Ветромобиль, по ветру быстрее ветра

vladim1980 · 03/12/23 125

Geen в сообщении #1620863 писал(а):

И могу Вас уверить, что это не первое обсуждение этой темы на этом форуме...

Если не трудно, дайте пожалуйста ссылки на эти темы. Почитаю.
Спасибо.

Amw · 22/07/11 850

sergey zhukov в сообщении #1620853 писал(а):

Я вам в третий раз говорю: автомобиль едет за счет разницы скоростей ветра и земли. Нет разницы - не поедет.

Правильно. Почему-то никто не удивляется, что парусное судно может ехать против ветра...

sergey zhukov · 17/10/16 4809

Amw
Ну почему же, это тоже удивительно. Вот, скажем, плот с парусом против ветра не поплывет, и так сразу не скажешь, почему плот этого не может, а каравелла - может. Причем прямо против ветра парусное судно все же не плывет. Оно это делает зигзагами.

Я не хочу, кстати, сказать, что все это элементарно и ясно с первого взгляда ни в случае с кораблем, ни в случае в ветромобилем. Нет, тут с ходу легко можно ошибиться. Но если немного подумать, то (особенно с ветромобилем) нетрудно прийти к правильному выводу. Так что вся это история с 10 000 долларами кажется мне невероятной.

Кстати, в ролике показывали модели этой машины, которые запускали на беговой дорожке. Я думаю, что это могло вызывать недоумение. Признаться, выглядит удивительно. Этот опыт моделирует ситуацию, когда машина едет по ветру со скоростью этого ветра. И мы видим, что она продолжает разгоняться, т.е. едет быстрее ветра.

Похожие парадоксальные результаты бывают в тепловых двигателях, которые всегда работают на разнице температур. Иногда трудно понять, как именно они это делают. Скажем, аммиачные холодильники устроены так, что в них вместо компрессора успользуется нагреватель, а холодят они тем лучше, чем сильнее греет этот нагреватель, что выглядит на первый взгляд абсурдно. Зачем греть, если нужно охлаждать? Но мы точно знаем - если есть перепад температур (нагреватель и радиатор на задней стенке холодильника), то его можно использовать для получения работы. В том числе и для работы холодильного цикла (для осуществления которого нужно затрачивать работу). В данном случае все точно так же: если есть разница скоростей двух сред, можно использовать ее для получения работы.

vladim1980 · 03/12/23 125

Amw в сообщении #1620892 писал(а):

Правильно. Почему-то никто не удивляется, что парусное судно может ехать против ветра...

Совершенно верно ! Паруснику, который может двигаться галсами быстрее ветра никто не удивляется.
Но этой чудо-машине с первого взгляда удивляются все (все !). За исключением единиц.
Даже пари на немаленькие суммы заключают.

Но ладно. Я вот пока бродил по сетям в поисках материала по этой чудо-машине наткнулся на один коммент с претензией что они могут посчитать баланс энергии этого устройства.

Некоторые моменты там привлекли моё внимание. Я потом отдельно на каждом тезисе остановлюсь.
Я много вырезал, потому что он немаленький.
Первое на что хочу обратить внимание, что они там даже предельную скорость этого девайса вычислили.

Цитата:

Hello gentlemen!

I came across your video the other day regarding the operation of the original mechanical device Blackbird vehicle.
"A Physics Prof Bet Me $10,000 I'm Wrong" https://youtu.be/yCsgoLc_fzI?t=277

I also found an article by Mark Drela - "Dead-Downwind Faster Than The Wind" - regarding the explanation of how this original device works.

As indicated, in the annotation to the video it is said that at first glance the work of this device does not seem obvious and allegedly violates the laws of physics.

I would like to point out that I consider the phrase "violates the laws of physics" incorrect, and I consider even the formulation of the question in such wording is incorrect. Since, if it seems to us that some device violates the laws of physics, it is not a problem of the device or physics, but a problem of our understanding of this question. Which, in fact, was proved by subsequent events.

I can assume that those materials attracted our attention because of their noticeable correlation with our work.

I believe that the correlation between our turbine and this car, is that they both have two energy elements linked by positive feedback. Both our turbine and the Blackbird vehicle use a chain transmission that provides feedback between these elements with redistribution of energy between them.

