Lem Andrew. Диамагнитный вертолет

СЛОВО О НЕБЕСНЫХ КОРАБЛЯХ. Глава 3. Двигатели взаимодействующие с внешним магнитным полем.

3.9.Диамагнитный вертолет.

Крыло в воздухе.

Всем известно, что крыло создает подъемную силу, только тогда, когда оно движется относительно воздуха. Т.е. характер обтекания воздухом верхней и нижней поверхностей крыла непосредственно создает подъемную силу. Как это происходит?

Рассмотрим профиль крыла в потоке воздуха:

0x01 graphic

Здесь линии течения элементарных струек воздуха обозначены тонкими линиями. Профиль к линиям течения находится под углом атаки а - это угол между хордой профиля и невозмущенными линиями течения. Там, где линии течения сближаются, скорость потока возрастает, а абсолютное давление падает. И наоборот, где они становятся реже, скорость течения уменьшается, а давление возрастает. Отсюда получается, что в разных точках профиля воздух давит на крыло с разной силой. Разницу между местным давлением у поверхности профиля и давлением воздуха в невозмущенном потоке можно представить в виде стрелочек, перпендикулярных контуру профиля, так что направление и длина стрелочек пропорциональна этой разнице. Тогда картина распределения давления по профилю будет выглядеть так:

0x01 graphic

Здесь хорошо видно, что на нижней образующей профиля имеется избыточное давление - подпор воздуха. На верхней же, - наоборот, разряжение. Причем оно больше там, где выше скорость обтекания. Примечательно здесь то, что величина разряжения на верхней поверхности в несколько раз превышает подпор на нижней. Векторная сумма всех этих стрелочек и создает аэродинамическую силу R, с которой воздух действует на движущееся крыло:

0x01 graphic

Разложив эту силу на вертикальную Yи горизонтальную X компоненты, мы получим подъемную силу крыла и силу его лобового сопротивления. Из картины распределения давления видно, что львиная доля подъемной силы образуется не из подпора на нижней образующей профиля, а из разряжения на верхней, что опровергает весьма распространенное заблуждение начинающих моделистов.

Точка приложения силы R зависит от характера распределения давления по поверхности профиля. При изменении угла атаки, распределение давления тоже будет изменяться. Вместе с ним будет меняться и векторная сумма всех сил по абсолютной величине, направлению и точке приложения. Кстати, последнюю называют центром давления. С ним тесно связано понятие фокуса профиля. У симметричных профилей эти точки совпадают. У несимметричных положение центра давления на хорде при изменении угла атаки меняется, что очень затрудняет расчеты. Чтобы их упростить, было введено понятие фокуса. При этом равнодействующую аэродинамических сил разделили не на две компоненты, а на три - к подъемной силе и силе лобового сопротивления добавился еще момент крыла. Такой, вроде бы нелогичный прием позволил, поместив точку приложения подъемной силы в фокусе профиля, зафиксировать его положение и сделать его независящим от угла атаки. Прием удобный, только не надо забывать о появившемся при этом моменте крыла.

Разряжение на верхней части профиля можно не только измерить приборами, но и при определенных условиях увидеть собственными глазами. Как известно, при резком расширении воздуха, содержащаяся в нем влага может мгновенно конденсироваться в капельки воды. Кто бывал на авиашоу, мог видеть, как во время резкого маневрирования самолета, с верхней поверхности крыла срываются струйки белой пелены. Это и есть водяной пар, сконденсировавшийся при разряжении в мелкие капельки воды, которые очень быстро снова испаряются и становятся невидимыми.

Магнитная защита.

А теперь коротко о таком явлении как МАГНИТНОЕ ЭКРАНИРОВАНИЕ (магнитная защита) - защита объекта от воздействия магн. полей (постоянных и переменных). Совр. исследования в ряде областей науки (физика, геология, палеонтология, биомагнетизм) и техники (космич. исследования, атомная энергетика, материаловедение) часто связаны с измерениями очень слабых магн. полей ~10^-14-10^-9 Тл в широком частотном диапазоне. Внешние магнитные поля (например, поле Земли

Тл с шумом

Тл, магн. шумы от электрич. сетей и городского транспорта) создают сильные помехи для работы высокочувствит. магнитометрич. аппаратуры. Уменьшение влияния магн. полей в сильной степени определяет возможности проведения магн. измерений (см., напр., Магнитные поля биологических объектов). Среди методов М. э. наиболее распространены следующие.

0x01 graphic

Экранирующее действие полого цилиндра из ферромагнитного вещества с

(1 - внеш. поверхность цилиндра, 2 -внутр. поверхность). Остаточное магнитное

поле внутри цилиндра

Крыло в магнитном поле.

Будучи средой магнитное поле вполне может обтекать магнитный экран по типу крыла. Объясняется это очень просто. Достаточно лишь сравнить магнитные силовые линии магнитного поля с электрическим током или некими струями в пространстве. И эти магнитным силовым линии или струи текут по минимальному пути сопротивления, как ток. Образно говоря, у вакуума проницаемость 1, у железа 4000, поэтому если линия вошла в железо, то ей уже невыгодно выходить из него в воздух, чтобы войти в противоположную стенку - она выйдет из другой крайней точки, пройдя по стенкам благодаря разнице в 4000 раз между железом и воздухом.

