/idea/ Солнечный самолет на тепловых коллекторах

[georgii-2]

Ну да, с жестким крылом это наверно единственный вариант - заменить подкос на сокращающуюся пневмомышцу. 

Необязательно. Подкос может быть самый обычный, а привод для изменения его длины тоже вполне обычной конструкции. От объёмного, естественно, устройства - пневмоцилиндр, мембрана, мех итд.

 

[georgii-2]

... А если удастся прикрутить регенератор(похоже что удастся) и резонансные режимы, то КПД легко можно получить более 90% от термодинамического, причем все легко делается "на коленке" без всякого хайтека из подручных материалов...

Не надо метаться. С теорией здесь из образованных никто не поможет. Придётся всё считать самому или с помощью таких же как Вы. Надо заканчивать высказывания типа  кпд 90%.
Делаете что-то конкретное и просчитываете результаты. Потом уже можно прикидывать варианты применения.

 

[tvv385]

Нифига не понял - какая нужна траектория взмахов крыла, чтобы нормально летало?..
Просто чтоли помахать вверх-вниз уже достаточно?  Тогда это совсем просто...   Но мне что-то кажеться что там должна быть какая-то очень сложная траектория движения и поворота крыла, как у птицы...

(да, и надо еще разобраться что там за волновой режим получился у канадцев - у них очень длинное и гибкое крыло, в общем там похоже какая-то волна бежит по крылу, конец крыла бы мотался на несколько метров, а этого нет...  Не совсем понимаю аэродинамику и механизм образования тяги при таком взмахе, а так-же то как это будет влиять на стабильность и управление полетом)


Сам же привод махолета я могу и проще придумать - например, просто за счет изменения давления меняется натяжение, армировка с разной упругостью по-разному изменяет свою длину от нагрузки давлением - что и вызывает изгиб(разница деформации в доли процента при малой толщине могут дать метры изгиба на концах) и взмах крыла...  Или волну...
(вот тока как когда и куда махать - это пока вопрос)

Кстати, махать можно и так 😉

http://www.youtube.com/watch?v=y4Uq3gB4pe4
😉
Sorry...


В общем, надо сначала понять какая нужна траектория взмахов - от этого будет зависеть выбор типа привода - не думаю что с одним цилиндром или мышцей будет просто стабилизировать полет...   У птичек кстати похоже вообще какая-то хитрая 3д траектория взмахов...


>Все упирается в то, что мы можем получить от солнца с помощью солнечного коллектора - какой расход воздуха и с какой температурой (что будет пропорционально давлению сжатого воздуха). Автор топика видимо стесняется озвучить эти данные =), а без них приходится гадать на кофейной гуще.

ну вообще-то исходно я предлагал использовать режим как в ГТУ, и снизить потребную для получения нужной тяги мощность за счет оптимизации режимов температур и массовых расходов (увеличение прокачиваемых через двигатель масс не только снижает температуру и увеличивает отдачу коллектора, но и снижает потребности в мощности для получения той-же тяги) - отсюда и пошли низкотемпературные режимы с малым давлением и огромным расходом воздуха, прокачиваемые через самолет...   А вот для махолета нужны уже другие режимы и решения!..   Так что если бы сразу отделили ужа от ежа, то кое-каких ошибок бы не появилось...  Ну да ладно.


В общем, для махолета думаю лучше использовать немного другой тип двигателя - во-первых от турбинн и постоянных потоков перейти обратно к пульсирующим, как в стирлингах...

Во-вторых повысить давление - что кстати очень любят движки такого типа, у них и мощность повышается от давления...


Да, кстати - тут еще можно скрестить это все с надувной(жесткой с точной формой, как у американцев в проекте военного спасательного надувного самолета, а не матраса! ) конструкцией, там вообще все замечательно скрещивается, и привода получаются на халяву сами собой, как часть конструкции, и надутая у них до 1.7 ат конструкция создает натяжение 17 тонн на м2, что дает жесткость и точность на уровне жестких армированных конструкций(фактически они надуванием только создали натяжение в армировке, тонкие гибкие элементы работают за счет натяжения давлением все равно на разрыв даже при сжимающих нагрузках)...


Ну а в-третьих, не нужно выпускать кайф.. ну то есть воздух в конце цикла - что в движках с пульсирующим давлением получается само собой, короче говоря система может быть вообще герметизированной, иногда даже используют водород или гелий под давлением(у них теплопроводность лучше и масса меньше)...  (правда у воздушных при атмосферном давлении тоже есть свои плюсы)

Ну и да, кстати, при пульсирующем давлении можно прикрутить регенератор обратно(у турбинного вместо него противоточный теплообменник или даже вообще ничего), что повышает КПД...  В общем движок для махолета не сложно сделать с высоким КПД и усилиями, это в турбинном варианте приходиться извращаться...

Vladimir
PS  а всего 10 метров размаха не маловато будет?..  Конечно просто полететь(особенно если движок от ракеты 😉 ) хватит и меньше, но обычно для экономии мощности делают размах крыльев очень большим, ну может быть 63 - 80 м как в солар импульсе это уже перебор, но даже у обычного планера вроде метров 15...

 

[tvv385]

У этого канадского аппарата, как и у всех аналогичных мускулолетов, необходимая для полета мощность двигателя 300-500 Вт. Неважно, будет ли крутить педали человек, или это будет делать шуруповерт на батарейках. Причем в этом размере и скорости полета, кпд машущего движения примерно равен кпд пропеллера диаметром 3-4 м, которые обычно ставятся на такие мускулолеты с приводом от педалей (~80%).

хотите сказать что махолет работает во много раз менее эффективно чем винт?..

Я стал рассматривать этот вариант потому что думал что эффективность прямого привода на крылья примерно такая-же(ну там +- конечно какой-то КПД может быть вроде скажем 0.8) как и у винта диаметром, равным размаху крыльев...  (потом правда нашел еще много интересных бонусов такой схемы - легче согласование с тихоходными двигателями и тп, можно обойтись без лишних коленвалов и преобразований во вращение и тд и тп)

А тепловой энергии с крыльев такого размера (площадью около 40 м2), можно получить порядка 10 кВт, если считать от от солнечного света поглошается только 20%. Поэтому для перевода на солнечную энергию, этот ЛА не совсем подходящий кандидат ).

