Термомотор - как часовой привод

[Arkady]

Уважаемые коллеги!

Вот, постепенно созрела идея как двигать телескоп с часовой скоростью или вообще медленно и достаточно точно без редукторов. На схеме:

Б1 - барабан на полярной оси; вращая этот барабан, вращаем телескоп вокруг полярной оси;
ЭТ1 - электромагнитный тормоз для барабана Б1;
Б2 - барабан-компаньон для Б1; свободно вращается вокруг своей оси.;
ЭТ2 - электромагнитный тормоз для барабана Б2;
Л - металлическая лента, одетая на Б1 и Б2;
П - пружина, стягивающая ленту Л;
И - нагревающий индуктор;
Л' - участок ленты Л, чье удлинение в результате нагрева влечет поворот барабана Б1.

Разумеется, все это работает под управлением компьютера (контроллера). Делается это так:

0) исходное состояние: ЭТ1 расслаблен, ЭТ2 зажат; лента находится при температуре T.
1) включается индуктор И, лента нагревается, удлинение участка Л' плюс сжатие пружины П влечет поворот Б1
2) через опеределенный (*) интервал времени, индуктор И выключается, ЭТ1 зажимается и ЭТ2 расслабляется.
3) лента остывает; участок Л' укорачивается, вращая барабан Б2 и растягивая пружину П.
4) когда температура ленты достигает T, алгоритм переходит к пункту 0).

В силу того, что при пропускании тока через ленту, выделение тепла просходит прямо в ее теле, синхронно с ее удлинением, есть основания думать, что движение будет весьма плавным и понятие периодической ошибки такой привод практически не беспокоит.

Несмотря на то, что привод движется неравномерно, вполне можно создать такие интервалы равномерного нагрева, длительность которых достаточна для современного астрофото.

Конечно, все это в полной мере работоспособно только при обеспечении надлежащей обратной связи: энкодеров или автогида. С учетом их влияния и определяется (*), а также подходящая величина тока и т. д.

Прошу конструктивной критики!

[andreichk]

не покатит.
Чего-то там нагреваться должно, а это в астрономии противопоказано

[D`Ing]

Конечно, все это в полной мере работоспособно только при обеспечении надлежащей обратной связи: энкодеров или автогида.

Соглашусь с Вами :  конечно, все это в полной мере работоспособно только при обеспечении надлежащей обратной связи: энкодеров или автогида.

[Yaroslav]

Каким образом удлиняющаяся гибкая лента толкнет барабан? Летна при растяжении будет проскальзывать...
Если так уж хочеться термодвигатель, то может что то типа храповика? Хотя там же движения мизерные.
К тому же эта система не способна совершить полный оборот, в сочетании с громозкостью и сложностью реализации, гамон будет просто идеальным решением

[Arkady]

Каким образом удлиняющаяся гибкая лента толкнет барабан?

Ей не надо его толкать За это отвечает пружина. Она настолько стягивается, насколько расширяющаяся лента позволит.

К тому же эта система не способна совершить полный оборот,

Часовому приводу не нужен полный оборот

не покатит.
Чего-то там нагреваться должно, а это в астрономии противопоказано

На самом деле, при подходящих соотношениях размеров/материалов температурный интервал может быть весьма мал - что-нибудь +20 (а то и меньше!) от температуры среды и назад.

[Gennady Bankewich]

 Работоспособно вполне. Кроме теплового расширения можно пользовать магнито- и электрострикцию, пьезоэффект. Двигатели с применением последнего известны и здесь обсуждались (кажется делают в Харькове). Сам тоже болел ранее идеей интеграции магнитострикционного микроперемещателя с планетарным редуктором эдак 1:360. Что потом с этим всем делать? Стабильности никакой, а необходимый для стабилизации скорости энкодер сам по себе выливается в серьёзное устройство. Ну и не дешевле червячной пары это будет, и не доступней.

[Pluto]

Не очень понял, как это будет работать, но предположим будет.
Есть два вопроса:
Каков КПД движителя?(годится ли он для переносных телескопов?)
Какова постоянная времени такого привода (нагрев штука медлительная). Если постоянная времени велика, то автогидирование практически невозможно.

P.S. Чем неугодил классический редуктор? С помощью тех же автогидов периодика легко устраняется. В предложенной схеме есть одно заметное достоинство - отсутствие люфтов, но сейчас это тоже не большая проблема.

[Arkady]

Соотношения величин, глядя на которые, придумалась эта штука  

Коэфф. линейного расширения алюминия:

~23e-6 / град

Допустим, участок Л' имеет длину 1м. Стало быть, один градус нагрева удлинит его на 23 микрона. Что это значит в отношении к его миллиону микрон длины? Ответ: 4.72" дуги.

Короче, без излишних усложнений: кусок ленты длиной 1м способен вращать барабан радиусом 0.3м с часовой скоростью (15 секунд дуги/секунду времени) при скорости нагрева 1 градус температуры/секунду времени. Ничего фантастического, однако Не забудем и про полную масштабируемость: точно так же поведет себя и механизм 10см лента - 3см радиус барабан   И туда-сюда на порядок тоже все регулируемо

[Arkady]

Каков КПД движителя?(годится ли он для переносных телескопов?)

Ну, вопрос о кпд я пока пропущу, хорошо? Ведь он неактуален пока 

Какова постоянная времени такого привода (нагрев штука медлительная). Если постоянная времени велика, то автогидирование практически невозможно.

