Ветромобиль, по ветру быстрее ветра

[wrest]

vladim1980 в сообщении #1621918 писал(а):

Кстати, вот ещё интересное видео.
Видно, что болид разгоняется с трудом, но при приближении к "барьеру скорости" и после него, ускорение очень заметно.

Чем быстрее крутится пропеллер тем ближе его "парусность" к площади круга, заметаемого лопастями.
Для максимальной эффективности надо, по-видимому, делать переменное передаточное число колёса-пропеллер, чтобы всё время поддерживались достаточно высокие обороты. Тогда весело ехать будет со старта. При большой скорости наступит время когда и обороты будут слишком высокие, тогда надо ещё переменный угол атаки у лопастей. Чтобы хорошо ехало не только строго по ветру но и наискосок, нужен уже аппарат типа вертолетного автомата перекоса, изменяющий угол атаки в зависимости от угла поворота лопастей.

[vladim1980]

Да, вы наверное пропустили вот это сообщение.
Посмотрите и видео там. Тут они вообще не могли разогнать болид, кроме, как толкачём. И посмотрите коммент Рика.

Кроме того парусность здесь ни при чём. Как заявляют конструкторы этого аппарата, винт всегда (во всех режимах) работает как пропеллер, но никогда в режиме турбины.

vladim1980 в сообщении #1621436 писал(а):

vladim1980 в сообщении #1621238 писал(а):

Да, спасибо, все подробно и детально расписано и с беговой дорожкой и с попутным ветром разгоняющим болид.
Если не трудно распишите пожалуйста вот этот случай

Ну вот, я получил ответ на этот вопрос от конструктора этого аппарата Рика Кавалларо. Думаю, он многим будет интересен.

Цитата:

The version in the video you linked was the cart prior to adding variable pitch. That makes starting, and initial acceleration, even slower since the pitch is more or less optimized for higher speed performance. Keep in mind that the tailwind, when it's standing still, is trying to turn the prop backwards like a turbine, and thus fighting the wheels effort to turn it like a prop. With variable pitch I can reduce that fight to basically zero. But even then, the wind is only pushing on the blades as a bluff body (i.e. stalled), which really doesn't give us much to work with.

Well, there's a lot going on there, so you may have to ask follow-up questions if I don't hit the points you're interested in. This was one of our first tests. We didn't yet employ the variable pitch mechanism or add the fairings and such. We had already demonstrated that it would start from a dead stop and achieve DDWFTTW steady state, but it was super slow getting there and took up a whole lot of real estate doing so. Based on the wind direction, our "runway" was somewhat limited (before running into the rocks at the edge of the dry lake). So we decided to do some runs where we push it up to wind speed, and have more distance to evaluate its DDWFTTW performance before going back to the lab to add the finishing touches.

I don't recall what speed we achieved on that run, but the fastest I had recorded on any run was 54 mph.

[wrest]

vladim1980 в сообщении #1621936 писал(а):

Тут они вообще не могли разогнать болид, кроме, как толкачём.

Для весёлого старта нужен не только переменный угол атаки лопастей, но и переменное передаточное число пропеллер-колёса, причём заходящее и в отрицательную область, т.к. они правильно пишут, что

vladim1980 в сообщении #1621936 писал(а):

the tailwind, when it's standing still, is trying to turn the prop backwards like a turbine, and thus fighting the wheels effort to turn it like a prop.

Нужен вариатор с реверсом, короче. Ну или старый добрый парус, чисто для разгона.

[vladim1980]

Этому видео уже больше 10 лет. Сейчас там у них уже, наверное, полноценная коробка передач и, похоже, механизм изменения угла атаки лопастей.

[wrest]

Ну вообще тут встаёт вопрос: а что с парусными кораблями?
Этоо же принцип может и их разгонять до скоростей быстрее ветра, наверное. Но нужна очень большая парусность и большо гребной винт (а то и старое доброе колесо) ибо сила трения о воду немалая.

[vladim1980]

oleg_2 в сообщении #1621785 писал(а):

Моя попытка решения.
Всё равно ничего не понятно, поэтому предельно упрощаю задачу. На тележке есть направляющие, по которым вдоль тележки может скользить каретка с парусом (см. рис.).

oleg_2
Я правильно понял ваше решение ?

[oleg_2]

vladim1980 в сообщении #1621962 писал(а):

oleg_2 в сообщении #1621785 писал(а):

Моя попытка решения.
Всё равно ничего не понятно, поэтому предельно упрощаю задачу. На тележке есть направляющие, по которым вдоль тележки может скользить каретка с парусом (см. рис.).

oleg_2
Я правильно понял ваше решение ?