0x01 graphic

Скорее всего, что подъемная сила будет возникать только в момент, когда крыло двигается на встречу силовым линиям магнитного поля. Поэтому надо использовать 4 крыла по типу пропеллера. В этом случае два крыла-лопасти всегда будут двигаться при вращении навстречу силовым линиям магнитного поля. Магнитное поле может быть как искусственным, так и естественным, например это может быть магнитное поле Земли. Теперь немножко математики.

Математическое обоснование.

"Полная аналогия с крылом самолета. Самолет опирается на воздух. Вы ж от нее идете. В нормальном состоянии сверху и снизу крыла - есть атмосферное давление. Когда самолет летит, то воздух закручивается вокруг крыла так, что скорость (относительно крыла) воздуха под крылом меньше, чем над крылом. И образуется разность давлений. Самое большее, что можно выжать таким образом - это подъемную силу на единицу площади порядка атмосферного давления. Чтоб больше было - это уже надо применять реактивную тягу.

Магнитный пропеллер (можно назвать крылом) опирается на внешнее магнитное поле. Это тоже среда. У магнитного поля есть магнитное давление:

Н^2/(8*pi)

По-моему самое большее, что можно выжать - это оставить поле снизу и убрать полностью сверху. Тогда при напряженности поля H=0.5 Гаусс и будет подъемная сила на единицу площади 0.01 дин/см2. Напомню, что атмосферное давление 10^6 дин/см2."

Тогда форма крыла будет следующей.

0x01 graphic

На рисунке показано, что магнитное поле под крылом искривлено больше чем над, поэтому и возникает подъемная сила. Крыло для магнитного поля, скорее всего, должно быть, как бы перевернуто.

0x01 graphic

Естественно, что предложенный подсчет очень грубый и не учитывает скорость движение "крыла" в магнитном поле. Цель его показать, что раз у магнитного поля есть давление, как и у любой среды то и получение подъемной силы в нем вполне реальная задача.

Особенности "крыла".

Очень перспективным мне видится использование в качестве материала для лопастей-крыльев диамагнетиков, в особенности для внешней части "крыла" так как они намагничиваются "на встречу" внешнему магнитному полю, и магнитное поле хоть и проникает в диамагнетик, все же частично его огибает[4].

0x01 graphic

а посему "лопасти-крылья" изготовленные из двух слоев верхний диамагнетик, а внутренний слой из ферромагнетика должны искривлять внешнее магнитное поле еще более эффективней.

0x01 graphic

Диамагнетик как бы будет "наплывать" на силовые линии магнитного поля. Как ледокол "наплывает" на лед, перед тем как продавать его своей массой, и, взаимодействуя со льдом его нос, задирается вверх. Так же и силовые магнитные линии, на которые будет "наплывать" лопасть-крыло будут создавать определенную подъемную силу, которая вполне может зависеть от скорости вращения диамагнитных лопастей в магнитном поле

Усиление подъемной силы.

Как видно из формул, приведенных в абзаце "математическое обоснование". Подъемная сила напрямую зависит от напряженности магнитного поля "H".Напряженность для магнитного поля Земли дана как "H=0.5 Гаусс". Если увеличить напряженность этого поля естественно, что и подъемная сила увеличиться в разы.
И сделать это очень просто. С помощью тех же ферромагнетиков. Которые при определенной конфигурации могут работать как некие "магнитные линзы" собирая и концентрируя в нужном месте локально условные силовые линии внешнего магнитного поля [5].

Фактически сам корпус летательного аппарата, изготовленный из ферромагнетика, вполне может работать как "магнитная линза", собирая внешние условные силовые линии и концентрируя их в районе вращение "диа-ферромагнитных лопастей". Естественно, что напряженность в районе вращение данных крыльев будет возрастать, а значит и будет увеличиваться толкающая сила F, величина которой напрямую зависит от напряженности поля, или давления магнитного поля как среды. Есть целый ряд компьютерных программ, например COMSOL - в ней можно в 3D рассчитывать магнитные поля, она подтверждает, что поля можно аккумулировать в десятки, сотни и более раз. А в качестве материала, для "линхы" вполне можно использовать не только железо, очень хороший ферромагнетик, а и такой материал как "Metglas" по руски "метглас" широко применяемый в электротехнике.

Литература.

1... Несущие крылья. Часть 1. Профиль крыла.

Авторы: текст - Владимир Васильков (Vovic), иллюстрации - Константин Бочков

http://www.rcdesign.ru/articles/avia/wings_profile

2... МАГНИТНОЕ ЭКРАНИРОВАНИЕ

http://www.femto.com.ua/articles/part_1/2064.html

3...Magnetic Propeller for Uniform Magnetic Field
Levitation. Mark Krinker, Alexander Bolonkin [http://arxiv.org/pdf/0807.1948]

4. Диа и парамагнетики. http://www.youtube.com/watch?v=jDj03BKAJUM

5. О магнитолете Евстратова. http://samlib.ru/l/lemeshko_a_w/alg.shtml

Комментарии: 13, последний от 12/04/2023. © Copyright Lem Andrew (biomarket@ukr.net) Размещен: 26/12/2010, изменен: 07/05/2020. 21k. Статистика. Статья: Изобретательство Летательные машины Иллюстрации/приложения: 20 шт. Скачать FB2		Оценка: *5.105** Ваша оценка:

Lem Andrew : другие произведения.

Диамагнитный вертолет