ПопулярноеРедакцияСвежееЛучшее
Итоги года

Какую тягу может развить вибролет? Вопрос на миллион $

Схема вибролета Лозовского.

Эта странная конструкция интересна тем, что это единственный теоретически возможный летательный аппарат, принцип которого делает необходимым использование формы летающей тарелки. Было построено и придумано уже много летающих тарелок, основанных на различных принципах, но каждый раз эта форма была скорее своеобразным фетешем, или в лучшем случае была обусловлена компактностью. Но вибролет по сути это просто машущий вверх-вниз зонтик, и его так же можно представить как обычный акустический динамик.

Упрощенная схема вибролета.

Принцип этот интересен хотя бы потому, что он лежит в основе движения всех плавающих и летающих существ, которые часто заставляют ученых поломать голову в попытке разгадать причину их эффективности. Вибролет по сути является максимальным упрощением движения живых существ, что выгодно с точки зрения механики. И хотя он кажется простым, принцип его работы на сегодняшний день почти не исследован. Неизвестно какую тягу может развить вибролет, сможет ли он быть маневренным как мухи, разогнаться в атмосфере до космических скоростей и вылететь в космос по инерции так же как рыба выпрыгивает из воды, или это тупиковый путь развития?

Есть три варианта этой концепции:

  • Зонтик имеет асимметричную форму, например конус, и совершает симметричные колебания ( с одинаковой скоростью вверх и вниз)
  • Симметричный зонтик или пластина, которая совершает ассиметричные колебания (с разной скоростью вверх и вниз).
  • Асимметричный зонтик, совершающий асимметричные колебания.

Существующая теория определяет тягу как разницу лобового сопротивления между движением зонтика вверх и вниз. Из-за асиметричности формы или колебаний сопротивление воздуха в одном направлении больше чем в другом, и вибролет должен двигаться в сторону меньшего сопротивления. В трех случаях это должно быть так:

  • Симметрично колеблюйщийся конус должен двигаться в направлении своей вершины так как при движении в эту сторону он более обтекаем.
  • Асимметрично колеблющаяся пластина должна двигаться в сторону медленных рывков, так как при медленном движении испытывает меньшее сопротивление чем при быстром.

  • Асимметрично колеблющийся конус должен двигаться направлении вершины, если в этом направлении он совершает медленные рывки, по двум выше приведенным причинам.

Проекты вибролетов, в которых описан этот принцип и приведены рассчеты можно посмотреть здесь:

https://patents.google.com/patent/RU2147786C1/ru
http://www.journalpro.ru/articles/vibrolet-alternativa-vertoleta/

Проект многокупольного вибролета.

Но есть основания полагать, что нельзя определять тягу вибролета как разницу лобового сопротивления, возникающую между движениями зонтика вверх и вниз.
Немногие экспериментальные исследования вибрационного принципа движения дали неоднозначный и порой противоречивый результат, точность которого во многих случаях находится под сомнением. Сложность проведения экспериментов по измерению тяги в том, что в случае измерения ее весами, колебания системы из двух тел, которой по сути является вибролет, влияют на весы. Таким образом получается несуществующий результат, который часто подается как доказательства инерциоидов, ЭМдрайвов и прочее. Например из-за быстрой вибрации весы могут не успевать среагировать и показывать средний результат который может быть воспринят как уменьшение веса. Действительно летающих вибролетов пока не создано, а в случае испытаний подобных конструкций в свободном падении результат не точный потому что испытываемая конструкция не падает ровно как и любой зонтик, а стремится перевернуться. Единственный способ измерить тягу это использовать механизм, полностью и идеально точно компенсирующий вибрации, что совсем не просто. Такое устройство описано здесь https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=24651

В первую очередь стоить вспомнить «Flying car» Питса. Его зонтик имел жалюзи, которые открывались при движении в верх и пропускали воздух, а при движении вниз закрывались. Он просто пытался толкать воздух вниз что не привело ни к какому результату.

«Flying car» изобретателя Питса 1911г.

