Как лучше всего использовать мой гипотетический «Heavenium» для движения дирижабля?

Небесный двигатель

Возьмите обычное водяное колесо. Нет воды. Положите кусок небесиума под одну сторону колеса. Сторона над небосводом станет светлее, и колесо начнет вращаться. Используйте этот небесный двигатель для питания пропеллеров. Задача решена.

Обратите внимание, что тот же принцип можно использовать для питания токарных станков, мельниц, механических ткацких станков, прядильных машин и так далее. Двигатели Heavenium приведут в действие пылкую промышленную революцию.

После открытия небесного мира ваше общество недолго останется доиндустриальным.

This    This
half    half
is      is
heavy   light
   _____
  /     \
 /       \
|    <>   |
 \       /
  \_____/

       ^^^^^
       heavenium

Если вы опустите небесный свод под гондолу после того, как достигнете высоты, вы начнете тонуть и сможете управлять своим дирижаблем, если у него есть крылья. Затем снова поднимите небо, чтобы получить плавучесть, и вы снова подниметесь. Вы можете изменить свои крылья так, чтобы вы парили, когда поднимаетесь, и парили, когда падаете. Продолжайте делать это, и вы будете двигаться вперед, пока тепловая энергия не превратится в кинетическую энергию в атмосфере, и вы не будете путешествовать.

Heavenium сводит на нет силу (эффект гравитации), но сам не создает тяги и поэтому не может использоваться для движения.

С 10-метровым радиусом действия может быть сложно работать в зависимости от размеров и распределения массы вашего дирижабля, а также количества, необходимого для достижения эффекта. Например, что-то размером с Graf Zeppelin будет иметь высоту 236 м и 33 м, и для этого потребуются куски Heavenium, распределенные по 10-метровой сетке по планеру. Эти куски будут различаться по размеру в зависимости от распределения массы; более легким частям дирижабля потребуются только более мелкие куски. Нужно было бы объяснить, как получить доступ к этим кускам в различных неудобных местах корпуса, чтобы их можно было нагреть. (Вкратце возвращаясь к двигательной установке, на самом деле хорошо, что Heavenium не создает тяги, иначе места в планере тоже должны быть несущими.)

Что касается сохранения энергии, то стоило бы сделать быстрый расчет, используя формулу для потенциальной энергии, запасаемой гравитацией, и массы вашего дирижабля, чтобы увидеть, сколько энергии необходимо сохранить. Это определит, сколько тепла и сколько времени потребуется для зарядки Heavenium; может занять пару дней или даже неделю в печи или что-то в этом роде. Кроме того, вы говорите: «Если использовать для передачи потенциальной энергии объектам, перемещая их выше, Невениум разряжается». но возвращается ли энергия при спуске вниз? Если нет, то либо энергия куда-то излучается, либо закон сохранения энергии неверен.

Существуют автономные подводные аппараты , которые движутся вперед, просто делая себя более плотными или менее плотными, чем вода (сжимая или расширяя подушку безопасности). Это позволяет им скользить под действием веса или плавучести, при этом «подъемная сила» преобразуется в движение вперед за счет формы аэродинамического профиля их тела.

Если вы хотите отказаться от традиционной оболочки в форме сигары, вы, безусловно, можете сделать то же самое в небе с дирижаблем, используя Heavenium, перемещая его вперед или назад, чтобы отрегулировать центр плавучести, и наклонить нос вверх, чтобы подняться. или вниз, чтобы нырнуть.

Это может быть немного похоже на огромный летающий зад Airlander от Hybrid Air Vehicles. (изображение: Conde Nast Traveler)

В качестве альтернативы может быть скопирована концепция смешанного крыла и корпуса AirbusZeroE, но, возможно, без лишних законцовок крыла.

Здесь цель крыла не в том, чтобы обеспечить подъемную силу: в этом нет необходимости; а для обеспечения поступательного движения. Вы можете получить подъемную силу / сопротивление 3 или 4 для летающего Airlander, дающего 1 км вперед за каждые 250 м подъема; смешанное крыло может быть ближе к 8 или 10, что дает 1 км на 100 или 125 м набора высоты.

Быстрая проверка реальности:

Гравитационная потенциальная энергия локально

U = mgh

Это справедливо, например, для стационарного объекта в стабильном гравитационном поле. mэто масса, gэто местная гравитация, hэто высота. (Высота относится к произвольной точке, так что это в основном полезно для измерения различий в потенциальной энергии)

Когда вы применяете тепло к своему небесному свету, gуменьшается для объектов вокруг него.