At certain parameters (speed, pressure) this feedback becomes positive or negative. Thanks to this, these elements, balancing the energy between them, bring the system to an optimal energy state, which is not obvious to everyone and seems paradoxical.

Somebody may even interpret this into a seemingly endless acceleration of the vehicle, leading to absurd conclusions. Moreover, the same mistake, as it seems to me, is made by some scientists who have dealt with this issue. In particular, in the explanations there is a reference to the US Physics Olympiad Semi-Final Exam in 2013 (p. 10). It also says that "with sufficiently low energy loss, any speed is possible". This contradicts the obvious logical conclusions - if the speed of the vehicle can grow unlimitedly, then the speed of the air behind the propeller must also grow unlimitedly, which means that to accelerate this air it will be necessary to expend unlimited energy, and there is nowhere to get it.

However, judging by our calculations, in such systems with positive feedback and the possibility of energy redistribution between the parts of the system, there is a critical state due to the extremum of the energy balance. The diagrams in my articles show these extrema under several input parameters.

At the same time, in transient processes (in particular, at start-up) self-excitation and acceleration of the system occurs, but this process does not continue endlessly, as it may seem to uninformed readers. It goes to the so-called "saturation", i.e. to the extremum on the energy diagram.

If the forces acting on each element of the device and allowing this device to move have been considered sufficiently, the energy balance is much worse.

Some people frankly declare that they have reached a dead end (and there are many scientists among them), and some evade this question, veiling the answer with intricate phrases.

We also do not pretend to have a complete answer to this question, especially as our calculations are made for a hydraulic device, and the principles of fluid dynamics and aerodynamics still have some differences.

But we operate only with basic concepts - Bernoulli's equation and the principle of continuity of flow (the conservation of mass).

The solution of energy balance, as it seems to us, is quite simple (without taking into account adiabatic cooling/heating of air, turbulence, etc). As the air velocity increases at the fan outlet, the local air pressure drops according to Bernoulli's law. The dependence of kinetic energy on velocity is quadratic, while the dependence of potential energy (pressure) is linear.

Thus, the difference between the total energy of air before and after the propeller (kinetic energy of air movement plus potential energy of pressure) will almost NEVER be equal to zero.

Up to certain parameters - up to the critical state - it is positive, afterwards it is negative. Part of this energy is spent on overcoming resistance to motion (friction), and part of it is dissipated in the downward trace behind the propeller.

It is a pity that the experiment did not include introducing a smoke trail behind the propeller. It would have been interesting to see how the air behind the propeller behaves.

All these conclusions are valid if there is an active device in the flow that can take energy from the flow or add it to the flow (propeller, turbine, pump, etc.).

In the absence of an active device in the flow, the flow will immediately go to the supercritical state, with the equality of energies at the inlet and outlet and the predominance of kinetic energy.
The same mode is possible in the presence of an active device in the flow, if it works in idle mode, not taking energy and just accelerating the flow to the conjugate supercritical state.

Thus, based on the abovesaid and our preliminary calculations considering the energy balance, the critical state for "Blackbird" is reached when the air speed behind the propeller is approximately 43-45 m/s.
It is this speed that is assumed to be the theoretical speed limit for this device.

I do not exclude that I have not found all materials on the subject and a similar explanation given in my articles may have already been given by someone else. So if you are familiar with such materials, I would be very grateful to you if you could give me a link to them.

sergey zhukov · 17/10/16 4809

vladim1980
Тут не нужно смешивать идеализированную модель с реальным устройством.

Вывод о неограниченной скорости - чисто кинематический. Он справедлив для роликов и доски из предыдущего видео. Подобрав нужные диаметры роликов, можно получить любую скорость их перемещения при любой скорости перемещения доски. Это очевидно.

Когда же мы начинаем говорить конкретно о конструкции "Blackbird" и на что она способна, то тут необходимы гораздо более сложные аэродинамические расчеты, учитывающие аэродинамическое сопротивление корпуса, тягу винта и пр. И конечно, никто не спорит, что у этой конструкции есть скоростной предел.

vladim1980 · 03/12/23 125

Да, я пообщался с Риком Кавалларо - конструктором этой чудо-машины.
Вот он справа. Слева тот самый Дерек Маллер, который пари выиграл у проф. Кусенко.

Он так и написал : "I have said that such a limit exists due to the inefficiencies that result from compressibility".

Но это, как мне кажется, практический предел скорости, тогда, как в том комменте заявляется о теоретическом пределе.
А это большая разница.