Уже около столетия спустя был проведен эксперимент, в котором осцилятор с конусным зонтиком был подвешен на весы посредством демпфирующй пружины, которая одновременно играла роль элемента осциллографа. Измерялся вес работающего устройства, расходуемая двигателем энергия и зависимость этих параметров от частоты. Для калибровки сначала были проведены измерения работающего устройства без зонтика. Нужно было понимать как вибрирующее устройство влияет на показания весов без взаимодействия с воздухом. После зонтик был установлен на осциллятор и проводились такие же замеры. Предполагалось что с увеличением частоты колебаний вес осцилятора с зонтиком будет уменьшаться, а расходуемая двигателем энергия на создание подъемной силы увеличиваться по сравнению с контрольными измерениями без зонтика.

Схема экспериментальной установки с машущим зонтиком.

Количество расходуемой энергии действительно возросло как и ожидалось. Но судя по показаниям весов получилось что колеблющийся зонтик в форме конуса создает тягу не в направлении вершины, а наоборот, то есть в сторону быстрых рывков несмотря на форму, которая должна ощущать максимум сопротивления при движении в эту сторону. В результате таким образом удалось понять что этот принцип какой-то работает, но непонятно как и какую тягу можно получить таким образом. Здесь подробно описан этот эксперимент.
http://ucom.ru/doc/na.2016.06.02.208.pdf

Испытания вибролета в свободном падении проводились следующим образом. Планировалось сравнивать его скорость падения в неработающем, и включенном состоянии. Но в действительности это оказалось невозможным так как падение было не стабильным и вибролет все время переворачивался. Понять как он работает и насколько эффективно таким образом нельзя.

Экспериментальная модель вибролета.

В другом эксперименте использовалась вибролодка с асимметричным корпусом и осцилятором, работающем в двух режимах — симметричном и асимметричном. В режиме симметричных колебаний никакого значительного движения не наблюдалось, из чего следует вывод что форма не так уж важна. А в режиме асимметричных колебаний движение происходило именно в сторону быстрого рывка а не медленного, как это предсказывали первоначальная теория, объясняющая принцип вибродвижения простой разницей лобового сопротивления. Поолучилось, что лодка как бы протискивается через воду и движется так же, как если бы она это делала на твердой поверхности испытывая сухое трение.

Гидродинамическая модель вибролета в движении

Объясняется это так — в результате быстрого рывка позади образуется турбулентный вихрь, который во время медленного возвратного движения продолжает по инерции двигаться вперед и толкает лодку сзади. Это подтверждается наблюдаемым при помощи дыма эффектом во время единичного движения пластины. После остановки пластины вихрь под ней продолжает движение в том же направлении и догоняя отражается в стороны, увеличиваясь в диаметре. Изображение
Так как сила, заключенная в вихре больше чем сила возвратного движения, лодка движется вперед.
Вихрь, в общем случае кольцевой, так как остальные это его производные, действительно имеет свойства твердого тела и его можно рассматривать как солитон со свойствами частицы-волны, или как движущуюся массу. То есть он обладает импульсом. И так как вихрь образуясь позади лодки движется в том же направлении, то когда лодка останавливается, импульс созданного ею вихря сообщается ей обратно.

Кольцевой вихрь в турбулентной зоне во время движения пластины (слева) и после остановки (справа)

Самый простой способ увидеть эффект это провести туда-обратно ладонью в воде, можно чем-то плоским и легким в воздухе. Давление достаточно ощутимо. Можно при помощи дыма наблюдать. Эти эксперименты описаны здесь
https://sci-article.ru/stat.php?i=1601957819

Из всего этого следует что до сих пор не понятно, как в действительности работает вибролет, и как можно вычислить развиваемую им тягу. Но по всей видимости его движение мало зависит от формы и он движется в сторону быстрого рывка.

Вопрос заключается в следующем — можно ли как-то обосновать движение асимметрично колеблющегося симметричного тела в вязкой среде не опираясь на идею разницы лобового сопротивления при движении вперед и назад и вычислить тягу, которая возникает при этом?

