Почему оболочку батискафов не делают как "матрёшку"?

[wrest]

need_to_learn в сообщении #1599107 писал(а):

Иллюминатор, на мой взгляд, не нужен, это баловство. Системы внешних камер наблюдения и гидролокаторов более чем достаточно, чтобы ориентироваться.

Тогда смысла в обитаемости особо нет. Зачем там человека помещать в атмосферное давление ?

need_to_learn в сообщении #1599107 писал(а):

Поэтому каждый сегмент может быть полностью независим от других, с возможностью извлечения при необходимости.

Разъемные соединения... болты и вот это всё... Ну такое себе, как мне кажется.

need_to_learn в сообщении #1599107 писал(а):

В том же икосаэдре 20 граней и 30 рёбер — значит, потребуется 30 металлических профилей.

Ок, значит каждый будет сжиматься, в среднем, силой 3-4 тысячи тонн-сил. Я не силён в расчётё ферм, но из общих соображений, полная нагрузка в 100 килотонн-сил должа распределиться по 30 стержням/балкам/профилям. Там ещё будет вероятно и нагрузки на изгиб, а не только на сжатие (оболочку же крепить не только к вершинам, а по всей длине ребра).

Далее, правильно я понимаю, что при многослойной структуре, будет и каркасов икосаэдров столько же сколько слоёв, то есть несколько десятков? Наждый рассчитан на долю общей нагрузки, ну скажем при 50 слоях, 3 тысячи тонн-сил на каркас, 100 тонн-сил на каждый из 30 стержней каждого из каркасов? Ну, можно прикинуть толщину\массу стержней и в этом случае.

[Dedekind]

need_to_learn в сообщении #1599107 писал(а):

С удовольствием так бы и сделал, но у меня недостаточно нужных для этого знаний и навыков.

Sender в сообщении #1599108 писал(а):

На мой взгляд, хватит и обычного внешнего каркаса, внутри которого будут натянуты оболочки.

Тогда в чем смысл этого разговора? Вы предлагаете свой взгляд, подкрепленный только вашей интуицией и какими-то нестрогими рукомахательными рассуждениями. На аргументы ваших собеседников (тоже не слишком строгие, надо заметить, но они и не обязаны) Вы приводите свои соображения, которые могут работать, а могут и не работать, без проверки это установить сложно. Никакой "истины", как Вы выразились, так найти не получится. Вот если бы Вы предъявили сравнительные результаты расчета традиционной оболочки и Вашего проекта - это уже было бы интересное предметное обсуждение.

[Sender]

need_to_learn в сообщении #1599107 писал(а):

Замечу, что "в глубину" профиль при этом никак не ограничен, поскольку находится снаружи аппарата, так что мы можем сделать балки сколь угодно прочными — места в океане много.

А вы прикидывали, как поведёт себя конструкция под воздействием малых деформаций? Рыбка мимо проплывёт, хвостиком вильнёт, создав микроскопическое избыточное давление в одном из сегментов, слегка нарушающее баланс сил в рёбрах и узлах. Устойчива ли конструкция к такому воздействию, или микроскопический перекос балок приведёт к дальнейшему усугублению дисбаланса сил, который вызовет ещё большую деформацию и так далее, вплоть до разрушения. Не окажется ли так, что для нивелирования таких эффектов балки придётся делать протяжёнными не только в глубину, но и в ширину, таким образом вернувшись к металлической сфере?

[diletto]

wrest в сообщении #1599100 писал(а):

need_to_learn
Кстати, а как делать иллюминатор в предлагаемой вами конструкции? И как делать входной люк?

По поводу распорок, я думаю вы можете прикинуть их массу. К примеру, у вас площадь поверхности прочного коррпуса 25 кв.м. (это примерно как у сферы диаметром 2,8 метра). На глубине 4 километра будет давление воды около 400 килограмм-сил на квадратный сантиметр.
В сумме на всю поверхность выйдет 100 килотонн-сил. На сколько распорок вы хотите распередить эту нагрузку?

В простейшем варианте - рассмотреть реалистичный тетраэдр из мощных стальных колонн, обтянутый нереалистичной идеально прочной на разрыв плёнкой...
(Кстати, мне встречалось утверждение, что реальная углепластиковая труба выдерживает существенно большее внутреннее давление, чем наружное. Металлическая - наоборот. Не факт, что создатели злополучного "Титана" хорошо подумали, выбрав композит в качестве материала корпуса. Впрочем, упомянутое утверждение относилось к конструированию и использованию деталей существенно более тонкостенных, чем батисферы, поэтому не применимо автоматически.)

