... И 40 лет в пролете

[vlkamov.livejournal.com]

Полюбовавшись в новостях в очередной раз на художества пилотов с реактивными ранцами

я подумал. Есть у меня такая нехорошая привычка - увижу что, и думаю. Говорят от этого многия печали, вот и в этот раз тоже опечалился.

Получается, что засилье поршневиков в автомобилестроении привело к искривлению развития и авиации тоже. Исторически они были сильно связаны двигателями, так что авиационщики строили автомобили и наоборот. Сейчас в авиации наконец устоялось понимание, что нужно не крутить движитель, чай не телега, а сразу, минуя промежуточные преобразования, толкать самолет реактивной струей. Реактивные двигатели наконец стали доминировать.

Глядя же на эти ранцы вижу, что авиация с самого начала могла быть реактивной - ведь характеристики авиадвигателей примерно соответствовали ракетным тех же годов. Реальность даже превзошла мои подозрения

Перемещаясь по соплу, газ расширяется, его температура и давление падают, а скорость возрастает. Внутренняя энергия газа преобразуется в кинетическую энергию его направленного движения. КПД этого преобразования в некоторых случаях (например, в соплах современных ракетных двигателей) может превышать 70 %, что значительно превосходит КПД реальных тепловых двигателей всех других типов. Это объясняется тем, что рабочее тело не передаёт механическую энергию никакому посреднику (поршню или лопастям турбины). В других тепловых двигателях на этой передаче имеют место значительные потери.

Временное же отставание реактивных в 1910..1940х легко объяснимо чудовищной несоразмерностью сил и средств, брошенных на развитие тупикового решения. Начальники, охотно катавшиеся на лакированных игрушких естественно башляли на вполне понятные и уже привычные поршневики. А ведь

В России в ракетном двигателе сопло Лаваля впервые было использовано генералом М. М. Поморцевым в 1915 г.. В ноябре 1915 года он обратился в Аэродинамический институт с проектом боевой пневматической ракеты. Ракета Поморцева приводилась в движение сжатым воздухом, что существенно ограничивало её дальность, но делало бесшумной.

Эх, генерал ...

Comments

[iv-an-ru.livejournal.com]

Да. Просто для задачи это одно и то же. Вы всегда можете представить себе, что двигатель почти неподвижен относительно этого самого потока, и отбрасывает эту самую бесконечно большую массу, а вы отталкиваетесь от двигателя длинной палкой, двигаясь с любой нужной скоростью. Главное, что если зарабатывать "эм-дельта-ве", оплачивая"эм-дельта-ве-квадрат-пополам", то дельта-ве надо минимизировать, а ве, к которому дельта-ве прибавляется, уже никого не волнует.

[aso.livejournal.com]

Да. Просто для задачи это одно и то же.

Нет, это разные расчётные случаи.

Вы всегда можете представить себе, что двигатель почти неподвижен относительно этого самого потока,

Не можем.

и отбрасывает эту самую бесконечно большую массу,

Если пропульсивный двигатель/движетель перемешается относительно потока, то - без учёта возмущений, вносимых двигателем в поток - то через его входное сечение S за единицу времени будет проходить объём среды, равный SV, и тяга будет SρVΔV.
При нулевой скорости - или сопоставимой с ΔV - придётся учитывать именно те самые "возмушения".

[iv-an-ru.livejournal.com]

Дык абсолютно все равно, за счёт чего набирается вот эта отбрасываемая масса SρV --- за счёт большого S, или за счёт большого V, или за счёт большого ρ (как в случае с летадлой со шлангом от гидроцикла, отбрасывающей воду). Или входа вообще нет, а вся масса изначально внутри... На первом шаге важно понять, что если масса не внутри и в разгоне вместе с остальным аппаратом не нуждается, то надо банально уменьшать дельту-ве.

[aso.livejournal.com]

Дык абсолютно все равно, за счёт чего набирается вот эта отбрасываемая масса SρV --- за счёт большого S, или за счёт большого V

В данном конкретном обсуждаемом случае - именно что не "всё равно".
Если скорость меньше - то нужна большая площадь - по этому вертолёты имеют огромные несущие винты.
Если скорость выше, то диаметр винта или площадь воздухозаборника - можно уменьшить.
Но уменьшение входного сечения пропульсивного движителя - верный путь к падению эффективности.

[iv-an-ru.livejournal.com]

В идеальном мире без трения и требований к массе и прочности деталей, площадь винта/воздухозаборника нужно только увеличивать, вне зависимости от скорости. В качестве примера можно взять НК-93, который только благодаря размеру давал на давнишних испытаниях показатели на уровне самых современных движков, и если бы сертификационные требования не запрещали его установку на реальный самолёт, то он был бы безоговорочным хитом.

[aso.livejournal.com]

В идеальном мире

Но мы-то - находимся в мире реальном, инжиниринг, всё-ж таки.
Да и даже в идеальном мире - идеальная же эффективность движетелей одного и того же размера - растёт с ростом скорости.
Первые реактивные двигатели имели малый размер входного сечения и реактивной струи - и, соответственно, на малых скоростях, характерных для самолётов начального периода развития авиации - были чрезвычайно неэффективны.
Они, собственно - и сейчас неэффективны, для скоростей 100..200 км/ч применяются либо турбовинтовые либо поршневые движки.

[p2004r.livejournal.com]

Как я понимаю единственное конструктивное что предлагает топикстартер это:

"возьмем с собой в планер двухместный вместо второго пилота 80кг ракетомодельных двигателей и будем их отстреливать в неком устройстве сглажено передающем импульс тяги конструкции планера"

Отсюда вопрос: если планер с хорошим качеством оказался после лебедочного старта на 100 метрах высоты, то как высоко и далеко он может оказаться после последовательного отстрела 80 кг авиаракетных двигателей и сколько составляет максимальная дальность полета в идеальных условиях и время этого полета в условиях отсутствия восходящих потоков воздуха.

