Поветру быстрее ветра
- Прекрасно забытое Данный рисунок в собственности руке самого Эндрю Бауэра, создавшего полное теоретическое обоснование концепции «По ветру стремительнее ветра» и подтвердившего собственные расчеты успешным практическим опытом во второй половине 60-ых годов двадцатого века
Ecotricity Greenbird просвистел по соляной корке озера Айвэнпо в марте 2009 года со скоростью 202,9 км/ч.
- В числе наблюдателей, съехавшихся на Эль Мираж в июле, были не только судьи и представители спонсоров, но и сам Ричард Дженкинс, обладатель мирового рекорда скорости на суше для буеров. В отличие от бюджетного «Дрозда», «Зеленая Птица» — квинтэссенция хайтека, гоночная яхта, болид и аэроплан «Формулы-1» в одном флаконе
Кавалларо и Бортон на своем опыте доказали: при должном умении кроме того самый высокотехнологичный аппарат возможно выстроить в собственном гараже.
- На фото приятели наносят очередной слой эпоксидной смолы на стеклопластиковый обтекатель кокпита пилота
В базе облегченной конструкции болида лежит древесный каркас. Самое высокотехнологичное средство производства в арсенале Кавалларо — фрезерный станок с ЧПУ, благодаря которому были сделаны подробности привода и механизм изменяемого шага воздушного винта
Самая сложная деталь автомобили — воздушный винт.
- Форма его лопастей была многократно просчитана на компьютере. Дабы воссоздать правильное сечение лопастей на всей протяженности, их собирали из бессчётных узких пенопластовых секций, а после этого покрывали стеклопластиком
Необычно устроена людская логика. У подавляющего большинства людей она черно-белая: мы интуитивно делим все происходящее либо мнимое на логичное и нелогичное. Логичное, как мы вычисляем, реально. Нелогичное — нелепо. В повседневной жизни данный метод оказывает помощь нам выжить, но в один момент лишает отечественный разум гибкости. К счастью, для лечения негнущихся извилин имеется хорошее средство.
Это головоломки, заковыристые тесты и ребусы на сообразительность. По-видимому, американцы Рик Кавалларо и его друг Джон Бортон приобретали интеллектуальные пилюли систематично: так как задачка, которую в 2004 году они разместили на форуме авиамоделистов, взбаламутила целый интернет. Рик и Джей Би внесли предложение фанатам управляемого полета отыскать вразумительное научное объяснение феномену перемещения парусника либо наземного аппарата на строго попутном ветре со скоростью стремительнее ветра.
А значительно лучше — создать конструкцию аппарата, что способен на это.
Лжец, лжец!
Практически спустя семь дней дискуссия, как лесной пожар, разгорелась на десятках виртуальных гектаров Паутины. Скептики, которых было большинство, утверждали, что ничто подобное, как и вечный двигатель, нереально в принципе. Причем в их рядах, кроме любителей-всезнаек, было много специалистов в области опытных яхтсменов и аэродинамики, опытных капризную натуру ветра.
Их доводы смотрелись бронебойно — в то время, когда гипотетический аппарат, идущий строго по ветру, достигнет скорости самого ветра, он будет неизбежно остановлен относительным встречным ветром. Помимо этого, в случае если учесть, что КПД любой механической совокупности неизменно меньше много (а на практике редко переваливает за полтинник), то мысль выглядит и вовсе несерьезной.
Через некое время кому-то из спорщиков удалось раскопать потрясающие факты. Оказывается, неприятность перемещения ПВБВ («По ветру стремительнее ветра») была удачно разрешена еще в 1960-х неким Эндрю Бауэром, инженером по аэродинамике летательных аппаратов в корпорации Douglas Aircraft. Во второй половине 60-ых годов двадцатого века Бауэр поспорил со своим боссом, что выстроит машину, которая разгонится стремительнее попутного ветра.
Машина Бауэра, если судить по единственному сохранившемуся снимку, была далека от совершенства, но ему удалось победить пари, продемонстрировав пускай символический, но все-таки принципиальный итог — 1,2 скорости ветра. Но, одеревеневшая логика скептиков сопротивлялась до последнего — бедного Бауэра, в далеком прошлом почившего в бозе, назвали мистификатором, а его аппарат — неуклюжим муляжом, сделанным на живую нитку.
В 2006 году, в то время, когда дискуссия начала переходить на уровень «сам дурак», на сцене показался некоторый Джек Гудман, бывший заядлый яхтсмен и инженер из Флориды. Скоро устав от ненужной болтовни, Гудман забрал да и выстроил радиоуправляемую модельку аппарата с тремя воздушным винтом и колёсами. Прямо на улице, проходящей мимо дома Гудмана, она, толкаемая вперед тягой винта и попутным ветерком, наглядно показала правоту Кавалларо и Бортона.
