1-ая косм. скорость из водяной пушки?

[Che]

Достижима ли Первая космическая скорость - из водяной пушки?

(Чепик А.М. ,19.07.2002 г.
Публикацией патентую идею.)

   На первый взгляд, формула для скорости постоянного потока в трубе S1v1= S2v2 позволяет получить любую скорость v1, варьируя соотношение площадей сечения S1 и S2. Естественно, в реальном случае есть различные ограничения, как в сторону уменьшения S1 из-за краевых эффектов и размеров разгоняемого тела, так и в сторону увеличения S2 из-за возможности и времени наполнения большого объема. Есть ограничение и на ускорение тела в потоке.

              Возьмем горное озеро, пророем под ним канал и выведем его на поверхность где-нибудь пониже, но вертикально вверх, надстроив крепкую ровную трубу.

   с какой скоростью потечет вода из озера? какая возможна максимальная скорость? Какой высоты сделать трубу, чтобы тело, ускоряясь в потоке достигло заданной скорости? Можно ли в трубу загнать поршень, на него положить тело и , разогнав его, забросить его в космос?  
              Любые задачи по сопромату решить можно - ведь всё строится на земле.
   Проблема с величиной ускорения, допустимой для человека, решается за счет разности высоты озера и положения стартового носителя. Но если даже не удастся найти подходящие параметры, идею можно использовать для транспортных задач – отправки грузов в космос.
   По приблизительным прикидкам, горное озеро диаметром 1 км достаточно для запуска ракеты до тонны весом.

   Преимущества:
1. Отсутствуют две ступени с горючим.
2. Экономия 90% топлива.
3. Экологическая чистота в небе и на земле. Нет огромного количества теплоты и продуктов сгорания сотен тон топлива. Нет транспортировки дополнительного топлива к месту старта, хранения топлива, заправки и слива. Нет падающих  ступеней.
4.  Резко увеличивается безопасность старта, как для космонавтов, так и для обслуживающего персонала.
5. Бесплатный полив полей вокруг.

Предлагаю обсудить идею

[llggoorr]

Особенно, про полив полей мне понравилось   В горах.
Я наверное, не романтик, но сильно смущает фраза " одно горное озеро диаметров 1 км" на запуск 1-ой ракеты до тонны (!) весом. Чтобы МКС запустить не иначе как Титикаку придется использовать.
И понятие "экономии" топлива весьма сомнительно, я думаю строительно-ирригационные работы по воплощению этого проекта будут стОить на порядок больше , чем топливо для ракеты-носителя.
Да и "экологическая чистота" заставляет усомниться, потому как вместе с водой в эту самую трубу улетит целая куча всевозможных ЖИВЫХ организмов( рыбы-птицы-моллюски ипр ) , обитающих в этом гипотетическом озере.
Потом - как остановить ту воду которая с дикой скоростью ринется из озера в прямом смысле "в трубу вылетит"? Всем миром тряпками затыкать? Или принцип: одно озеро - один запуск?
Можно конечно, вскипятить чайник , стуча по нему молотком ( физика процесса позволяет, так сказать ), но зачем? Целесообразность этих процессов мне кажется очень небольшой.

[panov]

Превосходно!
Однако, надо позаботиться о наполнении озера для следующего старта.
В связи с этим — встречная идея:
соединенные тросом в замкнутую цепь полые герметичные шары слева
проходят через патрубок, точно равный их диаметру и верхним концом
выходящий в резервуар с жидкостью; справа накидываем эту цепь на приводное колесо насоса, закачивающего в стартовое озеро воду
откуда-нибудь, но только не из упомянутого резервуара — она нам нужна
для вытеснения шаров вверх и обеспечения непрерывной и вечной работы насоса. (Трением пренебречь).

[Анатолий Волчков]

Che, скорее всего тут не место для подобных обсуждений. Тут главную роль будет играть не закон сохранения энергии, а законы гидродинамики. Ведь это сверхзвуковое течение больших масс жидкости! Достижимы ли такие скорости в технике, каковы будут потери на преодоление сопротивления, …? Ответы на эти вопросы могут дать лишь специалисты.

