Двигатель для межзвёздных перелётов

[MenFrame]

посчитанная через скорость ракеты относительно точки старта, решительно непонятно 

Если ваша цель сугубо набрать скорость, то мощность не важна. А если ваша цель попасть из точки А в точку Б, то мощность важна, как минимум для того что бы успеть набрать нужную скорость до начала момента торможения.

[PostAlien]

В общем то да. Но никогда не говори никогда.
Если есть теоретическая возможность.
Забавный факт. В конце 70х появилась книга Xenology  An Introduction to the Scientific Study of Extraterrestrial Life, Intelligence, and Civilization известного в узких кругах Robert A. Freitas Jr.
Если бы ее перевели на русский в своё время это был бы бестселлер! Без дураков!
Что там только не обсуждалось на максимально научной для того времени основе?!
В частности там есть о межзвёздных империях, разумеется войнах и торговле. Особенно запомнился там пассаж о торговле. Мол, да, перемещение товаров между звёздами потребует массу энергии. Но в принципе, эту энергию можно было бы рекуперировать и... депонировать в долг межзвездного банка (губа не дура)! Там даже есть ссылки, кажется, на первоисточники где это на полном серьезе обсуждалось (не удивлюсь если в JBIS! Над британскими учёными смеются, что они часто бредят, но смеётся тот кто смеётся последним.) Мол  кинетическая энергия звездоёта и его груза - это концентрированная высококачественная энергия, это товарный актив, и если ее аккуратно, не разбазаривая принять... то она может "полежать в банке" и уйти к адресату с ответной посылкой. Мол, при  взаимный межзвёздный банковский калькуляции (по лучу связи) ничего не пропадёт и всё взаимозачтётся!

Не только Фрейтас. Например, Дэвид Крисвелл в своей статье Solar system industrialization: implications for interstellar migrations (Кстати, вы её читали? Она опубликована в той же книге (Interstellar Migration and the Human Experience), что и статья "Быстрые корабли и скитальцы: два пути к звёздам" Джонса и Финнея) тоже обсуждает возможность массовых межзвёздных перелётов и межзвёздной торговли за счёт запуска звездолётов при помощи электромагнитных или гравитационных (в духе Дайсона или Форварда) катапульт и последующего рекуперативного торможения ими же в пункте назначения. Так как КПД электро- и гравитационных машин может быть практически произвольно близок к единице, то системой в целом энергия почти не расходуется. Рекуперированная энергия может использоваться для запуска кораблей в обратном направлении либо может быть передана обратно иными способами. А следовательно быстрые межзвёздные перелёты не только возможны, но и дёшевы. Единственная проблема – это тот факт, что система в пункте назначения уже должна быть колонизированна. Хотя при наличии зондов фон Неймана это не является проблемой.

[PostAlien]

Ну а торможение в космосе вряд ли возможно с рекуперацией энергии. Нечему взаимодействовать с системами звездолётов.
Придётся именно разворачивать дюзами вперёд и тормозить как разгонялись...

На самом деле нет. Мы можем тормозить о межзвёздную среду (газ). Использование для этой задачи магнитного парашюта тут уже не раз обсуждалось и такой способ торможения признан наилучшим. Конечно магнитный парашют в типичной конфигурации тормозит ничего не рекуперируя, аки поезд, в котором нажали на стоп-кран, рассеивая свою энергию по всей вселенной. Но нам необязательно действать таким образом.  Мы можем тормозить аккуратнее, сохраняя почти всю свою энергию. Например, существуют идеи дипольного двигателя Зубрина или SWIMMER'а. Обе концепции родились как попытка воплотить функциональный аналог Em-Drive'а в рамках конвенциональной физики. Они могут разгоняться до межзвёздных скоростей отталкиваясь от межзвёздной среды, как поезд отталкивается от рельс, а автомобиль от дорожного полотна, и за счёт этого достигать почти идеального КПД двигателя. И им не нужно ни грамма топлива. Кроме того, они разумеется могут тем же способом тормозить. И это гораздо проще – им для этого даже не нужна энергия. Более того, так как эти двигатели, как и обычные эллектродвигатели, обратимы, то их можно переключить на реверс и использовать для выработки электроэнергии из кинетической энергии звездолёта/набегающего потока межзвёздного газа, осуществляя тем самым рекуперативное торможение.

[Иван Моисеев]

Иван, а вы говорите!   Пять скачиваний!  Нельзя недооценивать людей!

Пять мало. Как говорил великий математик Й.Щвейк - надо 12.
"Так считать легче, да на дюжину и дешевле выходит".
И у Христа было 12 апостолов. Казалось бы - мелочь - а чего понатворили!
Одни крестовые походы чего стоят!
Но вы не там вербуете апостолов. Точнее - не на том языке. На языке пиявок и лягушек почти никто не говорит и ваша гениальность многим не понятна.
Вам надо переходить на англицкий. Апостолов - тыща будет, гарантирую.