Это уменьшает значение U, что приводит к потере потенциальной энергии.

Энергия должна быть сохранена, как вы упомянули.

Куда уходит потенциальная энергия?

Небесный реактивный двигатель

Теория этого двигателя основана на принципах Архимеда, и хотя сначала он будет использоваться инженерами-строителями для фонтанов и других гидротехнических сооружений, а также корабельными плотниками (морскими), в конечном итоге он может быть адаптирован для дирижаблей.

Принцип, лежащий в основе этого, прост: неподвижная жидкость остается неподвижной, потому что любой другой кусочек жидкости сверху и по бокам от нее давит на нее с той же силой тяжести. Но что произойдет, если мы поместим в эту жидкость вертикальную трубку из небесия?

Жидкость внутри трубы станет намного легче, и окружающая жидкость подтолкнет ее вверх, как кусок пробки под водой. И он притянет с собой новое количество жидкости, которая станет легче и устремится вверх постоянным потоком.

Само по себе это восходящее движение жидкости было бы настоящей находкой для гражданского строительства — насос без движущихся частей! Но это еще не все — жидкость, которая начала течь, все еще имеет некоторый импульс, который можно перенаправить. Просто изогните трубу, и теперь она будет вытекать вбок, толкая двигатель и все, что к нему прикреплено, вбок.

Воздух — это всего лишь форма жидкости, и как лодка может плавать по воде, так и воздушный шар может летать по воздуху. И таким же образом более тяжелая вода будет выталкивать более легкую воду вверх — то же самое сделает и воздух.

Конечно, есть различия. Во-первых, воздух примерно в тысячу раз менее плотный, чем вода, а это значит, что он будет двигать корабль с гораздо меньшей силой. С положительной стороны, это означает, что Heavenium нужно будет меньше перезаряжать. Также воздух, в отличие от воды, может сжиматься, а это значит, что для получения хорошего потока вам вместо простой трубы потребуется гораздо более широкая воронка на впуске.

Плюсы:

• Нет движущихся частей
• Простая конструкция
• Простота управления (руль + крышка или просто установка всего на вертлюге)
• Полезно в других приложениях (более низкая стоимость и более быстрые исследования и разработки)

Минусы:

• Очень низкая тяга в воздухе
• Трудно перезарядить

Возможные улучшения (возможно, несовместимые):

• Замените воронку из гевеаниума на обычную воронку + сетку из гевеаниума на входе для лучшего профиля давления и эффективности.
• Поместите перезагружаемый бункер гевеаниума над воронкой для облегчения заправки
• Добавьте доступ и фитинги для подзарядки на месте — например, сжигайте угольную жаровню прямо под воронкой.

1. Я не вижу явных логических нестыковок с самой концепцией небесиума . Это похоже на водород, только он лучше поднимает: если он твердый, его можно легко прикрепить к дирижаблю или ко всему, что люди хотят поднять.
2. Учитывая ваше описание небесиума как противогравитационной субстанции, я не понимаю, как его можно использовать для бокового движения . Я думаю, что вашим аэрогаторам все еще понадобится какая-то движущая сила, какой-нибудь вентилятор или паруса, чтобы на самом деле продвигать свои корабли вперед.

Heavenium нарушает второй закон термодинамики. Вам не нужно топливо.

Что?

Второй закон термодинамики гласит, что полная энтропия изолированной системы никогда не может уменьшаться с течением времени и постоянна тогда и только тогда, когда все процессы обратимы. Изолированные системы самопроизвольно развиваются в сторону термодинамического равновесия, состояния с максимальной энтропией.

[…] Во всех происходящих процессах, в том числе и в самопроизвольных, увеличивается полная энтропия системы и ее окружения, и процесс является необратимым в термодинамическом смысле. Увеличение энтропии объясняет необратимость природных процессов и асимметрию между будущим и прошлым. […]

[…] Его первая формулировка приписывается французскому ученому Сади Карно, который в 1824 году показал, что существует верхний предел эффективности преобразования тепла в работу в тепловой машине. Этот аспект второго закона часто называют в честь Карно. — Википедия , используется в соответствии с CC BY-SA 3.0.

Почему?

