Почему нельзя иметь парусные самолеты?

Итак, парусные лодки берут кинетическую энергию бокового ветра и превращают ее в тягу, используя свои паруса в качестве подъемных поверхностей, и обсуждение, которое я провел в разделе комментариев к этому вопросу, заставило меня задаться вопросом, почему никто никогда не строил никаких (рабочих) парусов . реактивные самолеты.

По сути, представьте себе планер, но с парусами на нем (возможно, как сверху, так и снизу самолета, чтобы избежать дисбаланса в центре тяги, приводящего к его опрокидыванию), чтобы ловить боковой ветер и обеспечивать тягу вперед. Поскольку этих транспортных средств не существует, предположительно с ними есть проблемы, которые мешают им работать.

Что это за проблемы? Аэродинамика парусов мешает аэродинамике крыльев или что-то в этом роде? Даже если паруса не обеспечивают достаточную тягу, чтобы оторвать самолет от земли, это не будет проблемой для планера, который не может оторваться от земли сам по себе, верно?

Никто не упомянет о динамическом парении ?
С тем же успехом вы могли бы иметь ветряную мельницу в воздушном потоке, подключенную к генератору, подключенную к батарее, подключенную к пропеллеру.
@quietflyer: Не совсем так. Четвертование ветра может привести к скорости плавания, превышающей скорость ветра. Но это работает только потому, что парусник имеет в своем распоряжении две среды и может извлекать энергию из разницы их соответствующих скоростей.
Разочаровывает видеть отрицательные голоса без упоминания о том, почему избиратели считают этот вопрос бесполезным. Это справедливый и интересный вопрос аэродинамики, который неочевиден для тех, кто не понимает, как парусники используют свой киль и руль для создания подъемной силы в направлении движения. Действительно, большинство ответов на этот вопрос до сих пор выдают определенную простоту в отношении задействованной гидродинамики (хотя они точно указывают на обязательное пересечение двух систем отсчета).
У нас есть парусные самолеты. Их называют коршунами :-)
Почему несколько голосов за комментарий, начинающийся с «Не совсем»? Я по-прежнему говорю, что с тем же успехом вы могли бы иметь ветряную мельницу в воздушном потоке, подключенную к генератору, подключенную к батарее, подключенную к пропеллеру. Никакого отношения к тому, что парусник, работающий на границе раздела воды и воздуха, может плыть со скоростью, превышающей скорость ветра при некоторых углах ветра.
Касательно «Обидно видеть отрицательные голоса без упоминания…» — даже если вы понятия не имеете, как работают парусные лодки, элементарного понимания того факта, что самолет летит в окружающей воздушной массе, должно быть достаточно, чтобы понять, почему паруса не выгодно на самолете.
Проголосовали против, потому что когда самолет находится в воздухе, ветра нет. Ветер есть не что иное, как воздушная масса, которая движется относительно земли. Нет такой вещи, как ветер, если убрать землю как фактор. Представьте себе воздушный шар, парящий в воздушной массе. На него можно навешивать всевозможные паруса, но он никуда не денется, кроме как туда, куда его унесет воздушная масса.
@Кенн Себеста, мое личное правило — никогда не ставить минусы, не предложив конструктивной критики. Однако в данном случае я не могу придумать ни одной вещи, которая могла бы улучшить сам вопрос. Я проголосовал против, потому что простой вопрос оскорбляет мой здравый смысл и игнорирует основные наблюдения о том, как устроен мир вокруг нас.
@MikeSowsun, который напоминает о повторяющейся теме превращения в ветер на низкой скорости полета 😃
Спасибо Майку и Майклу за объяснение их отрицательных голосов. По какой-то причине этот разговор заставил меня вспомнить о meta.stackoverflow.com/a/376313/4271922 . Это не совсем идеальное совпадение, но я считаю, что оно имеет отношение к пониманию того, почему у некоторых людей есть кажущиеся простыми вопросы, но на самом деле это не так. Если бы ОП был экспертом в области химии / государственной политики / музыки / и т. Д., Справедливо ли было бы ожидать, что он хорошо разбирается как в авиационной, так и в морской областях? Я думаю, что из-за того, что голоса вверх и вниз показывают, что по этому вопросу много разногласий.
@Кенн Себеста, ты делаешь правильные выводы, и я ценю, что ты поддержал ОП. Моя точка зрения заключалась не столько в том, что кто-то из сторонних дисциплин не разбирается в передовых аэронавигационных концепциях, а в том, что я воспринимаю как отсутствие базового понимания того, как все работает, исходя из личных наблюдений. Ребенок, пускающий пузыри на заднем дворе, очень скоро узнает, что пузыри уносятся ветром. Я не имею в виду это как оскорбление, но я просто не могу понять, как кто-то может подумать, что, дрейфуя по ветру, можно развернуть парус и двигаться даже быстрее ветра.
@MichaelHall Для протокола: этот вопрос был написан после рассмотрения сил, действующих на неподвижный планер в движущемся воздухе, а не сил, действующих на движущийся планер в неподвижном воздухе, даже если они были бы одним и тем же с разных точек отсчета. Я вообще не рассматривал идею, что его просто унесет ветром.
@ nick012000 -- вы должны задать вопрос "почему планер неподвижен?" Потому что он просто летит с той же скоростью, что и ветер? Или потому, что какая-то привязь оказывает на него силу, удерживающую его на месте? Физика в каждом случае существенно отличается. В последнем случае планер может поддерживать высоту, даже если воздух не имеет восходящей скорости. В первом случае это никогда не будет возможно.
@quietflyer Потому что с его точки зрения он не движется, а все остальное движется вокруг него?

