Что такое аппарат на тороидально-вихревой подушке?
Аппарат на тороидально-вихревой подушке (СТВП) представляет собой принципиально новый вид транспортного средства, работающий на основе тороидально-вихревого принципа создания подъёмной силы. Такой аппарат получает значительную подъёмную силу благодаря образованию особого вида вихревого облака («тороида»), расположенного непосредственно под корпусом аппарата.
Конструкция полуоткрытого кольцевого ленточно-спирального подъёмного ротора
Основа конструкции — особый кольцевой ротор, выполненный в виде закрученной полосы плотной ткани или металла, который формирует прочный многомерный вихревой поток («тороид»). Установленная вокруг ротора юбка (экран) фиксирует вихревую структуру в заданной зоне, повышая её эффективность и стабильность.
Экспериментальная проверка
Изготовлен испытательный стенд со следующими техническими характеристиками:
– наружный диаметр ротора – 600 мм,
– мощность привода – 800 Ват,
– вес стенда 11 кг. (добавлена «юбка» с 4-мя боковыми опорами + 1 кг.),
– «юбка» стенда контактирует с поверхностью,
– расстояние между ротором и «юбкой» – 10 см. (меньше было не возможно на этом стенде реализовать),
– вес ротора – 1,5 кг.,
– угол крутки ротора – 45 градусов.
– вес стенда 11 кг.
–вес ротора – 1,5 кг.,
– угол крутки ротора – 45 градусов.
Рис. № 1. Испытательный стенд.
Первые результаты
Вес стенда измерялся косвенно, напольными весами высотой 4 см. под одной из 4-х опорных “ног” стенда. В этом месте максимальное расстояние между юбка-поверхность не превышало 4 см.
Тороидально-вихревая подушка обеспечила стенду весом в 11 килограмм уменьшение веса на одной опоре – 3,5 кг. Если учесть, что стенд контактировал только одной опорой из четырёх с весами, вторая опора стенда была подвешена в воздухе, и только третья и четвёртые опоры контактировали с поверхностью, то можно предположить следующее.
Общая потеря веса стенда была 2-3 кратной и находилась в диапазоне между 7 и 10,5 кг.
Такие характеристики уменьшения веса подтверждаются ещё одним видео, где стенд, весом в 11 кг за счёт вибрации-трения о поверхность почти свободно перемещается по поверхности. К сожалению, полноценную тороидально-вихревую подушку привод в 800 Ват не смог обеспечить стенду весом 11 кг.
Был проведён сравнительный расчёт подобного по размерам классического винта по материалам (Ссылка: Расчёт винта) с последующим анализом полученных результатов, см. табл. № 1.
| Кольцевой ленточно-спиральный подъёмный | Классический винт | ||||||
| Диаметр, м. | Мощность привода, л/с. | Скорость вращения, об/мин. | Подъёмная сила, кг. | Диаметр, м. | Мощность привода, л/с. | Скорость вращения, об/мин. | Подъёмная сила, кг. |
| 0,6 | 1,08 | 600 | 10 кг. в юбке 4 кг. без юбки | 0,6 | 1,08 | 3840 | 5,6 |
Преимущества
— Высокий коэффициент полезного действия, позволяющий экономить электроэнергию.
— Упрощённая конструкция по сравнению с суднами на воздушной подушке.
— Большая грузоподъемность при равной массе и мощности привода.
— Повышенная безопасность за счёт мягкости посадки и снижения нагрузок на шасси.
Вывод
— При сравнении ротора с классическим винтом (примерно одинаковая мощность привода/диаметр ротора/подъёмная сила) – скорость вращения классического винта должна быть более чем в 5 раз больше скорости вращения ротора.
— При сравнении ротора с классическим винтом (примерно одинаковая мощность привода/скорость вращения/подъёмная сила) – диаметр классического винта должен быть более чем в 3 раза большим, по сравнению с диаметром ротора.
— Большой вес ротора обеспечит мягкую посадку в случае отказа двигателя, по типу вертолётной авторотации.
— Крутка ротора в 45 градусов чрезвычайно большая (предположил пользователь mebius, и я с ним полностью согласен).
— В испытательном стенде расстояние между юбкой и ротором – 10 см. Меньше не получилось сделать, иначе бумажная юбка начинал бить по ротору за счёт разряжения.
— Если уменьшить крутку ротора градусов до 25 и уменьшить расстояние между ротором и экраном до минимально возможного, например в 5 мм – эффективность тороидально-вихревой подушки будет ещё больше.
— В конструктивном плане аппарат на тороидально-вихревой подушке предположительно может выглядеть согласно рис. № 2.
