О вертикальных и поперечных движениях рагиякорабля в океанском течении.

Очевидные и невероятные ЗАДАЧИ РАГИЯНАВТИКИ htm

Задача 1. О торможении и силах, действующих на айсберг при транспортировке htm

Задача 2. О принципе Ферма (принцип минимального времени распространения света)

в системах навигации и управления движением рагиядвижителя и айсберга htm

Задача 3. О маршрутах транспортировки айсбергов в мировом океане htm

Задача 4. Способ разработки айсберга для транспортировки его продукции htm

Задача 5. О Принципе использования в океане гидростатического давления и

других видов энергии для силовых устройств объектов рагиянавтики htm

Задача 6. Определение тяговых сил будущих рагиядвижителей

для транспортировки грузов и айсбергов в мировом океане htm

Задача 7. Электростанция для океана на основе рагиядвижителей htm

Задача 8. Использование уголковых отражателей в задачах рагиянавтики htm

Задача 9. О требованиях к системе управления первого рагиядвижителя htm

Задача 10. О горизонтальном движении рагиякорабля в океанском течении htm

Задача 11. О вертикальных и поперечных движениях рагиякорабля в океанском течении

Агарёв В.А., к.т. н., академик УАОИ, чл. корр. МСАН

Введение

Рисунок. Существует три типа подводных транспортных средств: подводные лодки традиционного типа, батискафы и малотоннажне беспоплавковые подводные аппараты. Они различаются по способу обеспечения плавучести. В подводных лодках плавучесть обеспчивается за счет прочного корпуса. Энергетическая установка располагается внутри него. У батискафов, предназначенных для больших глубин, подъемная сила создается поплавками, заполненных, например, бензином. У малых подводных беспоплавковых аппаратов энергетическая установка находится снаружи прочного корпуса, а дополнительная подъемная сила может быть получена за счет легковесных наполнителей и дифферентовочной цисцерны.

Наука рагиянавтика позволяет создать новый тип разнообразных транспортных аппаратов, отличающихся от известных транспортных средств использованием экологически чистых рагиядвижителей, мощность которых может обеспечить транспортировку как малых, так и исполинских грузов и айсбергов. Единичные и неограниченно наращиваемые концентраторы энергии таких рагиядвижителей способны преобразовать и использовать, для решения многочисленных задач, практически неисчерпаемую, энергию океанских течений. С классификацией таких устройств, которые найдут широкое использование в 21 веке, можно познакомиться на страничке по адресу: htm.

Рассматривая возможности таких аппаратов и их конструкции, возникает необходимость в изобретениях таких же экологически чистых способов и устройств, позволяющих управлять положением рагияобъекта, например, путем угловых поворотов концентраторов его рагиядвижителя относительно стержня океанского течения. Для управления движением рагияобъектов можно использовать так же и другие гидродинамические силы, например, силы, наблюдаемые при эффекте Магнуса [2].

Постановка задачи.

Как в задаче №10 для горизонтального движения подводного объекта предположим, что при вертикальном движении тела, полностью погруженного в воде, оказываемое сопротивление пропорционально квадрату скорости. В задаче, рисунок справа, рассматривается погружение сферического корпуса рагиякорабля с нулевой Рисунок. плавучестью. Сила тяжести корпуса рагиякорабля равна выталкивающей силе Архимеда. Погружение объекта обеспечивается вертикальной составляющей силы тяги F , создаваемой углом поворота рулевых концентраторов рагиядвижителя. В задаче речь идёт о погружении объекта с учетом гидродинамических сил, которые могут возникнуть на разных участках со скоростью течений V₁ и V₂. Путь погружения рагияобъекта в стержне океанского течения разобьем на последовательные участки, как это показано на рисунке. За нулевой отсчет взят момент погружения объекта на первом участке. Последовательно рассмотрим и исследуем законы для вертикального движения рагияобъекта на указанных участках погружения. Введем обозначения:

время - t; пройденный телом путь погружения – S; скорость погружения - ; ускорение при погружении - ; сопротивление воды при погружении объекта – , направленное против движения; постоянный коэффициент - k, зависящий от конструкции рагияобъекта; масса рагияобъекта - m; вертикальная составляющая силы тяги рагиядвижителя – F; дополнителные силы, действующие на подводный объект при погружении – f.

