Kysymys:
Miksi emme lentää avaruuteen helikoptereilla? Mitkä ovat käytännölliset korkeusrajat?
Zlelik
2018-06-04 18:24:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ihmiset kertovat, ettei ilmaa ole, ja siksi emme voi. Mutta jos luen Internetistä, avaruudessa on ilmaa, paljon vähemmän, mutta silti jotain.

Esimerkiksi 100 km - 0,0000006 kertaa niin paljon ilmaa kuin pinnalla. 1000 km - 0,000000000000025 kertaa paljon ilmaa kuin pinnalla. jopa 36000 km: llä on jotain (0,000000000000000000015 kertaa niin paljon ilmaa kuin pinnalla tai 30000 atomia / 1 kuutiometri).

Käytännössä puhuminen: NASA rakensi jo helikopteri, joka lentää Marsilla, jossa ilmakehä on sama kuin 30 km korkealla maapallolla.

jos otan jonkin ohjelmiston potkurin työntövoiman laskemiseksi, kuten tämä Potkurin valitsin, ja lasken tämä erityinen käytännön esimerkki. Jos otan tämän potkurin, joka maksaa 50 euroa, ja tämän moottorin, joka maksaa 9 euroa, voin lentää jopa 30 km vain 381 watin teho 8140 kierrosta / min. Lento Tarkoitan, että se tuottaa 1 kg: n työntövoiman, joka riittää pitämään 29 gramman moottorin, 349 gramman potkurin ja antamaan sanoa 500 grammaa virtalähteeksi (voimme käyttää siihen jopa aurinkopaneelia). Laskelmat esitetään alla olevassa kuvassa:

enter image description here

ja sama kokoonpano lentää (tuottaa saman 1 kg: n työntövoiman) pinnalla vain 47 wattia tehoa ja vain 1000 kierrosta minuutissa.

Jos menen eteenpäin, voin laskea, että 100 km: n lentämiseen tarvitsen 25 metrin (1000 tuuman) halkaisijan potkurin ja vain noin 800 watin tehon pyörimällä nopeus 500 r / min.

enter image description here

Yleisesti ottaen tarvitsemme vain tarpeeksi ison potkurin, ja erittäin matalan ilmanpaineen takia emme tarvitse paljon voimaa, jotta se pyörii nopeasti. Voimme myös tehdä potkurista erittäin ohuen, koska sen ei pitäisi olla kovin vahva myös matalan paineen takia. Toinen asia, että voimme käyttää erilaisia ​​potkureita eri korkeuksille, kuten monia lavaraketteja.

Jos teemme muutaman kilometrin kokoisen potkurin, voimme teoriassa lentää jopa Marsille ja muille planeetoille. Avaruudessa on edelleen 30000 atomia yhtä kuutiometriä kohden.

PÄIVITYS 1:

Kiitos kaikille, erittäin arvokkaista kommenteista. Teen tarkat laskelmat todellisella potkurilla, moottorilla ja aurinkopaneelilla nähdäksesi kuinka korkealle voimme nousta.

Ymmärrän tärkeimmät ongelmat ovat potkurin paino + voimanlähde ja potkurin materiaalin vahvuus .

PÄIVITYS 2:

Helikopterin todellinen laskenta aurinkopaneeleilla :)

Jos otan tämän oikean potkurin joka on 6,5 kg ja halkaisija 70 tuumaa, tämä todellinen moottori 1600 W: n teholla ja nämä rivin aurinkopaneelit, joiden paino on 4,5 kg 1350 watin teholla ( tai 1 kg antaa 300 wattia) ja lisätään 50% aurinkopaneelin massasta niiden kiinnitykseen.

Laskelmani samalla ohjelmalla (Potkurin valitsin) osoittavat, että se voi lentää jopa 5 km otetaan huomioon potkurin massa, moottorin massa, aurinkopaneelien massa, aurinkopaneelien kiinnityksen massa, moottorin enimmäisteho, potkurin suurin rpm, moottorin suurin rpm.

Jos aurinkopaneelit olisivat 10 kertaa 20 km.

Toistaiseksi näen vain 2 ongelmaa:

  • Aurinkopaneelin paino. Jos voimme tehdä siitä 10 kertaa kevyemmän, voimme saavuttaa paljon suuremman korkeuden.

  • Tämä ohjelma voi antaa vääriä tuloksia yli 5-10 km: n korkeudelle.

  • Muita kommenteista johtuvia ongelmia:

