Загадка парусов Флеттнера. Статья №34. 28.03.17


Как-то так сложилось, что Магнус и Прандтль не озаботились измерением или, хотя бы, примерной оценкой мощности, необходимой для вращения ротора в условиях бокового потока воздуха, омывающего ротор.

Положим, Магнусу до этих пустяков не было никакого дела, ведь он искал чисто научное объяснение известному в артиллерии явлению криволинейного полёта ядра.

Но, Прандтль, хорошо знавший о прикладном характере экспериментов инженера Флеттнера, должен был, как настоящий физик, озаботиться получением чётких энергетических соотношений, имеющих место на роторном парусе.

Но, почему-то, не озаботился. Мало того, Прандтль, как-то слишком спокойно, отнёсся к неожиданно большой силе тяги, возникающей на быстроходных роторах Флеттнера, миниатюрные модели которых он исследовал в своей лаборатории.

Его совсем не удивило, что на обдуваемом потоком роторе можно получить огромную аэродинамическую силу, при весьма умеренной скорости набегающего потока. Для этого достаточно было разогнать до большой скорости только поверхность ротора, а не сам воздушный поток, что энергетически несравненно более выгодно.

Самый главный вопрос – с чего, вдруг, возникает гигантская аэродинамическая сила на гладкой поверхности быстроходного ротора, по сути, остался неразгаданным.

Сложившееся сегодня представление о причине возникновения подъёмной силы на самолётном крыле основывается на законе сохранения импульса: крыло получает импульс силы, равный и противоположный по направлению, импульсу, который отклоняет набегающий воздушный поток.

Следовательно, для десятикратного увеличения подъёмной силы роторного паруса, в сравнении с крылом, необходимо умудриться увеличить отклонение воздушного потока в десять раз, что разумеется, нереально.

В современном самолётном крыле умелое использование предкрылков и закрылков позволяет почти вдвое увеличить подъёмную силу на взлёте и на посадке, в сравнении с обычной геометрией крыла. При этом отклонение потока воздуха на механизированном крыле может достигать 60 градусов.

Но, даже, если удалось бы довести угол отклонения воздушного потока до 90 градусов, импульс можно увеличить ещё на треть (всего лишь – на треть).

Но, каким же образом можно добиться десятикратного увеличения импульса ?

Одним лишь изменением направления набегающего потока это сделать невозможно. Остаётся только принудительное ускорение отклоняемого потока. Вращающийся ротор действительно ускоряет пристеночный слой, но толщина этого слоя, по оценкам того же Прандтля, не превышает 1/50 от радиуса ротора.

При такой скромной толщине ускоряемого пристеночного слоя, его масса слишком мала, следовательно, мала и прибавка импульса потока. Другими словами, сила Магнуса на быстроходном роторе нарушает баланс импульсов.

В статье “Количество вращательного движения» уже отмечалось, что простейшие гидравлические эффекты, сопровождающие вихревой слив жидкости, способны создавать некомпенсированный вращательный импульс.

В более сложных вихревых процессах некомпенсированным может оказаться уже и линейный импульс. “Роторный парус Флеттнера” – хороший кандидат на разработку тягового устройства, функционирующего без выброса рабочего тела.

Если импульс на вращающемся цилиндре не равен импульсу отклоняемого им потока газа, то появляется возможность создать безреактивный источник тяги в замкнутом объёме. А ведь это – именно то, что способно обеспечить качественный рывок в космических технологиях.

Тяга без выброса рабочего тела необходима для осуществления скоростных и мало затратных полётов к ближним планетам, а также, для длительного поддержания на постоянной орбите спутниковых систем. Чтобы орбита спутника не снижалась со временем, достаточно тяги в десятки грамм. Для межпланетных полётов требуется тяга уже в десятки килограмм. Но это, всего лишь килограммы, а не тонны.

Замена газового потока, омывающего ротор Флеттнера, на жидкость позволяет почти в тысячу раз увеличить действующую на ротор силу, за счёт высокой плотности среды. А можно сказать и наоборот – позволяет в тысячу раз уменьшить поперечное сечение ротора с сохранением силы, создаваемой ротором.

Представьте себе небольшую герметичную кастрюльку на борту звездолёта, в которой что-то там вращается и булькает, создавая некомпенсированную силу в 10 килограмм. При скорости звездолёта, равной 10 километрам в секунду, тяговая мощность такой кастрюльки составит – один мегаватт !

Помимо цилиндрического ротора интерес представляет ещё и конический ротор. В силу уменьшения диаметра от основания конуса к его вершине, изменяется и окружная скорость поверхности конуса. В зоне широкого основания она намного больше, чем в зоне узкой вершины. Стало быть, и разрежение у основания конуса намного больше.

А это значит, что абсолютно гладкая поверхность вращающегося конуса способна разгонять по спирали газовую или жидкую среду, находящуюся вблизи конуса, за счёт естественного перетекания этой среды из зоны с меньшим разрежением в зону с большим разрежением. Получается хитрый насос без лопастей.

Особенно эффективно конический ротор разгоняет жидкость. При этом, отсутствие лопастей влечёт за собой массу преимуществ перед обычными насосами.

Во-первых, на гладком роторе не возникают кавитационные эффекты – бич всех роторных насосов. Во-вторых, перекачиваемая жидкость не подвержена ударам острых кромок лопастей, что особенно важно в отношении некоторых деликатных жидкостей в пищевой промышленности, и в отношении ещё более деликатных жидкостей в медицине, например, крови и лимфы. В-третьих, изготовление гладкого конуса намного проще и дешевле изготовления крыльчатки со множеством лопастей сложной криволинейной формы.

Интересно, что гладкий конический ротор очень успешно перекачивает не только жидкости, но и сыпучие материалы, например, муку, цемент, мелкий песок.

И хотя, безлопастные насосы не имеют прямого отношения к эффекту Магнуса, тем не менее, их объединяет возникновение глубокого разрежения на вращающейся поверхности ротора, при его погружении в жидкость.

Природа этого физического явления до сих пор изучена весьма поверхностно. И это даёт нам шанс вооружить чудесными «парусами Флетнера» не только океанские морские суда, но и межпланетные космические корабли.

Игорь Юрьевич Куликов


Для патентования изобретений звоните:

Телефон: +7 (495) 737-63-77 доб. 6800
Нина Николаевна Андреева



Автор:  Игорь Юрьевич Куликов, видео - Николай Геннадьевич Соков

Возврат к списку