Решение задачи. Для первого участка погружения уравнение движения рагияобъекта может быть записано в виде:

Для нулевых начальных условий уравнение может быть переписано в виде:

Полагая , имеем , а после интегрирования находим:.

При нулевых начальных условиях . Таким образом, . Откуда следует:, где

После замены обозначений, для определения глубины погружения на первом участке S_{1 ,}следует записать уравнение:

Интегрируя это уравнение, определим глубину погружения по формуле:

При начальных значениях t = 0 и S=0, находим . Таким образом, закон движения рагияобъекта при погружении на первом участке течения описывается формулой:

Скорость рагиякорабля, приближаясь к своему предельному значению, может быть вычислена по формуле:

Здесь, как и при парашютных прыжках, предел скорости погружения объекта определяется соответствующими формулами:

; , так как .

Рисунок. Уравнения первого участка погружения (для силы F) могут быть использованы и для других участков перемещения рассматриваемого объекта, когда действуют силы F + f (участок после отметки S₁) или F – f (участок после отметки S₂). Анализ этих уравнений, а также уравнений для горизонтального движения, показывает, что во многих случаях выбранная математическая модель может быть использована для изучения законов движения подводного аппарата в стержне течения. Конкретные же формулы для расчетов параметров движений объектов будут отличаться значениями сил и коэффициентов и природой их происхождения.

Рассмотрим особенности погружении рагияобъекта на других участках стержня океанского течения и характер дополнительных сил f, которые могут возникнуть при этом. Особого внимания требуют участки движения, граничащие с центральным стержнем течения, где скорость течения может сильно изменяться в пределах глубин соизмеримых с геометрическими размерами рагияобъекта. На рисунке справа показано, что в стержне течения Ломоносова скорость движения потока воды может изменится в пределах глубин (45-60) м. и, следовательно, на рагиякорабль с диаметром не более (10-15) м. на этой глубине будут оказывать существенное влияние гидродинамические силы. Эти силы, подобные аэродинамическим, возникают при взаимодействии потоков течения с поверхностями элементов конструкции рагиядвижителя: концентраторы различной формы, стабилизаторы Рисунок. и «крылья», а также другие узлы и детали объекта. К этим силам следует отнести и силы, появляющиеся при эффекте Магнуса. Они широко известны в физике и могут быть использованы для линейных и угловых движений рагиякорабля в стержне океанского течения. Заметим, что эти силы, возникающие при вращении тел сферической или цилиндрической формы не получили в воздушной среде широкого технического применения. Однако, в рагиянавтике, учитывая высокую плотность морской воды и более стабильное Рисунок. поведение течений по сравнению с воздушными потоками, эти силы, могут быть востребованы для управления движением рагияобъектов. На рисунках справа и слева (вид спереди) показан один из будущих подводных рагиякораблей, движения которого, в стержне океанского течения, могут выполняться за счет сил Магнуса от вращающихся цилиндров, установленных на сферическом корпусе.

Гидродинамические силы, воздействующие на объекты в океанском течении, могут существенно оказывать влияние на характер их движения. Расчеты показывают, что на объект радиусом 10 м. при скорости течения 1 м/с действуют гидродинамические силы соизмеримые с тягой равной тяге около двух колесных тракторов. Для создания и управления такой тягой в течении необходимо предусмотреть установку соответствующего рулевого концентратора энергии размером примерно10 м² из расчета скорости течения около 2 м/с.