-- 04.12.2023, 09:58 --

Более того, я нигде не встретил даже попытки рассчитать практический предел скорости этого мобиля, с учётом всей аэродинамики, сопротивления, сжимаемости воздуха. Даже приблизительных цифр нет.
А эти заявляют уже какие-то вполне осязаемые теоретические цифры - 43-45 m/s.

sergey zhukov · 17/10/16 4809

vladim1980
Я бы сказал, что относительно ветромобиля можно задать два вопроса:

1. Возможно ли вообще ехать быстрее ветра?
2. Если да, то каков верхний предел скорости?

На первый вопрос утвердительный ответ дают простейшие модели типа доски и роликов. Но из этих простейших моделей следует, что верхнего предела скорости как-будто бы нет (это следствие переупрощения, конечно). Чтобы ответить на второй вопрос, нужно рассматривать гораздо более сложные аэродинамические модели, которые, конечно, дают верхний предел скорости. Он во всяком случае не выше скорости звука, при приближении к которой сжимаемостью воздуха как раз пренебрегать уже нельзя.

Таким образом, первый вопрос лучше рассматривать на простейших моделях, а второй вопрос нужно рассматривать на более сложных моделях (которые, конечно, не противоречат простейшим моделям по первому вопросу, ответ у них тот же, но понять его будет сложнее).

vladim1980 · 03/12/23 125

По моей просьбе Рик прислал мне ссылку на своё интервью на канале "Discovery" несколько лет назад. Оно до этого нигде не фигурировало, поэтому я его раньше не видел.

Думаю, многим будет интересно его посмотреть. Выдающийся человек !

https://youtu.be/LjLPPInzSzI?si=N7hZdBmLLtziUlKm&t=179

-- 04.12.2023, 11:18 --

Но возвращаемся к этому комменту

vladim1980 в сообщении #1620914 писал(а):

Цитата:

I believe that the correlation between our turbine and this car, is that they both have two energy elements linked by positive feedback. Both our turbine and the Blackbird vehicle use a chain transmission that provides feedback between these elements with redistribution of energy between them.

At certain parameters (speed, pressure) this feedback becomes positive or negative. Thanks to this, these elements, balancing the energy between them, bring the system to an optimal energy state, which is not obvious to everyone and seems paradoxical.

However, judging by our calculations, in such systems with positive feedback and the possibility of energy redistribution between the parts of the system, there is a critical state due to the extremum of the energy balance.

Рик в своём интервью также упоминает обратную связь, называя её "feedback loop".
Посмотрите на 3:19.

Geen · 01/09/13 4656

vladim1980 в сообщении #1620914 писал(а):

Паруснику, который может двигаться галсами быстрее ветра никто не удивляется.
Но этой чудо-машине с первого взгляда удивляются все (все !). За исключением единиц.

Вопрос привычки, не более. А суть та же самая.

vladim1980 · 03/12/23 125

А вы гляньте интервью Рика Кавалларо. Увидите, какой там "вопрос привычки"

https://youtu.be/LjLPPInzSzI?si=N7hZdBmLLtziUlKm&t=179

-- 04.12.2023, 11:49 --

sergey zhukov в сообщении #1620897 писал(а):

В данном случае все точно так же: если есть разница скоростей двух сред, можно использовать ее для получения работы.

Давайте ещё вот к этому вернёмся.
Как вы считаете, какая разница скоростей двух сред тут используется ?
Скорость попутного ветра относительно земли ?
Тут есть нюансы, я потом их вам покажу. Мне Рик на них внимание обратил.

vladim1980 · 03/12/23 125

sergey zhukov в сообщении #1620897 писал(а):

В данном случае все точно так же: если есть разница скоростей двух сред, можно использовать ее для получения работы.

1. Как вы считаете, какая разница скоростей двух сред тут используется ? Скорость попутного ветра относительно земли ?

2. При начальной скорости попутного ветра в 10 км/ч достаточно ли её чтобы болид разогнался до 30-40 км/ч ?

3. Какая скорость попутного ветра является минимальной, чтобы болид разогнался ?

4. После разгона, в СО болида попутный ветер отсутствует вообще - он не чувствуется ни колесами, ни тележкой, ни винтом. Как он в этом случае может отдавать энергию болиду ?

Geen · 01/09/13 4656