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