ну почему же - КПД таких движков довольно высокий, ну а коллектор можно применить более высокотемпературный, с отражателем-концентратором...

Достигается такая мизерная необходимая для полета мощность за счет очень низкого веса ЛА (30-40 кг) при огромной площади крыльев, что дает очень маленькую скорость полета 18-22 км/час при довольно высоком аэродинамическом качестве из-за большого удлинения. Цена за это - хлипкость конструкции, ломающейся от малейшего порыва ветра, и сложность/дороговизна изготовления.

по сути удлинение вторичный параметр, который уже потом ищеться по таблицам профилей и тд и тп...

По сути мощность(кстати и качество тоже растет) снижается со снижением скорости...  Точнее нагрузки на крыло.


В смысле нагрузкой не на м2, и именно на метр размаха!..
Все остальное уже вторичные параметры...


>Аккуратный учет всех стрелок на каждом сечении крыла, дает что для полета махолетам нужна такая же мощность двигателя, как для полета с пропеллером.

это да, но сделать винт десятки метров диаметром проблематично...  (у маленького винта будут как-бы постоянные потери, ну вроде расхода какой-то постоянной мощности чтобы он просто создавал тягу, даже без движения)

В чем смысл принудительно гнать воздух компрессором? Я так понимаю, это нужно только при концентрации солнечного света зеркалами на ограниченную площадку. Чтобы прокачать больше рабочего тела, когда солнечного тепла больше, чем можно снять естественным образом за счет конвекции. А так представляется просто закрытая емкость в крыле. Солнце нагревает воздух, давление повышается. Открываем клапан в пневмомышшцу/пневмоцилиндр, сжатый воздух поступает в нее и совершает работу (да, охлаждаясь при этом при расширении, поэтому в крыле должен быть запас объема, чтобы это падение давления в пневмоцилиндре было не слишком большим).

можно и так, но во-первых тут КПД ниже(в конце цикла все остатки придеться сбросить в атмосферу, а так бы регенератор или резонансный режим их вернул в дело),
а во-вторых будут некоторые проблемы - коллектор-то уже прогретый, и загнать туда холодный воздух будет проблематично(он сразу же прогревается), учитывая что он уже весь заполнен теплым воздухом... 

В турбинном реактивном варианте придеться разработать очень эффективный компрессор и турбину, с потерями доли процента, чтобы при нагреве на несколько градусов она могла хотя бы запуститься и крутить себя...   (фактически нагрев увеличивает объем газа, и весь навар в этой небольшой разнице - типа закачали 1.00 м3, а после коллектора воздух нагрелся и объем стал 1.02 м2, вот "на эти 2% и живем" как в том анекдоте 😉   Отбора мощности в этом случае практически нет - ставка на увеличение прокачиваемых масс воздуха - движок и так будет неплохо тянуть и без винта, с таким аппетитом-то(то есть чтобы снизить дельта-т в 10 раз, нужно и количество прокачиваемого воздуха увеличить в 10 раз, что позволяет получить ту-же тягу при меньшей мощности)... 
В случае же более высоких Т и соотв. КПД уже можно делать отбор мощности с вала и увеличивать тягу за счет винта, но я думаю низкотемпературный вариант проще - какая разница через что прокачивать массу, винт или утробу двигателя...)


PS  дак что там с потерями на трение(сопротивление полету) и давлением на передней кромке крыла, особенно если покапаться в этих долях процентов как следует?..
(намекаю что большой воздухозаборник уже создаст какое-то давление, так что КПД и механическая мощность движка может быть не большим даже на приличных скоростях полета, а то с ростом скорости при том-же сопротивлении увеличивается потребность в мощности, надо разобраться куда теряется эта мощность - нельзя ли ее вернуть в двигатель через воздухозаборник...)

 

[DesertEagle]

Неправильно поняли, крыло параплана должно менять радиус дуги, т.е. складываться и раскладываться как крылья голубя на взлёте.

А так и было посчитано в исходном варианте. Из условия, чтобы крыло могло сделать мах за счет внутреннего избыточного давления. Но тут есть варианты, например если стропы сделать перекатывающиеся через ролики, чтобы нагрузка распределялась равномерно при новой арочности, то необходимость в сопротивлении надувной балки изгибу отпадает. Тогда нужно учитывать только совершаемую работу против аэродинамических сил. В пересчете на время, это несколько кВт мощности. Также момент можно уменьшить, если изгибать только кончики крыльев начиная с 50-70% размаха, а не все крыло. Но тогда надо пересчитывать частоту и амплитуду махов, чтобы создаваемой тяги было достаточно для полета (это будет уже однозначно больше 1 герца).

Подкос может быть самый обычный, а привод для изменения его длины тоже вполне обычной конструкции. От объёмного, естественно, устройства - пневмоцилиндр, мембрана, мех итд.

А расход для этого обычного устройства? При давлении 0.25 атм (при нагреве воздуха до 100 градусов цельсия) через него нужно прокачить по 176 литров литров воздуха в секунду, см. выше. Вы можете себе представить обычное объемное устройство размером с 200-литровую садовую бочку? =) Дьявол кроется в деталях. Идея использовать тепловую энергию интересна, да и мощности на входе нормальные. Но нужно найти конструкцию, в которой параметры были бы согласованы. Я надеялся, что у топикстартера уже есть такие подобранные варианты, но похоже что нет.

Нифига не понял - какая нужна траектория взмахов крыла, чтобы нормально летало?..

Машущее крыло это как пропеллер, однорежимное устройство. Поэтому траектория махов зависит от веса аппарата, аэродинамического качества крыльев, скорости полета и т.д. Если представить что-то вроде дельтаплана, то оно должно махать с частотой примерно 1 Гц и амплитудой около 60 градусов. И кончик крыла при каждом махе нужно закручивать на 10-20 градусов. Впрочем, это может происходить пассивно, поэтому можно сказать что достаточно махать вверх-вниз и все. А мощность на это будет уходить около 5-7 л.с. (на горизонтальный полет). При другой массе, размерах крыльев или скорости полета, будут другие цифры частоты махов и потребляемой мощности.