[anovikov]

Не хотел бы вас разочаровывать, но эта идея - бред собачий.
Расчеты не учитывают энергозатраты на разгон этой массы жидкости (которая в трубе), т.е. просто на сообщение ей этой кинетической энергии.  Она в принципе не потечет никуда с такой скоростью.

[Nazar]

А нагрев при трении внутри трубы? Да она вся испарится не доходя до ракеты!

[Che]

Главному модератору.

Согласен, что этой теме здесь не место.
Куда бы её переместить?

Законы гидродинамики проявляют себя по краям потока, а в центре трубы практически в чистом виде - перенос массы: получается скоростной рулет - слой за слоем. Самые краевые эффекты уменьшаем за счёт сверхгладкой поверхности и гасителей волновых процессов.  
---
To llggoorr
Фраза "  горное озеро диаметром 1 км на запуск 1-ой ракеты до тонны весом" приведена не совсем точно, но подразумевала для одного запуска уменьшение уровня воды всего метров 30.
А каковы были затраты на строительство Байконура? Годовой бюджет страны на первую очередь!
Из всевозможных ЖИВЫХ организмов( рыбы-птицы-моллюски ипр )   предлагаю сделать уху, или же исключить их системой водозаборов, а проще заранее убрать всю живность из озера. Или построить искусственное.
Если верх стартовой трубы сделать на уровне озера, а саму трубу - типа ствол ППШ, то можно регулировать время стабилизации прекращения выброса. Плюс пробка на дке озера, как в ванне ( )

To Panov
Надо подумать, хотя проще естественных ручьев с соседненго ледника для заполнения ничего нет.

To anovikov
Я думаю, Земля-матушка всю эту массу и разгонит.
Достаточно рядом устроить слив, который после разгона в нужный момент перекрыть, открыв основной пусковой штрек.
А видели ли вы водопады? с какой скорость падала бы вода, если бы сопротивление воздуха не разбивало её на капли?
Что и показывает падение предметов в струе воды - предмет и стуя воды(!) за ним падают намного быстрее окружающих струй.
А здесь впереди будет пробка в стартовой площадки, а сзади - подпирает ускоряющийся столб воды.  

To Nazar
А охлаждение снаружи трубы?
Хотя спасибо за подсказку. Пусть толкает пар, я согласен.
Это добавит ускорения и решит проблему полива не только ближних , но и  дальних огородов.( To llggoorr)  
Очень большое спасибо!  Всем!

[AstroNick]

Утопия! Подозреваю, что максимум, что можно здесь выжать - это скорость звука в воде. Насколько помню, ~ 1 км/с. Насколько я знаю, давление со сверхзвуковой скоростью не передается.

[Che]

А чему равна скорость звука в направлении потока воды? Разве она равна скорости звука в неподвижной воде?

[AstroNick]

А чем вызван этот самый поток? Давлением вышележащих малоподвижных масс воды. Или уровень воды в озере тоже будет убывать со скоростью несколько км/c? Как только скорость потока превысит звуковую относительно неподвижной поверхности, прекратится передача давления от этих поверхностных слоев, а тем самым выключится и механизм дальнейшего увеличения скорости потока. Но уверен, что даже и до этого не дойдет - из-за трения, турбуленции и т.д.
Вообще, все это напоминает историю с увеличением дальнобойности обычных пушек. Там увеличение мощности заряда и длины ствола также не позволило неограниченно повышать начальную скорость снаряда - все уперлось в конечную скорость распространения пороховых газов. В более продвинутых проектах снаряд уже разгонялся электромагнитным полем.

[Alexey_Smirn]

Я думаю, это просто шутка.

Действительно, очевидно, что невозможно разогнать снаряд таким способом. Так что остается 3 варианта:
1)Реактивное движение (сейчас используется)
2)Выстреливать спутники из электромагнитных пушек (в разработке, только нагрузки на спутники будут огромными, сломаются они, я думаю )
3)Орбитальные лифты (в далеком будующем - пока нет материалов для канатов   )

А больше и придумывать нечего... Разве что - нультранспортировку...

С уважением, Алексей.

[Che]

... Или уровень воды в озере тоже будет убывать со скоростью несколько км/c? Как только скорость потока превысит звуковую относительно неподвижной поверхности, прекратится передача давления от этих поверхностных слоев...