[iv-an-ru.livejournal.com]

> Отсюда вопрос: если планер с хорошим качеством оказался после лебедочного старта на 100 метрах высоты

...то мне кажется, что кого-то будут сильно бить. Если мне не мешает склероз, даже небольшая лебёдка на 100 лошадей может работать с тросом 3 километра и закидывать лёгкие планеры сильно выше полукилометра со скоростью при отцепке до 250км/ч, и всё это удовольствие за канистру солярки на пол-дня непрерывных пусков. Большие агрегаты на 250+ лошадей проделывают то же самое с тяжёленьким двухместным Блаником. Т.о. полутонный Бланик может порадоваться запасу энергии в 1.2 мегаджоуля кинетической энергии и минимум 2.5 мегаджоуля потенциальной.

Я не спец по модельным движкам, быстрый гуглёж показал у модельных движков удельную тягу 170 секунд и ниже. В принципе, полетать можно, но лень садиться и считать, потому что у того же Бланика скорость минимального снижения всего 78 км/ч, а максимальная скорость 250 км/ч --- трёхкратная разница на которую уже не наплевать. Чтобы посчитать макс. дальность, надо на экселе материться, расписывая варианты для разных скоростей из этого диапазона, а мне лень...

[p2004r.livejournal.com]

Качество у него 28.5, это дает при начальной высоте полета 0.5 км дальность 14.25. Хотя бы оценку прибавки от этих 80 кг отстреленных двигателей?

Как я понимаю нужно иметь поляру для Бланика, причем не планирования а "самолетную"? Или поляра скоростей планирования "пересчитывается в самолетную"?

PS

Для случая "планирования на максимальную дальность" считаем какой силой тяги можно повернуть "параллелограмм сил" на угол планирования максимальной дальности?

[iv-an-ru.livejournal.com]

Для каждой скорости можно посчитать требуемую тягу через энергетический баланс: при постоянной скорости потеря высоты в секунду умноженная на массу машинки даёт мощность, уходящую на нагрев и перемешивание воздуха. Двигатель должен развить эту мощность, выполнив за секунду работу, равную произведению тяги на пройденный машиной путь. Тут очень наглядно выпирает, что при постоянной тяге мощность пропорциональна скорости, и из-за этого планеру заведомо выгодно будет лететь быстрее, чем скорость минимального снижения.

А честно крутить картинку с силами нет смысла, потому что косинус угла планирования настолько близок к единице, что деление на этот косинус даст поправку, много меньшую ошибок измерения --- что-то вроде 0.05% от дальности. (1/cos(arctg(1/30)) = 1.0005)

[p2004r.livejournal.com]

Это я что то совсем отупел однако :) Почти все написал нужное и не сделал простого шага для получения решения.

Бланик трансформирует потенциальную энергию тела на 0.5 км в 14.25 км дальности полета. Соответственно надо посчитать энергию которую даст 80 кг движков и сравнить с потенциальной энергией веса планера на 0.5 км.

500 кг * 9.8 м/c2 * 500 м = 2450000 Дж (Н м)

Двигатель имеет массу 0.038 кг и импульс 20 Н с (условное тело массой 1 кг разгоняется до 20 м/с)

20^2 / 2 = 200 Дж

80/0.038 ~ 2105 двигателей

500 * 421000/2450000 ~ 86 метров высоты

86 * 28.5 = 2451 м дополнительного полета (закрываем тему как я понимаю :)


PS

в то же время 1 кг условного топлива дает Бланику в пределе 5.97 км высоты, что с самым мизерным кпд дает куда как больше :)


PPS

1300 км полета с 10% КПД движителя :)

[iv-an-ru.livejournal.com]

> Двигатель имеет массу 0.038 кг и импульс 20 Н с (условное тело массой 1 кг разгоняется до 20 м/с)

Условный Бланик весом полтонны разгонится на 0.04 м/с. При скорости, к примеру, 60 м/с его кинетическая энергия возрастёт с 900000 Дж до 901200 Дж, то есть на 1200Дж. Тема, конечно, тоже закрывается, но прибавка по энергетике вшестеро больше вашей. А при скорости 6 км/с, будь Бланик для неё пригоден (и будь это ионный двигатель с такой большой скоростью истечения, что т.н. "доля статической компоненты тяги" ещё не влияла бы на линейность мощности от скорости), его энергия возросла бы с 9000000000Дж до 9000120000Дж, то есть на 120000Дж. Вот где реальный толк от реактивной тяги! Начинает казаться, что если посильней разогнаться, то получается уже вечный двигатель.

[p2004r.livejournal.com]

Все еще туплю значит :(

Только не 216 км/ч, а оптимальные по дальности планирования ~80 км/ч (~22 м/с)?

Или оптимальная схема использования тогда как "у спутника меняющего орбиту"? -- "Пикируем, на максимальной скорости жгём движок и выходим в набор на прежнюю высоту".

[iv-an-ru.livejournal.com]

А вот считать надо. Когда к "горбатому" графику дальности от скорости прибавим "наклонный" график "реактивной" прибавки дальности от скорости, у суммы макушка горба будет правее, чем у исходного графика, т.е. оптимальная скорость будет выше. Кроме того, нам не надо садиться с путевой скоростью, нам надо садиться с посадочной, и превышение путевой скорости над посадочной --- это наш "капитал", который мы можем переводить в дальность,снижаясь медленнее, чем оптимальное снижение для постоянной скорости (или вообще сначала набирая высоту). Я потому и говорю, что считать правильно --- действительно долго и действительно лень, на пальцах оно берётся с погрешностью в десятки, если не сотни, процентов.