Заключение

Сравнительный анализ уравнений вертикального движения подводного объекта, находящегося в стержне океанского течения, а также уравнений для горизонтального движения, показывает, что используемая математическая модель во многих случаях может быть применима для изучения законов движения подводного аппарата в стержне океанского течения. Конкретные формулы для расчетов параметров движений таких объектов будут отличаться значениями гидродинамических сил и коэффициентов и физической природой их происхождения.

Полученные в задачах №10 и №11 формулы могут быть использованы при разработке методик и оценок параметров движений в океанских течениях первых подводных аппаратов с рагиядвижителями.

Результаты решения задачи полезны при анализе и выборе конструктивных и изобретательских решений в процессе разработки опытных образцов рагиядвижителей и рагиякораблей.

Для ускорения внедрения проектов Интернет-НИИ «Рагиянавтика» необходимы усилия и условия для обсуждения и реализации рекомендаций, изложенных в концепции развития и управления рагиянавтикой, представленной по адресу htm.

Информация для размышления.

Рисунок. Одним из первых исследователей морских течений был русский флотоводец и ученый С. Макаров. В 1878 году после русско-турецкой войны в узком, похожем на реку проливе Босфор на якоре стоял небольшой военный корабль «Тамань». Молодой капитан С. Макаров наблюдал, как мимо корабля из Черного моря в Мраморное проплывают обрывки водорослей и щепки. От турецких рыбаков он знал, что их сети, поставленные в Босфоре, часто по неизвестным причинам заносило в Черное море. После неоднократных раздумий он сделал заключение, что на глубине пролива находится противотечение.

Для проверки своего заключения С. Макаров создал простое приспособление. В Босфоре на корабельной шлюпке, он опускал за борт тяжелый дубовый бочонок - анкерок, в котором держали запас пресной воды, («анкер» называли «якорь»). Бочонок, оправдывая свое название, медленно тонул и разматывал привязанный к нему трос. Шлюпку сначала эксперимента, как и щепки, постепенно сносило в сторону Мраморного моря. Однако вскоре её движение замедлялось и остановилось. Она стала двигаться в обратном направлении. С. Макаров убедился, что затопленный анкерок, попав в стержень глубинного течения, идущего из Мраморного моря в Черное, стал тащить за собой и шлюпку.

В своей книге «Об обмене вод Черного и Средиземного морей» С. Макаров изложил причину этого явления. Причина глубинного течения объясняется разницей в плотности водных масс. Более соленая и более тяжелая средиземноморская вода на определенной глубине создает со стороны Мраморного моря большее давление, чем распресненная многочисленными реками вода той же глубины со стороны Черного моря. В результате возникает глубинное течение по дну Босфора [3].

Данный исторический и научный факт лишний раз подтверждает возможность осуществления проектов рагиянавтики по транспортировке грузов и айсбергов, созданию рагиядвижителей для электростанций, исследований и путешествий по известным, а в дальнейшем и по вновь открытым течениям мирового океанского конвейера.

Внимние! Постоянным читателям сайта предлагается подумать над очередной задачей рагиянавтики.

В Интернет-НИИ «Рагиянавтика» в настоящее время решается одна из труднейших изобретательских задач, целью которой является разработка способа и устройства, позволяющие рагиядвижителю преодолевать на своем пути океанские вихри. Ценные научно-технические предложения и рекомендации для решения данной задачи, высланные по электронной почте, будут опубликованы на страницах Интернет-НИИ «Рагиянавтика». Марк Твен утверждал: в мире нет ничего чего бы не могло случиться.

Впиши, читатель, свое имя в историю развития рагиянавтики!

Список использованных источников:

1. Бать М.И и др. Теоретическая механика в примерах и задачах. Часть 2. Изд-во «Наука», М., 1968.

2. Тульчинский М.И. Качественные задачи по физике. Изд-во «Просвещение», М., 1972.

3. Донат Наумов. Мир Океана. Изд-во «Молодая гвардия», М.,1983.