Я не понимаю Ваш рисунок. Если "carriage" это каретка, и на ней закреплен парус, то по замыслу должно быть: когда колесо крутится по часовой стрелке, оно должно подтягивать каретку с парусом к себе, т. е. каретка должна двигаться влево по рисунку к заднему краю тележки. Колесо по часовой --> парус влево. Мы с Вами какие-то антагонисты, я предельно упрощаю, отбрасывая всё ненужное, а Вы всё усложнили, и смысл этого я не понимаю. И не понимаю, как работает нарисованный Вами механизм.

[vladim1980]

Не заморачивайтесь пока с шестеренками. Направление движения ленты каретки (carriage) показано стрелками. Когда парус подходит к левому краю каретки он сворачивается и переходит на нижнюю часть. В этот момент в правой части каретки разворачивается другой парус и процесс повторяется. Эта конструкция обеспечивает непрерывный процесс, в отличие от вашей, когда процесс заканчивается при достижении парусом крайней левой точки направляющих.

[oleg_2]

Да, теперь понятно. Да, соответствует.

[amon]

amon в сообщении #1621490 писал(а):

Вечный двигатель не напоминает?

Я был неправ. Надо, действительно, вместо философских рассуждений формулы писать, всех учу, а тут облажался.
Пусть тележка стоит на беговой дорожке, движущейся со скоростью $V$ относительно земли. Хотим так подобрать редуктор, чтобы тележка не двигалась относительно земли. Пренебрегаем всякими аэродинамическими потерями на вихреобразование, трением и т. п. Тогда в теории активного диска мощность $P,$ необходимая для создания силы тяги $T$ равна

$$P=T\sqrt{\frac{T}{2\rho S}}$$

($S$ - площадь диска винта, $\rho$ - потность воздуха).
Что бы тележка не двигалась, сила, действующая со стороны дорожки, должна быть равна силе тяги. Мощность, поставляемая дорожкой будет $P=TV,$ тогда из баланса мощностей

$$V=\sqrt{\frac{T}{2\rho S}}.$$

Из простейшей теории винта $T=C_T\rho S\omega^2 R^2$ ($C_T$ - коэффициент силы тяги, определяемый конструкцией винта, $\omega$ - его угловая скорость, $R$ - радиус винта). Угловая скорость связана со скоростью беговой дорожки коэффициентом передачи редуктора $\omega=\varkappa V.$ Тогда

$$V=\sqrt{\frac{C_T}{2}}\varkappa V R $$

и уравнение на коэффициент передачи редуктора будет

$$1=\sqrt{\frac{C_T}{2}}\varkappa R. $$

Фокус в том, что винт действительно умеет извлекать энергию из попутного ветра, и десятку изобретатель выиграл по делу. Если учесть потери, то все будет хитрее, но основное мое возражение про вечный двигатель я снимаю.

[Geen]

amon в сообщении #1621985 писал(а):

мощность $P,$ необходимая для создания силы тяги $T$ равна

Вроде бы двойка должна быть снаружи корня?

[amon]

Geen в сообщении #1621993 писал(а):

Вроде бы двойка должна быть снаружи корня?

Не, не должна. Мощность, затрачиваемая на создание тяги в неподвижном воздухе равна

$$P=Tv,$$

где $v$ - индуктивная скорость, создаваемая винтом, равная тому самому квадратному корню.

[wrest]

amon в сообщении #1621985 писал(а):

Фокус в том, что винт действительно умеет извлекать энергию из попутного ветра,

Ну тут обсуждается, что не только лишь из попутного, а из любого ненулевого ветра. Перпендикулярный (боковой) ветер случай очевидный. Остался встречный. Вы допускаете, что ветромобиль поедет и против ветра (в пренебрежении потерями, вихрями и т.п. - неограниченно быстро), надо лишь отрегулировать его правильным

amon в сообщении #1621985 писал(а):

коэффициентом передачи редуктора $\omega=\varkappa V.$

а именно сделать $\varkappa$ отрицательным?

[amon]

wrest в сообщении #1621999 писал(а):

Вы допускаете, что ветромобиль поедет и против ветра

Теперь я сходу давать ответ опасаюсь. Предыдущие прикидки здесь не работают - нельзя перейти в СО, где скорость ветра ноль, и при этом двигаться в нужном направлении. Попробую прикинуть на досуге.

[Geen]

amon в сообщении #1622001 писал(а):

Попробую прикинуть на досуге.

Только в режиме против ветра винт работает как "генератор", а колёса толкают тележку.