Меркулов В.И. - Гидродинамика знакомая и незнакомая, страница 10

Машущие движения крыльев мбгут обеспечить необходимую тягу, и в этом случае планирование будет происходить по горизонтально" . или. даже по восходящей .ликии ' Какую силу и.какую работу должны выполнять крылья при этом. Для примера рассмотрим горизонтальный полет, Прн этом подъем. ная сила крыла, равная весу, не будет совершать никакой работы и, следовательно, не будет требовать дополнительной мощности. Взмахи крыльев должны создать горизонтальную тягу, равную силе любого сопротивления.

Для определения минимальной ', мощности, необходимой для горизонтального полета птиц, была выведена следующая формула: Р И„„„= 0,236 Р Здесь, как и раньше, Р— вес птицы (Н), Х. — размах крыльев (и), Ж вЂ” мощность (Вт). Так же как и для случая зави. ' сания, из этой формулы можно сделать вывод о большом росте не:":,:: обходимой мощности с ростом размера птицы. Что касается удельной мощности, то она также растет пропорционально величине Й: — "= 0,236 — = 0,236 1/аХ.

р 3 ~ У Подсчитаем' входящие сюда величины применительно к альбатросу, у которого Р = 120 Н, Х.= 4,2 и. Тогда и — — 1,62 Н~м'. Х з Мощность необходимая для гори зонт ального полета„будет равна 740 Вт. А теперь вычислим мощность летательного аппарата, подобного альбатросу, но весом 1200 Н (приблизительный вес аппарата вместе с человеком). Такой аппарат должен иметь размах крыльев Х. = -1 ~ — = 9,1 и. Гг Следовательно М 1080 Вт Это, конечно, больше, чем может развить человек. В атом случае без мотора обойтись нельзя, Конструкторы мускулолетов, т. е.

аппаратов, использующих силу мышц, идут по пути увеличения размаха крыльев. Есди увеличить величину Х, до ЗО метров, не меняя веса аппарата, то можно уложиться в мощность, которую способен развить человек. Однако при этом обязательно возрастет и вес аппарата, что потребует дополнительного увеличения длины крыльев. Предел, на котором остановится этот процесс увеличения веса и размеров, зависит от материалов и конструкции крыльев. Однако даже если такой аппарат пострЬ- ить, то пользоваться им можно будет' только в абсолютно тихую погоду, Мощности человека при столь больших крыльях не хватит, чтобы преодолеть самый слабый встречный ветер.

Теперь, когда мы пришли к столь неутешительному выводу о мускулолете, можно опять обратиться к планеру, который уже и сейчас летает без всяких усилий со стороны человека, хотя и требует специальных метеорологических условий. Значительно лучших результатов можно достичь, если использовать возможность динамического парения, Если обратиться к примеру птиц„то можно предположить, что они своими органами чувств 113 $ -г~~~.,';м ~3,~ялкг лР.'..

~~'-'с.'к!'ц, '»',ы'',': дни ':~ги,",'::, ~ -.ц .—;::.,; ~,д.д.;, Р;д, ' ",4, ~.~З~$ ~„.~3~... р,~ ~,...~.< И к И.""Р.'~.'.~ь'~0 др":~,,д;,р ь;,',. йн 1 И~чт' ~:.1 '1': ':. '3!ъ," 1:!.-;');."'„з,,".'~, Г 1г 3,1М !''1~"'к,$'4у. И:Ф.11, !на '; "'1"; ..'1 1::Г ) / Л,*! ) / Л",! ~ 'Ц Ъ у ( »$ ф' / Л",! лава получим Т Т + ~ч т =Т„+— 2я П М Т=҄— (҄— Т,) 4 дх~ Ч= 4 10' Вт/м~. МГД-ГЕНЕРАТОР зону нагрева будут поступать новые части стержня. И в этом случае главное— обеспечить условия устойчивости равновесия границы раздела. Исследования показали, что высокочастотное продольное магнитное ПОЛЕ СОЛЕнОИДа УДОВЛЕтВОРЯЕт этим требованиям.

