является наиболее простой в конструкторско-технологическом исполнении.
Для оценки эффективности эксперимента по этой схеме (см. фот.А1) измерялись сила тяги двигателя без экрана, сила тяги двигателя с установленным экраном и величина возникшей с.п.с. Уменьшение силы тяги двигателя (в связи с установкой экрана) сопровождалось возникновением с.п.с. Взаимоотношение указанных величин определило повышение КПД использования двигателя на 9,8 %. Незначительная величина полученного эффекта поставила вопрос о совершенствовании конструкции экрана. Приведенная на рис.1 схема не достаточно эффективна, поскольку под действием перепада статических давлений экран движется вверх навстречу всасываемому потоку, динамический напор которого уменьшает с.п.с. Необходимо изменить конструкцию экрана таким образом, чтобы нейтрализовать негативное действие всасываемого потока.
Евгений:
Рассмотрим конструкцию на рис.2, где экран выполнен в виде вогнутой и расширяющееся в направлении передвижения потока поверхности. Здесь вектор скорости всасываемого воздуха Vi в произвольной точке раскладывается на тангенциальную и нормальную составляющие Vіτ и Vіn соответственно. То есть динамический напор потока направлен по касательной к любой точке экрана, чем устраняется его негативное воздействие на процесс создания с.п.с. В то же время, нормальный вектор скорости Vіn обеспечивает отсасывание воздуха от экрана, что ведет к дальнейшему уменьшению статического давления. Такое решение позволило создать с.п.с. величиной 29 % от силы тяги без уменьшения КПД использования двигателя (см. фот. 2а). Но, при этом пропорционально уменьшилась сила тяги двигателя.
Евгений:
Фот.А2. Эксперимент с экраном по схеме на рис. 2.
Наиболее эффективная комбинированная конструкция экрана привела к созданию с.п.с. величиной 25,4 % от силы тяги двигателя. При этом сила тяги уменьшилась на 3 %. То есть, рост КПД использования двигателя составил 22,4 %.
Эксперименты с вышеупомянутым «арочным крылом Кастера» проводились в 40-х годах прошлого века под эгидой министерства обороны США и не дали ожидаемого результата, хотя и была создана серия легкомоторных самолетов. Из приведенных опытов с физическими моделями следует сделать 2 вывода, объясняющих «неуспех» Кастера (см. рис.3). Установленный над арочным участком
Навигация