ЭНЕРГИЯ ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛА И ЕЁ СВЯЗЬ С МАКСИМИЗАЦИЕЙ ПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ ПРОСТЕЙШЕГО ВОДНО-РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Посвящается Нурбею Владимировичу Гулиа Не. - презентация

1 ЭНЕРГИЯ ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛА И ЕЁ СВЯЗЬ С МАКСИМИЗАЦИЕЙ ПОЛЕЗНОЙ РАБОТЫ ПРОСТЕЙШЕГО ВОДНО-РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Посвящается Нурбею Владимировичу Гулиа Не бойтесь… Это только мысленный эксперимент! Пусть он раскручен до предела прочности Сделан из сверхпрочного волокнистого материала или навит из высокопрочной стальной полосы. Для устойчивости конструкции применяем спицы, массой которых в расчётах энергии пренебрегаем. От Нурбея Гулиа нам известно, что лучший накопитель механической энергии – это маховик. Попробуем оценить, какую максимальную работу может, не лопнув, совершить такой «бутылочный» водно-реактивный двигатель, т.е. вычислить максимальную полезную работу по выбрасыванию внутренним избыточным давлением наружу воды. Без учёта потерь на трение эта полезная работа будет равна кинетической энергии реактивной струи воды, а уж какая часть этой работы превратится в полезную кинетическую энергию водяной ракеты или РАЗГОНОПЛАНА – это вопрос уже не этой статьи. Р изб. Р атм. Просто – даже без интегралов! Удельная запасённая энергия такого маховика k=K/m=V 2 /2=½·( σ /ρ) [Дж/кг], где V – линейная скорость вращения кольца маховика, σ – предел прочности материала кольца ρ – плотность материала кольца. «σ»«σ» Если ещё чуть-чуть прибавить скорость, то кольцо маховика начнёт рваться. Вот именно эту скорость V я называю «разрыв- ной для данного материала», её число в [м/с] - это его главное качество! Понятное и легко сравнимое с другими материалами. V разр. = σ/ ρ, что прямо следует из приведённой формулы, которую вы можете сами легко проверить. У лучших материалов = 2000м/с! У хорошего стекловолокна этот параметр V превышает 1000 м/с.

2 ЭНЕРГИЯ ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛА… Посвящается Нурбею Владимировичу Гулиа Не бойтесь… Это только мысленный эксперимент! От Нурбея Гулиа нам известно, что лучший накопитель механической энергии – это маховик. Р изб. ПРЕДЕЛЬНАЯ удельная энергия маховика k=K/m=V 2 /2=½·( σ /ρ) [Дж/кг], поэтому величину k назвать « ЭНЕРГИЯ ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛА » - т.е. это и есть понятие, которое стоит в заголовке статьи. Значит вопрос стоит так: МОЖЕМ ЛИ МЫ СНЯТЬ С ТАКОГО «БУТЫЛОЧНОГО» РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОЛЕЗНУЮ РАБОТУ, СООТВЕТСТВУЮЩУЮ ЭНЕРГИИ ПРОЧНОСТИ ПРИМЕНЯЕМОГО СОСУДА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ИЛИ ЭТОЙ БУТЫЛКИ? ОКАЗЫВАЕТСЯ ОТВЕТ – ДА! МАКСИМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ СОСТАВЛЯЕТ 2/3 ОТ «ЭНЕРГИИ ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛА СОСУДА»!!! А ЭТО ЗНАЧИТ, ЧТО ВОДЯНАЯ РАКЕТА МОЖЕТ ПОСЛЕ ВЫБРОСА ВСЕЙ ВОДЫ ДОСТИГАТЬ СКОРОСТИ, БЛИЗКОЙ ИЛИ СРАВНИМОЙ С РАЗРЫВНОЙ СКОРОСТЬЮ МАТЕРИАЛА ЕЁ КОРПУСА. А ЭТО, ВОЗМОЖНО, МНОГИЕ СОТНИ М/С. ТАКОВЫ СВЕРХЗВУКОВЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗГОНОПЛАНОВ С ПРОСТЕЙШИМ ДВИГАТЕЛЕМ!!! Чтобы ресурс прочности сосуда использовать на все 100 %, необходимо поддерживать постоянно максимальным Р изб. Это можно сделать при помощи выделяющего газ патрона с управляемой скоростью химической реакции.

3 Распределение волокон прочности цилиндрической части баллона высокого давления из сверхпрочных композиционных материалов ПРОДОЛЬНЫЕ ВОЛОКНА ПОПЕРЕЧНЫЕ ВОЛОКНА (НАМОТКА) Вдвое толще слоя продольных волокон σ попереч. = РR/d попереч. σ прод. = РR/2d прод. Вывод: поперечных волокон требуется вдвое больше, чем продольных. Впрочем, намотка может быть и наклонной под углом, тангенс которого равен 2. Вариант наклонной намотки волокон В итоге работа давления равна: А=PV= ·V материала σ, т.е. полной энергии прочности массы материала баллона

4 Распределение волокон прочности в полусферических частях баллона высокого давления – это довольно сложная задача В итоге работа давления ТОЖЕ равна: А=PV= ·V материала σ, т.е. полной энергии прочности массы (или объёма) материала баллона Взаимно перпендикулярные слои волокон должны быть одинаковой толщины Исходя из того, что сила в экваториальном сечении равна F= πR2P=d·2πR σ