Но мне что-то кажеться что там должна быть какая-то очень сложная траектория движения и поворота крыла, как у птицы...

Хозяин барин, можно и сложно ). Есть надежда (небольшая), что это даст немного большую эффективность. Но строго говоря, аэродинамика этого не требует. Достаточно простого движения вверх-вниз, лишь бы реальные углы атаки на каждом сечении не выходили за критические для конкретного профиля.

ну вообще-то исходно я предлагал использовать режим как в ГТУ, и снизить потребную для получения нужной тяги мощность за счет оптимизации режимов температур и массовых расходов

Гм... это конечно интересно, но тут я вряд ли смогу помочь. Не могу представить турбину на такие низкие давления и такие большие расходы... Это скорее характерно для объемных машин, и то расходы великоваты.

А есть цифры, сколько вообще солнечные коллекторы выдают, предельные параметры? Не берем промышленные на мегаватты, а что-то близкое по размерам к самолетным крыльям. Максимальные температуры, расход воздуха? Я где-то читал, что ящик из поликарбоната с толщиной около 10-15 см, приставленный к черной стене дома (размеры около 2*4..6 м), реально выдавала около 2 кВт тепловой энергии. Это кпд поглощения солнечного света 17-25%, но за точность цифр не ручаюсь...

а всего 10 метров размаха не маловато будет?..

Если разобраться, сколько воздуха и с какой температурой можно получать от солнца с каждого квадратного метра поверхности (на практике, а не в идеальном случае 1 кВт с метра), то под это дело можно спроектировать летательный аппарат с нужной площадью крыла. Пока, в теории, потенциал есть. Но детали еще нужно прорабатывать... И вопрос как это тепло преобразовать в тягу, тоже пока открытый.

А что там получается с чисто реактивной тягой? Если ее не хватает в явном виде, то можно например выдувать через кончики винта, что повысит тягу на аэродинамическое качество лопастей винта. Тепловая энергия ведь дармовая, нужно только найти способ заставить ее работать с пользой. Пожалуй, я могу представить самолет типа мускулолета, у которого нагретый от солнца воздух будет выдуваться через кончики трехметрового воздушного винта. Надо считать...

 

[Чечако]

Все упирается в то, что мы можем получить от солнца с помощью солнечного коллектора - какой расход воздуха и с какой температурой (что будет пропорционально давлению сжатого воздуха). Автор топика видимо стесняется озвучить эти данные =), а без них приходится гадать на кофейной гуще.

А чего гадать- от солнца, на высоте около 5 км, можно получить Q=1 кВт/м2. Рассмотрим прямоточный воздушный двигатель с внешним подводом тепла (ну не дождался я от топикстартера ответов на мои вопросы). Объем двигателя 1 м3, входное сечение 1 м2, скорость аппарата (набегающего потока) 30 м/с. Следовательно, расход воздуха через двигатель (при  плотности 1 кг/м3) будет равен 30 кг /с.  Теплоемкость воздуха 1 кВт*сек/кг*К (1кДж/кг*дельта К). Температура за бортом -23 градуса (250 К). Тогда получается, что весь расход воздуха мы сможем нагреть на  дельта К= Q/(С*m)= 1000Вт/(1000Дж/кг*К * 30 кг/с) =0,03 градуса. До 250,03 Кельвинов. Далее пусть топикстартер посчитает сам ( я за 35 лет много чего забыл...)  Но твердо помню, если Вы хотите получить работу, тепла надо подвести на порядок больше.
Пы Сы  Теплота сгорания бензина около 50000 кДж/кг, удельный расход 0,23 кг/л.с час. для двигателя мощностью 1 л.с.  50000*0,23*1/3600= 3,19 кДж , что равнозначно 3,2 м2 теплопанели на каждую лошадиную силу.  Если из поршневого двигателя выкинем бензин, оставив только воздух, то только 3/4 мощности и соответственно 4,3 м2 /л.с. Пожалуй аэроплан братьев Райт был более энерговооруженным. Да, для таких цифирей, надо нагреть воздух до 2000 градусов и соответственно потом потерять около 60 %. Так что- вуаля...
ТОЛЬКО ДИРИЖАБЛИ!

 

[DesertEagle]

Я стал рассматривать этот вариант потому что думал что эффективность прямого привода на крылья примерно такая-же(ну там +- конечно какой-то КПД может быть вроде скажем 0.8) как и у винта диаметром, равным размаху крыльев... 

Ну, в целом правильно думаете, в теории так и выходит. Вот только если дельтаплану для полета с набором нужно 4 кВт, то с типичным пропеллером с кпд 50% на моските для этого нужен движок 4/0.5=8 кВт. А при прямом приводе на крылья с кпд 80% (что еще нужно постараться достичь), движок потребуется 4/0.8=5 кВт. Разница в 3 кВт не такая уж существенная для ДВС, это всего лишь увеличение объема примерно на 50 кубиков. А поставить винт на мотор несравненно проще, чем городить прямой привод на крылья. Причем это только для медленно летающих крыльев, а при скоростях больше 100-150 км/час, обычный пропеллер легко выдает кпд под 80%. То есть самолет с винтом на такой скорости будет требовать такой же движок по мощности, как махолет, машущий целыми крыльями и проявляющий чудеса оптимизации аэродинамики.

В турбинном реактивном варианте 

Так это предполагается использовать обычный турбореактивный двигатель, сжигающий топливо, но запитывать его дополнительно нагретым от солнца воздухом? Хех, я думал идея лететь чисто за счет тепловой энергии от солнца. Без двигателя в обычном смысле. Как бы этих киловатт тепла вполне достаточно для полета, нужно только придумать как их преобразовать в тягу.