[Алексей Николаевич.]

Проехали.

Это стрелочник виноват.

[alex_semenov]

Так как μ, υ и τ у нас константы, то мощность нашего пушечного двигателя (или удельная мощность ракеты, если пренебречь потерей массы) постоянна и не зависит ни от времени, ни от пройденного расстояния.

Я не понял зачем вы придумали такой сложный пример с пушкой (честно - не вник) что бы доказать ОЧЕВИДНУЮ НЕПРЕРИКАЕМУЮ ИСТИНУ.
Кто же спорит, что мощность ракеты при постоянном секундном расходе топлива и постоянной скорости истечения постоянна?
Это же банально очевидно из всем известного уравнения:



Всё абсолютно верно. Мощность (полезная) ракеты W тут постоянна! Она вообще постоянна везде. В любой системе отсчёта.

Ну а если считать "мощность ракеты" в системе отсчёта точки старта, то там при постоянном ускорении получится пропорциональность времени.

Стоп. Причём тут постоянное ускорение? Уракеты вообще то ускорение переменное. Оно линейно падает растёт  с расходом ракетной массы. В курсе?
Сила тяги - постоянна. А ускорение:



линейно падает растёт, значит на графике v(t) кривая будет иметь прогиб. Да и на L(t) - тем более.

Но какое нам дело до этой, по сути фиктивной, мощности? Мы же имеем дело с реальной мощностью двигателя на ракете, которая (мощность) не меняется и для идеально-волшебной не теряющей массу (прямоточной?) ракеты даёт ей постоянное ускорение.

Ну да, если масса не меняется. Я всё равно не могу понять ваше недоумение. Вашу коллизию. В чем вопрос? В чём ваш "внутренний парадокс"?

И если взять определение мощности из Википедии: скалярная физическая величина, характеризующая мгновенную скорость передачи энергии от одной физической системы к другой в процессе её (энергии) использования, то очевидно, что мощность двигателя на ракете (или [удельная] мощность ракеты в целом, если вам так угодно считать) действительно характеризует скорость передачи некоей запасённой в ракете энергии выстреливаемым из пушки на корме ядрам   А что характеризует мощность ("мощность"), посчитанная через скорость ракеты относительно точки старта, решительно непонятно.

Ага... Кажется доходит до меня. Хотя вы выражаетесь странно. Относительно точки старта это "мощность" которая РЕАЛЬНО пошла на увеличение кинетической энергии ракеты. Ракета выдала постоянную мощность W. Но у ракеты как ДВИЖИТЕЛЯ (вот это надо вкурить! это высшая абстракция) есть свой КПД явно меньше 1!
Еще и еще раз. Я не зря подготовил эту картинку:



Люди путают два КПД. ДВА разных КПД! Они вообще в них путаются.

Мне начинает представляться, что ув. Иван Моисеев прав и мощность, если не говорить конкретно о двигателях – действительно вредная величина, введение которой только запутывает и приводит к ошибкам 

Вот-вот! Иван тупо струсил. Он сам запутался в этих КПД и решил что лучше к ним не приближаться никогда!!!
 
Суть в чём? Любая система тяги (то что я пытаюсь называть кратким словом ПРИВОД) имеет всегда ДВИГАТЕЛЬ, то что извлекает запасённую энергию и превращает её в механическое движение и ДВИЖИТЕЛЬ, то что получая механическое движения от двигателя как-то передает движению судна, в его кинетичесую энергию К (если вы движетесь в привычной нам вязкой среде то вы при постоянной скорости эту кинетическую энергию движение тратите на преодоление сил сопротивления, то есть тупо тратите. В космосе это делать не надо. Там для равномерного движения ничего тратить не надо. Но там надо тратить на разгон и торможение. Здесь на земле тоже, но здесь эти затраты против сил инерции много меньше затрат на борьбу с вязкостью среды поэтому обычно никто на них особо не обращает внимание кроме железнодорожников, кораблеводилелей ну еще в авиации это важно, особенно в воздушном бою, размен потенциальной энергии на кинетическую и как быстро это можно сделать, скажем, в пикировании, это спасает жизнь истребителю).

Надо уяснить себе вот какую вещь. КПД двигателя, то что на рисунке у меня η₁ - это так называемый "термический" КПД. Тут обычно вспоминают о Карно. Это термодинамика (так как двигатели у нас почти всегда тепловые) и всякие там потери внутри. Это огромная сложная теория.
У автомобиля например:



Это из статьи 1966 года где нам обещают новый чудо-автомобиль с новым чудо-двигателем и показано насколько эффективней новый автомобиль по сравнению со старым. Зачем я себе сохранил эту картинку? Там написано в итоге - НА КОЛЁСА. Видите? 18% у старого и 31% у нового.
И непроизвольно предполагается (что недалеко от правды) что больше потерь нет.
Но это не так. Колёса  - это ДВИЖИТЕЛЬ автомобиля. И у движителя свой КПД<1. η₂ и какой он бывает это зависит уже не от двигателя (он своё дело сделал) не от термодинамики а от характера движения транспортного средства. И зависит очень необычно порой.
Да, колёса, как правило имеют КПД именно как движетель почти не отличимый от 1. На хорошей дороге без проскальзывания...  Но если мы перейдём к другим дижителям, то тут не всё так однозначно.
Ну, типичный пример привод морских судов. Знаменитые гребные колёса и винт Архимеда.