Все процессы, требующие тепла, либо носят энтропийный характер (например, приготовление пищи), либо фактически требуют разницы температур (например, двигатели Стерлинга, солнечные батареи). Все естественные процессы, которые извлекают полезную энергию (то есть выполняют работу ) из разницы температур, также уменьшают эту разницу температур. Короче говоря: без доступа к солнечному свету и без космического вакуума у ​​вас рано или поздно закончится полезная энергия.

Невениум, однако, работает с абсолютной температурой, как и энтропийные процессы, но обеспечивает полезную работу , которую обычно можно получить только за счет температурного градиента . Это источник негэнтропии. Этот материал стоит больше, чем Солнце .

Как?

Есть бесчисленное множество способов использовать это, но я начну с самого простого.

Тепловой насос в коробке

Сделать шкив. Один конец шкива должен быть коробкой, содержащей какую-то причудливую технологию и немного Heavenium (я доберусь до этого через секунду); другой должен быть взвешен так, чтобы он шел вверх, когда Heavenium «выключен», и вниз, когда Heavenium «включен». Прикрепите шкив к очень высокой башне .

В коробке заведите какой-нибудь часовой механизм и прикрепите его к тепловому насосу. Настройте тепловой насос так, чтобы он нагревал отсек с хевениумом и охлаждал отсек с горячей водой, затем запустите его и закройте коробку. Коробка Heavenium поднимется. Используйте часть этой энергии для выполнения работы (например, для запуска часового механизма). В конце концов ваш часовой механизм выйдет из строя, или ваш тепловой насос больше не будет достаточно мощным, чтобы нагреть Небесиум до критического порога, и у Небесиума закончится магическая подъемная способность; вы заранее знаете, когда это произойдет, благодаря вашим расчетам, поэтому вы можете переключиться на получение энергии от шкива, идущего в обратном направлении .

Если вы используете двигатель Стерлинга для извлечения энергии из температурного градиента, созданного тепловым насосом, вы получите:

• Холодная вода и холодный бокс вообще; и
• Больше энергии хранится в часовом механизме/используется для выполнения полезной работы, чем вы начали.

С достаточно мощным тепловым насосом вы можете начать с обычной старой воды комнатной температуры, охладить ее и выработать энергию для полезной работы. Конечно, со временем эта энергия иссякнет; трение и другие потери привели бы к тому, что он медленно терял бы тепло. Но вы можете извлечь работу из тепла .

Вашему дирижаблю не нужно топливо.

Небесный двигатель

Ладно, возможно, строительство массивной башни посреди вашего дирижабля на самом деле не так уж и практично. Вам нужно что-то более похожее на двигатель . Возьмите тяжелый маховик и поместите его вертикально над хорошо изолированной духовкой с хевениумом (так, чтобы поднимающаяся сторона была легче); теплоизоляция снижает максимальную мощность, которая необходима вашей системе теплового насоса для достаточного нагрева Heavenium. (Потери на трение не так уж важны, потому что двигатель Heavenium использует тепло в качестве топлива.– Я до сих пор не могу свыкнуться с тем, насколько это мощно!) Заправляйте эту печь мощным тепловым насосом (или цепочкой тепловых насосов), работающим на двигателе Heavenium. Энергия в конечном итоге вернется к тепловому насосу, что бы вы ни делали, но вы можете ускорить ее, прикрепив «холодный» конец (концы) теплового насоса к тому, что создает большую часть потерь на трение.

Теперь просто нагрейте духовку до критической температуры, немного покрутите двигатель, чтобы он завелся, наденьте на торец вентилятор и готово!

Когда?

Тепловые двигатели известны с древности. Первый холодильник (требующий довольно хороших тепловых насосов) появился более чем на 75 лет раньше промышленной революции. Хотя эта технология может быть не сразу очевидна, поскольку второй закон термодинамики еще не был изобретен, любой, кто разбирается в холодильниках и слышал о хевениуме, вероятно, сможет понять ее, и разработка не займет много времени. тепловые насосы достаточно хороши, чтобы это было жизнеспособно.

Если, конечно, вам не нужно сильно разогревать Heavenium. Тогда это прямо наружу.

Я вижу проблему с Heavenium - в лучшем случае он уменьшает массу только до 90% от нормы. Это означает, что 20-тонный дирижабль упадет с неба так же быстро, как и 2-тонный кирпич. Чтобы преодолеть это, вы предложили использовать горячий воздух для создания подъемной силы. Так что вашему дирижаблю нужно будет нести наверху источник тепла, для которого также потребуется собственное топливо. НО... все это добавляет еще больше веса вашему дирижаблю.