дак что там с потерями на трение(сопротивление полету) и давлением на передней кромке крыла

Зависит от размера и числа воздухозаборников. Технически для наполнения крыла достаточно пары отверстий диаметром около 10 см. Смотрите зимние клапанные кайты. Причем чем выше скорость полета, тем отверстия будут меньше. Такие воздухозаборники на качестве почти никак не отразятся (хотя зависит от размера крыла, скорости полета и т.д.). Но если взять типичные парапланерные воздухозаборники размером на все крыло, то только они портят аэродинамическое качество в 10-15 раз по сравнению с идеальным гладким профилем. Правда матрасность и неидеальность поверхности параплана портит качество еще на 2-3 единицы, так что это сложный взаимосвязанный вопрос. Скажем, аналог параплана - вупи с принудительным наддувом и отсутствующими воздухозаборниками, по заявлению производителя имел аэродинамическое качество всего 9 единиц. Параплан аналогичной геометрии, но с воздухозаборниками, имел бы примерно 7 единиц.

А давление на входе воздухозаборника равно скоростному напору, независимо от размера и числа воздухозаборников (ну, за небольшим вычетом потерь).

Скоростной напор равен q = p*V^2/2, где p - плотность воздуха, 1.23 кг/м3, V - скорость полета, м/с.

При парапланерной скорости полета 10 м/с, давление на передней кромке:
q = 1.23 * 10^2/2 = 61.5 Па = 0.000607 атм.

 

[tvv385]

, то с типичным пропеллером с кпд 50% на моските для этого нужен движок 4/0.5=8 кВт. А при прямом приводе на крылья с кпд 80% (что еще нужно постараться достичь), движок потребуется 4/0.8=5 кВт. Разница в 3 кВт
...
Причем это только для медленно летающих крыльев, а при скоростях больше 100-150 км/час, обычный пропеллер легко выдает кпд под 80%. То есть самолет с винтом на такой скорости будет требовать такой же движок по мощности, как махолет, машущий целыми крыльями и проявляющий чудеса оптимизации аэродинамики.

стоп.  Давайте сразу отсечем маркетинговые уловки и лохотроны - для проектирования этого фактически нового класса аппаратов требуются более точные теоретические модели...
(я думаю тут уже все поняли что многие учебники написаны для оправдания применения ДВС?
Там все в принципе правильно, вот тока "забыли" делать после каждой страницы приписку "для нашего хренового двигателя" - так что к нормальным аппаратам это не относиться...
Все эти танцы с КПД более правдиво оправдывать фразой "наш хреновый ДВС настолько хренов, что эта кривая хреновина в самолете/автомобиле уже сильно хуже не сделает, мы уже испортили и потеряли КПД и массы в ДВС гораздо больше, так что можете не париться" 😉 )


Я правильно понимаю, что более правильная модель винта - постоянный расход мощности для создания тяги даже при 0 скорости полета?..    То есть более правильно будет сказать, что маленькому винту нужно этих лишних 3 кВт(постоянно!) чтобы просто поддерживать тягу, даже без движения...   Просто на фоне хренового ДВС который зря сжигает ведра бензина и теряет десятки кВт это не сильно заметно - просто лохотронщики прячут это в КПД, ну типа на высоких скоростях когда уже расход мощности на сопротивление движению 30 кВт эти 3 кВт такая мелоч, подумаешь КПД будет на 10% меньше, никто и не заметит - вот туда и прячут этот лохотрон чтобы люди думали что КБ думало головой и спроектировало для них аппарат из которого выжато все, хотя на самом деле они думали только над лохотроном и как втюхать дорогой ДВС и топливо к нему по заказу олигархов, а не тем как сделать сам полет экономичным...
(надо будет еще слепить сайты по истории - если факты разложить правильно, то там довольно интересная картинка вырисовывается - в общем вполне практические варианты энергетики на ветре были сделаны еще в ~1870 году, а солнечную станцию кажеться 1904 года можно строить хоть сейчас, причем на площади золоотвалов ТЭЦ она даст больше энергии, чем сейчас дает ТЭЦ на угле!.. )

Ну да ладно, эт я немного отвлекся - каждый зарабатывает как может, и я тоже не исключение - свой кусок не люблю упускать 😉   Просто эти 10% не 10%, а серьезная постоянная потеря мощности 3 кВт, которая не дает возможности запустить самоподдерживающийся цикл на одной тока солнечной энергии при использовании дешевых коллекторов(а там уже не 10%, а разница по цене более чем в 1000 раз!!!  Вот вам и "всего 10%"!.. )


То есть, модель такая - на создание тяги нужна масса и мощность, причем чем больше массы, тем меньше потребность в мощности: импульс(тяга) это m*v, а энергия(мощность) это m*v^2/2, то есть, винты большего диаметра(или использование всего крыла вместо винта как в махолете) захватывают больше масс воздуха, что снижает постоянные потери мощности ради создания тяги(которые есть даже при 0 скорости полета - что-то не любят считать КПД в этом режиме 😉 ).


(Чем-то это напоминает постоянные потери на скольжение в асинхронном двигателе ради создания момента вращения - аналогичная система, но там есть ради чего, хоть от щеток избавились, но чего хорошего в ДВС не понимаю, он и сложнее и дороже и тяжелее...)

В турбинном реактивном варианте 

Так это предполагается использовать обычный турбореактивный двигатель, сжигающий топливо, но запитывать его дополнительно нагретым от солнца воздухом? Хех, я думал идея лететь чисто за счет тепловой энергии от солнца. Без двигателя в обычном смысле. Как бы этих киловатт тепла вполне достаточно для полета, нужно только придумать как их преобразовать в тягу.