Приведем ' здесь некоторые формулы, которые позволяют рассчитать параметры системы. Начнем с магнитной системы, обеспечивающей равновесие. Как известно, электрический ток плотностью )/Ам', протекая поперек магнитного поля с индукцией В Тл, испытывает действие силы у В Н/мз, направленной ле1)- пендикулярно току и полю. Выберем эту силу так, чтобы она уравновешивала силу тяжести, равную ПРОиэвЕДЕНИЮ ПЛотНОСтн МатЕРИала о на ускорение силы тяжести е.

Итак, должно выполняться ра- венство Рассмотрим, какую плотность тока нужно обеспечить в металле, чтобы уравновесить силу тяжести в магнитном поле индукции В=О,1 Тл= 1000 Гс. Плотность металла возьмем равной о= 7800 кг/м'". В результате вычислений получим )=0,765.10 А/м~=0,765 А/мм'. Таким образом, мы убедились в том, что при умеренной легко достижимой индукции магнитного поля потребуется сравнительно небольШая плотнОсть тика, чтобы уравновесить силу тяжести в каждой (очке объема. В случае однородной электрической проводимости металла или его сплава кондукционная магнитная подвеска обеспечивает условия невесомости, которые сейчас получают только в космосе. Распределение температуры по длине стержня определится следующим уравнением: ЗДЕСЬ Тч — тЕмПЕратура ПЛанЛЕння металла, достигаемая в точках фазовага перехода (для тонких стержней Эти ТОЧКИ будут СОВПадатЬ С КраяМИ охлаждаемых электродов); Х.

и ~Х— длина и диаметр жидкой зоны стержня; д — тепловой поток, подводимый к единице поверх ности СтЕРжнЯ; ), — тЕПЛОПРОвОДНОСтъ Материала. Величина теплового потока подбирается иэ уеловия, чтобы максимальная температура, достигаемая в средней части стержней (х = О), равнялась температуре перегрева Т„, при которой будет проходить вакуумная очистка металла, Таким образом, Теперь мы можем написать Тепловой поток на оба электрода Определится формулой 2 = — Л'). Л' — Т,), п Теперь представим, что мы вдви. гаем стержень через левый электрод и вытягиваем его через правый.

Скорость такого движения обозначим через ХХ. Если мы хотим сохранить максимальную температуру Т„, то мЫ Обяэаяы уВЕЛичнтЬ подвод тепла на величину, необходимую для плавания и подогрева поступаЮщего металла. Обоэначим темплоемкость жидкой фазы металла с, скрытую теплоту плавления— р. Потребность в дополнительном тепле на единицу времени определится суммой Д, = ХХ ' О ~У + (҄— Та)с1, вп' причем количество Д~ является обязательным количеством телла, необходимым по технологии. Коэффициент использования энергии можно определить как отношение В Ч = Э+0 Допустимая скорость переплава равняется 0 4.ЕАУ вЂ” 8Ы (Т -- Т9) ч оса 1а+ (҄— Та) с) Отсюда видно, чем больше Х., тем больше коэффициент использования энергии и тем больше производительность процесса при той же плотности энергии ~у.

Рассмотрны конкретный пример, КатОРЫй ДаСт пРЕДСтавЛЕНиа О ВХО- дящих сюда величинах. Переменное магнитное поле частотой 17 кГц и напряженностью Н= 4,6 10' А/ы обеспечит в стальном стержне выделение тепла Остальные входящие в формулы величины имеют следующие значения; ). = ЗО Вт/ (м град), с = 10 Дж/(кг град), р= М 10'Дж/ Д,чину жидкой зоны выберем такой. Х. = 16й Тогда для скорости лереп- У = 10 мм/с = 36 и/ч, В том случае, если мы примем Х. = с1, то та же формула нам даст: Как мы уже отмечали, в проблеме бестигельной плавки главныы является условие устойчивости. Если устойчивость Обеспечивается только СИЛаМИ ПОвеРхностного натяжения, то длина жидкОЙ зоны ограничивается величиной где а — коэффициент поверхностного натяжения, В частности, для оловянного стержня диаметром Ы = 8 ыы по этой формуле Х.: 13 мы, Высокочастотное продольное магнитное поле, которое может СЛУжИтЬ и иСточНИКОМ НаГРЕВа, обеспечивает устойчивость более длинной жидкой зоны, Для этого случая получается такое условие: ЗДЕСЬ Н вЂ” НалряжЕНнОСтЬ ПОЛЯ.