Ответы (6)

Высокопроизводительные парусники могут плыть быстрее скорости ветра при определенных условиях. Поэтому ваш вопрос не так абсурден, как может показаться на первый взгляд.

Однако техника, позволяющая парусникам делать это, недоступна самолетам, по крайней мере, в полете. Парусники используют разницу скоростей воды и ветра . Их киль защищает их от уноса ветром. Планер в воздухе не имеет такой второй среды, чтобы сопротивляться сдуванию ветром.

Исторически сложилось так, что воздушный шар Андре , использовавшийся для исследования Арктики в 1897 году, пытался «плавать», сочетая паруса и тянущиеся канаты. Однако на практике это не сработало.

Единственный способ извлечь энергию из ветра — это когда этот ветер меняется. Градиенты ветра позволяют альбатросам динамично парить , а меняющиеся восходящие потоки можно использовать, изменяя коэффициент нагрузки .

Краткая версия (к настоящему времени) двух других ответов: парусному судну нужен парус в одной среде и киль в другой : условно фольга в воде; веревки волочатся по земле; электромагниты в штормовой стене Большого Красного Пятна Юпитера в научно-фантастическом рассказе; реактивные колеса по инерции, в солнечном парусе.

Чуть дольше: ему нужны две вещи (аэродинамический профиль, «водяной профиль» и т. д.), которые прикладывают разные силы или, по крайней мере, крутящие моменты. Когда сила возникает из-за того, что жидкость (газ или жидкость) движется мимо фольги, подъемная сила (в любом направлении, поперечном фольге) более эффективна, чем сопротивление.

FWIW, было бы точнее сказать, что ему нужно «крыло» в одной среде и «крыло» в другой. Парус — это крыло, и некоторые из наиболее интересных передовых парусников имеют симметричные крылья. Кроме того, кинжал/шверт/киль также является крылом, и оно работает именно потому, что оно имеет угол атаки по воде.
На самом деле, ему нужны крылья в разных скоростях - не обязательно в одной и той же среде. Например, подводная лодка может плыть против Гольфстрима, плывя по дну потока и вытягивая киль в «спокойную» воду внизу. Одна и та же среда, разные скорости.
Отличный момент!
К сожалению, я проголосовал за это (да, это возможно) и не могу отменить это, если этот ответ не будет отредактирован ...
@ Jpe61, вот! (Кстати, что такое карманное голосование? Гугл меня не подводит.)
Проверил этот вопрос, вступил в дискуссию с коллегой и сунул телефон в карман, не блокируя экран. Вы заплатили цену 😃

Чтобы планер мог двигаться вперед с помощью вертикальных парусов, вам нужно было бы каким-то образом прикрепить его к земле, как если бы он был на гусеницах, чтобы обеспечить боковое сопротивление, которое позволяет возникнуть силе реакции между боковым движением воздуха и вертикальным парусом. Что-то вроде кайтсерфера. Замените воздушного змея на обычный планер, с тросом, идущим от центра тяжести планера к поверхности озера, и плавучим элементом с необходимым килем, чтобы сопротивляться боковому движению в нижней части троса, и готово. . У вас есть планер, который может двигаться только за счет бокового ветра, пока он закреплен на поверхности. Пока не закончится озеро...