конечно тока на одном солнце, поэтому и приходиться извращаться и бороться с лохотронами и тараканами в головах чтобы получить петлевое усиление в контуре более 1 и выйти на самоподдерживающийся режим работы...
(хотя гибридный вариант который может использовать и топливо тоже когда нет солнца я думаю для практики был бы тоже интересен, надо будет подумать, но это потом тк прикрутить нагреватель тут очень легко)

Vladimir

 

[tvv385]

Теперь более интересный вопрос - как снизить потребности в мощности для самого полета, ну то есть придеться разобраться с сопротивлением полету... 
(тут уже немного сложнее - не просто борьба с лохотронами, но придеться разработать новые методы для уменьшения сопротивления полету(или рекуперации) - но разве русский человек не решит какие-то там сложные технические проблемы ради Халявы? 😉 
Вы тока представьте - можно летать и не платить за бензин, круто? 😉 )

дак что там с потерями на трение(сопротивление полету) и давлением на передней кромке крыла

Зависит от размера и числа воздухозаборников. Технически для наполнения крыла достаточно пары отверстий диаметром около 10 см. Смотрите зимние клапанные кайты. Причем чем выше скорость полета, тем отверстия будут меньше. Такие воздухозаборники на качестве почти никак не отразятся (хотя зависит от размера крыла, скорости полета и т.д.). Но если взять типичные парапланерные воздухозаборники размером на все крыло, то только они портят аэродинамическое качество в 10-15 раз по сравнению с идеальным гладким профилем. Правда матрасность и неидеальность поверхности параплана портит качество еще на 2-3 единицы, так что это сложный взаимосвязанный вопрос. Скажем, аналог параплана - вупи с принудительным наддувом и отсутствующими воздухозаборниками, по заявлению производителя имел аэродинамическое качество всего 9 единиц. Параплан аналогичной геометрии, но с воздухозаборниками, имел бы примерно 7 единиц.

то есть, хотите сказать, что воздухозаборники могут тока ухудшать качество, или не портить сильно, но никак не улучшать?

Куда(и через что) тогда уходит мощность, расходуемая на сопротивление полету?..

А давление на входе воздухозаборника равно скоростному напору, независимо от размера и числа воздухозаборников (ну, за небольшим вычетом потерь).

Скоростной напор равен q = p*V^2/2, где p - плотность воздуха, 1.23 кг/м3, V - скорость полета, м/с.

При парапланерной скорости полета 10 м/с, давление на передней кромке:
q = 1.23 * 10^2/2 = 61.5 Па = 0.000607 атм.

а в крыле случайно не это-же давление создает сопротивление полету?

И что будет если не просто отбирать давление без расхода,
а начать большой отбор воздуха через эти воздухозаборники?..


Для двигателя-то(турбинный вариант) это давление тока на пользу - меньше надо тратить на работу компрессора, в общем я думаю большую часть этих потерь можно вернуть через эффективный двигатель, то есть, потребность в мощности на скорости в полете сделать почти такой-же, как и просто для создания тяги при 0 движении...

Ну это так, идеи, мысли вслух 😉

Vladimir
PS  ну дак че, клуб халявщиков открываем али как? 😉
Тока прикиньте - не платить за бензин!!! 😉
(да кстати есть много инфы по синтезу искусственных топлив, в принципе топливо можно для себя делать дешевле)
Или тут в основном для не длительных покатушек используют леталки, где +- ведро бензина пофиг?..
(солнечный вариант интересен еще тем что позволяет получить большую дальность при малых массах - топливо-то тащить с собой не нужно, или по кр мере меньше)

 

[tvv385]

Пожалуй аэроплан братьев Райт был более энерговооруженным.

конечно!  Ну а чего вы хотели, на халяву-то, не платя за бензин? 😉 
(кстати, тут реклама роснефти допустима? 😉  А вообще МИГ-29 круче всех в мире... )

А если серьезно, то вот для справки еще кучка данных, которые хорошо всем известны(как-то видел копию маршрутного листа автобуса - там все просчитано до секунд, и посчитана в тч и средняя скорость автобуса, она менее 20 км-ч! )

средняя скорость метро - около 40 км-ч
средняя скорость автобусов, троллейбусов и тп - около 20 км-ч
(но что-то не любят это данные рекламировать! )

Так что даже тот мускулолет процентов на 10 побыстрее автобуса будет!..
(вот за что я люблю психологию и PR - всегда можно сравнить самолет с МИГ-29, после чего фтюхать клиенту автобус, который на 10% медленнее даже мускулолета...  Пипл хавает - все ж умные - считать читать умеют...)


Я думал тут все уже давно поняли, что мощность на бензиновых коптилках выбрана завышенной - кстати это же касается и автомобилей, переход на электромобили дает экономию в 3-10 раз!..  (автомобилю класса 8-ки нужно всего 5-6 кВт чтобы ехать, а более правильным классам и 150 Вт хватает, но их тоже не спешат рекламировать, хотя они давно выпускаются серийно под видом веломобилей...  Маркетинг - зачем продавать правильное авто за 500$, если тогда завод теряет 50000$ на джипе - автозаводы никогда на это не пойдут, но "на коленке" их уже тока ленивый не делает)

Так что маркетинг и лохотроны - это сила...   (ну а как вы еще заработаете, если правильный аппарат получается раз в 100 дешевле?  Кстати я тоже не спешу публиковать чертежи правильных стирлингов, хотя они во много раз проще...)



С солнечными там довольно просто все - при увеличении размеров(снижении нагрузки на метр размаха) экономичность самолета растет, а площать(мощность от солнца) наоборот увеличивается, так что неизбежно при каком-то размере халявной солнечной мощности уже начнет хватать для полета...   Скорость при этом чуток снижается, но зато дальность становиться практически не ограниченной - так что это очень серьезная штука, а не просто несколько процентов экономии, хотя и проигрывает по параметрам самолету братьев Райт...  (кстати а че может клуб летающих бомжей замутим? 😉 )

Vladimir
PS  30 кг/сек при 100 м2 коллекторе дает нагрев на 3 градуса, не знаю как турбина, но мой стирлинг уже работает при этом перепаде, хотя конечно не на полную мощность... 
(поэтому для махолета будет движок немного другого типа, но там проблем с движком почти нет, даже не интересно, поэтому для немашущего самолета предлагаю спроектировать такую турбину, тут есть где поразвлечься, турбин с таким КПД еще не было в мире, будет весело...
Кстати, 30 кг/с и 1 кВт это сколько тяги получается?..
Планеру вроде хватает и половины от этого чтобы лететь...)