    • Roottorin nopeus kiertoradan nopeutta suurempi. Laskelma osoittaa, että se ei ole tarpeellista ja Karmanin siima riippuu lentokoneen painosta. Joten, jos teemme jokaiselle yksinkertaiselle lentokoneelle / lentokoneelle olemassa olevasta / "tulevaisuuden keksitystä" materiaalista (hiiliepoksi jne.), Niin Karmanin linja on yli 100 km.
    • Iskuaalto, kun potkurin osat liikkuvat nopeammin kuin ääni. Yksi kommentti oli, ettei ole suuri ongelma, jos ilman tiheys on hyvin pieni. Joten voimme aloittaa pienellä nopeudella maassa ja saavuttaa nopean potkurin, kun saavutamme korkeamman korkeuden.
    • Materiaalin vahvuus. Viimeisessä kuvassani 25 m: n (1000 tuuman) potkurilla, jos lasken kiihtyvyyden ja g-voiman, se on 3500 g, kyllä, 10 kertaa enemmän kuin tavallisissa helikoptereissa (Mi-26-helikopteri, jossa 32 m potkuri ja 132 rpm). Mutta pistooli V8-mallin auton 1 moottorin sisällä toimii 8500 g: lla, kuin se on tavallaan mahdollista). Ehkä he eivät tee sitä todellisille helikoptereille äänen nopeuden takia, mutta kuten aiemmin sanoin, sillä ei ole väliä suurilla korkeuksilla.
    @OrganicMarble Voi olla totta suurella todennäköisyydellä, että tämä ohjelma ei toimi hyvin yli 10 km. Mutta joka tapauksessa, olen laskenut yleisen impulssisuojelulain perusteella ja se antaa samanlaisia ​​tuloksia, tarvitsemme vain suuren potkurin ja jopa 30000 atomia / 1 kuutiometri voi olla riittävä.
    Kysymys 2: Toimivatko potkurit jatkuvavirtausjärjestelmän ulkopuolella? Tarkemmin sanottuna vapaassa molekyylivirtajärjestelmässä? Katso mikä Knudsen-numero on.
    Karman-linja olisi kova katto - terän kärjen olisi kuljettava kiertoradan nopeuteen verrattavaa nopeutta nostaakseen.
    @OrganicMarble Luulen potkurisi alkavan näyttää turbo-molekyylipumpun sisääntulolta näissä paineissa; yksinkertainen kiila antamaan nopeutta alaspäin
    Li-ion-akuilla on erityisteho 340 W / kg Wikipediassa. 500 g akkua ei riitä, puhumattakaan 500 g aurinkopaneelista. Pahempaa, 30 km * 1kgf on noin 300 kJ; Li-ion-spesifiset energiat ovat ilmeisesti noin 400-900 kJ / kg, joten olet energiakapasiteetin aivan reunalla olettaen täydellisen hyötysuhteen (jota et saa).
    Se ei ole sitä, mitä kuvittelet, mutta avaruushelikoptereilla on jonkinlainen ennakkotapaus. https://fi.wikipedia.org/wiki/Rotary_Rocket
    Vaikka hyötykuorma on vain 1 g, tarvitset paljon enemmän kuin 1 kg työntövoimaa nostaaksesi polttoaineesi kiertoradalle.
    "0,0000006 kertaa vähemmän ilmaa" on jotain kaksoisnegatiivista. Se tarkoittaa, että ilmaa on enemmän, koska numero on pienempi kuin yksi.
    Helikopterin korkeusennätys on 12 km, kaukana avaruudesta. https://fi.wikipedia.org/wiki/Flight_altitude_record
    Itse asiassa helikopteri * roottori * hissi on melkein identtinen lentokoneen siipihissin kanssa.
    @Hobbes, tietysti, osittain siksi, että helikoptereita ei yleensä ole suunniteltu korkealle lennolle (jos sinulla on syytä mennä niin korkealle, haluat yleensä lentokoneen). Helikopteri voitaisiin suunnitella korkeammalle lennolle; tärkein rajoitus on saada riittävästi moottoritehoa suurilla korkeuksilla ja pitää roottorin kärjet äänettöminä.
    "NASA rakensi jo helikopterin prototyypin, joka lentää Marsilla, jossa ilmakehä on sama kuin 30 km korkea maapallolla." - Sinun on otettava huomioon, että Marsin painovoima ei ole sama kuin maan painovoima.
    "ja erittäin alhaisen ilmanpaineen takia emme tarvitse paljon voimaa, jotta se pyörii nopeasti". Myy matalapaine positiivisena, mutta se on negatiivinen. Ilmanpaineen puute tarkoittaa myös "pois työntämisen" puutetta pyörittämällä teriä. Jotta saataisiin aikaan sama määrä ylöspäin suuntautuvaa voimaa pienemmässä ilmanpaineessa, sinun on pyöritettävä terät _ nopeammin_.
    Avaruuteen menemisen tarkoitus on (käytännössä loputon) __vapaa putoaminen__. Vaikka jonkin verran lastia olisi mahdollista nostaa helikopterilla (tai realistisemmin ilmapallolla; miehittämättömien ilmapallojen korkeusennätys näyttää olevan 53,0 km), se ei antaisi sinulle monia etuja, joita avaruuslennoista meillä on? Se ei voinut korvata useimpien satelliittien toimintoja. Ja jos laitat avaruuslaboratorion sinne, se ei olisi "painoton", joten tekemistä varten olisi vain vähän hyödyllistä tutkimusta, jota et olisi voinut tehdä pinnalla.
    Kommentteja ei käytetä laajempaan keskusteluun; tämä keskustelu on siirretty chattiin (https://chat.stackexchange.com/rooms/78527/discussion-on-question-by-zlelik-why-do-we-not-fly-to-space-with- helikopterit-wh).
    @JeppeStigNielsen: Ollakseni oikeudenmukainen, pystyminen laukaisemaan raketti tältä korkeudelta vastustaa monia ongelmia tarvittavan delta V: n ja aerodynamiikan suhteen. Ilmakehän reunalta voit käynnistää käytännöllisesti katsoen minkä tahansa muotoisen ajoneuvon, jonka työntövoima on huomattavasti pienempi.
    @Zlelik Toinen laskelmasi, joka on vielä hyvin alustava, on vähentänyt dramaattisesti saavutettavaa korkeutta. Haluat, että materiaalisi ovat kymmenen kertaa kevyempiä kuin normaalit. Aurinkopaneelien noteeratun painon pienentäminen 90%: lla vie * 4 kiloa * pois helikopterista. Joten tämän helikopteriversioiden hyötykuormat, yhdessä tulevien materiaalien kanssa, voivat painaa vain kiloja ja niillä on tiukat tehovaatimukset, ennen kuin pääset koskaan korkeuksiin, joissa ilma ei pidä sinua.
    Helikopteri avaruudessa on vain erittäin vaarallinen tiili.
    Kaikista muista ongelmista huolimatta, onko kukaan jo maininnut lämmöntuotannon? Roottoreiden pitäminen saattaa olla vaikeaa, jos sähkösi sulavat käyttäessäsi lähes tyhjiössä
    Seitsemän vastused:
    #1
    +71
    jacksonj04
    2018-06-04 20:32:15 UTC
    view on stackexchange narkive permalink

