Под роторными парусами и
воздушным змеем
(в проработке)

 

            Добраться ФК до конца нашей Солнечной системы вслед за Вояджерами нет проблем – ставь квантовый двигатель Алькубьерре и вперед.

Вояджеры.jpg

 

            Однако на короткие дистанции, это двигатель не подходит – только его включи, и мигом окажешься на границе нашей Вселенной. Использовать течение в океане по силам Кориолиса (чем и пользуется ФК) недостаточно, - ветер вносит свои коррективы, и гоняет лодку туда-сюда. Парус тоже не поставишь – перевернет мигом. И все же надо придумывать такое, чтобы силы ветра использовать. Например в конструкции лодки придумать  роторные лопасти, или сама лодка как труба, по аналогии с торнадо, которая хоть и труба, но с завидной скоростью двигается и поперек. В образовании торнад-смерчей существует много противоречивых теорий. Однако  визуально видно, что при их образовании, используется один принцип образования ураганов, тайфунов,  галактик, черных дыр и Вселенных.  

 

p5-3-051211-011124.jpg. a9dbc7710eeccd0d749929889b660c09.jpg

a057c5c7920a176cee81073d69f5b6d6_1_orig.jpg  tornado.jpg

            Идея использовать вихревый двигатель в идее трубы не новая. Это роторные движители, которые с успехом используются при замени парусных. Успеха в этом добился Ив Кусто. Вместо затонувшего своего научно-исследовательского судна Калипсо он построил судно Алкиона с роторными парусами. На нем он успешно  побывал во многих местах земного шара, в том числе прошел мыс Горн. ФК надеется, используя феномен Эйнштейна-Минковского пространства-времени,   встретиться с ним у мыса Горн (мы поможем ему). 

 

0_ea5dd_328247fa_orig.jpg

Алкиона - судно Кусто с турбопарусами

            Кусто разработал свой вариант роторного движителя, даже запатентовал его, однако полностью воплотить свои идеи не удалось. Изобрёл Кусто также акваланг, подводное блюдце и ещё множество приспособлений для исследований морских глубин и поверхности мирового океана.

             Сейчас строятся суда с роторными парусами, но они в основном не конкурентные дизельным судам. Кроме того роторные движители ставят на больших судах, а на шлюпочных лодках - нет. И вот  ФК при своем переходе от Новой Зеландии до мыса Горн, когда ему этот переход становился невмоготу, задумался,  а не приделать ли движитель-торнада к своей лодке, причем не с трубой в вертикальном положении, а в горизонтальном (с закрылками для поддува воздуха), в длину лодки, без ущерба жизненного пространства для себя и работы веслами во врем штиля, когда ветра нет.

 

0_ea5ec_7fb77d39_orig.jpg   06de071c1d449832ff3c3e6ea105ff1b.jpg

Слева горизонтальный роторный движитель (идея ФК).
Справа с движителем - воздушный змей

            Транспортный корабль MS Beluga SkySails спущен на воду 1 января 2008 года. Примерно 15−20% мощности корабль развивает благодаря гигантскому воздушному змею площадью 160 м2, в планах компании — увеличение его до 320 м2. Змей укреплен на носу корабля, на канате, его поведение контролируется компьютером. Обычно он парит на высоте порядка 100 м и на расстоянии около 500 м от корабля, при этом тянет судно за собой. Специалисты компании SkySails GmbH & Co. KG планируют оснастить своей системой около 400 судов — каждый такой «тюнинг» позволит заметно сократить расход топлива и количество вредных выбросов в атмосферу.

            Собственно, впервые Кусто испытал прототип турбопаруса на катамаране «Ветряная мельница» (Moulin à Vent) в 1981 году. Самым крупным успешным плаванием катамарана было путешествие из Танжера (Марокко) в Нью-Йорк — под «присмотром» более крупного корабля экспедиции.

            А в апреле 1985 года в порту Ля Рошель была спущена на воде «Алкиона», первый полноценный корабль, оборудованный турбопарусами. Сегодня она по‑прежнему на ходу и на сегодняшний день является флагманом (и, по сути, единственным крупным кораблём) команды Кусто. Турбопаруса на ней служат не единственным движителем, но помогают обычной сцепке из двух дизелей и нескольких винтов (что позволяет сократить расход горючего примерно на треть, кстати). Будь великий океанограф жив, он бы, наверное, построил ещё несколько подобных кораблей, но энтузиазм его соратников после ухода Кусто заметно спал. В 1997 году Кусто активно прорабатывал проект судна «Калипсо II» с турбопарусом, но завершить его не успел. «Алкиона» продолжает до сих пор осуществлять экспедиции.

0_ea5ea_e230046_orig.jpg 11.jpg

Слева:  Алкиона - судно Кусто с турбопарусами

6.jpg

Силы Кориолиса в 4-х океанах

 

 

8.jpg

Силы Кориолиса во Вселенной

 

17 февраля.jpg

 

Упражнение 1. Смоделировать движение лодки  с
использованием воздушного змея.

z-Под парусом.gif

Лодка ФК – движитель воздушный змей

 

Упражнение 1.2. С помощью МК 7.5 или Поверхность – Квадратичная смоделируйте форму паруса, рассчитаете его площадь, ЦТ, результирующий вектор направления сил.