Опробования были сняты на камеру, а видеоклип выложен на YouTube.
Казалось бы, соперникам идеи осталось только сдаться, но случилось обратное. Помои полились на Гудмана зловонным потоком. Одни неверующие комментаторы обвиняли его в том, что к аппарату была привязана узкая леска, другие — в том, что дорога шла под уклон, а контрольные устройства были намерено подкручены, третьи кричали, что в конструкции был установлен мелкий моторчик с батарейками.
Чтобы урезонить толпу, жаждущую распять беднягу Гудмана и саму концепцию ПВБВ на воздушном винте, Кавалларо и Джей Би решили забрать быка за рога и создать пилотируемую машину, талантливую обогнать ветер.
Фантом вечного двигателя
самый внятный анализ концепции перемещения ПВБВ был представлен доктором наук Массачусетского технологического университета Марком Дрелой в начале прошлого года. Дрела скрупулезно вычислил аэромеханику процесса и доказал, что в нем нет никаких противоречий с законами физики и тем более не отмечается фантома вечного перемещения. Залог успеха — это действенный пропеллер, несложная трансмиссия с допустимым уровнем утрат и хороший трек с поверхностью типа большой наждачки.
Никаких аккумуляторная батарей, никаких стартовых устройств — лишь ветер и аппарат, единственный источник энергии в совокупности.
Трудится аппарат так: попутный ветер сдвигает машину с места, как предмет с необтекаемой формой, и колеса начинают собственный вращение, раскручивая пропеллер. Тот, со своей стороны, формирует тягу и толкает машину вперед. Вследствие этого колеса начинают крутиться стремительнее — следовательно, растут обороты пропеллера.
До тех пор пока ветер дует — аппарат разгоняется. Увидьте, пропеллер ни при каких обстоятельствах не крутит колеса и не вращается за счет энергии ветра напрямую.
В таком виде объяснение представляет собой не что иное, как модель вечного двигателя, что, как мы знаем, не существует в природе. Для сопротивления силы воздуха и преодоления трения аппарату нужна энергия. У ветра ее предостаточно: недаром могучие воздушные течения с легкостью увлекают за собой и легкие яхты, и огромные парусники.
Нужна только «труба», которая разрешит выкачать энергию из ветра.
Эта «труба» прячется в отличии между скоростью движения и воздушной скоростью аппарата относительно земли. Представьте себе, что при скорости попутного ветра 10 км/ч машина едет по земле со скоростью 20 км/ч. Через незамысловатую трансмиссию колеса стремятся передать всю собственную энергию пропеллеру.
Последний же движется относительно воздуха со скоростью всего 10 км/ч, исходя из этого имеет потенциал для разгона. До тех пор пока ветер будет дуть, колеса постоянно будут «обгонять» пропеллер на лишние 10 км/ч, а пропеллер — «спешить за ними вдогонку». Ширина отечественной «трубы» ограничена потерями и эффективностью пропеллера в трансмиссии.
На определенной скорости аэродинамическое сопротивление и трение заберут верх, и разгон закончится.
Колеса и пропеллер похожи на две лодки, каковые движутся по различным каналам: в одном вода стоит, а в другом имеется течение. Первая лодка отдает второй всю собственную энергию, а вторая подтягивает первую за собой. Кстати сообщить, для надводных судов с турбиной и пропеллером, делающей роль колеса, превышение скорости попутного ветра — непростая техническая задача. Обстоятельство кроется в весьма сильном сопротивлении среды.
А вот сухопутные парусники для того чтобы типа возможно делать практически на коленке, что и доказали Кавалларо с другом.
Две с половиной головы
Джон и Рик не применяли никаких высоких разработок и чудо-материалов, в случае если, само собой разумеется, не считать хайтеком ленту из карбона, стекловолокно и пенопласт. Фрезерный станочек с ЧПУ, сверлилка, комплект юного столяра, много-много наждачной бумаги и верно заточенные руки — вот и все, что необходимо, дабы кинуть вызов ветру. Ну и голова, очевидно.
Голов, кстати, было две, кроме того две с половиной: Рик Кавалларо, Джон Бортон, талантливый вынудить летать кроме того утюги, и некоторый студент-дипломник из Университета Сан-Хосе. История не сохранила его имени, поскольку Рик и Джей Би видели его в гараже нечасто.
