Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Технические фантазии в реальном воплощении

Рассылка закрыта

При закрытии подписчики были переданы в рассылку "Очевидное-Невероятное" на которую и рекомендуем вам подписаться.

Вы можете найти рассылки сходной тематики в Каталоге рассылок.

←   Август 2002   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
Автор
BorislavD

Статистика

3.316 подписчиков
-2 за неделю
←   Все выпуски   →

Технические фантазии в реальном воплощении No 64


Информационный Канал Subscribe.Ru
System
Технические фантазии в реальном воплощении
Код tech.tft
Выпуск No 64.
Автор и ведущий Cesiy
Системы спуска и подъема
в воздушной и водной средах
Systems Lowering & Ascent
***

Системы спуска, подъема и движения в воздушной и водной средах.

        Рассматриваются некоторые системы спуска, подъема и движения в воздушной и водной средах, включающие, например, винтовые цилиндрические, конусные или другие профильные сочетания, выполненные в виде упругой ленты, в частности, с плоскостью профилей, перпендикулярных или под углом к продольной оси системы. Что такое эти "системы"?
        Чтобы более ясно, нужно бы рассмотреть рисунок, однако, он будет представлен ниже. С другой стороны, поскольку устройства, названные "системой", достаточно просты (или могут быть такими),  возможен постепенный подход к предмету для предварительного смыслового обозначения.
        Итак, при спуске в воздушной среде давным-давно используется система "парашют-парашютист" (и ничего больше). Возникают различные ситуации, когда такое применение необходимо и/или полезно, например, в спортивных целях, а также в аварийных  летных ситуациях при покидании ЛА. Бывают и случаи невозможности его применения, чреватые известными последствиями.
        Не может быть, чтобы конструкции и конструктивность спуска в воздухе упиралось только в то, что называется парашютом. В более ранних выпусках  предлагались динамический парашют, а также симметрирующая лопасть с мнимой осью вращения (соответственно No 28 за 29.11.01 и No 41 за 03.03.02.). Было также описание индивидуального летательного аппарата, No 29 за 11.12.01. Теперь можно вспомнить о винтах, вспомнить о них и о том, что такое винт в широком смысле слова (а не представлять его, как изделие под отвертку). Открыв справочник по математике, найдем там только описание и формулы линии винта, как пространственной кривой. Ну, хорошо, а дальше?
***
         Имеется (известна) детская игрушка в виде растягивающейся спирали, чуть упругой и с малой площадью поверхности витков. В ней почти ничего нет, потому что игрушка. Она и выглядит, и действует как слабая пружина растяжения, выполненная из пластика. Роль чем-то занимательной игрушки она то ли выполняет, то ли нет. Например, подвесив её за один конец, а на другом укрепив маленький груз, можно увидеть, что при каком-то начальном импульсе такая система входит в слабо затухающие колебания. Если оставить её в покое, дать ей повисеть на нитке в растянутом положении, можно увидеть, что она начинает закручиваться под действием потоков воздуха.
        И вот здесь возникает маленький (может быть, иной) лучик технической мысленной фантазии или какой-то нити, уходящей  в неизвестность. Такое обоюдное действие (и не только оно) направлено на условно-отрицательные свойства, проявленные в игрушке и в игровом опыте. Они в том, что пружинистость невелика, а поверхности профилей малы - отсюда, вероятно, и слабые колебания, и кручение.
        Совсем несложно убедиться в том, что, действительно, для взаимодействия с воздухом площади взаимодействия недостаточны (если оставить эту "пружину" в растянутом положении). Можно сделать макет, отличающийся от игрушки, причем так, чтобы винтовые профильные поверхности были максимальной площади - в этом случае появится "воздушный" эффект.
        Делаем бумажный макет. Вырезаем несколько, например, 10 (можно меньше или больше), одинаковых бумажных колечек, типа плоских бубликов, разрезаем их в одном месте и соответственно в местах разреза склеиваем, чтобы получить плоскую растягивающуюся пружину. Подвешиваем её за один конец, а ко второму, нижнему концу прикрепляем грузик. Получается вертикально расположенный геометрически-пространственный винт. Он оказывается, действительно "воздушным".
***
        При действии потоков воздуха "воздушный" винт начинает вращаться. Если вместо нити установить ось с подшипником, вращение становится непрерывным до тех пор, пока действует инерция и поток. Его направление может быть практически любым. "Воздушный" отслеживает и вертикальные потоки, соответственно сжимаясь, входя также в колебательные движения..
        Если бумажные колечки раскрасить, а всю нить "воздушного" укрепить на потолке, он становится динамически подвижным украшением комнаты. И кроме того, он действует на человека, который стремиться что-то понять (или он только на пути к этому).