Планеры плывут как парусники, только в вертикальной плоскости. Крыло выполняет двойную функцию несущего элемента и «паруса». Парус парусника создает тягу вперед за счет воздуха, движущегося поперек его пути. Крыло планера в горизонтальном полете нуждается в дополнительной энергии от воздуха, движущегося вертикально поперек его пути, чтобы позволить ему двигаться вперед без снижения или набора высоты. Гравитация является источником энергии вплоть до точки наименьшего угла скольжения планера в неподвижном воздухе; дополнительная энергия для поддержания горизонтального полета или набора высоты исходит от вертикального движения воздуха.

Паруснику нужны боковые ветры. Планеру нужны "вертикальные ветры". Я всегда называл парение «вертикальным парусным спортом», а планеры в конце концов называются «планерами».

В некотором смысле ты прав. Есть причина, по которой планеры также называют планерами.
Крылья превращают парусник в нечто среднее между самолетом и лодкой.
Связано с этим -- Aviation.stackexchange.com/questions/76894/… -- когда вектор подъемной силы можно рассматривать как имеющий «передний» компонент относительно траектории полета планера, если смотреть с земли ? Только тогда, когда достигнутое качество планирования относительно земли лучше, чем отношение L/D . Строго говоря, для этого не требуется вертикальный ветер. Это также может произойти, когда есть попутный ветер, а не вертикальный ветер.
Обратите внимание, что я сказал «двигаться вперед, не спускаясь». Моя точка зрения заключалась в том, что для движения вперед без спуска или подъема требуется вертикальный ветер, дополняющий гравитацию.

Транспортные средства с парусным двигателем не могут быть быстрее ветра, в котором они движутся (по направлению ветра), и им нужна другая среда (земля или вода), которая оказывает сопротивление.

Самолет, чтобы лететь, должен двигаться вперед относительно окружающего его воздуха и не может соприкасаться с другой средой.

Эти два понятия являются взаимоисключающими.

Аналогичный вопрос получил аналогичный ответ .

Ледяные лодки с парусным двигателем могут двигаться в три раза быстрее, чем окружающий ветер.
@CamilleGoudeseune по направлению ветра?
Да, они могут двигаться по ветру быстрее ветра.
@DeltaLima, черт возьми, теперь я хочу знать, как, черт возьми, эта штука работает :D
1) Колеса приводят в движение пропеллер, 2) пропеллер заставляет вещь двигаться вперед по отношению к окружающему воздуху, 3) В конечном итоге все это движется быстрее ветра.
Re "@DeltaLima, черт возьми, теперь я хочу знать, как, черт возьми, эта штука работает :D" -- У меня есть одна такая штука, прикрепленная к моему дельтаплану.
Шучу ха ха ха
PS это не «ледяная лодка с парусным двигателем», и все, что приводится в движение простым парусом, не может двигаться по прямой линии в прямом направлении по ветру быстрее, чем дует ветер.
Это довольно хорошо охватывает многие объяснения: kqed.org/science/8503/… .

Для стационарного, однородного состояния, т. е. отсутствия изменений скорости ветра ни во времени, ни в пространстве, мы можем рассматривать планер, летящий в движущейся воздушной массе, если смотреть из системы отсчета, закрепленной на земле, как в точности эквивалентный планеру. полет в неподвижной воздушной массе (относительно земли), если смотреть из движущейся системы отсчета. Невозможно различить физику в игре между двумя случаями.

Другими словами, в воздушной массе, которая является однородной во времени и пространстве, если вы не видите землю, то невозможно сказать, в какую сторону дует ветер . Нет никакого маневра, который вы можете сделать, когда дрон будет реагировать по-разному при полете против ветра, против ветра или поперек ветра.