    Halkaisijaltaan 25 m: n roottorin kehä on noin 78 metriä. Tuossa koossa, 500 r / min, roottorin kärjet olisivat yli 1400 mph.

    Tällaisilla nopeuksilla, vaikka erittäin kevyen roottorin saaminen ei vaadi paljon tehoa, siellä on edelleen hirvittävän paljon voimaa, joka materiaalien on käsiteltävä, jotta ne eivät kirjaimellisesti repeä.

    Puhumattakaan siitä, että se on Mach 2, ja iskuaallot tekevät ikäviä asioita hissillesi.
    Tämä antaisi säteittäisen kiihtyvyyden noin ~ 34000 $ ms ^ {- 2} $ (~ 3500g) kärjessä - parempi toivoa, että avaruusaluksesi ei ohita roottoripäivää.
    Se on normaalia helikoptereissa. Valitse tämä "Bell UH-1 Iroquois" Wikipediassa. 392 rpm ja 14 metrin potkurin halkaisija. ja se toimii hyvin, mitään ei tapahdu. Neuvostoliiton Mil Mi-26: lla on 32 metriä potkuria ja 132 kierrosta minuutissa. Onko se olemassa?
    @Hobbes Se olisi Mach 2 maanpinnan tasolla, mutta älä unohda äänen muutosten nopeutta ilman tiheyden ja lämpötilan mukaan. 100 km: n korkeudella äänen nopeus olisi paljon suurempi kuin kiertoradan nopeus. 100 km ei ole vain satunnainen "tämä on avaruusnumero" - Kármán-linja on raja, jossa et voi enää ylläpitää korkeutta hissillä edes täydellisillä kantolavoilla; nopeus, joka tarvitaan nostamiseen painon poistamiseksi, on yhtä suuri kuin kiertoradan nopeus kyseisellä korkeudella.
    @Luaan: n käytännön raja on tietysti paljon pienempi.
    @Zlelik Ei, helikopterin terät eivät voi ylittää äänen nopeutta - jopa jättämättä huomiotta aiheutuvia massiivisia vaurioita, se menettäisi heidät menettämään kaiken nostonsa ja menettäneen aluksen hallinnan (älä unohda, että vaikka yksi terä on yliääntä, vastakkainen terä ei ole). Kaikilla ei ole lineaarista suhdetta, tiedäthän - sinun on ymmärrettävä, kuinka asiat laajentuvat. Kumpikaan 14 m @ 392 RPM eikä 32 m @ 132 RPM antaa sinulle hyvän käsityksen o siitä, kuinka 25 m @ 500 RPM käyttäytyisi.
    @Luaan:-äänen nopeus on hieman matalampi 100 km: ssä kuin maanpinnalla (270 m / s 100 km: llä, 330 m / s maanpinnalla), katso https://www.grc.nasa.gov/www/k -12 / lentokone / sound.html
    @Zlelik On normaalia, että helikopteriterät menevät yli kaksi kertaa nopeammin kuin maailman nopeimmat helikopteriterät? Ei oikeastaan ​​noudata logiikkaasi täällä.
    @Hobbes Se ei mene aivan 100 km: iin (eikä aavistustakaan kuinka tarkan sen pitäisi olla jopa heidän tukemassaan korkeimmalla korkeudella), mutta olet todennäköisesti oikeassa, että äänen nopeus on pienempi kuin (tai ainakin samanlainen kuin ) maanpinnan taso, ei todellakaan ole samanlainen kuin kiertoradan nopeus. Minun mokani. Harmi, etten voi enää muokata sitä kommenttiosaa: D
    @Moyli 2 kertaa nopeampi ei ole iso juttu, uskon. Jos se olisi 10 tai 100 kertaa nopeampi, olisin samaa mieltä siitä, että se ei ole mahdollista, mutta 2 kertaa on mahdollista. Myös 25 metriä ja 500 kierrosta minuutissa on vain esimerkki. Uskon, että muut laskelmat voidaan tehdä isommalla potkurilla, mutta pienemmällä nopeudella. On tarpeen nähdä, riippuuko työntövoima potkurin koosta ja kierrosluvusta lineaarisesti vai ei.
    @Zlelik 2 kertaa nopeampi ** on ** iso asia tässä yhteydessä. Heti kun terät alkavat saavuttaa äänenopeuden, kaikki niiden käyttäytymisestä muuttuu * dramaattisesti *, ja jokainen näistä muutoksista aiheuttaa vakavia ongelmia lentokoneelle, joka haluaa pysyä ilmassa.
    @Zlelik Voit tehdä matematiikan itse. 392 rpm / 60 sekuntia on noin 6,5 kierrosta sekunnissa. Potkurin kärki kulkee ympyrän kehän, jonka se pyyhkäisee pois jokaisesta kierroksesta. Kehä on `halkaisija * pi` tai noin 44 metriä. Joten kärki kulkee 44 m 6,5 kertaa sekunnissa tai 286 m / s. [Äänen nopeus merenpinnalla on 340 m / s] (https://www.wolframalpha.com/input/?i=speed+of+sound+at+sea+level). [UH-1: n palvelukatot, 6000 m, ovat 320 m / s] (https://www.wolframalpha.com/input/?i=speed+of+sound+at+6000m).
    Ihmisen lihakset * yksin * ovat riittäviä painovoiman voittamiseksi! Jos vain rakennat sarjan vaiheita, voit hypätä tiesi kiertoradan korkeuksiin !! Tämä malli on yksinkertainen, selkeä ja niin ilmeinen, että ihmettelen, ettei kukaan ole kokeillut sitä! VOIT OLLA ENSIN !!!
    #2
    +57
    Hobbes
    2018-06-04 20:42:11 UTC
    view on stackexchange narkive permalink