 

[Чечако]

С солнечными там довольно просто все - при увеличении размеров(снижении нагрузки на метр размаха) экономичность самолета растет, а площать(мощность от солнца) наоборот увеличивается, так что неизбежно при каком-то размере халявной солнечной мощности уже начнет хватать для полета... Скорость при этом чуток снижается, 

Скорость снижается не на чуток, а до величин несовместимых с безопасным полетом в атмосфере, где есть встречный ветер, восходящие и нисходящие потоки, температурные аномалии - это Вам не по асфальту ехать.

Кстати, 30 кг/с и 1 кВт это сколько тяги получается?..

А это в зависимости от того с какой скоростью выбрасывается воздух из сопла, если 100 м/с то тяга 30кг/с*100 м/с= 3000 Н=300 кг, а если перепад 3 градуса, то скорость 0,0...1 м/с и тяга~0. Вы энергетику процесса посчитайте. Ну например для СЛА: мощность двигателя 100 л.с., тяга винта на земле 300 кг, скорость от 80 до 140, масса 500 кг(масса ВМУ и топлива 120 кг), площадь крыла и стабилизатора 18 м2, площадь лобовая 3 м2. Полезный груз 160 кг.
При самом лучшем раскладе, Ваш аппарат будет летать со скоростью 30 км/ч, масса не более 300кг, площадь крыла не менее 40 м2 
ДНЕМ, В БЕЗВЕТРИИ, НА ЭКВАТОРЕ. 😀
Но ресурсов на такой аппарат хватит только у Мак-Криди 😉
Ну не хотите дирижабль, сделайте экраноплан 😉

 

[georgii-2]

А так и было посчитано в исходном варианте. Из условия, чтобы крыло могло сделать мах за счет внутреннего избыточного давления. Но тут есть варианты, например если стропы сделать перекатывающиеся через ролики, чтобы нагрузка распределялась равномерно при новой арочности, то необходимость в сопротивлении надувной балки изгибу отпадает. 

Допустим, клапаны на выходе прикрыты, верхняя часть крыла прозрачная, нижняя тёмная с ворсом. Воздух прогревается, ширина тоннелей увеличивается. Клапаны приоткрываются, давление в тоннелях падает, ширина тоннелей уменьшается. На входе тоже можно сделать клапана регулирующие расход и связанные с клапанами на выходе.

 

[georgii-2]

А расход для этого обычного устройства? При давлении 0.25 атм (при нагреве воздуха до 100 градусов цельсия) через него нужно прокачить по 176 литров литров воздуха в секунду, см. выше. Вы можете себе представить обычное объемное устройство размером с 200-литровую садовую бочку? =) 

Да, поэтому как вариант и рассматриваю расположение привода в фюзеляже.
Как вариант, неплохо было бы вспомнить обратимый насос состоящий из шланга внутри обода с роликами прокатывающими этот шланг. В нашем случае это должно исполняться из плёнок и пластика, т.е.в достаточно лёгком варианте.
Т.е. привод и компрессор будут иметь одинаковое устройство, причём достаточно легкое, а приводить крыло или винт надо думать ещё.

 

[georgii-2]

...Пожалуй аэроплан братьев Райт был более энерговооруженным. Да, для таких цифирей, надо нагреть воздух до 2000 градусов и соответственно потом потерять около 60 %. Так что- вуаля...
ТОЛЬКО ДИРИЖАБЛИ!

Где-то у Вас нестыковка.
Аппарат с панелями уже летает, энергоэффективность коллекторов в три раза выше и тоже проверена на практике.

 

[tvv385]

Скорость снижается не на чуток, а до величин несовместимых с безопасным полетом в атмосфере, где есть встречный ветер, восходящие и нисходящие потоки, температурные аномалии - это Вам не по асфальту ехать.

кстати, я тут как-то размышлял над этим - и пришел к выводу что современный подход в авиции к этому делу мягко говоря не совсем правильный... 
В общем не надо с атмосферой бороться - надо ее использовать!

А те кто наплевательски относяться к потокам рано или поздно долетаются, вон сколько побилось, как Стив Фоссет, весь мир облетал на всякой экспериментальной хрене, а разбился на стандартном всем из себя сертифицированном серийном самолете...

Кстати, 30 кг/с и 1 кВт это сколько тяги получается?..

А это в зависимости от того с какой скоростью выбрасывается воздух из сопла,
[/quote]

ну вот и посчитайте по мощности скорость...

если 100 м/с то тяга 30кг/с*100 м/с= 3000 Н=300 кг, а если перепад 3 градуса, то скорость 0,0...1 м/с и тяга~0. Вы энергетику процесса посчитайте. Ну например для СЛА: мощность двигателя 100 л.с., тяга винта на земле 300 кг, скорость от 80 до 140, масса 500 кг(масса ВМУ и топлива 120 кг), площадь крыла и стабилизатора 18 м2, площадь лобовая 3 м2. Полезный груз 160 кг.
При самом лучшем раскладе, Ваш аппарат будет летать со скоростью 30 км/ч, масса не более 300кг, площадь крыла не менее 40 м2 
ДНЕМ, В БЕЗВЕТРИИ, НА ЭКВАТОРЕ. 😀
Но ресурсов на такой аппарат хватит только у Мак-Криди 😉
Ну не хотите дирижабль, сделайте экраноплан 😉

ну и что, лемминги вон тоже дружно с обрыва прыгают, нам что тоже чтоли укоротить крылья и отправиться за ними? 😉
(У нас же не авиация - а просто слоны и динозавры какие-то летающие с обрубками вместо крыльев!..  Подумать только - самый маленький пассажирский самолет весит 100 тонн!.. 
Давно пора уже этих бройлеров посадить на диету, а то ишь расжирели, десятки тонн за полет керосину жгут...)


Ну в общем я так особо не напрягался, прикинул "на глазок" на калькуляторе 😉, получается примерно такой расклад

При КПД 1% (3 градуса) и 100 кВт тепла имеем 1 кВт экв мех. мощности,
это для 30 кг/с получается скорость 8 м/с, тяга при этом 25 кгс.