[wrest]

need_to_learn в сообщении #1599107 писал(а):

Замечу, что "в глубину" профиль при этом никак не ограничен, поскольку находится снаружи аппарата, так что мы можем сделать балки сколь угодно прочными — места в океане много.

Там дело не только в месте. У аппарата должна быть регулируемая плавучесть. Современные прочные корпуса тяжелее воды, и используются поплавки. Раньше, в эпоху батискафов, поплавки были очень большие, сейчас поменьше, но тоже есть. Не то что бы это было шоустоппером, но этот момент надо тоже учитывать, или хотя бы иметь в виду, при сравнении конструкций.

-- 26.06.2023, 13:03 --

diletto в сообщении #1599113 писал(а):

Кстати, мне встречалось утверждение, что реальная углепластиковая труба выдерживает существенно большее внутреннее давление, чем наружное. Металлическая - наоборот.

У металлов прочность на разрыв и сжатие примерно одинаковая.

diletto в сообщении #1599113 писал(а):

Не факт, что создатели злополучного "Титана" хорошо подумали, выбрав композит в качестве материала корпуса.

Многослойный, кстати.

[Geen]

need_to_learn в сообщении #1599107 писал(а):

так что мы можем сделать балки сколь угодно прочными — места в океане много.

Правильно. И лучше их сделать в виде сферы, сплошной. А целлофан убрать за ненадобностью.

[sergey zhukov]

need_to_learn
Анализ устойчивости конструкций - это вещь непростая. Сложнее анализа прочности. По моему, вы даже не видите разницы между разрушением (предел прочности) и сминанием (предел устойчивости). Сфера схлопывается под действием внешнего давления тогда, когда наступает потеря устойчивости. Для любого каркаса тоже нужно делать такой анализ, он сложный.

Например, выше уже было указано, что прямоугольную балку из заданного количества материала можно упрочнять на изгиб "до бесконечности", делая ее сечение все более узким и высоким, и получая в пределе просто лист металла, который мы пытаемся "согнуть " в плоскости листа. Но на практике этот прием "упрочнения" существенно ограничен устойчивостью: лист невозможно сломать на такой изгиб, он будет выгибаться в сторону, плоское состояние станет неустойчивым. То же произойдет и с любым каркасом, работающим на сжатие. Каков предел устойчивости конкретного каркаса - вопрос не простой.

Вот еще что:
Свою идею прежде всего должен хоть как-то проверить и обосновать сам автор. Так это должно быть, если ему хоть немного интересно, как же там на самом деле. Если же он надеется, что вместо него этим займутся другие, то так может быть только в случае, если идея по настоящему интересная и многообещающая, чтобы она могла заинтересовать, выглядела перспективной. Здесь вряд-ли тот случай.

[GraNiNi]

need_to_learn в сообщении #1599091 писал(а):

Аппарат для погружения на дно Марианской впадины — это по определению штучная вещь (по крайней мере, в наше время). Если кто-то нашёл деньги на сооружение глубоководного аппарата, то для него не должно быть большой проблемой оснастить этот аппарат по-настоящему надёжной автоматизированной системой датчиков, насосов и клапанов. Это вообще представляется наименьшей из проблем.

Говоря об авариях, подразумевались аварии таких аппаратов, как самолеты или космические корабли, где на безопасности не экономят. Но тем не менее - они происходят.
Посмотрите отчеты таких аварий.

Вот небольшой фрагмент из разбора аварии шаттла «Колумбия» (погибло 7 человек).
"В 08:54:24 оператором по механическим системам и жизнеобеспечению орбитера Джеффом Клингом (The Maintenance, Mechanical, and Crew Systems (MMACS) officer) была обнаружена неисправность четырех датчиков гидравлической системы в левой плоскости крыла, показывающих значения ниже предела чувствительности. В 08:59:15 отказали датчики давления в обеих шинах левой стойки шасси."

