Колесный ключ Sphere Sail Max: Исследуйте тайны моря цивилизованным способом Вступление: Основная цель нашего эксперимента с этой конструкцией - продемонстрировать с помощью моделирования возможность направленного движения по поверхности воды под воздействием ветра и течения. В отличие от традиционных плавучих конструкций, в нашей сфере используется парус и вращательное движение колеса Max, что повышает эффективность движения, делая его не хаотичным, а с некоторой обусловленностью, даже целенаправленным. В то время как традиционный парус использует ветер мощность для линейного перемещения колесо Max преобразует энергию ветра во вращательное движение, которое, в свою очередь, может быть использовано для создания тяги или выработки энергии. Используя энергию воды и ветра, мы можем смоделировать этот процесс. Сфера может быть оснащена системой GPS и другими устройствами, которые могут предоставить данные для анализа физических явлений, происходящих в районе, где дрейфует объект, а видеорегистратор и эхолот добавят ценную информацию. Кроме того, использование возобновляемых источников энергии (ветра и солнца) делает наш дизайн экологически чистым и долговечным. экологичный, а энергия воды и ветра может быть преобразована в полезный кВт электроэнергии, если верхняя часть полусферы покрыта солнечными панелями, а пьезоэлектрические пластины размещены в подводной части полусферы. 1. Описание конструкции: Конструкция представляет собой сферу, изготовленную из легкого и прочного материала (например, пенопласта) толщиной 5 см. Диаметр сферы составляет 1 метр. В верхней части сферы установлена опора (цилиндр) из углеродного волокна (диаметром 3 см), на которой закреплено “Максимальное колесо” - статичная конструкция с парус изготовлен из тонкого нейлона. Диаметр “Максимального колеса” составляет 0,4 метра, с бахромой, доходящей до воды. Конструкция колеса представляет собой обычное колесо для посадочной площадки (ступицу), от которого к ободу длиной 1,5 см отходят 6 трубок. Опора (цилиндр) выполнена таким образом, чтобы создавать трение в результате воздушного потока, способствующего вращению “Колеса Max ”. Общая высота опоры (цилиндра) составляет 1,4 метра, она жестко закреплена резьбовым соединением на глубину 2,5 см, толщина стенки - 5 см. Надводная часть часть опоры (цилиндра) проходит через верхнее отверстие сферы (крепление осуществляется через усеченное отверстие). Для обеспечения устойчивости сферы в нижней части предусмотрен балласт (например, морской песок). Отверстие для балласта необходимо для обеспечения устойчивости и правильной работы сферы. Погружение сферы начинается на 1/4 и в дальнейшем оптимизируется. Основные силы, действующие на сферу: 2. Сила ветра (Fv): Воздействует на парус “Максимального колеса” и создает вращающий момент. Зависит от силы ветра, площади паруса и аэродинамического сопротивления коэффициент. Формула (упрощенная): Fv = 0,5 * p_air * C_x * S_sail * V_wind2, где: p_air - плотность воздуха (приблизительно 1,2 кг/м3) C_x - коэффициент аэродинамического сопротивления (зависит от формы паруса) S_sail - площадь паруса (м2) V_wind - скорость ветра (м/с) Сила сопротивления воды (Fc): Воздействует на погруженную часть сферы и препятствует ее перемещению. Зависит от скорости сферы, площади поперечного сечения сферы и коэффициента гидродинамического сопротивления. Формула (упрощенная): Fc = 0,5 * p_water * C_d * S_sphere * V_sphere2, где: p_water - плотность воды (приблизительно 1000 кг/м3) C_d - коэффициент гидродинамического сопротивления (зависит от формы сферы) S_sphere - площадь поперечного сечения сферы (м2) V_sphere - скорость сферы (м/с) Сила тяжести (Ft): Действует на сферу и направлена вертикально вниз. Зависит от массы сферы и ускорения свободного падения. Формула: Ft = m * g, где: m - масса сферы (кг) g - ускорение свободного падения (приблизительно 9,81 м/с2) Сила Архимеда (Fa): Действует на погруженную часть сферы и направлена вертикально вверх. Зависит от объема погруженной части сферы и плотности воды. Формула: Fa = p_water * V_submerged_part * g, где: V_submerged_part - объем погруженной части сферы (м3) Общее трение: В дополнение к вышеуказанным силам, сфера также подвержена общему трению, которое возникает в результате взаимодействия сферы с водой и воздухом. Трение зависит от формы сферы, ее гладкости и скорости перемещения. Уменьшение трения может повысить эффективность движения сферы . Силы, действующие на верхнюю часть полусферы (кратко): Сила ветра: Как описано выше. Сила тяжести: Вес надводной части конструкции. Силы, действующие на “Максимальное колесо” (очень незначительные): Крутящий момент (М): Создается силой ветра, действующей на парус. Формула (упрощенная): M = Fv * r, где: r - радиус “максимального колеса” (м). Следует отметить, что в рамках данного эксперимента не был рассчитан крутящий момент, но его создание вызывает не совсем линейное перемещение всей конструкции. При очень сильном ветре конструкция может даже вращаться. Вычисляем скорость движения сферы: V_sphere = √( (p_air * C_x * S_sail * V_wind2) / (p_water * C_d * S_sphere) ) p_air = 1,2 кг/м3 C_x = 1,0 S_sail = 0,0035 м2 Скорость ветра = 1 м/с p_water = 1000 кг/м3 C_d = 0,5 S_сфера = 0,7854 м2 V_сфера = √( (1.2 * 1.0 * 0.0035 * 12) / (1000 * 0.5 * 0.7854) ) = √(0.0042 / 392.7) = √0.00001069 = 0.00327 м/с Скорость шара составляет приблизительно 0,00327 м/с, что соответствует 282,8448 метров в сутки при скорости ветра 1 м/с. Вывод: Автор, которому очень понравилось наблюдать за подводным одиссей из команды Кусто и представить себе не мог, что он тоже сможет прикоснуться к океанским глубинам. Ведь такое сооружение, демонстрирующее удивительную маневренность даже в полный штиль, может перевозить до 100 кг оборудования, самостоятельно обеспечивая науку и общество ценными знаниями, лишь изредка пугая чаек своим присутствием.