При радиуса стержня Я = 5 см длина Х. может достигать 35 см, в то время как поверхностное натяжение удерживает стержень длиной 13 мм независимо от радиуса. Большая длина, как мы уже отмечали, обеспечивает большую скорость переплавок, высокий коэффиЦИЕНт ИСПОЛЬЗОВаНИЯ ЭНЕРгин. Сейчас мы познакомимся еще с одной важной и интересной областью применения магнитной гидродинамики. Речь пойдет о так 123 ПИНЧ-ЭФФЕКТ длинный цилиндр из тугоплавкага материала наполнен смесью гелия и делящегося вещества. Для повышения проводимости в газе могут быть добавки солей щелочных металлов. Когда газ равномерна распределен по всей цилиндрической камере, делящееся вещества не образует критической массы и процесс протекает медленно.

Теперь представим себе, что в начальный момент мы соберем большую часть газа в каком-либо конце трубы, например слева, В этой части масса достигнет критического значения, начнется интенсивная реакция распада, что приведет к сильному повышению температуры газа. Прн этом газ будет расширяться, образуя перед собой фронт ударной волны. Когда фронт достигнет противоположной стенки цилиндра, делящееся вещества окажется рассредоточенным па всему объему и атомная реакция прекратится.

Но газ по инерции будет двигаться в прежнем направлении, что приведет к созданию критической массы теперь уже на другам конце трубы. Затем процесс будет повторяться. Итак, в трубе будет двигаться (возвратно-поступательна) проводящий газ. Очевидно, что если этот газ поместить в сильное магнитное пале, та его можно будет использовать для генерации электричества, Периодический характер движения позволяет отказаться от электродов, помещенных в горячий газ, а воспользоваться индуктивной связью.

И если в предыдущем варианте полностью отказаться ат машины не удается, так как для сжатия газа используется обычный компрессор, то здесь компрессор отсутствует, Нет и электродов, которые подвергаются действию высокой температуры. А кроме того, сразу получается переменный ток, 126 удобный для трансформации и нередачи ка большие расстояния Основной трудностью при создании высокотемпературных МГД- генераторов является создание жара прочных материалов. Ноэтому может представить интерес низкотемпературная машинная схема превращения энергии распада ' в электроэнергию.

Аэрозоль гелия и урана сжимается до такой плотности и выдерживается столько времени, чтобы ана успела нагреться только до 1500 'С. Затем газ поступает на лопатки обычкай газовой турбины, которая вращает обычный электрический генератор.' После турбины газ поступает в компрессор, соосный с турбиной, сжимается да критического состояния, нагревается и вновь подается в турбину.

При такай схеме полностью снимается вопрос об уникальных жарапрочных материалах, ДЖИНН В ЫАГ~МИТНОЙ БУТЫЛКЕ Читатели хорошо знают одного из геРоев арабских сказок — джинна, который три тысячи лет просидел в бутылке. Не в магнитной, а в обыкновенной стеклянной. У всех, конечно, вызывает удивление, что могущественный волшебник, будучи каким-та чудесным образом заключен в стеклянную бутылку, оказывается смирным слугой, готовым выполнить любое приказание своега господина, Мы не будем разрушать иллюзий, навеянных волшебными сказками.

Наш рассказ по'- служит их утверждению. ТЕРМОЯДЕРНАЯ РЕАКЦИЯ Речь пойдет о ядерной энергии и ее укрощении. Как известна, ядерная энергия выделяется в ре- зультате атомного распада, при котором элементы с высоким атомным весам превращаются в элементы с меньшим -атомным весом. Энергия, выделяемая при этом, в несколько. тысяч раз больше тай, которая выделяется при сгорании такого же количества лучшего топлива. Ученым известна другая реакция, которая сопровождается выделением еще большего количества энергии. Это реакция синтеза, или термоядерная реакция, когда нз каждых двух молекул водорода образуется одна молекула гелия.

По злой иронии судьбы большая часть человечества связывает этот процесс с взрывом водородной бомбы, хотя его можно связать и с основным источникам света и тепла — Солнцем. В недрах Солнца при большом давлении и температуре в несколько миллионов градусов непрерывно протекает реакция синтеза. Выделяемая при этом энергия н не позволяет Солнцу остыть, Ученые поставили. перед собой задачу — создать управляемую термоядерную реакцию, которая могла бы стать для человечества неисчерпаемым источником энергии.