 

Силы Кориолиса в футболе:

 

Эффект Магнуса, действующий на футбольный мяч. Источник изображения:inverse.com

Эффект Магнуса, действующий на футбольный мяч. Источник изображения:inverse.com

 

Упражнение 2. В системе Вектор смоделировать полет мяча по эффекту Магнуса, используя ту или иную картинку ниже:

 

images37.jpg   images41.jpg

 

Для начала, используем простой прием – траекторию полета мяча через команду Анимация в структуре системы Вектор.

 

images14.jpg    images4.jpg

 

 

мяч.jpg    мяч2.jpg

 

 

Три варианта мяч летит в ворота по заданной траектории:

я-мяч1_000.gifя-мяч2Vector_000.gif

 

я-мяч3_000.gif

Примеры: мячи летят по отдельности

            Решение: Мяч задать МК 4.1, траектория – сглаженная полилиния МК 4.10, далее команда Анимация из структуры с уменьшением масштаба.

 

Упражнение 3. Задать движение меча с пошаговой фиксацией меча в полете, используя команду Н.геом->Преобразование->Фрактал->Диалоговое окно.

мяч3-фрактал.jpgМяч структура.jpgОкно.jpg

Фрактал (слева), структура, диалоговое окно

Размер мяча зависит от заданных длин отрезков в полилинии траектории,
и от длины и расположения (под прицепом) полилинии (генератора) 

 

            Упражнение 3.2. Студенты: Нам, Гиндулина, Дигор сейчас придумали задачу для анимации: Вратарь выбивает мяч (он летит с увеличением) в поле, его встречает  игрок, и посылает обратно в ворота (мяч летит с уменьшением). Это выполняется опцией в диалоговом окне анимации «Два цикла», масштаб =0.1. 

 

Упражнение 4. С помощью фрактала задать положения мяча по траектории с подачи углового. Картинку (2-я случай) возьмите выше готовую (скопируйте и вставьте Правка->Вставить). 

Мяч сделайте командой «Текстура» (активная поверхность-сфера, картинку импортируйте мяч.jpg из Tasks)

 

Футбол с мячом.jpgФутбол с мячом2.jpg

Текстуру можно задавать как на один объект (слева 1-мяч под ногой),
так и на группу (рис. справа)

Упражнение. Из Tasks импортируйте рисунок (развертку) мяча. Задайте сферу (МК 4.1) и выполните команду Поверхности -> Текстура.

задать фмяч.jpg      задать фмяч -гот2.jpg

 

 

Справа комплексный чертеж,  натянутых на 3-D сферу
двух половинок развертки покрышки мяча*

·         Как известно, развертка сферы состоит из долек. Задача наложить покрышку на сферу - обратная задача развертки –решается приблизительно подбором. Для моделирования игровой ситуации этого достаточно, особенно, если мяч не крутится, а просто летит.  

 

            Немного теории.

            Упражнение. Найти результирующую силу при движении воздуха (газа, жидкости) вокруг вращающегося  объекта (эффект Магнуса).

            Этот эффект в 1853 году впервые был описан немецким физиком Густавом Магнусом после изучения траекторий артиллерийских снарядов: поток воздуха, движущийся навстречу вращающимся снарядам создавал подъемную силу, которая отклоняла снаряды от прицельной линии.

В спорте этот эффект проявляется в том, что вокруг закрученного в броске или ударе мяча образуются вихревые потоки воздуха. Из-за этого по одну сторону мяча направление движения воздуха соответствует направлению встречного потока, а по обратную сторону мяча направление вихря противоположно встречному потоку. В результате возникают поперечно действующие силы, изменяющие траекторию.

images5.jpgimages113.png35.png

Внимательно присмотревшись к картинкам с Магнусом, можно согласиться с ним

 

Авторами видео из Австралии с дамбы был брошен баскетбольный мяч, во время броска ему придали небольшое вращение. Во время падения мяча в какой-то момент начинает казаться, что мяч начинает лететь горизонтально. Так ли это?

 

 

images8.jpgimages117.jpg

            Результирующий вектор сил эффекта Магнуса можно рассчитать из суммы  двух полей – вращения ротора и  ветра. В система Вектор есть такая возможность. Пробуем.  Для этого надо задать поля, как две поверхности, задать на них точки Поверхности -> Точки по nv, nu; там же команды: Сложить,  вычислить и найти (изображается) результирующий вектор силы.

Поля задаем в диалоге как линейчатые поверхности: К точкам поверхности могут быть приложены вектора с разными силами (вплоть до темной (БЭ)) (задается вручную).

Окно силopy.jpg

Диалоговое окно задание вектора (векторов) сил в материальных точках поверхности

 

 

Пример1.jpgЛинии ветра.jpgМат точки силового поля ветра.jpg

Слева. Результирующий вектор (Rez) сил ротора.
 Далее силовые линии ветра (заем точками и затем сглаженной полилинией МК 4.10)

3-й рисунок задаем материальные точки силового поля Ветра

Результирующий ветра.jpgДиспетчер.jpg

Здесь слева силы и результирующий вектор ветра при движении вокруг ротора

Далее складываем поля сил ротора и ветра (команда Сложить группы векторов сил).
Однако здесь процесс пошел медленно (много вычислений см. справа)

Ничего страшного результирующий вектор ротора мы вычислили,
и вычислили  результирующий вектор потока ветра,
складываем их, и получаем вектор, по которому будет двигаться лодка
*

·         Конечно, все это приблизительно (не все учтено), но все равно, в какой-то степени объясняет, как можно рассчитать силу эффекта Мангуса и роторного движителя.

 

 

 

 

.