    100 km: n korkeudessa pääset Karman-linjalle. Tämä on korkeus, jossa joudut lentämään kiertoradan nopeudella saadaksesi riittävän noston. Tämä määritelmä perustuu hissiyhtälöön, jota sovelletaan kaikkiin kantoradoihin, myös helikopteriroottorin.

    Joten helikopterissa 100 km: n korkeudessa terien on kuljettava kiertoradanopeudella (27 000 km / h tai 17 000 mph) riittävän nostovoiman aikaansaamiseksi.

    Koska terät pyörivät, terän sisäosa liikkuu hitaammin ja ulkopuoli suuremmalla nopeudella. Keskiarvon mukaan terien keskipisteen tulisi kiertää nopeudella 27 000 km / h.

    Jos haluat kiertoradalle sen sijaan, että tarvitsisit kuluttaa energiaa leijumiseen, sinun on lennettävä 27 000 km: llä. / h. Kun teet niin, etenevä terä liikkuu 54 000 km / h ilman suhteen. Etenevä terä liikkuu 0 km / h ilman suhteen. Pelkästään lämmitysvaikutukset riittäisivät sulattamaan terät lyhyessä ajassa. *

    En halua selviytyä siipien aerodynamiikasta, joka kulkee 0-54 000 km / h kahdesti kierrosta kohden roottorijärjestelmän keskipakovoimien kanssa.

    *: rakettien laukaisussa suojus hävitetään yleensä ~ 100 km: n korkeudessa, kun lämmitysteho putoaa alle 1 kW / m 2 . Raketti on kaukana kiertoradan nopeudesta (5000 km / h?). Aerodynaaminen lämmitysasteikko on nopeuden neliö, joten helikopterin roottori olisi 100-kertainen.

    Vaihtoehtoinen lähestymistapa

    Lähestyminen eri kulmasta: 100 km: n ilmanpaine on 10 -7 bar. Joten roottorin siipien pinta-alan on oltava 10 kertaa 7 , jotta saavutat nostettavan määrän. Potkurisi pinta-ala on 32 "x1" (karkeasti) 100 km: n kohdalla, joka menee 32 miljoonaan neliömetriin = 222 000 neliöjalkaa on 20 000 m 2 on potkuri, joka on pidempi kuin Boeing 747. tapa tehdä niin suuri rakenne painobudjetissasi. Voit lisätä nostoa lisäämällä nopeutta, mutta sitten palaat yliäänikaiuttimiin.

    Ensimmäiset periaatteet

    Kantosiipien (minkä tahansa kantosiipisen, myös helikopteriroottorin) nostoa hallitaan. tällä yhtälöllä:

    $$ L = \ tfrac12 \ rho v ^ 2 S C_L $$

    L on nostovoima
    ρ on ilman tiheys
    v on lentokoneen nopeus suhteessa ilmaan
    S on lentokoneen siipien pinta-ala,
    $ C_L $ on nostokerroin.

    Kun siirryt maanpinnasta 100 km: iin, ρ laskee 10 5 Pa: sta 0,01 Pa: iin (tiedot ilmakehämalleista käsitelty täällä). Tämä tarkoittaa, että hissi pienenee myös kertoimella 10 7 . Sinun on kompensoitava tämä joko lisäämällä nopeutta kertoimella 10 3,5 tai lisäämällä siipipintaasi kertoimella 10 7 tai molempien yhdistelmällä.