Вид изделия показан на рис.Spiral1.


 

Уже достаточно, чтобы представить, что такое "воздушный" винт, что он может действовать сам, то есть совершать вращательные движения в воздухе. Однако пустив его в воздушное плавание, обнаруживается, что это движение получается хаотичным, не стабилизируемым, с неустойчивым вращением. Причины, вероятно, понятны. Можно принять меры к недопущению такого поведения и автоматической стабилизации при работе в воздухе.
        Может быть, уже более-менее понятно, к чему "весь этот разговор". Он к тому, чтобы "оправдать" идею воздушного винта. Маленькое приближение к этому уже есть.

***







        "Воздушный" винт стабилизируется при планировании и полете вниз, если сверху установлен стабилизатор. Он может быть в виде конусной оболочки с разрезами по краям, как на крыльях у летящей вороны (для тех же целей). Может быть и любой другой его вид, например, просто шар. Только при этом необходимо, чтобы на нижнем конце был укреплен груз, который бы растягивал воздушный винт, давая ему возможность "работать" с воздухом.
        Таким образом, оказывается, что воздушный винт в принципе может служить элементом в системе спуска в воздухе. Наиболее эффективен тот, который создает (вместе с воздухом) максимальное торможение спуску, создает наибольшую отрицательную работу, ввинчиваясь и уменьшая вектор вертикальной скорости системы в воздухе.

        Можно сказать, что это не пассивный спуск, поскольку присутствует вращение. В природе, которая отличается максимальной экономичностью, так и происходит, см. например, "Сезон парашютирования. Динамический парашют", с описанием интереснейшей автоматики, выпуск No 41 за 03.03.02 . То же самое пытаются выполнить в вертолете, когда винт нужно ввести в режим авторотации, но не всегда это удается (нет автомата ввода в этот режим). Кроме того, и эффект получается не тот (по понятным причинам).
        Воздушная спираль может оказаться эффективнее простой лопасти (как природной, так и искусственной). Кроме того, профили спирали в этом случае могут быть самыми разнообразными, собранные по длине профиля  в винтовую форму. Их эффект, естественно, отличается от эффекта профилей в виде тонкого прямоугольника. или в форме крыла, когда они расположены по прямой линии и под определенным углом атаки к потоку. Особое качество получает,  в частности, крыльевой профиль. В этом смысле имеет значение  не только спуск, но и возможность подъема (и/или другие применения).
Вероятно, хорошее развитие происходит при переходе к конусной форме.
Она показана на рис.Spiral2.

        В этом случае автоматически решатся многие вопросы, отмеченные выше, когда форма спирали представлялась цилиндрической. В конусном варианте появляется много полезных свойств. К этому можно отнести врзможность самостабилизации без дополнительных устройств, автоматическое действие  воздушного растяжения и степень этого действия, удобство складывания в плоскую форму, возможность быстрого (взрывного) ввода в действие, полная самоотдача работы всех витков и так далее. Начинает "смотреться" вариант принудительного вращения от ручного привода и/или от электро-газового устройства, действующие как при спуске, так и при подъеме. Возникает идея применения воздушной спирали для подъема. Идея выстреливания диском (спираль в сложенном виде) вверх с последующим развертыванием в конус и медленным стабилизируемым спуском.

