Пионер ПВБВ Эндрю Бауэр
Пионером концепции движения ПВБВ является американец Эндрю Бауэр.
В период работы Бауэра в Мичиганском университете в конце 40-х годов е профессор Элдер подал ему идею о движении ПВБВ при помощи тележки с пропеллером, заменяющим парус, описание которой он случайно нашел в одной студенческой работе. Через 20 лет после этого, уже будучи сотрудником компании Douglas Aircraft, Бауэр поспорил с главным инженером Смитом, что это теоретически и практически возможно. Смит, в итоге, проиграл спор. В феврале 1969 года Бауэр совершил серию заездов на построенном им карте, оснащенном пропеллером с двумя управляемыми лопастями. Пропеллер был связан с колесами цепным приводом. Во время набора скорости пропеллер карта работал на авторотации, как простой парус, но после разгона Бауэр менял шаг лопастей на отрицательный и пропеллер начинал развивать тягу. Неуклюжая деревянная тележка на крохотных колесиках-пуговках безо всякого аэродинамического обвеса во время тестов раскочегарилась аж на 20% быстрее попутного ветра. Бауэр не стал совершенствовать её — наверное, ему это стало уже неинтересно. Никаких кинодокументов и официальных бумаг, которые могли бы подтвердить этот факт, не сохранилось. Но, по словам Рика Кавалларо, он лично разговаривал с человеком, работавшим вместе с Бауэром и Смитом в Douglas Aircraft и присутствовавшим при получении Бауэром выигрыша. В своей работе под названием Faster Than The Wind, опубликованной 26 апреля 1969 года, на 21 странице убористого текста Бауэр приводит подробные расчеты с десятками формул, доказывающие работоспособность концепции.
В 2006 году, когда дискуссия стала переходить на уровень «сам дурак», на сцене появился некий Джек Гудман, бывший инженер и заядлый яхтсмен из Флориды. Быстро устав от бесполезной болтовни, Гудман взял да и построил радиоуправляемую модельку аппарата с тремя колесами и воздушным винтом. Прямо на улице, проходящей мимо дома Гудмана, она, толкаемая вперед попутным ветерком и тягой винта, наглядно продемонстрировала правоту Кавалларо и Бортона. Испытания были сняты на камеру, а клип выложен на YouTube.
Казалось бы, противникам идеи осталось лишь капитулировать, но произошло обратное. Помои полились на Гудмана зловонным потоком. Одни неверующие комментаторы обвиняли его в том, что к аппарату была привязана тончайшая леска, другие — в том, что дорога шла под уклон, а контрольные приборы были специально подкручены, третьи кричали, что внутри конструкции был установлен маленький моторчик с батарейками. Для того чтобы урезонить толпу, жаждущую распять беднягу Гудмана и саму концепцию ПВБВ на воздушном винте, Кавалларо и Джей Би решили взять быка за рога и создать пилотируемую машину, способную обогнать ветер.
Ecotricity Greenbird просвистел по соляной корке озера Айвэнпо в марте 2009 года со скоростью 202,9 км/ч. В числе наблюдателей, съехавшихся на Эль Мираж в июле, были не только судьи и представители спонсоров, но и сам Ричард Дженкинс, обладатель мирового рекорда скорости на суше для буеров. В отличие от бюджетного «Дрозда», «Зеленая Птица» — квинтэссенция хайтека, гоночная яхта, аэроплан и болид «Формулы-1» в одном флаконе.
Фантом вечного двигателя
Наиболее внятный анализ концепции движения ПВБВ был представлен профессором Массачусетского технологического института Марком Дрелой в начале прошлого года. Дрела скрупулезно рассчитал аэромеханику процесса и доказал, что в нем нет никаких противоречий с законами физики и тем более не наблюдается фантома вечного движения. Залог успеха — это эффективный пропеллер, простая трансмиссия с допустимым уровнем потерь и хороший трек с поверхностью типа крупной наждачки. Никаких аккумуляторов, никаких стартовых устройств — только аппарат и ветер, единственный источник энергии в системе.
Работает аппарат так: попутный ветер сдвигает машину с места, как предмет с необтекаемой формой, и колеса начинают свое вращение, раскручивая пропеллер. Тот, в свою очередь, создает тягу и толкает машину вперед. Из-за этого колеса начинают крутиться быстрее — следовательно, растут обороты пропеллера. Пока ветер дует — аппарат разгоняется. Заметьте, пропеллер никогда не крутит колеса и не вращается за счет энергии ветра напрямую.
В таком виде объяснение представляет собой не что иное, как модель вечного двигателя, который, как известно, не может существовать в природе. Для преодоления силы трения и сопротивления воздуха аппарату нужна энергия. У ветра ее предостаточно: недаром могучие воздушные течения с легкостью увлекают за собой и легкие яхты, и гигантские парусники. Нужна лишь «труба», которая позволит выкачать энергию из ветра.