Пол-тонному планеру надо всего 12.5 кгс для полета, то есть имеем 2-кратный запас...
(солнечные обычно делаются еще более экономичными чем планер)

Vladimir

 

[DesertEagle]

То есть более правильно будет сказать, что маленькому винту нужно этих лишних 3 кВт(постоянно!) чтобы просто поддерживать тягу, даже без движения...   Просто на фоне хренового ДВС который зря сжигает ведра бензина и теряет десятки кВт это не сильно заметно - просто лохотронщики прячут это в КПД

Тут вы что-то напутали... В расчетах самолета кпд самого ДВС никого не интересует. Какая разница, сколько запасенной энергии в бензине пошло на полезную работу, а сколько на тепло? Тут оперируют мощностью на выходном валу двигателя, а всякие упоминавшиеся кпд - это уже дальше, по преобразованию имеющейся мощности двигателя в полет.

Воздушный винт не может идеально вкручиваться в воздух, как шуруп в стену. Он как бы проскальзывает в воздухе, поэтому имеет кпд меньше 100%. Не вдаваясь в детали, обычные применяемые на самолетах и дельтапланах винты на скорости полета 30-60 км/час имеют кпд около 50%. То есть только половину мощности двигателя винт преобразует в тягу.

Но если с обычным самолетным винтом лететь на скорости больше 100 км/час, то кпд винта становится уже под 70-80%. Почти вся мощность двигателя преобразуется в тягу. И если поставить винт диаметром 3-4 м на мускулолет на скорости 20 км/час, то его кпд тоже около 80%. Поэтому ни в более менее скоростных самолетах, ни в медленно летающих мускулолетах нет большого смысла искать альтернативы винту. 80% преобразуемой мощности двигателя в тягу, это и так очень круто. Тут нет лохотрона и рекламы, это физика.

Про поддерживать тягу даже без движения я не понял ). Но машущее крыло в теории действительно примерно равноценно винту с диаметром как размах крыла. Поэтому если сегодняшние дельтапланы с пропеллером преобразуют только 50% мощности двигателя в полет, то машущее крыло (или винт диаметром как размах), на этой скорости могло бы преобразовывать около 80% мощности двигателя в полет. Но это означает, что каким бы ни был крутым и совершенным махолет (или самолет с винтом как размах), мощность мотора потребуется всего лишь на треть меньше, чем такой же самолет с обычным маленьким винтом.

Никакого увеличения экономичности в несколько раз или в десятки раз, не может быть в принципе, какой двигатель ни ставь. Меньшая необходимая для полета мощность достигается другими способами (аэродинамическими).

Физическое объяснение этому такое: когда вы что-то проталкиваете сквозь воздух, то оно этому сопротивляется, имеет некоторую силу сопротивления. Поэтому чтобы протолкнуть объект сквозь воздух, к нему нужно приложить толкающее усилие, равное этому сопротивлению. Тяга от винта (или любого другого движителя, например реактивного двигателя) - это как раз то усилие, с которым вы толкаете объект. Поэтому независимо от типа двигателя, вы должны развить тягу, равную сопротивлению летательного аппарата.

А вот разные движители генерируют тягу с разной эффективностью. Воздушный винт на дельтапланерных скоростях только 50-55% мощности двигателя преобразует в тягу. Реактивный вообще может 1-10% (не знаю точно). Машущее крыло потенциально может где-то до 80-90%.

Есть простой способ посчитать какая нужна мощность для полета. Если летательный аппарат, например дельтаплан без мотора, имеет взлетную массу (вместе с пилотом!) m=130 кг и снижается со скоростью v=1.5 м/с, то гравитация тратит на его полет мощность P = m*g*v = 130 кг * 9.8 м/с2 * 1.5 м/с = 1911 Вт.

Это "идеальная" мощность полета. Двигатель, какого бы он типа ни был, должен быть мощностью больше, чем эта идеальная. Ровно на кпд преобразования его мощности в тягу. У дельтапланерного винта, как помним, кпд 50%. Поэтому бензиновый двигатель на дельтапланерной мотоподвеске должен быть 1911/0.5=3822 Вт. Это только для горизонтального полета, а чтобы набирать высоту с приемлимой скороподъемностью, нужно примерно в два раза больше: 3822*2=7644 Вт. Или что то же самое, 10.4 л.с.. В реальности применяют 12-14 л.с. из-за того, что наличие двигателя увеличивает массу и портит аэродинамику (увеличивает снижение по сравнению с безмоторным дельтапланом).

Теперь к солнечным панелям. Падает от солнца, допустим 1 кВт на каждый квадратный метр поверхности. От этого падающего света коллектор поглощает, допустим, только 50% (точные цифры мне неизвестны). В итоге каждый квадратный метр поверхности имеет лишь 1000*0.5=500 Вт тепловой энергии. Теперь ее нужно как-то преобразовать в тягу, чтобы лететь. Если мы это тепло пустим в стирлинг, имеющий кпд 30% (это у них вроде как максимум), то на выходе стирлинга останется 500 Вт * 0.3 = 150 Вт с каждого квадратного метра поверхности. Теперь если мы этим стирлингом будем вращать винт диаметром 1.2-1.5 м, который как уже говорилось выше, имеет на дельтапланерных скоростях 30-60 км/час кпд 50% (но 80% при диаметре 3 м на скорости 20 км/час), то на выходе после винта будем иметь мощность только 150*0.5=75 Вт с каждого квадратного метра поверхности крыла.

А нам только для горизонтального полета, согласно гравитации, нужно 1922 Вт (и 4 кВт для полета с набором высоты, чтобы иметь возможность оторваться от земли).

А площадь у дельтаплана 15 м2, поэтому с солнечным коллектором от солнца в итоге можно собрать "чистой" мощности только 15 м2 * 75 Вт = 1125 Вт. Близко к необходимым 1922 Вт, но все же не хватает.

