Симулятор Антигравитации

Автор Алихан Исмаилов, 03.03.2016 23:03:43

« назад - далее »

0 Пользователи и 2 гостей просматривают эту тему.

Алихан Исмаилов

# -Ты, Саша,-сказал Лев Христофорович Минц,- пытаешься добиться невозможного в пределах законов физики. Это бесперспективно.

Эта система предназначена для доставки ракет космического назначения на высоту от 10.000 м до 34.176 м. А как известно от начальной высоты старта ракеты зависит её грузоподъёмность. Масса ракеты может колебаться от 2.000 кг до 25.000 кг. Она сильно зависит от возможностей аэростата или дирижабля.(Может быть меньше или больше). Лучше использовать водородное топливо.
 
 

Принцип работы системы.
Он основан на том что сила действующая на плечо рычага зависит от массы тела. Следовательно если одна масса больше другой m2>m1, то она сообщает под действием гравитации Земли телу массой m1 ускорение равное g Земли. Таким рычагом является неподвижный блок установленный на точке опоры, на определённой высоте h1 над Землёй. Через блок перекинут трос к одному концу которого прикреплена ракета стоящая на Земле, а к другому груз, который находится на той же высоте. Груз зафиксирован. Если освободить груз, то он начнёт падать вниз со скоростью v1, а ракета стоящая на Земле естественно начнёт двигаться вверх с той же скоростью. Значит v1=v2(v2-скорость ракеты). Когда груз достигнет поверхности Земли его скорость будет максимальна и равна скорости ракеты. В этот момент ракета находится на той же высоте что и груз до того как он был освобождён. Далее происходит отстрел троса к которому была прикреплена ракета и она продолжает лететь вверх по инерции. При этом после отстрела троса блок оттягивается назад, чтобы ракета с ним не столкнулась. Она поднимется на высоту h2, которая как видно из формулы равна h1. 
 

Алихан Исмаилов

Данный метод абсолютно не эффективен если точка опоры неподвижного блока находится на небольшой высоте. К примеру 500-1500 м над уровнем моря. Но когда точка опоры находится на высоте 5.000 м над уровнем моря и выше - выигрыш просто огромный. Эта точка к тому же должна быть стабильной. Единственным средством передвижения, которое соответствует всем трём требованиям:
1.Высота над уровнем моря.
2.Относительная стабильность.
3.Высокая грузоподъёмность
является привязной аэростат или дирижабль.
Рассмотрим более подробно случай когда аэростат находится на высоте 5.000 м. Аэростат заполняется водородом и является привязным. Он привязывается к лебёдке на Земле с помощью троса. Трос выполняет также роль кабеля электрического тока, внутри находится провод. Электрический ток используется в электродвигателях аэростата, которые удерживают его в неподвижном состоянии. Высота подъёма аэростата 5.000 м. Это позволит использовать герметичный купол.
Запуск ракеты. Аэростат находится на Земле и к неподвижному блоку через торс прикрепляется груз. Другой конец троса  находится также на Земле в сложенном состоянии и он присоединён к ракете. Затем аэростат начинает подниматься вместе с грузом. Он также поднимает трос длиной 5.000 м. Достигнув высоты 5.000 м с аэростата сбрасывается груз, а ракета которая находится на Земле взлетает. Время падения груза t=sqrt 2h/g= sqrt2*5.000/9,8=31,94 с. Скорость равна v=g*t=9,8*31,94=313,012 м/с=313 м/с. Достигнув высоты 5.000 м трос отстреливается и ракета двигаясь по инерции поднимается на высоту h=v^2/2g=313,012^2/2*9,8=4.998,8 м=5.000 м. Складываем высоту 5.000+5.000=10.000 м. Получаем высоту старта ракеты 10 км.
 

Алихан Исмаилов

Конечно имеется один недостаток. Для того чтобы вышеуказанные цифры были верны требуется соотношение массы полезной нагрузки к массе груза 1:10. Это означает что если мы хотим запустить ракету массой 10 т на высоту  10 км нам потребуется груз массой 100 т.