Эта «труба» скрывается в разнице между воздушной скоростью аппарата и скоростью движения относительно земли. Представьте себе, что при скорости попутного ветра 10 км/ч машина едет по земле со скоростью 20 км/ч. Через незамысловатую трансмиссию колеса стремятся передать всю свою энергию пропеллеру. Последний же движется относительно воздуха со скоростью всего 10 км/ч, поэтому имеет потенциал для разгона. Пока ветер будет дуть, колеса всегда будут «обгонять» пропеллер на лишние 10 км/ч, а пропеллер — «мчаться за ними вдогонку». Ширина нашей «трубы» ограничена эффективностью пропеллера и потерями в трансмиссии. На определенной скорости трение и аэродинамическое сопротивление возьмут верх, и разгон прекратится.
Колеса и пропеллер похожи на две лодки, которые движутся по разным каналам: в одном вода стоит, а в другом есть течение. Первая лодка отдает второй всю свою энергию, а вторая подтягивает первую за собой. Кстати сказать, для надводных судов с пропеллером и турбиной, выполняющей роль колеса, превышение скорости попутного ветра — сложнейшая техническая задача. Причина кроется в очень сильном сопротивлении среды. А вот сухопутные парусники такого типа можно делать буквально на коленке, что и доказали Кавалларо с приятелем.
Две с половиной головы
Рик и Джон не использовали никаких высоких технологий и чудо-материалов, если, конечно, не считать хайтеком ленту из карбона, пенопласт и стекловолокно. Фрезерный станочек с ЧПУ, сверлилка, набор юного столяра, много-много наждачной бумаги и правильно заточенные руки — вот и все, что нужно, чтобы бросить вызов ветру. Ну и голова, разумеется. Голов, кстати, было две, даже две с половиной: Рик Кавалларо, Джон Бортон, способный заставить летать даже утюги, и некий студент-дипломник из Университета Сан-Хосе. История не сохранила его имени, так как Рик и Джей Би видели его в гараже нечасто.
Главным спонсором выступила компания Joby Energy, а уже на заключительной стадии к ней присоединился Google. Бюджет проекта, судя по всему, был довольно постным — в дело пошли не только покупные детали, но и старый горный велосипед, ролики от соседского скейтборда, бэушные композитные мачты от виндсерфа, сетка от гамака и другие нужные в хозяйстве вещи.
За основу будущего покорителя ветра, названного Blackbird («Дрозд»), взяли конструкцию Эндрю Бауэра- приземистый трицикл с «ведущей» задней осью и управляемым пропеллером на мачте. Трансмиссию поначалу предполагали сделать в виде двух катушек с нитками — прочный и очень тонкий кевларовый шнур длиной в несколько километров должен был наглядно продемонстрировать главный постулат концепции: «колеса крутят пропеллер и никогда — наоборот». На старте полной должна быть ведущая катушка, а на финише — ведомая, находящаяся в обтекателе пропеллера.
Вскоре от этого решения отказались в пользу надежной и бесконечной велосипедной цепи. Ее КПД составляет не менее 90−95%. Спицевые колесные диски с глухими аэродинамическими колпаками пришлось делать вручную, как и механизм управления шагом пропеллера. Передняя вилка от велосипеда перекочевала в носовую часть аппарата, а ведущая звездочка от него же стала базовым компонентом трансмиссии.
Наиболее сложные детали «Дрозда» — пропеллер с редуктором. Форма толкающего винта была тщательно просчитана на компьютере, а затем так же тщательно воспроизведена в металле, пене и стекловолокне. Корпус трицикла из алюминиевого профиля и пенопласта, оклеенного стекловолокном, зализывался уже на финише проекта под конкретного пилота — Рика Кавалларо.
Весной этого года болид был полностью готов к бою и во время восьми пробных заездов на короткой взлетке аэродрома «Новый Иерусалим» при попутном ветре в 21,73 км/ч разогнался до 61,93 км/ч, в 2,85 раза быстрее воздушного потока. Блестящий результат в первых же испытаниях воодушевил команду «Дрозда», и в мае Кавалларо начал переговоры с важными птицами из Североамериканской ассоциации скоростных наземных парусных судов NALSA об организации рекордных заездов в совершенно новом классе аппаратов. В июне согласие NALSA было получено, и в начале июля на высохшем озере Эль Мираж Blackbird, обвешанный многочисленными датчиками, несколько раз промчался со скоростями, превышающими поток в 3,5раза. Самыми неудачными в сете стали попытки с коэффициентом 2,5 при рваном ветре.
Невероятный аппарат Кавалларо и Бортона настолько понравился ребятам из NALSA, что они решили не брать с «дроздов» вступительный взнос. На момент, когда пишутся эти строки, решение NALSA об установлении официального мирового рекорда еще не получено, но то, что он состоялся, — факт. Хотя бы по той причине, что «Дрозд» — пока единственный претендент в своем классе.
Источник: https://www.popmech.ru/technologies/10770-po-vetru-bystree-vetra-fenomen/#part4