Главным спонсором выступила компания Joby Energy, а уже на последней стадии к ней присоединился Гугл. Бюджет проекта, "Наверное," был достаточно постным — в дело пошли не только покупные подробности, но и ветхий горный велосипед, ролики от соседского скейтборда, бэушные композитные мачты от виндсерфа, сетка от гамака и другие необходимые в хозяйстве вещи.
За базу будущего покорителя ветра, названного Blackbird («Дрозд»), забрали конструкцию Эндрю Бауэра- приземистый трицикл с «ведущей» управляемым пропеллером и задней осью на мачте. Трансмиссию сначала предполагали сделать в виде двух катушек с нитками — прочный и тонкий кевларовый шнур длиной в пара километров должен был наглядно показать основной постулат концепции: «колеса крутят пропеллер и ни при каких обстоятельствах — напротив». На старте полной должна быть ведущая катушка, а на финише — ведомая, находящаяся в обтекателе пропеллера.
Скоро от этого ответы отказались в пользу надежной и нескончаемой велосипедной цепи. Ее КПД образовывает не меньше 90−95%. Спицевые колесные диски с глухими аэродинамическими колпаками было нужно делать вручную, как и механизм управления шагом пропеллера.
Передняя вилка от велосипеда перекочевала в носовую часть аппарата, а ведущая звездочка от него же стала базисным компонентом трансмиссии.
самые сложные подробности «Дрозда" — пропеллер с редуктором. Форма толкающего винта была шепетильно просчитана на компьютере, а после этого так же шепетильно воспроизведена в металле, пене и стекловолокне. Корпус трицикла из пенопласта и алюминиевого профиля, оклеенного стекловолокном, зализывался уже на финише проекта под конкретного пилота — Рика Кавалларо.
Весной этого года болид был полностью готов к бою и на протяжении восьми пробных заездов на маленькой взлетке аэропорта «Новый Иерусалим» при попутном ветре в 21,73 км/ч разогнался до 61,93 км/ч, в 2,85 раза стремительнее воздушного потока. Блестящий итог в первых же опробованиях вдохновил команду «Дрозда», и в мае Кавалларо начал переговоры с серьёзными птицами из Американской ассоциации скоростных наземных парусных судов NALSA об организации рекордных заездов в совсем новом классе аппаратов.
В июне согласие NALSA было получено, и в первых числах Июля на высохшем озере Эль Мираж Blackbird, обвешанный бессчётными датчиками, пара раз промчался со скоростями, превышающими поток в 3,5раза. Самыми неудачными в сете стали попытки с коэффициентом 2,5 при рваном ветре.
Немыслимый аппарат Кавалларо и Бортона так понравился ребятам из NALSA, что они решили не брать с «дроздов» вступительный взнос. На момент, в то время, когда пишутся эти строки, ответ NALSA об установлении официального мирового рекорда еще не получено, но то, что он состоялся, — факт. Хотя бы по той причине, что «Дрозд» — до тех пор пока единственный претендент в собственном классе.
Пионер ПВБВ Эндрю Бауэр
Во время работы Бауэра в Мичиганском университете во второй половине 40-х годов доктор наук Элдер подал ему идею о перемещении ПВБВ при помощи тележки с пропеллером, заменяющим парус, описание которой он случайно отыскал в одной студенческой работе. Через 2 десятилетия затем, уже будучи сотрудником компании Douglas Aircraft, Бауэр поспорил с главным инженером Смитом, что это теоретически и фактически вероятно. Смит в итоге проиграл спор.
В феврале 1969 года Бауэр совершил серию заездов на выстроенном им карте, оснащенном пропеллером с двумя управляемыми лопастями. Пропеллер был связан с колесами цепным приводом. На протяжении комплекта скорости пропеллер карта трудился на авторотации, как несложный парус, но по окончании разгона Бауэр менял ход лопастей на отрицательный и пропеллер начинал развивать тягу.
Неуклюжая древесная тележка на маленьких колесиках-пуговках без всякого аэродинамического обвеса на протяжении тестов раскочегарилась аж на 20% стремительнее попутного ветра. Бауэр не стал совершенствовать ее — возможно, ему это стало уже неинтересно. официальных бумаг и Никаких кинодокументов, талантливых подтвердить данный факт, не сохранилось.
Но, по словам Рика Кавалларо, он лично говорил с человеком, трудившимся вместе с Смитом и Бауэром в Douglas Aircraft и находившимся при получении Бауэром выигрыша. В собственной работе Faster Than The Wind, опубликованной 26 апреля 1969 года, на 21 странице убористого текста Бауэр приводит подробные расчеты с десятками формул, обосновывающие работоспособность концепции.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№95, сентябрь 2010).
<
h4>