    Molemmat lisäävät väistämättä painoa, mikä tarkoittaa, että tarvitset enemmän nostoa. Tämä on noidankehä, ja kaukana alle 100 km: n korkeudessa pääset tilanteeseen, jossa mikään olemassa oleva materiaali ei ole riittävän kevyt helikopterisi toimimiseksi.

    En ole varma, onko ilmanvastuksen lämmitysvaikutusten huomioon ottaminen oikeudenmukaista. Paine on hyvin alhainen siellä ja uskon, että todellinen vastus on yhtä suuri kuin mitä terät yleensä vastustavat. Aivan kuten painovoima on sama.
    Miksi eteenpäin suuntautuvan nopeuden on oltava 25000 mph? Helikopterilla voi olla hissi ilman ajonopeutta (ja jos sillä on sellainen nopeus, se on jo kiertoradalla).
    Ainoa kohta lentää tällä korkeudella on kiertoradalle pääseminen, koska silloin voit pysyä siellä ylhäällä käyttämättä enemmän polttoainetta.
    @Hobbes katso [tämä kommentti] (https://space.stackexchange.com/questions/27630/why-do-not-we-fly-to-space-wel-helicopters-what-are-the-practical-altitude-lim # kommentti82483_27632)
    Tämä vastaus on todella hämmentävä. Karman-linjalla siipien on liikkuttava kiertoradalla ja helikopteri voi leijua paikallaan. Niiden nopeus ei ole 0-50 km / h, terät pyörivät tasaisella nopeudella. Kaikella kiertoradalla tällä korkeudella olisi sama lämmitysvaikutus; Olen melko varma, että se on merkityksetöntä.
    Leijuminen maksaa paljon energiaa. Jos haluat viettää yli muutaman minuutin korkeudella, kiertoradalle pääseminen on halvempaa. Ja melkein mitä tahansa haluamaasi toimintoa varten tietojen laatu paranee enemmän siellä vietettyä aikaa.
    @PaŭloEbermann Mitä Hobbes sanoi. Huomaa myös, että helikopterit ovat * erittäin huonosti leijuvia *. He luottavat edelleen eteenpäin suuntautuvaan liikkeeseen tuottamaan nostoa kohtuullisin kustannuksin - jos et pysty ylläpitämään nostoa samalla, kun sinulla on eteenpäin suuntautuva liike, joka on verrattavissa terän nopeuteen, et edes tule * lähelle * noston ylläpitämistä leijumisen aikana.
    Lämmitysvaikutuksia ei pidä unohtaa, mutta roottorin nopeaan kääntämiseen tarvittava teho on myös yhdellä silmäyksellä järkyttävä. Jokainen roottorin terä muuttaa 360 asteen kiertoradan tasoa roottorin jokaisen kierroksen kanssa (koska se on kiertoradan nopeudella).
    "Tämä on korkeus, jossa joudut lentämään kiertoradanopeudella saadaksesi riittävän nousun." - Tämä ei ole oikein. Karman-radalla sinun täytyy lentää kiertoradan nopeudella, jotta syntyy riittävän vahva nostovoima vastapainoksi. Tämä on huomattavasti enemmän kuin riittävä nosto - voimme nähdä tämän, koska kun liikumme kiertoradan nopeudella, riittävä nosto olisi 0N.
    #3
    +34
    PearsonArtPhoto
    2018-06-04 18:45:43 UTC
    view on stackexchange narkive permalink

    Avaruus on todella tällainen (XKCD Entä jos)

    enter image description here

    Teoriassa lentokone voisi saavuttaa suurimman osan matkasta avaruuteen, mutta se ei pysty saavuttamaan kiertoradanopeuksia.

    Alaraja, se ei yksinkertaisesti ole käytännöllinen. Ehkä jonain päivänä helikopteri voisi nostaa raketin korkealle, mikä auttaisi hieman, mutta se ei todellakaan ole käytännöllistä. Lisäksi ilmapallo voi olla joka tapauksessa parempi, se voi nousta korkeammalle ja nostaa enemmän hyötykuormaa.