Поначалу можно было бы представить себе команду, подбрасывающую дрова или уголь в огонь, который нагревает Небесиум, а отработанное тепло используется для подъема теперь более легкого дирижабля. У вас может быть турбина в дымоходе, вращающая пропеллер через зубчатый механизм, чтобы обеспечить тягу вперед. Таким образом, хотя сам Невениум не обеспечивает тяги, тяга создается как побочный продукт средств для подъема дирижабля и нагрева Небесиума. Более поздние разработки могли иметь более эффективные источники тепла — бензин, электричество, атомную энергию; реактивные двигатели для обеспечения тяги и привода турбин; гелий для обеспечения подъемной силы (не водород, так как он плохо взаимодействует с пламенем!); легкие металлы, заменяющие фанеру; и так далее.

По мере того, как ваши дирижабли становятся больше, вы можете накачивать жидкий хевениум вокруг своего дирижабля (если материал когда-нибудь расплавится?) или просто накачивать тепло вокруг вашего дирижабля, нагревая куски хевениума, стратегически расположенные вокруг конструкции.

Тем не менее, будет непростой баланс между весом вашего дирижабля (конструкция, топливо, груз, пассажиры и т. д.), свойствами снижения веса Heavenium, подъемной силой, обеспечиваемой горячим воздухом/гелием, и плотностью воздуха. так как он меняется в зависимости от высоты/погоды.

Тепловая машина Heavenium

Возьмите колесо Бхаскары, наполненное наполовину хевениумом, наполовину водой. Поместите тепло на одну вращающуюся сторону, оставьте другую сторону, чтобы отдавать тепло воздуху. У вас будет вращательная сила, генерируемая на месте. Немного угля может сделать вас очень далеко.

См. «Возобновляемая энергия от испаряющейся воды» для вдохновения.

Бонус: вы можете использовать остаточное тепло, чтобы согреть поднимающийся Heavenium.

В вашем "Heavenium" есть несколько тонких смыслов:

• насколько эффективно преобразование тепла в потенциальную энергию (т.е. как быстро оно будет разряжаться при «выталкивании»)? Если КПД сравним с паровыми двигателями, то в качестве «двигателя» он практически бесполезен, сохраняя при этом полную мощность в качестве устройства «удерживания высоты».
• «Вращающиеся двигатели с вечным движением», как описано в другом, должны быть тяжелыми, чтобы генерировать значительное количество энергии, и поэтому они немного бесполезны для движения самолета.
• Неясно, как вы планируете регулировать подъем/спуск вашего самолета, и я предполагаю, что это «нормальный» закон Архимеда (с поправкой на гравитацию и, следовательно, уменьшение веса).
• Если вышесказанное верно, то «дирижабли» должны быть огромными, чтобы использовать определенный вес воздуха. Это, кстати, означает, что на них будут действовать большие поперечные ветры.
• Что именно происходит, когда Heavenium «разряжается»? Я предполагаю, что он постепенно теряет свою «мощность», и, таким образом, номинальное «снижение на 90%» будет неуклонно и постепенно уменьшаться по мере того, как дирижабль поднимается вверх.
• Если вы хотите быть «творческим», вы можете сделать свой дирижабль большим и плоским и «запитать» его двумя (или более) капсулами Heavenium: одна возле «переднего конца», а другая рядом с «задним концом».
  • начните с дирижабля в равновесии с зарядом Heavenium 80% (уменьшение гравитации ~70%).
  • нагрейте носовую капсулу, и корабль начнет подниматься «сначала носом». Это вызовет сопротивление вперед из-за геометрии корабля.
  • Тепловая кормовая капсула «достаточно», чтобы поддерживать ее мощность при подъеме корабля.
  • остановить нагрев передней капсулы; это вызовет кратковременный «перелет» (масса не влияет, поэтому дирижабль имеет довольно большую инерцию), а затем он начнет падать, опять же «носом вперед» (если кормовой экипаж выполнил свою работу правильно) и, таким образом, снова создаст лобовое сопротивление.
  • промойте и повторите: у вас получится большой плоский «кит», медленно и размеренно движущийся (в спокойном воздухе).
• Heavenium (как описано) нельзя использовать напрямую для создания горизонтального (ортогонального силе тяжести) сопротивления.
• Вы также не можете использовать какие-либо «паруса», потому что они полагаются на сопротивление киля, которого у вас нет.