Проблемы сверхплотных вертолётов
Итак, к чему собственно был мой прошлый пост про юбки у ракет. А к тому, что мне не дают покоя мехи из моего сна, которые я описал в позапрошлом посте. Всё-таки бьюсь над вопросом - могут ли они летать и зависать иначе, чем по-ракетному (очень расточительно и очень разрушительно)?
Вариант дирижабля сразу отметаем - дирижабль парит за счёт низкой средней плотности, а ПВ-частицы по определению повышают плотность, так что вниз наша меха уйдёт как топор. Но вот про полёт на крыле или на винте - всё ещё есть вопросы, как у того зайца из анекдота.
С точки зрения внешнего наблюдателя у накачанного ПВ-частицами вертолёта (уменьшившегося в сто раз по линейным размерам, напоминаю), на четыре порядка снижается ометаемая поверхность, но на два порядка растёт скорость вращения винта.
С точки зрения самого аппарата скорость вращения и ометаемая поверхность остаются неизменными, но в окружающем мире на два порядка падает сила тяжести и на шесть порядков - плотность воздуха. Как я ранее писал - «Марс в кубе», потому что марсианские условия, как мы помним на опыте Ingenuity - это тридцать процентов от силы тяжести и один процент от плотности атмосферы. А ещё плотность воздуха в один миллиграмм на кубометр, для которой требуется решить задачу полёта - это забавная цифра, которую можно обозвать «на полпути до космоса», потому что она на шесть порядков меньше плотности воздуха на уровне моря (грубо говоря килограмм на кубометр), но на шесть порядков же выше плотности в околопланетном пространстве (нанограмм на кубометр).
Тут уже некоторое расхождение в цифрах, потому что с точки зрения самого аппарата нам не хватает ЧЕТЫРЁХ порядков подъёмной силы для зависания (6-2). А с точки зрения внешнего наблюдателя - только ДВУХ (4-2).
Но тут ещё веселее, потому что по формуле Смитона подъёмная сила крыла пропорциональна КВАДРАТУ скорости набегающего потока. Поэтому если рассматривать лопасть винта как маленькое крыло, то у нас внезапно всё выравнивается! Поверхность винта уменьшилась на четыре порядка, скорость вращения увеличилась на два - подъёмная сила на квадратный сантиметр поверхности возросла опять же на четыре порядка! То есть наш уменьшенный на два порядка вертолёт как висел до накачки, так и будет висеть после!
Тогда как с ТЗ пилота этого самого вертолёта мы медленно (из-за микрогравитации), но неуклонно валимся вниз, беспомощно размахивая винтами в почти что вакууме. Мы можем ПРЕДНАМЕРЕННО увеличить скорость вращения винтов (нажимая кнопки на пульте, если конструкция такое увеличение предусматривает - как у Ingenuity, которому специально добавили оборотов). Но увеличения за счёт одной только относительности, обеспеченной ПВ-частицами, нам не хватит.
А это уже косяк, потому что результаты должны сходиться. С точки зрения пилота плотность мира вокруг в миллион раз уменьшилась, с точки зрения мира вокруг плотность пилота и машины в миллион раз возросла.
Да, почему именно сила тяжести для пилота уменьшилась именно на два порядка? Потому что размерность ускорения силы тяжести - метр в секунду за секунду. Метр для него в сто раз увеличился, секунда тоже в сто раз стала длиннее - но секунда в знаменателе дважды, а метр в числителе - только один раз. Два порядка минус четыре - уменьшение на два порядка. С точки зрения внешнего наблюдателя наш пилот (и его меха) стали сильнее и прочнее в сто раз за счёт закона квадрата-куба. Тут относительность очень даже сходится. То же самое для ускорений при манёврах в вакууме, что я рассматривал в позапрошлом посте.
Ага, кажется нашёл, где дыра в рассуждениях о подъёмной силе винта. Ведь «винт делает в сто раз больше оборотов» не равнозначно «лопасть проходит в сто раз большее расстояние», ведь она движется по кругу, радиус которого после накачки в 100 раз уменьшился. Так что скорость лопасти относительно набегающего потока при накачке останется неизменной... и нам по-прежнему устойчиво не хватает четырёх порядков подъёмной силы.
Итак, мы возвращаемся к заглядыванию ракетам под юбку. Можно ли обеспечить зависание нашего «Гандама» путём принудительной накачки воздуха под крыло (в самом широком смысле слова «крыло», тут любая опорная поверхность имеется в виду). Ведь разрежённый в миллион раз (для пилота) воздух имеет два несомненных достоинства для авиастроителя: резко сниженное лобовое сопротивление (но это скорее касается скорости горизонтального полёта) и сильно возросшая сжимаемость. Вот можно ли на этой сжимаемости сыграть, чтобы создать «воздушную подушку» для парения и уменьшить расходы рабочего тела?