    Kommentteja ei käytetä laajempaan keskusteluun; tämä keskustelu on [siirretty chatiin] (https://chat.stackexchange.com/rooms/78434/discussion-on-answer-by-pearsonartphoto-why-do-not-we-fly-to-space-with- helikopteri).
    Tämä jättää käyttämättä helikopterin. Jos pystyt tarjoamaan riittävän nousevan työntövoiman, et tarvitse kiertoradan nopeutta. Ei siitä, että uskon, että jokin potkuri antaisi sanotun työntövoiman olevan tilaa. Sama pätee lentokoneeseen, jos sillä on vielä * hissi *, sen ei tarvitse saavuttaa kiertorataa.
    @Octopus Tarvitset * kiertoradan nopeuden * ollaksesi * kiertoradalla *, eikä kiertoradalle meneminen ole turhaa, koska kaikki hyödyllinen mitä voisit tehdä, tehdään kiertoradalla.
    Olisi halvempaa käyttää vain ilmapalloa joka tapauksessa. Mielestäni tarkkuuden lisäksi ei ole mitään sellaista, mitä helikopteri voi tehdä, mitä ilmapallo ei voisi tehdä.
    @Octopus 100 km on jopa teoreettisesti korkein, kun voisit olla puhtaalla ilmakäyttöisellä avaruusaluksella (Karman-linjan määritelmä). Se on liian matala useimpiin tarkoituksiin.
    -1
    @Octopus se, että kuvitteellinen asia olisi hyödyllinen, jos se olisi todellinen, ei tee siitä todellista.
    @Octopus Ei, olisi uskomatonta tuhlaa jatkuvasti karkottaa energiaa ... menetät erittäin nopeasti kaikki edut, joita luulet tämän kuvitteellisen asian olevan. Toki, jos meillä olisi ZPM, joka antoi meille loputtoman voiman, tästä saattaa olla hyötyä, mutta jos taas, jos meillä on tuo tekniikka, meidän ei tarvitse harkita niin pieniä asioita. Mielestäni mielipiteeni on edelleen voimassa, se on vain turhaa mieliharjoitusta ilman mitään * todellista * sovellusta.
    @Octopus helikopteriroottori on edelleen siipi. Ja kun fysiikka sanoo "X-nopeus tarvitaan minkä tahansa noston aikaansaamiseksi", ne sisältävät helikopteriroottorit - ja todennäköisesti repivät ne palasiksi tekniikan suhteen kiihdytettäessä: Tulee hankala hetki, kun roottorin terän ulompi osa tuottaa nostoa, sisempi on vielä liian hidas ...
    @Polygnome kertoo paremmin kaikille ihmisille, jotka laukaisevat * subbitaalisia kuulostavia raketteja * ilmakehän ja avaruuden tieteeseen ([** ylivoimaisesti ** enemmistö] (https://space.stackexchange.com/a/23698/12102) kaikista rakettien laukaisut Maan päällä), että heidän työnsä on silloin turhaa.
    @PearsonArtPhoto BBC: [The New Lighter-than-Air Race for Space] (http://www.bbc.com/future/story/20180604-the-new-lighter-than-air-race-for-space)
    @uhoh Ne eivät ole, mutta puhuimme kiertoradan laukaisujen korvaamisesta ainakin osittain tällä tekniikalla - joka ei yksinkertaisesti lennä. tai kerro minulle ainakin * yksi * konkreettinen alue, jolla tämä olisi hyödyllistä (rahan säästämisen kannalta). Et varmasti ripusta geostationaalista TV-satelliittia esimerkiksi potkurin kautta, peitto on aivan liian pieni ja paino liian suuri.
    @uhoh En puhunut OP: sta, mutta siitä, mitä seurasi tämä vastaus
    Tämä vastaus tarvitsee todennäköisesti selityksen * miksi * sinun on saavutettava kiertoradalle ja miksi et voi vain mennä suoraan ylöspäin jättääksesi maan painovoiman (tai miksi "kiertoradalle meneminen on turhaa" tai mikä ongelma on yrittää tehdä) helikopterilla).
    #4
    +24
    Michael Seifert
    2018-06-04 20:54:45 UTC
    view on stackexchange narkive permalink

    Potkurin on oltava riittävän vahva, jotta se ei pääse irtoamaan keskipakovoimalla. Jos käydään läpi matematiikka, huomaat, että potkurin siipien suurin jännitys on puolivälissä sen pituudelta ja sen arvo on $$ \ sigma = \ frac {1} {4} \ rho L \ omega ^ 2, $$, jossa $ \ omega $ on terän kulmanopeus (yleensä mitattuna radiaaneina sekunnissa) ja $ \ rho $ on materiaalin tiheys (yleensä mitattuna kilogrammoina kuutiometriä kohti). tämän järjestäessä havaitsemme, että potkurimateriaalin ominaisvahvuuden on oltava $$ \ frac {\ sigma} {\ rho} = \ frac {L \ omega ^ 2} {4}. $$

    12,5 metrin pituiselle terälle, joka pyörii nopeudella 500 kierrosta minuutissa, tämä on $$ \ frac {\ sigma} {\ rho} \ noin 34 \ text {kN} \ cdot \ mathrm {m / kg}, $$, joka kuuluu edelleen tunnettujen materiaalien piiriin. Kun nouset korkeammalle, sinun on kuitenkin kasvatettava joko terien kokoa, niiden pyörimisnopeutta tai (todennäköisesti molempia); ja lopulta pääset siihen pisteeseen, jossa sinun on rakennettava helikopterin siivetobobiumista.

    Joen Unobtanium-talossa olemme ylikuormitettu avaruusroottoreilla. Matalalla matalalla alhaisella hinnalla. Se on Joe!
    `+ 1` Jee tieteeseen ja matematiikkaan perustuvaan vastaukseen!
    #5
    +18
    Erin Anne
    2018-06-06 06:12:15 UTC
    view on stackexchange narkive permalink

    OrganicMarble kosketti tätä kommentissa, mutta mielestäni se ansaitsee vastauksen myös, koska kysymys ei pysähdy Karman-linjalla (noin 100 km, jos määrität sen todella korkeudeksi, johon vaaditaan nopeus generaattorin nousu ylittää kiertoradan nopeuden).

    Yksinkertaisesti sanottuna: se, että jossain korkeudessa on muutama kaasuatomia, ei tarkoita, että se toimii kuten kaasu merenpinnan tasolla.