***

        Динамика изменения профиля и его оптимизация.
        Для максимальной эффективности работы воздушной спирали возможно достижение конструктивного оптимума, если соответственно выполнены форма сечения витков и их расположение (закрутка) относительно продольной оси. Лента витков (если смотреть вдоль продольной оси спирали) может быть расположена как в крайних положениях, когда их площадь или максимальна, или минимальна, так и во всех промежуточных положениях, когда изменяется угол атаки профиля по отношению к потоку. При этом форма сечения принимается такой, которая максимально эффективна при соответствующем положении витков. Таким образом, выбор вариантов достаточно значительный. Однако их подбор ведет только к некоторому увеличению процента эффективности. Основной эффект дает сам принцип воздушной спирали.

***
       Спуск.
        Параметры спуска зависят от многих факторов. В воздушной спирали эти факторы в отличие от других систем могут изменяться как автоматически, так и  принудительно. Например, шаг спирали может изменяться вручную при действии усилий складывания, направленных вдоль продольной оси.
        Поскольку данный вид спирали должен иметь определенную ширину витков, в её контуре имеются площади, очерченные диаметрами минимум и максимум (в том числе по каждому витку в конусном варианте).
***
        Исследуя данный вопрос, можно прийти к выводу о совсем незначительных знаниях о свойствах спиралей. Даже в том случае, если включить в помощь сведения из интернет. Или, если взглянуть на элементы теории машин. Представлены там, конечно, формулы спирали как пространственной линии. Представлены их применения в разных сферах жизни и техники. Но что происходит, если увеличивать ширину профиля, почти ничего нет, за исключением вида стружки из-под резца токарного станка. Нет и того, как её выполнить, привести в форму "удобную для применения". Архимед показал "свою" спираль, с оригинальным сочетанием величин (и ничего больше). Найдена двойная генетическая спираль со сложным содержанием. Есть очень простые действующие спирали. Однако нигде, может быть, не рассмотрены спирали в воздухоплавании. Особенно с широкими профилями, отличающимися по форме и выполнению, имеющими различные диаметры по внутреннему и наружному контуру, с изменяемыми "винтовыми" углами, с разными углами атаки относительно потока.
***
        В приводах судов, в водном транспорте для взаимодействия с водной средой исторически применен винт. То же самое - в воздушных средах. В генераторах отбора ветровой мощности. В вентиляторах - как части винтов. И ничего больше! Этого мало и очень мало.
        Например. Не будете же Вы при спуске под воду (для замедления или ускорения) использовать лопастной винт или часть вентилятора - это и в голову не придет. Поэтому та же инерция действует и на устройства подъема. Она же и в том, где необходим аварийный спуск в воздухе.
        Например. Вы летите на дельтаплане. Скорость незначительная. Привод винтовой. Подъемная сила - за счет крыла. Если все это отказало (так бывает) - крах. Так не может быть - это нонсенс. Никогда не придет в голову спускаться, используя силу торможения того же винта привода, потому что это не будет действовать (как говорится, интуитивно понятно). Но если у Вас на валу привода конусная скоростная воздушная спираль с малыми углами атаки, она одновременно является механизмом спуска, Вашим спасением, если углы атаки настроить по вертикальному потоку, она сама вводится в режим вращения и торможения, этот режим можно регулировать и так далее, то есть то, что Вашей душе и телу угодно, чтобы спастись.
***
        Лопасть винта - та же спираль, её маленькая часть, с различной закруткой по длине, чтобы наиболее экономично, с максимальной мощностью отдать энергию воздуху. Действие равно противодействию - ЛА получает силу, способствующую движению. При вращении лопастей с малой скоростью не получите ничего. При отказе двигателей надежды на винт, чтобы спуститься, нет. Сотни происшествий это подтверждают. Воздушная спираль, имеющая значительные площади взаимодействия и "неэкономичный" угол атаки, создает воздушные усилия при малой скорости вращения. Есть надежда, что с её помощью возможен и спуск, и подъем.