Если вы находитесь на земле и смотрите на планер, летящий в неподвижной воздушной массе, вам будет очевидно, что установка парусов на планере ничего не даст. Если планер продолжает лететь в той же воздушной массе, но вы сейчас едете в пролетающем мимо самолете и смотрите на планер с этой точки зрения, думаете ли вы, что установка парусов на планере приведет к чему-то? Явно нет.

Ожидать, что паруса будут работать на планере при постоянном равномерном ветре, все равно что ожидать, что паруса будут работать, когда вы наблюдаете за планером с движущегося самолета, когда он летит в неподвижном воздухе.

Любая теория, которая предсказывает, что силы, действующие на самолет, различны, когда он летит по ветру, по ветру или поперек ветра, независимо от того, есть ли у самолета специальные «паруса» или нет, выбирает землю в качестве привилегированной системы отсчета . Это нарушает принцип галилеевой инвариантности .

Парусник совершенно не похож на планер (планер). Планер летит внутри воздушной массы . Равномерное равномерное движение воздушной массы не может оказывать никакого воздействия на планер. (Это верно как для вертикального движения воздушной массы, так и для горизонтального движения воздушной массы.) Парусник существует на границе между двумя различными жидкостями — водой и воздухом, — поэтому движение одной жидкости относительно другой может и действительно воздействует на парусник.

Была попытка «направить» воздушный шар без двигателя в направлении, отличном от направления ветра , но эта попытка включала волочение веревок по земле, так что воздушный шар больше нельзя было рассматривать как «покоящийся» внутри. масса воздуха. Эквивалентом может быть планер, поднимающийся на фиксированной длине троса, привязанного к земле одним концом, что, безусловно, возможно в ветреный день.

И затем у нас есть Динамическое парение , которое представляет собой совершенно другой «комок воска», использующий линии сдвига, градиенты ветра, границы восходящих и нисходящих потоков тепла 1 и другие пространственные или временные вариации воздушной массы.

Сноски:

  1. Ссылки, касающиеся извлечения энергии из границ между нисходящими потоками и неподвижным воздухом с помощью методов «динамического парения»:

https://journals.sfu.ca/ts/index.php/ts/article/view/296

https://www.semanticscholar.org/paper/CALCULATIONS-ON-SOARING-SINK-Kiceniuk/94e63d06de60110c05916a5c4fed1a2197dd8245

https://journals.sfu.ca/ts/index.php/ts/article/view/298

Здесь уже есть несколько отличных ответов, и я обычно не одобряю ответы «я тоже», но, поскольку я критически отнесся к вопросу, я хотел предложить очень простое и практичное сравнение, которое могло бы облегчить эту «ага» ясность в если этого еще не было...

Представьте себе две вещи:

  1. Первый представляет собой старомодное водяное колесо, прикрепленное к мельнице, построенной на берегу реки.
  2. Второе — старомодное речное судно с кормовым колесом по Миссисипи.

В первом водяное колесо пассивно. Он извлекает кинетическую энергию из реки для выполнения работы. Он использует силу движущейся воды, чтобы вращать точильный камень. (или электрический генератор, или ремень, приводящий в движение машины...)

Однако кормовое колесо речного судна активно. Функционально он может показаться похожим, но ему требуется двигатель, источник энергии, внешняя энергия, приложенная к нему, чтобы заставить его вращаться и тем самым выполнять работу. Без приложения к колесу энергии оно просто дрейфует по реке, как и лодка. Если двигатель глохнет, лодка мертва в воде.

Спрашивать, почему добавление пассивного паруса к самолету не будет двигать его вперед, все равно что спрашивать, почему вы не можете просто поставить опору или колесо в воду и ожидать, что они пойдут. Чтобы понять, почему это не сработает, не требуется никаких передовых инженерных или аэрокосмических объяснений!

И опять же, судя по моим комментариям, я вовсе не считаю это оскорблением. Вопрос резонный, и раньше я не замечал очевидных вещей, пока что-то не изменило мою точку зрения и очевидный ответ не стал очевидным. Иногда все, что нужно, это другая точка зрения.

Надеюсь, это поможет.

Почему нельзя иметь парусные самолеты?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v