    Osa syystä, miksi siipi (ja älä tee virhettä, helikopterin roottori on ehdottomasti siipi näihin tarkoituksiin) toimii, johtuu siitä, että ilma täyttyy sen ympärille. Ilma kiirehtii sen taakse, koska ilmamolekyylit lentävät ympäriinsä ja pomppivat toisistaan ​​ja täyttävät tilaa, joten voit jatkaa ilmankiertoa, mikä puolestaan ​​työntää siipesi ylöspäin ja mitä tahansa siihen kiinnitettyä.

    Tämä on todella aerodynaamisesti tärkeää! Siiven ei tarvitse kirjaimellisesti osua ilmamolekyyliin, jotta se pääsee mukaan kyseiseen molekyyliin, koska molekyylit ovat yhteydessä toisiinsa. Siipi tai roottorilevy voi käyttää paljon ilmaa sen ympärillä!

    Korkeuden kasvaessa ja ympäröivän ilmanpaineen laskiessa (koska painovoima vetää ilmaa alas, ja toisessa ilmassa on vain niin paljon ilmaa olennaisesti seisovat sen päällä), että tilaa täyttävä vaikutus ei todellakaan enää tapahdu. Ilmamolekyylit tekevät paljon vähemmän pomppimista (niiden keskimääräinen vapaa polku on pidempi), joten kun työnnät ne pois tieltä, ei ole mitään muuta mitä painaa alas. Olet käytännössä vain vuorovaikutuksessa osumasi ilman kanssa.

    Kaikki tämä on sanottava tämä lähtökohta

    Jos teemme muutaman kilometrin kokoisen potkurin, voimme teoriassa jopa lentää Mars ja muut planeetat. Avaruudessa on edelleen 30000 atomia 1 kuutiometriä kohti.

    on väärä. Kun et pysty täyttämään ilmaa potkurin tarttumiseksi, olet käytännössä yhtä todennäköinen, että palautat 30000 atomiasi ylhäältä kuin alhaalta. Tällä ei ole merkitystä alipainepumpun kaltaisella tavalla, koska jos molekyyli pomppii lopulta päältä, sen pitäisi saada uusi mahdollisuus palata pumppuun palautumalla tyhjiökammion seiniltä. Kun olet avoimessa tilassa, se tarkoittaa, että potkurisi tuottama nettovoima on nolla.

    Jos olet kokeilija, tämä on triviaalia totta vain havaitsemalla, että Avaruussukkulalla oli jättiläissiivet, ja se jätti täysin huomiotta sen nostaman hissin, kun se oli matalan maan kiertoradalla. Kansainvälisellä avaruusasemalla on myös jättiläissiivet (aurinkopaneelit!), Ja ajattelee enimmäkseen niitä vetovoiman suhteen. Ajattele kuinka monta kuutiometriä ISS on leikkautunut vuosikymmenien aikana kiertoradalla! (Nostosukupolvi molemmille on oikeastaan ​​edullisempaa molemmille kuin helikopterillesi, koska ne liikkuvat sivuttain suurella nopeudella ja kohtaavat siten alueita, joissa he eivät ole vielä osuneet kaikkiin käytettävissä oleviin ilmamolekyyleihin.)

    Hieno selitys!
    #6
    +15
    Erin Anne
    2018-06-05 09:46:41 UTC
    view on stackexchange narkive permalink

    Emme lentää avaruuteen helikoptereilla, koska emme voi. Voisimme, jos voisimme, uskokaa minua.

    Kaikkien muiden esiin tuomien erittäin perusteltujen huolenaiheiden lisäksi kysymys ei vastaa painoa oikein. Ehkä halkaisijaltaan 32 tuuman potkuri painaa 349 grammaa, mutta 10 metriä ei todellakaan ole. Voi ei! Nyt 1 kg: n työntövoima ei nosta sitä ollenkaan! Joten tarvitset enemmän voimaa! Joten tarvitset enemmän polttoainetta / energiaa! Joten tarvitset lisää työntövoimaa ...

    Aurinkopaneelit eivät ratkaise ongelmaa. Ne kuulostavat hyvältä, kun et tarvitse paljon tehoa, mutta niiden ominaisvoima (wattia / kg) ei pidä kiinni verrattuna jet-turbiiniin tai rakettimoottoriin. Paristoilla ei myöskään ole vielä hiilivetypolttoaineisiin verrattavaa erityistä energiaa (joulea kilogrammassa).

    Maailman nykyinen helikopterin korkeusennätys on vähän alle 41 000 jalkaa. Viime kädessä helikopterit eivät vain voi laittaa tarpeeksi voimaa ilmaan jatkaakseen itsensä nostamista. Ne kaikki saavuttavat lopulta työntövoima-painosuhteen 1, vaikka turbiinihelikopterilla on huomattavasti enemmän virtaa kuin ehdottamallasi helikopterilla.

    Miksi ehdotettu Mars-helikopteri toimii, kun sinun ei halua ' t? Koska se ei mene kovin pitkälle. Tehovaatimukset suosivat pientä helikopteria, koska paino laskeutuu niin paljon nopeammin kuin työntövoima, kun se pienenee, mutta lennon ajat ovat noin 90 sekuntia (aivan kuten maanpäälliset dronit!) se ei voinut päästä maapallon vastaavasta korkeudesta ehdotettuun Marsin ekvivalenttikorkeuteen; se loppuisi energiasta ennen kuin se pääsi sinne.