        Фантастическое представление. Воздушный корабль терпит бедствие. Чрезвычайная ситуация. Отказали все органы и системы полета. В нем сотни человек. Как быть? Вы не задавали себе этот вопрос? Кажется, что нет ответа. Однако их несколько, несколько решений, во имя спасения. И тогда Вы летите без страха.
        Корабль падает. В первое же мгновение обшивка фюзеляжа взрывается по заданной винтовой линии. Во вторую секунду она расправляется в спираль, удерживаясь на нем с помощью тонких строп. Фюзеляж занимает вертикальное положение, повисает на стропах спирали. Система аварийного спуска начинает  снижение. Спираль вращаясь, держит допустимую вертикальную скорость. Касаясь поверхности, срабатывает хвостовой демпфер, полностью погасив скорость. Фюзеляж наклоняется в сторону, ложится на винтовые поверхности собственной воздушной спирали.
        В случае приводнения спиральные поверхности раздуваются, превращаясь в винтовой плот. Включаются резервные двигатели малой мощности, винтовой плот начинает вращение - плывет к берегу или к кораблю поддержки. Руки чешутся показать эти чудо-рисунки - спуск в воздухе и ход по воде (они остаются на будущее).

***
        Подъем.
        Пора перейти  к подъёму с помощью принудительного вращения спирали.
        Воздушная спираль обладает одинаковыми качествами как при спуске вниз с вращением, так и при подъеме вверх, тоже с вращением.
        Подача на воздушную спираль малой мощности вращения не вызовет ничего, кроме вращения - спираль не раскроется. Подача на неё какой-то большой мощности вызовет её чрезмерный раскрыв и малый эффект действия. Динамические спиральные системы наилучшим образом работают в оптимальных режимах.
        Подъем и спуск с применением системы "Спираль" может быть как в водной, так и воздушной средах (с соответствующей настройкой параметров). Подъем идет в активном режиме, спуск - с пассивным или ативным движением, например, с подтормаживанием.
        Итак, режим подъема. Конечно, вертикальный подъем - это самый тяжелый режим с затратами большой мощности. В этом случае не возникает подъемной силы за счет аэродинамического действия потока в движении. Однако такой режим присутствует в фазах полета или зависания. Его цели самые различные.
        Один из эффектов спирали, работающей в любой среде и несущей нагрузку, - это закручивание её витков как относительно продольной оси, так и закручивание профиля относительно самой линии спирали.
Последнее (вместе с первым или отдельно) приводит к изменению угла атаки взаимодействия со средой, увеличению степени взаимодействия, увеличению нагрузки (при сохранении скорости вращения).  Увеличение нагрузки автоматически вызывает и приводит в соответствие действующие факторы друг другу. Таков эффект, зародышевое состояние которого отражает автомат перекоса лопастей винта вертолета.
        Применение эффектов вращающейся спирали отличается от действия механизмов и принципов машущего полета. Спираль - создание искусственно-техническое, однако, она в скрытом виде широко применяется в природе, и в основе - это создание природное. Спиральные принципы включают и объединяют множество явлений и процессов, отражая создание пространственное и соответствующее самому миру.

       Выполнение.
        Технические конструкции спиралей могут быть самыми разнообразными. Открыт простор конструкторским идеям и фантазиям. Механизм спирали может включать в себя множество (или минимум) элементов, действие которых будет отражать многие внешние требования условий подъема и ...мысли человека-конструктора.
        Пора представить воздушную спираль умозрительно, посмотреть на летающий макет.
Чтобы двигаться вперед, сочетая желание добиться успеха, теорию и начальную практику дела, усиливающими друг друга. Такими поддерживающими друг друга шажками, вовлекающими в процесс исследования интересного явления под названием "воздухоплавание". Применяя новые (до поры скрытые) конструкции, улучшающие приближение к идеалу.
        Можно, например, посмотреть вертолет со спиралью, как это обозначено на рис. Spiral3.