Что касается общей конструкции.
Я не проектировал глубоководные аппараты, но доводилось (химия) конструировать и рассчитывать аппараты выдерживающие несколько сотен атмосфер.
Есть такое выражение: "дьявол кроется в деталях", что при создании подобных устройств полностью подтверждается. Возникает такое количество технических вопросов, которые человек далекий от подобной проблематике даже представить себе не может.
Изобретательство и фантастика - это здорово, но зачастую оно разбивается о прозу реальной технологии.

-- Пн июн 26, 2023 16:40:34 --

Добавлю конспирологии.

Авария шаттла «Челленджер» (погибло 7 человек):

"Контракт на разработку и поставку ускорителей выиграла компания «Morton Thiokol». При разработке корпуса ускорителя, желая сэкономить на времени и стоимости, инженеры заимствовали многие детали и узлы от другой твердотопливной ракеты «Титан III»"

И здесь упоминается название "Титан".

[need_to_learn]

Спасибо всем, кто высказался по теме.

К сожалению, я действительно не имею возможности проверить свои идеи ни теоретическими расчётами, ни моделированием на компьютере. (Компьютер есть. Нужных нейронных связей в голове нет.)

Поэтому можно засчитать мне техническое поражение в этой дискуссии.

И всё же идея кажется мне красивой. :)

[sergey zhukov]

(Оффтоп)

У меня тоже бывали такие "идеи".

Я работаю с газовыми турбинами на газоперекачивающих компрессорных станциях. Как-то я заметил, что газовая турбина просасывает через себя за секунду столько же килограмм воздуха, сколько килограмм газа прокачивает через себя центробежный нагнетатель (который приводится этой турбиной). Тут и возникла "идея": а зачем вообще нужен нагнетатель в этой схеме? Нужно его выкинуть, от газовой турбины оставить только газогенератор (компрессор плюс камера сгорания), и этот газогенератор вставить прямо в газопровод вместо нагнетателя. Пусть газогенератор сжимает не воздух, а сразу газ. А чтобы в камерах горания что-то горело, нужно подавать в форсунки камер сгорания не топливный газ, а воздух (т.е. газогенератор работает наоборот: горючий газ в проточной части, а воздух - "горит" вместо топлива в атмосфере газа).

По моему, это прекрасная "идея". Дарю ее всем.

Вот в таком виде эта идея - одна голая фантазия, которая хороша только тем, что обещает одним махом все значительно упростить и вывернуть наизнанку (не какое-то там мелкое улучшение, а принципиально новое решение). Но на этом все ее преимущества и заканчиваются.

Т.е. я хотел заметить, что мало просто безответственно сказать "А что, если вот так?" Нужно еще и подумать над этим "А действительно, что?".

[need_to_learn]

(Оффтоп)

sergey zhukov в сообщении #1599139 писал(а):

Я работаю с газовыми турбинами на газоперекачивающих компрессорных станциях. Как-то я заметил, что газовая турбина просасывает через себя за секунду столько же килограмм воздуха, сколько килограмм газа прокачивает через себя центробежный нагнетатель (который приводится этой турбиной). Тут и возникла "идея": а зачем вообще нужен нагнетатель в этой схеме? Нужно его выкинуть, от газовой турбины оставить только газогенератор (компрессор плюс камера сгорания), и этот газогенератор вставить прямо в газопровод вместо нагнетателя. Пусть газогенератор сжимает не воздух, а сразу газ. А чтобы в камерах горания что-то горело, нужно подавать в форсунки камер сгорания не топливный газ, а воздух (т.е. газогенератор работает наоборот: горючий газ в проточной части, а воздух - "горит" вместо топлива в атмосфере газа).

Очень интересная идея, кстати! Мне нравится её смелость. Но есть пара вопросов:

1. Не совсем понимаю, а что будет удерживать атмосферу из топливного газа в камере сгорания? Не будет ли он улетучиваться разными путями, создавая в лучшем случае напрасный расход газа, а в худшем — угрозу взрыва?

2. В обычном воздухе примерно 78% азота, 21% кислорода и 1% других газов. Получается, что система, подающая обычный воздух для горения, будет в основном прокачивать через себя бесполезный в данном случае азот. Выходит, КПД такой установки теоретически не может быть выше 21%. Это ничего?

Я неспециалист, так что извините, если мои вопросы несколько наивны.