Кубик

Уф! А сила, действующая на блок и аэростат - (школьная физика)..и что там с 1:10?
И бесы веруют... И - трепещут!

Алихан Исмаилов

Но суть не в том чтобы запустить ракету массой 10 т на высоту 10 км. Можно возразить так:,,Почему бы просто не пойти на базар, купить ИЛ-76, погрузить ракету, подняться на ту же самую высоту и запустить  ракету?,,. Да можно и так. Но... Следите внимательно за рассуждениями. Может я не правильно понимаю суть физических процессов.
Рассмотрим некоторую виртуальную ракету с определённой массой и тягой двигателя. Допустим мы имеем двухступенчатую ракету со стартовой массой 9.000 кг. На первой ступени установлен двигатель тягой F=100.000 Н. Ускорение которое сообщает этот двигатель ракете равно               а =F/m=100.000:9.000=11,11 м/с^2. Но Земля сообщает ракете ускорение g=9,8 м/с^2. Значит ракета будет стартовать с ускорением а=11,11-9,8=1,31 м/с^2. Теперь увеличим массу ракеты на 1.200 кг(13,33%). Тогда масса ракеты станет равной m=9.000+1.200=10.200 кг. Увеличение массы пошло только на массу (топливо + баки) первой ступени. Масса обтекателя, масса второй ступени, а так же количество двигателей на первой и второй ступени мы не меняем. Масса баков составляет около 5% от массы топлива в них. Значит из 1.200 кг масса баков составит 60 кг. Тогда масса топлива равна 1.200-60=1.140 кг.
Теперь заново вычислим ускорение которое сообщает двигатель ракете массой 10.200 кг. а=F/m=100.000:10.200=9,8 м/с^2. Т.е. ускорение равно силе тяжести. Если запустить двигатель то ракета никуда не полетит, она просто упадёт на стартовый стол.
Но это на Земле. А если применить симулятор антигравитации то полетит. 
Рассмотрим процесс.
1(0-5.000м). С начала ракета начинает двигаться под действием силы падающего груза. Это движение - равномерное равноускоренное. Двигатель ракеты не включён. Весь процесс тот же самый что и выше. При достижении высоты 5.000 м скорость ракеты будет 313 м/с.
2.(5.000-10.000м). После того как произойдёт отстрел троса и ракета окажется выше дирижабля, включается двигатель ракеты. При этом сила тяжести будет равна силе двигателя ракеты. Т.е. ракета окажется в невесомости. Но ведь скорость ракеты не равна нулю. Она равна 313 м/с. А это значит что ракета будет продолжать подниматься с этой же скоростью. Причём скорость не падает, ведь силы тяжести нет. Тип движения - прямолинейное равномерное. Сколько времени понадобиться чтобы ракета поднялась с 5.000 м до 10.000м пройдя путь в 5.000 м? t=s/v=5.000:313=15,97=16 с. Сколько нам будет стоить работа двигателя в 16 с? Тяга двигателя F=100.000 Н. Допустим что удельный импульс i= 3.000 м/с. Тогда расход топлива M(t)=F/i=100.000:3.000=33,33 кг/с. Следовательно за 16 с мы расходуем M(t1)=16*33,33=533,28=533 кг. На эту же массу уменьшилась и масса ракеты m(р)=10.200-533=9.667 кг.
Результаты таковы:
1.Маса ракеты m(р1)=9.667 кг.
2.Высота ракеты над Землёй H(1)=10.000 м.
3.Скорость ракеты V(1)=313 м/с. Заметьте, при первом варианте V=0.
4.Ускорение которое сообщает двигатель ракете уже положительное а(1)=F/m=100.000:9.667=10,3-9,8(g Земли)=0,5 м/с^2.
Тут можно было бы выключить двигатель и ракета поднялась бы по инерции до высоты 15.000м, но:
1.Ускорение которое сообщает двигатель ракете ещё мало.
2.Нам надо привести ракету к массе 9.000 кг, для сравнения с запуском с поверхности Земли.
3.(10.000-15.000м). Значит достигнув высоты 10.000 м двигатель продолжает работать. Для простоты примем что он не ускоряет ракету, а просто продолжает уравновешивать гравитацию. Скорость равна 313 м/с. Тогда ещё за 16 с мы сожжём M(t2)=16*33,33=533 кг топлива. За это время ракета так же пройдёт расстояние s=v*t=313*16=5.000 м и окажется на высоте 15.000 м. А масса соответственно уменьшится на  m(р2)=9.667-533=9.134 кг.
Результат:
1.Масса ракеты  m(р2)=9.134 кг.
2.Высота ракеты над Землёй H(2)=15.000 м.
3.Скорость ракеты V(2)=313 м/с.
4. Ускорение которое сообщает двигатель ракете а(2)=F/m=100.000:9.134=10,94-9,8(g Земли)=1,14 м/с^2.
4.(15.000-20.000м).Достигнув высоты 15.000 м двигатель ракеты выключается и ракета поднимается по инерции ещё на 5.000 м. На это потребуется ещё 32с. Таким образом мы достигаем высоты 20.000 м.
Результаты:
1. Масса ракеты  m(р3)=9.134 кг.
2. .Высота ракеты над Землёй H(3)=20.000 м.
3. Скорость ракеты V(3)=0 м/с (На самом деле она будет значительно выше чем 0 м/с.).
4. Ускорение которое способен сообщить двигатель ракете при включении a(3)=1,14 м/с^2. (На самом деле больше. Ведь тяга двигателя в 100.000 Н дана для поверхности, а на высоте 20 км она выше).
5.Суммарное время которое потребовалось для выведения ракеты на высоту 20.000 м равно Т=32+16+16+32=96 с. Из них время работы двигателя Т(д)=16+16=32с.