Ток идет в ленте. Непосредственно в ленте выделяется энергия. И она удлиняется непосредственно. Если процесс адиабатический - то сколько пропустили кулонов, настолько же и температура поднялась, и длина увеличилась.

P.S. Чем неугодил классический редуктор? С помощью тех же автогидов периодика легко устраняется. В предложенной схеме есть одно заметное достоинство - отсутствие люфтов, но сейчас это тоже не большая проблема.

Давайте это рассматривать только как поиск свежих решений

[Gennady Bankewich]

Да проводящую ленту можно и не нагревать, достаточно пропустить через неё ток и обеспечить изотермичность - будет вам сколь угодно малое изменение её длины.

[Pluto]

Ток идет в ленте. Непосредственно в ленте выделяется энергия. И она удлиняется непосредственно. Если процесс адиабатический - то сколько пропустили кулонов, настолько же и температура поднялась, и длина увеличилась.

Я спрашивал о постоянной времени. Т.е. с какой скоростью можно нагреть (или охладить!) ленту, чтобы обеспечивать быстрое регулирование. Если постоянная времени несколько секунд - уже очнь плохо.

[Arkady]

Не очень понял, как это будет работать, но предположим будет.

Работать будет примерно так:
Автогид, видя, что звезда отстает, все чаще включает индуктор или увеличивает напряжение.
Обнаружив опережение, он выключает индуктор или уменьшает напряжение.
Почему лента? Причем тонкая. Важно, чтобы теплоотдача (отношение поверхности к массе!) была велика - надо достаточно быстро сокращаться.

[Arkady]

Я спрашивал о постоянной времени. Т.е. с какой скоростью можно нагреть (или охладить!) ленту, чтобы обеспечивать быстрое регулирование. Если постоянная времени несколько секунд - уже очнь плохо.

Вопрос о постоянной времени не есть вопрос о скорости нагревa. В данном случае - скорость нагрева (она же - скорость удлинения) определяется только мощностью источника энергии.

Нет причины для задержек! Это же не паяльник, где тепло с обмотки должно еще дойти до жала 

[Pluto]

Нет причины для задержек! Это же не паяльник, где тепло с обмотки должно еще дойти до жала

Как это нет. Нельзя ленту нагреть/охладить мгновенно. Любой двигатель имеет постоянную времени.

[Pluto]

И еще, поскольку коэффициент редукции мал, на ленту будут заметно действовать внешние моменты (ветровые, неуравновешенность, нестабильность трения и т.п.).

Ваш привод слабо защищен от внешних нарузок (они неизбежны). В классическом приводе огромная редукция надежно ограждает двигатель от внешних возмущений, как правило он работает почти на холостом ходу. Да и приведенный к двигателю (классическому) момент инерции очень мал.  В вашем случае - велик, т.е двигатель должен быть не только малоинерционным, но и довольно мощным.

[Arkady]

Нет причины для задержек! Это же не паяльник, где тепло с обмотки должно еще дойти до жала

Как это нет. Нельзя ленту нагреть/охладить мгновенно. Любой двигатель имеет постоянную времени.

Если бы ленту грел внешний, приложенный к ней источник - то да. Но если ток идет в самой ленте, то энергия выделяется прямо в ее теле, во всей ее объеме - и она тут же удлиняется - без задержек (потери тепла пока не рассматриваем).

С охлаждением сложнее, тут переходный процесс, его течение улушается за счет утончения ленты; но нас это и не заботит. Важно правильное движение при нагреве!

[Arkady]

И еще, поскольку коэффициент редукции мал, на ленту будут заметно действовать внешние моменты (ветровые, неуравновешенность, нестабильность трения и т.п.).

Ваш привод слабо защищен от внешних нарузок (они неизбежны). В классическом приводе огромная редукция надежно ограждает двигатель от внешних возмущений, как правило он работает почти на холостом ходу. Ди и приведенный к двигателю (классическому) момент инерции очень мал.  В вашем случае - велик, т.е двигатель должен быть не только малоинерционным, но и довольно мощным.

Борис! У меня просьба - до завтра таймаут. А Вы свои вопросы тоже получше продумайте

[Pluto]

Без задержек ничего нагреть нельзя. 
Не случится так, что в вашем приводе эффект от термоудлинения будет тонуть в деформациях от внешних нагрузок (см. пост выше), тем более, что лента тонкая.
Т.е. работа будет крайне нестабильной.

[Arkady]

Без задержек ничего нагреть нельзя. 

Не вижу причин - когда тепло выделяется непосредственно в металле - причем одинаково во всей его толще (*) 

Не случится так, что в вашем приводе эффект от термоудлинения будет тонуть в деформациях от внешних нагрузок (см. пост выше).

Вы же понимаете, что подобрать правильное сечение ленты и правильную мощность - можно и нужно.

(*) практически; неравномерное распределение тока в сечении не рассматриваем.

[Pluto]

(*) практически; неравномерное распределение тока в сечении не рассматриваем.

Тепловую инерцию никто не отменял, она может быть маленькой, большой, но она есть всегда.

Дьявол кроется в мелочах. Красивая в теории конструкция может оказаться неработоспособной именно из-за этих мелочей. Нужна хорошая модель или опытный образец.

P.S. Почему то вспомнилась конструкция часовика с капельницей.