        Может быть, жаль, что так  получилось. Потому что такой вид притягивает к старому, вводит в  ограничивающие рамки, тормозит и атаку, и победу над привычным. Вновь приближает привычное. Не дает образа и предствления об иной конструкции. Затрудняет замещение долговременного и инерционного на оперативное. Замедляет поиск полезного. Рис. Spiral3 только этому и способствует. Такая вот инерция.
        Говорят, одно другому не мешает. Здесь, в явном виде, как раз всё наоборот.  Побыстрее уходим от Spiral3.

***
 

Макет "НЛО".

        Теперь представляется Spiral4. Перед Вами новый аппарат. Без предыдущего описания нельзя догадаться, что это такое. Похоже на НЛО. В будущем он таким и становится.


        По позициям 1 - 5 он детализируется: 1 - основной рабочий элемент - спираль, 2 - привод, 3 - топливный бак, 4 - двигатели противореактивные, 5 - разгрузочное поворотное основание.
Конус и спираль соединены шарнирно. Подробности конструкции не описаны.
        Показано положение при подъеме вверх. Движение по горизонтали осуществляется при наклоне конуса относительно вертикали, причем поверхности спирали в определенной степени становятся несущими вращающимися плоскостями.

        Полет со снижением возможен как в положении, показанном на рисунке, так и в положении, когда конус направлен любым иным образом, в том числе в обратном положении, вершиной вниз. При этом разгрузочное поворотное основание свое положение в пространстве не изменяет. Аварийный спуск происходит, когда раскрыв конуса направлен вверх, при этом происходит вращение спирали, стабилизация и торможение спуска. Возможны несколько вариантов аварийного спуска: с полным или частичным отказом оборудования.
        Спираль может быть снабжена реактивными двигателями, установленными на самой спирали.
        Так, при изготовлении макета, о котором ниже,  возможно его усложнение, а именно, выполняется двойная спираль изменяемого объема с внутренней полостью, в которую закачивается воздух под давлением. При автоматическом открытии сопел выхода воздуха макет системы "Спираль" начинает вращение и подъем вверх, после израсходования запаса воздуха макет перевертывается конусом вниз и начинает снижение с воздушным торможением, обеспечиваемым за счет вращения спирали.
        Летающий макет прост. Нужно выполнить схему, показанную на рис. Spiral2.
Для этого делаются различного диаметра легкие кольца из упругого материала. Например, можно так подобрать их сочетание, что в сложенном состоянии они будут иметь вид сплошного круга. Их количество - на Ваш выбор, однако, не очень много.
        Кольца разрезаются в одном месте и соответственно скрепляются последовательно друг с другом, так чтобы при их растяжении поперек плоскости получилась конусная спираль. На самое маленькое нижнее (внутреннее) колечко ставится грузик. По своему усмотрению можно что-то добавить или преобразовать.
Испытания заключаются в свободном планирующем полете вниз с вращением.
        Возможны испытания при полете вверх. Для этого конус, собранный в круг, так чтобы вершина конуса была обозначена по направлению вверх, насаживается на вал раскручивающего электродвигателя. Затем электродвигатель приводится во вращение и при достижении определенной скорости конус рапрямляется и уходит вверх. Необходима острожность! После того, как запасенная энергия будет истрачена, конус перевертывается вершиной вниз и начинает полет со снижением.
        Размеры конусов могут быть самые разные. Самый маленький макет конуса может быть изготовлен из материала  банок (0.33 и 0.5 л) из-под напитков. Другие размеры требуют большего внимания к выбору материала и выполнению конструкции.
        Разнообразие макетов может отражать как возможности, так и различные назначения. Область применения систем "Конус" полностью не определена.
        Cs.

Ведущий и автор Cesiy                     Архив Рассылки                                 Рассылка 'Технические фантазии в реальном воплощении'

http://subscribe.ru/
E-mail: ask@subscribe.ru 		Отписаться
Убрать рекламу
В избранное