Кубик

Сколько буквов, и картинки даже, а ответа на простой вопрос нетуть. - Скока надо шарику вытянуть в граммах? :o
И бесы веруют... И - трепещут!

Leonar

#6
ЦитироватьАлихан Исмаилов пишет:

Посмотрите мой самый первый пост :-)
http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/messages/forum13/topic3224/message1052766/#message1052766

Алихан Исмаилов

Leonar, я посмотрел Ваш вариант. Слишком сложно, громоздко. Используется два вида газа и их перетекание в процессе полёта. Используются ракетные двигатели на аэростате. Устойчивость конструкции под большим вопросом. Присутствует движение, т.е. сам процесс полёта (взлёт и посадка) на довольно больших высотах. Разработка и испытание такой системы будет стоить огромных денег.

Алихан Исмаилов

Кубик-
ЦитироватьУф! А сила, действующая на блок и аэростат - (школьная физика)..и что там с 1:10?
ЦитироватьСкока надо шарику вытянуть в граммах?
Масса блока по сравнению с массой груза очень мала. Сила действующая на аэростат это просто сила тяжести груза, блока и тороса. Дирижабль должен обладать такой грузоподъёмностью, чтобы поднять всё это на высоту 5.000 м.
Соотношение массы вытекает из формулы показывающей ускорение а=g*(m1-m2)/(m1+m2).
Если вас интересует сила действующая на ось блока(а по сути и на дирижабль) после того как груз был отпущен, то она вычисляется приблизительно так F=g*(2m1*m2)/(m1+m2). Т.е если масса ракеты 10 т, то сила действующая на ось блока равна приблизительно удвоенной массе(при запуске, когда груз находится в падении).