Уровень воды в озере будет двигаться со скоростью 4 м/сек.
Вопрос, сможет ли сила тяжести заставить двигаться поверхность воронкообразного озера с такой скоростью:
1) В условиях отсутствия сопротивления в донном отверстии?
2) В условиях наличия сопротивления (трение, турбулентность) в трубе в донном отверстии?

Газы отличаются от жидкостей своей сжимаемостью, там другой закон передачи давления.

Если налить воду в целлофановый пакет и бросить его вниз (студенты МГУ делали такие эксперименты - с 23 этажа ГЗ),  то скорость 40 м/сек достигается за 4 сек, как при отсутствии сопротивления воздуха, в то время как просто пролитая вода в том же объеме достигала земли за 8-20 сек, в зависимости от ветра.

[Самодуров Владимир]

Газы отличаются от жидкостей своей сжимаемостью, там другой закон передачи давления.

В жидкости все в итоге упрется в скорости передачи давления между молекулами жидкости - читай - скорости звука в воде. Если не ошибаюсь, она равна то ли полтора, то ли 3 км/c - тот же порядок, что скорость расширения пороховых газов в пушке ---> результат тот же, что указал AstroNick. Это - теоретический достижимый максимум для данного патента...
Но сама идея, как умственная головоломка, довольно интересная. Предлагаю модификацию - используем кумулятивный эффект! Воду подводим не по одной трубе, а по нескольким, сходящимся в конус ---> резкое, в десятки раз, ускорение частиц (уже пара, видимо) в точке схождения струй. Возражение - действие результирующей "струи" будет то же, что у кумулятивной гранаты (тот же принцип действия), попадающей в броню танка - и наш гипотетический корабль просто прожжется струей горячего пара... Другие возражения - на домашнее задание остальным участникам...

[Pietro]

Есть еще одно соображение--связь между длиной трубы L и допустимым ускорением w (пусть для простоты оно постоянно).  Она дается формулой

L=k/w,

где коэффициент k=0.5 v^2 (v=первая к.с.).

Нетрудно видеть, что для ускорений порядка 10g длина получается порядка *сотен* км.

[an1440]

Приговор совершенно справедлив: жидкость (имеется в виду неразрывный поток, т.е. жидкость без газа) невозможно разогнать более, чем до скорости звука. В газогидродинамике это называется "кризис течения". Суть явления, действительно, в том, что разгоняющее струю (как жидкости, так и газа!) давление не сможет "догнать" сверхзвуковую струю.
Газ однако, в отличие от жидкости, за счет сжатия может запасать собственную энергию, и движущаяся со звуковой скоростью струя СЖАТОГО газа может уже САМОСТОЯТЕЛЬНО разогнаться до сверхзвуковой скорости в специальной насадке (т.н."сопло Лаваля").

[Che]

Так что, получилась Паровая пушка?
Вот только ддлина ствола великовата.

[userkc]

вообщето, самолет с палубы авианосца разгоняется паравой катапультой до скорости 250 км\час за две секунды. наверника на земле можно и быстрее разогнать, если это корабль без человека с весом например 500 кг, то не так и опасно и сложно такое ускорение.

 я бы ноутбук и 60 см. антену отправил бы на орбиту, что бы бесплатно интернетом пользоваться. и очень будет удобно от ненужных и старых вещей избавляться.

[Sergey]

250 км/ч рядом с космической скоростью рядом не стояло - всего-то 70м/с.

[an1440]

Как известно, проблемой "из пушки на Луну" больше всех занимался некто Дж. Бюлль, который и был за это убит, т.к. попутно предполагалось обеспечить некоего С. Хуссейна сверхсупероружием. В стволе длиной 160 метров и с 15 промежуточными зарядами по длине ствола предполагалось разогнать снаряд до 2400 м/с. Это все равно оказалось пределом, ограниченным скоростью распространения волны давления в газах. С такой скоростью снаряд может попасть в космос, но, естественно, не сможет там остаться.
Так что и из паровой, и из пороховой пушки космические скорости все равно не получаются. Правда, там предусматривалась и возможность стрельбы реактивным снарядом. Но это уже не из той оперы...

[userkc]

про пар так плохо не думаю, ведь облака довольно высоко летают.
например залететь в стратосферу на воздушном шаре это реально.
а дальше на ракете.