    (* Näen muiden vastausten kommenteissa, että olet sanonut, että "kysymys on vain potkurista ja aurinkopaneeleista." On, mutta sinä ei voi tehdä niistä mielivaltaisesti kevyitä. Ei ole olemassa skaalauslakia, joka edes viittaa siihen, että ne valaisevat dramaattisesti seuraavien vuosikymmenien aikana.)

    Kiitos, hyvä vastaus. Teen tarkat laskelmat 32 tuuman potkurilla ja aurinkopaneeleilla nähdäksesi kuinka korkealle se voi nousta :)
    Marscopter ei myöskään tarvitse niin paljon työntövoimaa tietyn massan nostamiseksi tietyn ilmatiheyden läpi, koska Marsilla on paljon pienempi painovoima kuin Maalla.
    Se on totta, mutta he ovat myös tehneet Mars-ilmakehän esittelylentoja maapallolla ilman nauhoja, joten se ei perustu painovoimaeroon. https://youtu.be/oOMQOqKRWjU
    #7
    +4
    Kamil Aliyev
    2018-06-04 19:06:20 UTC
    view on stackexchange narkive permalink

    Potkuri painaa silti paljon!

    • Et halua, että se taipuu 90 astetta lentosuunnassa tai taipuu vastakkaiseen pyörimissuuntaan, mikä vaatii jonkin verran jäykkyyttä mikä ei ole halpaa painon suhteen. se ei voi olla kovin ohut.

    • Oletan myös, että sen pohjassa minun on oltava yhtä paksu (tai vastaava) kuin 81 cm: n potkurialustasi merenpinnalla tukemaan sinun ilma-alus. Oletetaan, että kärjen paksuus laskee lineaarisesti. Jopa ilman laskutoimitusta voin kertoa sinulle, että se on erittäin raskasta.

    Sitten on kyse potkurin painosta. Voimme käyttää monia potkureita, kuten paksua pohjaan, myöhemmin 20 km: n päässä käymme sen läpi ja alamme käyttää toista ohuempaa ja suurempaa jne. Tai ehkä 10-20 vuoden kuluttua he keksivät jotain tarpeeksi vahvaa ison potkuri. Tämä 81 cm: n potkuri on vain 350 grammaa. Voimme myös tuoda vain osia avaruuteen, kuten he rakensivat kansainvälisen avaruusaseman, ja koota siellä 5 km kokoinen potkuri ja alkaa lentää sieltä Marsille.
    @Zlelik: Tarvitset myös ponneainetta moottorin ajamiseksi, ja sinun on myös nostettava se. Tämän nostamiseksi tarvitset suuremman potkurin ... [rakettikaavan yhtälön] (https://fi.wikipedia.org/wiki/Tsiolkovsky_rocket_equation). Joka kerta, kun luulet _ "löysin ** yksinkertaisen ** tavan ratkaista ongelma, lukemattomat asiantuntijat ovat työskennelleet vuosikymmenien ajan" _, sinun tulee pysähtyä miettimään missä sinulla on elintärkeitä tieto-ongelmia.
    @DarkDust Siksi kysyin täällä, kun löysin "yksinkertaisen tavan ratkaista ongelma" .Tietoja polttoaineesta. Käytetään aurinkopaneelia, sitten aurinkoenergia on 1000 wattia / 1 m2. Aurinkopaneelissa on 20% hyötysuhde ja meillä on 200 watin sähköä 1 m2: stä. Sitten, jos teemme tarpeeksi kevyen aurinkopaneelin ja tarpeeksi potkurin, voimme nousta ylös ja pysyä samalla korkeudella (esimerkiksi 100 km) milloin tahansa. Ehkä kyseessä on vain potkurin ja aurinkopaneelien paino, ja meidän on vain odotettava 10-20 vuoden ajan, kun se on tarpeeksi lite.
    @Zlelik,: n kevyin aurinkopaneeli, jonka löysin katsellessani kannettavia paneeleita, tuli noin 22 grammaa wattia kohti. Kiinnitä se ehdotettuun 29 gramman moottoriin ja 349 gramman potkuriin asti, ja katsot 996 grammaa aurinkopaneeleita, jotta saat 47 watin, jonka sanot tarvitsevasi - hieman yli 500 gramman, jonka voit nostaa merenpinnalla. "Jos teemme sen unobtaniumista, se toimii" kuulostaa hyvältä, kunnes yrität todella löytää unobtaniumia.
    Anna heidän taipua - ulospäin suuntautuva voima ylittää tuottamansa nousun. Sinun tarvitsee vain pitää hyökkäyskulma.
    @Mark tekee tarkat laskelmat aurinkopaneeleilla. Kiitos hyvästä esimerkistä.


    Tämä Q & A käännettiin automaattisesti englanniksi.Alkuperäinen sisältö on saatavilla stackexchange-palvelussa, jota kiitämme cc by-sa 4.0-lisenssistä, jolla sitä jaetaan.
    Loading...