Leonar

ЦитироватьАлихан Исмаилов пишет:
Дирижабль должен обладать такой грузоподъёмностью, чтобы поднять всё это на высоту 5.000 м.
так яж не зря показал...  :)
ЦитироватьАлихан Исмаилов пишет:
Слишком сложно, громоздко
ЦитироватьАлихан Исмаилов пишет:
Разработка и испытание такой системы будет стоить огромных денег.
:)

Атяпа

ЦитироватьОн основан на том что сила действующая на плечо рычага зависит от массы тела. Следовательно если одна масса больше другой m2>m1, то она сообщает под действием гравитации Земли телу массой m1 ускорение равное g Земли. Таким рычагом является неподвижный блок установленный на точке опоры, на определённой высоте h1 над Землёй. Через блок перекинут трос к одному концу которого прикреплена ракета стоящая на Земле, а к другому груз, который находится на той же высоте. Груз зафиксирован. Если освободить груз, то он начнёт падать вниз со скоростью v1, а ракета стоящая на Земле естественно начнёт двигаться вверх с той же скоростью. Значит v1=v2(v2-скорость ракеты). Когда груз достигнет поверхности Земли его скорость будет максимальна и равна скорости ракеты. В этот момент ракета находится на той же высоте что и груз до того как он был освобождён. Далее происходит отстрел троса к которому была прикреплена ракета и она продолжает лететь вверх по инерции. При этом после отстрела троса блок оттягивается назад, чтобы ракета с ним не столкнулась. Она поднимется на высоту h2, которая как видно из формулы равна h1.
В каком классе учитесь?
Первые 2 предложения чушь.
Ускорение, с которым поднимается ракета на тросе - a=(m2-m1/m2+m1)*g
Высота h2=h1*(m2-m1/m2+m1)*g
Двойка по физике.
И днём и ночью кот - учёный!

Алихан Исмаилов

Атяпа-
ЦитироватьУскорение, с которым поднимается ракета на тросе - a=(m2-m1/m2+m1)*g
Да, признаюсь. Огромная ошибка с моей стороны. Я перепутал массы m1 и m2. a=(m2-m1/m2+m1)*g Верно!
Но ведь это сути дела не меняет. Принцип работы сохраняется.

Атяпа

ЦитироватьАлихан Исмаилов пишет:
Атяпа-
ЦитироватьУскорение, с которым поднимается ракета на тросе - a=(m2-m1/m2+m1)*g
Да, признаюсь. Огромная ошибка с моей стороны. Я перепутал массы m1 и m2. a=(m2-m1/m2+m1)*g Верно!
Но ведь это сути дела не меняет. Принцип работы сохраняется.
Понимаете ли, когда читаешь "... сила действующая на плечо рычага зависит от массы тела." или "... если одна масса больше другой m2>m1, то она сообщает под действием гравитации Земли телу массой m1 ускорение равное g Земли." как-то не хочется начинать анализ предложения по существу...
И днём и ночью кот - учёный!

Andrey

Вашу ракету постигнет судьба радиолюбителя из этой истории.

Алихан Исмаилов

Не постигнет, диаметр колеса блока довольно большой.

Алихан Исмаилов

Вообще, лучше использовать два дирижабля. Типа как катамаран. Тогда улучшится устойчивость и увеличиться грузоподъёмность. Блок расположить на раме которая их соединяет. Так между прочим вторая ступень японской H-II весит 20 т и работает на водороде.

Andrey

ЦитироватьАлихан Исмаилов пишет:
Не постигнет, диаметр колеса блока довольно большой.
Ну значит точно постигнет.
Если даже мимо груза и пролетит,  дирижабль не минует.  

Алихан Исмаилов

Так я представляю систему отката блока. Хотя может с инженерной точки зрения не очень. Естественно она должна быть синхронизирована с системой отстрела тороса. 


Leonar

Вы частности рано начали просматривать...еще с главной идеей не разобрались
Ттх комплеса
Сколько кг РНятины должны поднять
Сколько рн потом поднимет дальше
Есть ли экономический смысл

Алихан Исмаилов

Leonar-
ЦитироватьСколько рн потом поднимет дальше
Есть ли экономический смысл
Хорошенький вопрос. Я на него так и не нашёл точного ответа. Но по отрывочным данным там-сям, в том числе и по данным с воздушного старта, чисто интуитивно составил шкалу до высоты 20 км. Для большей высоты данных никогда не встречал. Полезная нагрузка увеличивается в 2 раза по сравнению с запуском с поверхности Земли если ракета стартует с высоты 20 км. Мне кажется что экономический смысл есть.