Надо либо увеличивать площадь крыла. Тогда заодно и необходимая для полета мощность снизится, так как она также равна P = T*v [Вт], где T - тяга (равная сопротивлению ЛА) в Н, v - скорость полета в м/с. То есть с уменьшением скорости полета уменьшается "идеальная" мощность, необходимая для полета.

Либо повышать кпд отдельных элементов. Например вместо стирлинга с его кпд 30% и винта с кпд 50% (суммарный кпд 0.3*0.5=0.15=15%), применить пневмомышцу с кпд 80% и машущее крыло с кпд 80% (суммарно 0.8*0.8 = 0.64 = 64%).

Тогда выходит, что 500 Вт, поглощаемые коллектором с каждого квадратного метра, на выходе дадут 500 Вт * 0.64 = 320 Вт чистой "идеальной" мощности для полета.

И тогда дельтаплан с его площадью крыла 15 м2, может генерировать выходную мощность 15 м2 * 320 Вт = 4800 Вт. Ура! Хватает и для горизонтального полета, и для набора высоты со скороподъемностью примерно 1.5 м/с.

Вот примерно такие энергетические расчеты хочется от вас увидеть =). А потом уже можно думать, как сделать пневмомышцу с кпд 80%, определять ее толщину, длину сокращения и пытаться приспособить ее к крылу, чтобы оно совершало махи.

Ну или делать турбину, если посчитанной подобным образом энергетики хватит для ее работы.

то есть, винты большего диаметра(или использование всего крыла вместо винта как в махолете) захватывают больше масс воздуха, что снижает постоянные потери мощности ради создания тяги

Да. Однако каким бы гигантским ни был винт, мощность двигателя все равно должна быть больше "идеальной", необходимой для полета, см. выше.

Теперь более интересный вопрос - как снизить потребности в мощности для самого полета, ну то есть придеться разобраться с сопротивлением полету... 

а) увеличивать аэродинамическое качество крыльев. Это снижает их сопротивление.
б) уменьшать скорость полета, так как лобовое сопротивление зависит от квадрата скорости потока. Добиться этого можно увеличивая площадь крыльев, тогда скорость полета станет меньше. Cкорость полета от площади крыла считается по главной аэродинамической формуле Y=Cy*po*S*V^2/2. Правда на малой скорости придется наращивать удлинение крыла, а не только увеличивать площадь, так как на меньшей скорости растет индуктивное сопротивление, которое снижает аэродинамическое качество. Поэтому у мускулолетов такой огромный размах, а не просто квадратная простыня нужной площади.
в) уменьшать массу аппарата, так как в формуле мощности для полета присутствует масса.

то есть, хотите сказать, что воздухозаборники могут тока ухудшать качество, или не портить сильно, но никак не улучшать?

Да, только ухудшают. Воздухозаборники имеют гидросопротивление, которое добавляется к общему сопротивлению крыла. Причем на параплане по сути надутая конструкция и в полете в воздухозаборники воздух не заходит (ну, чуть-чуть для компенсации продуваемости ткани), а как бы обтекает вокруг. А если через воздухозаборники забирать воздух, то сопротивление увеличится еще сильнее.

Куда(и через что) тогда уходит мощность, расходуемая на сопротивление полету?..

Мощность уходит по формуле P=T*v, где Т - тяга в Н, необходимая для полета, численно равная сопротивлению ЛА. v - скорость полета, м/с. Мощность P получается в Вт. Это не аэродинамическая формула, а одно из базовых определений мощности как физического явления, поэтому нарушить ее или обойти невозможно.

не знаю как турбина, но мой стирлинг

Так турбина или стирлинг? =)

Тема, бесспорно, интересная. Но над реализацией нужно еще очень много работать, думать.

При КПД 1% (3 градуса) и 100 кВт тепла имеем 1 кВт экв мех. мощности,это для 30 кг/с получается скорость 8 м/с, тяга при этом 25 кгс.

О, как так 25 кгс с 1 кВт? Это прорыв в авиации )). С винтом с каждой 1 л.с. можно снять в лучшем случае 4 кгс тяги, в худшем около 2.5 кгс (зависит от мощности, чем она ниже, тем выше коэффициент).

 

[georgii-2]

Рад, что нашёлся всё таки человек давший элементарные расчеты новенькому генератору идей  🙂. Местные гуру такого гнушаются - не царское это дело  🙂.
Что касается стирлингов.
Там проблема с охлаждением, а данном случае конечно же проще выпускать отработанный воздух и нагревать свежую порцию забортного воздуха, предварительно сжатого компрессором и охлаждённого в интеркулере. Т.е. кпд, мощность и весовые показатели должны быть больше, чем у обычного стирлинга использующего в качестве рабочего тела атмосферный воздух.
Относительно коллекторов.
Обычно считается средней мощность в 200 вт с кв. метра. Но это как правило с однослойной плёнкой или стеклом и с максимум гофрированной нагреваемой плоскостью. Значит запас на улучшение показателей очень приличный.
Более-менее вырисовывается такая картина:
Прозрачное крыло с многослойным прозрачным термоизолирующим покрытием. Внутри эффективный полгощающий свет заполнитель.
В крыло закачивается забортный воздух и после нагрева поступает в пневмодвигатель приводящий в действие движитель.

 

[Fan-Fen2]

предварительно сжатого компрессором и охлаждённого в интеркулере.

Охладить в интеркуллере, чтобы снова подогреть? Не логично!

 

[DesertEagle]

На поверхность крыла можно поставить и вакуумные трубки. Там фишка в том, что внешнее стекло пропускает свет в одном диапазоне, а внутреннее нагревшись, излучает в другом. А внешнее этот новый диапазон не пропускает. В итоге тепло остается внутри. И такой коллектор поглощает процентов 90 солнечного тепла. Они продаются. Хотя проблема что делать дальше с этим телом, остается. Масса большая, но на маленьких по размеру крыльях вариант...

 

[georgii-2]

Охладить в интеркуллере, чтобы снова подогреть? Не логично! 

При сжатии воздух нагревается, слышали?
Нагревать нагретое логично?