Рис. № 2. Аппарат на тороидально-вихревой подушке
Рис. № 3. Аппарат на тороидально-вихревой подушке
— Курсовое управление может осуществляться сегментарным уменьшением размера юбки (экрана) вихревого тороида. Таким образом обеспечивается «перепуск» воздуха вихревого тороида в сторону, в противоположную которой будет двигаться судно (аппарат) на тороидально-вихревой подушке (СТВП). В конструктивном плане сегментарное изменение размера юбки (экрана) может быть организовано путём её поднятия со стороны, противоположной предполагаемому направлению полёта.
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Многочисленные экспериментальные работы с открытыми и полуоткрытыми кольцевыми ленточно-спиральными подъёмными роторами позволили получить объективные данные, подтверждающие как положительные стороны предложенного подхода, так и его слабые моменты.
Вот подробнее рассмотренные результаты:
1. Проверка наличия подъёмной силы
Первый важный результат заключался в подтверждении факта, что вращающийся кольцевой ленточный ротор действительно способен сформировать устойчивую вихревую структуру (тороид), создающую ощутимую подъёмную силу. Было доказано, что подъёмная сила возникает именно за счёт эффекта разницы давлений внутри и снаружи вихревого кольца, подтверждающего правомерность выбранного подхода.
Результаты: Подъёмная сила достигла значений в пределах от 4 до 5 кг при весе устройства около 10 кг и мощности привода в 800 Вт, что означает возможность достаточно эффективного самостоятельного подъёма ротора.
2. Исследования влияния частоты вращения
Одним из важных аспектов стал подбор оптимальной частоты вращения ротора. Именно от неё зависят интенсивность и стабильность вихревого кольца. Оказалось, что слишком низкая частота ведёт к нестабильной подъёмной силе, тогда как чрезмерно высокая приводит к быстрому износу деталей и повышенному уровню шума.
Оптимальная частота вращения: Наиболее эффективным оказалось поддержание скорости вращения ротора в районе 600 оборотов в минуту, что обеспечивало максимальную подъёмную силу при сохранении низких показателей шума и вибраций.
3. Влияние ширины ленты и угла крутки ротора
Ширина и угол крутки ленты, применяемой в устройстве, оказались критичными параметрами. Узкая лента или маленький угол крутки вели к слабой интенсивности вихревого кольца, тогда как широкая или большой угол крутки имели тенденцию вызывать увеличение потребляемой мощности.
Выбранная ширина ленты и угол крутки: Наиболее удачным решением оказалась ширина ленты в диапазоне 10–15 сантиметров и угол крутки 22 градуса, что позволило добиться оптимального баланса между подъёмной силой и долговечностью конструкции.
4. Тестирование эффекта Коанда
Ещё один важный фактор, учитываемый при анализе, — это влияние эффекта Коанда, который проявляется в виде притяжения вихревого потока к поверхности ротора. Важно было убедиться, что этот эффект положительно сказывается на подъёмной силе.
Наблюдения: Было подтверждено продувками дымом, что эффект Коанда действительно усиливает подъёмную силу, так как вихревой поток плотно прилегает к поверхности ротора, что помогает стабилизировать конструкцию и увеличивать общий показатель подъёмной силы.
5. Использование защитной юбки (экрана)
Чтобы усилить подъёмную силу и предотвратить рассеивание вихревого кольца, была установлена специальная защитная юбка (экран), охватывающая нижнюю часть ротора. Она локализовала вихревой поток и предотвращала его распространение в нежелательных направлениях.
Результат добавления юбки: Добавление юбки привело к заметному увеличению подъёмной силы на 20–30%, подтвердив её позитивное влияние на эффективность устройства.
6. Режимы торможения и безопасности
Особое внимание уделялось исследованию режима торможения и возможной способности ротора обеспечивать безопасную посадку в случае отключения мотора. Известно, что при прекращении подачи энергии обычный винт прекращает свою работу мгновенно, что чревато авариями.
Результаты: Эксперименты показали, что кольцевой ленточный ротор продолжает своё вращение даже после выключения двигателя, продолжая вырабатывать подъёмную силу в режиме авторотации. Это гарантирует постепенное снижение высоты и безопасную посадку.
7. Экономические аспекты
Немаловажным фактором являлись экономические соображения. Учитывая тот факт, что наша конструкция требует значительно меньше энергии для поддержания подъёмной силы, следовало рассчитать потенциальную экономию.
Расчёт: Предполагаемый расход топлива снижается на 30% по сравнению с традиционными винтовыми установками, что обеспечивает существенную экономическую выгоду.
Общие выводы анализа:
— Принятый подход позволяет создать летательный аппарат с повышенным КПД, безопасным режимом авторотации и низким уровнем шума.
— Использование защитной юбки (экрана) значительно повышает подъёмную силу.
— Оптимальные значения параметров (частота вращения, ширина ленты, угол закрутки) установлены и рекомендованы для последующих реализаций.
— Имеется очевидный потенциал улучшения устройства, что сулит существенные экономические выгоды при переходе к промышленному производству.