[GraNiNi]

(Оффтоп)

sergey zhukov в сообщении #1599139 писал(а):

А чтобы в камерах горания что-то горело, нужно подавать в форсунки камер сгорания не топливный газ, а воздух (т.е. газогенератор работает наоборот: горючий газ в проточной части, а воздух - "горит" вместо топлива в атмосфере газа).

Верхний предел воспламенения метана в смеси с воздухом - 15%, если метана будет больше, то смесь гореть не будет.

[sergey zhukov]

(Оффтоп)

GraNiNi
Это когда нам нужно поджечь предварительно смешанные газ и топливо (так устроено горение в карбюраторном двигателе). Там имеет смысл понятие "концентрация компонента в смеси", т.к. имеется смесь. Это называется кинетическое горение (горение предварительно смешанных топлива и окислителя).

Если струя воздуха выходит в атмосферу метана, она будет гореть примерно так же (по такому же механизму), как и струя метана в атмосфере воздуха (так устроено горение в дизельном двигателе). Тут никакой концентрации одного в другом собственно нет, горение происходит на поверхности соприкосновения двух компонентов. Это горение называется диффузионное.

Турбина может сжигать топливо и так и так. Диффузионное горение устойчиво на всех режимах, но качество сгорания ниже. Кинетическое горение чувствительно в составу топливно-воздушной смеси и менее устойчиво (может погаснуть), но качество сгорания выше.

need_to_learn
Ну, тут вдаваться в детали я не буду. Все равно идея-то не рабочая.

[Евгений Машеров]

need_to_learn в сообщении #1598940 писал(а):

У меня вопрос. (Возможно, глупый, но всё же хочется его задать.)

Почему оболочку батискафов и подводных лодок не делают многослойной, как луковицу — с градиентом давлений между герметичными независимыми слоями?..

Допустим, находится аппарат на дне Марианской впадины. Давление за бортом составляет 1085 атм. Давление под первым (наружным) слоем оболочки на 5 атмосфер меньше, чем давление за бортом, т.е. 1080 атм. Давление под вторым слоем оболочки ещё на пять атмосфер меньше — 1075 атм. И так далее, вплоть до обычного атмосферного давления под внутренним слоем оболочки. В итоге получаем что-то вроде многослойного пузыря, 250 слоёв должно хватить с большим запасом. При этом каждый отдельный слой оболочки может быть довольно тонким, ведь ему нужно сдерживать совсем небольшое (относительно) давление.

Преимущества такого "матрёшечного" подхода:
- При достаточном количестве слоёв можно делать корпуса глубоководных батискафов хоть из переработанных пластиковых бутылок.
- Экстренное всплытие безопасно для пассажиров, ведь давление внутри аппарата равно атмосферному.
- Если совсем обнаглеть, то можно делать гибкие трансформируемые корпуса аппаратов, собирая их из чего-то вроде плотной полиэтиленовой плёнки. (Хотя лично я в такой не полез бы — но можно делать подобные аппараты беспилотными.)

По идее, если быстро автоматически регулировать распределение давлений между слоями и при этом изначально делать избыточное количество слоёв и/или оставлять для каждого слоя дополнительный запас прочности, то повреждение одного или нескольких слоёв почти ничем не грозит.

Но я почему-то не слышал, чтобы такая технология использовалась для подводных аппаратов. Почему так никто не делает? Есть какие-то серьезные препятствия, которых я не вижу? Или просто не додумались?

Толщина сферической оболочки определяется, как $\delta=\frac{pR}{c\sigma}$, где p - давление, R -радиус, c - коэффициент прочности сварного шва, $\sigma$ - допустимое напряжение материала оболочки. Если радиусы всех оболочек приблизительно равны, никакого выигрыша не будет. А необходимость располагать между оболочками распорки съест даже мнимый выигрыш от того, что радиус внутренних всё же меньше. При этом резко усложнится проведение люков, отверстий под кабели и т.п. Ну и механизм поддержания малой разницы давлений слоёв между соседними оболочками.
Так что не делают оттого, что "нет никакой пользы, окромя вреда".

[wrest]

Евгений Машеров в сообщении #1599196 писал(а):

А необходимость располагать между оболочками распорки съест даже мнимый выигрыш от того, что радиус внутренних всё же меньше.

Так гондолу (прочный корпус) же проектируют исходя из габаритов хомо сапиенса (или нескольких), так что там есть пределы по уменьшению, метра полтора в диаметре для обитаемой части минимум, кмк.