Возможно ответ на этот вопрос может дать гладкое решение уравнения Навье-Стокса. Это уравнение описывает движение воды, воздуха, потоков космической плазмы и достаточно точно, но проблемы начинаются там где начинается турбулентность. А гладким решением называется то, которое может описать поток с абсолютной точностью до каждого мельчайшего вихря. И за такое решение дают не много не мало миллион долларов потому что оно признано одной из проблем тысячелетия. Ну а так как в движение вибролет приводит именно вихрь, то скорее всего это решение для него и надо. Оно бы позволило узнать какое давление оказывает воздух на его зонтик. Но для этого нужен не много не мало великий математик.

Возможно свет на эту проблему может пролить использование в рассчетах треугольной системы координат, которая используется крайне редко, и для других целей, например в химии. Дело вот в чем. Обычно уравнение Навье-Стокса решается в декартовой системе координат, то есть состоящей из прямоугольников.

Моделирование течений при помощи уравнения Навье-Стокса в прямоугольной системе координат.

Треугольная система координат интересна тем, что она соответствует абсолютной равномерности идеальной среды для начальных условий, тогда как в прямоугольной системе все точки изначально не равноудалены. Если в ней логически прокладывать векторы по принципу распределения импульса как если бы это была игра в бильярд, то автоматом образуются правильные фигуры, которые соответствуют структуре тора или тороидального вихря. А ведь известно что любой вихрь является производным тороидального вихря.

Возможный вид решения уравнения Навье-Стокса в треугольной системе координат.
Схематическое изображение тороидального вихря

Так же получаются и правильные шестиугольники, которые присутствуют в вихрях на полюсах планет гигантов.

Шестиугольный вихрь

Если подобный принцип бильярда применить в декартовой системе координат, которая обычно используется для описания течений, картины то мы получим ломанный рисунок, скорее похожий на деформацию металла чем на течения жидкостей или газов. Может быть с этим и связана проблема уравнения Навье-Стокса? Если это так, то задача становится чрезвычайно сложной, так как решение НС в треугольной системе координат прямом виде невозможно, да и вообще такую систему даже трудно представить в трехмерном виде. Поэтому вопрос о тяге вибролета пока остается открытым.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

6

Это пользовательский материал, написанный участником сообщества, который не входит в состав редакции или администрации. Поддерживая авторов оценками, вы помогаете нашему сообществу развиваться.

Войдите, чтобы видеть ещё 73 комментария, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Качественный Фёдор Дмитриевич
Вечность назад

И традиционно дам совет. Как я понял из текста, никто летать на таком ещё не смог. Даже измерить или зафиксировать подъёмную силу проблема. Так как сам способ подсмотрен морских животных, то предлагаю у них же подсмотреть принцип компенсации массы для уменьшения веса с помощью сили Архимеда: подвесьте(уравновесьте) в воздухе свой вибролёт с помощью воздушного шара с гелием. Тогда даже небольшая сила от вибродвигателя приведёт к началу движения. Получится что-то типа вибродирижабля. Хотя для начальных испытаний вполне подойдёт противовес, подвязанный через обычный блок. Или два блока, чтобы верёвка была буквой "П" и противовес не мешал испытаниям.

Прекрасный Майор Том
Вечность назад

Будь-які апарати, що використовують перепад тисків у середовищі, можуть працювати лище за наявності тиску в середовищі. Отже, для польотів вгору вони придатні, не більше, аніж літак чи гелікоптер

Хороший Илон
Вечность назад

Вибачте за порівняння, але всі ці віброльоти нагадують мені за аналогією спроби змусити пересуватися паралізовану людину за допомогою епілептичних рухів, замість використання звичайного інвалідного крісла. Ще раз перепрошую за можливо не дуже етичний приклад.

Показать скрытые комментарии

Загружаем комментарии...

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
Зарегистрируйтесь на сайте, чтобы не видеть рекламу, создавать и отслеживать темы, сохранять статьи в личные закладки и участвовать в обсуждениях
Если не получается зайти отсюда, попробуйте по ссылке.