1843 год.  Поставлен натурный эксперимент. Два парохода, колёсный "Алекто" и винтовой "Раттлер"  с паровыми установками ОДИНАКОВОЙ МОЩНОСТИ W сцепили кормами и заставили тянуть каждый в свою сторону. Кто кого перетянет?
Вы разве не знали этой замечательной истории?

Винтовой параход уверенно победил колёсный.
То есть на движитель винт и на движитель гребное колесо поступила одинаковая мощность W. Но винт эффективней превратил это в движение своего корабля К' чем гребное колесо. Понимаете? Его эффективность η₂ оказалась выше чем у гребного колеса.

Еще сложней ситуация возникает в случае авиации. Знаменитый переход с поршневых истребителей на реактивные. Если вы вирпил и летали в Ил-2 на всех этих машинах эпохи вы своими руками чувствуете что винтовой самолёт куда МОЩНЕЙ первых реактивных (не в счёт ракетная "Комета" на перекиси водорода, это вообще убер!). Первые турбореактивные двигатели были заметно меньшей мощности W чем большинство поршневых истребителей. Если вы идиот и ввяжитесь на реактивном истребители в бой той эпохи с поршневиком (особенно на виражах) - вам почти гарантированный конец. У вас явно более слабый двигатель и вы - смертник.
Но как же так? А почему они летали быстрей поршневых?
А для этого надо исследовать кривые того самого КПД винта, как движителя и КПД ракетной струи (вот мы и подбираемся) как движителя. КПД винта наилучший в состоянии покоя самолёта (с места!) но с ростом скорости он падает и довольно резко (хотя не совсем так если учесть изменяемый шаг винта, но это сейчас не важно). А вот КПД ракетной струи (это и есть движитель)... да, он со скоростью растёт.  Поэтому ракетный истребитель, с хилым W двигателя долго разгоняясь по прямой выходит на скорости 700 -900 км/ч (и там даже лучше тянет! Когда Галанд попробовал Me-262 он этот чудо-эффект назвал "крылья ангела"!) А винтовой истребитель с в полтора большим W поршневого движка (у "студера" мотор в двое, Глеб Семёнович!!!) за 500-600 км/ч начинает слабосильному "свистку" сливать, потому что его винт тут - г-о-в-н-о полное! Отставать! Но если свисток потерял скорость до 300-400 км/с  и стал в вираж с винтовым истребителем - ему конец.
Не знали такой тонкости? А вы сядьте за джойстик в полном реализме "Ил-2 1946" и своими руками ощутите. Моделируется вся эта история там очень хорошо! Очень достоверно. За что фанаты и боготворят изделие Медокса (я с ним как-то на форуме поспорил по поводу надо ли открывать код его игры или нет, раз сам он ее больше сопровождать не будет, а будет делать новую игру)



То есть. Еще и еще раз. Не бывает транспортных средств без двигателя (даже на велосипеде двигатель - человек, а у парусника двигатель - вся атмосфера планеты) и движителя (колеса, весла, паруса, ноги, винта,  ракетной струи). То что передаёт количество движения транспортному средству.
НЕ БЫВАЕТ!
И каждый компонент системы имеет свой КПД<1. И если вы хотите учесть всё от начала (энергии в топливе) до конца (кинетическая энергия звездолёта), вы не должны терять из виду КПД движителя! Хотя про него практически никогда не вспоминают. Особенно ракетчики. Когда они считают эффективность ракеты, они ее, мудаки, считают от идеальной скорости по формуле Циолковского.
То есть Иван "прав". Он в когорте этих мудаков! "Палочки должны быть попендикулярны!" (с)
Так, например, они считают что ракета при выходе на орбиту теоретически должна разогнаться до 9.4 км/с, как ракета. По Циолковскому. А реально она разогналась до 7.9 км/с. Разница? А это потери. Гравитационные, аэродинамические, управления... Бла-бла-бла...
Но с точки зрения теории привода - это мудозвонство. Чистой воды. Когда я увидел это я не мог поверить. Ну традиции у них такие. Они сами себе на уме. Им узколобым с их проблемой за 10 минут достигнуть орбиты - так удобней.
 
Сложно?
Но понять можно. Если напрячься. Так вот. То чего вы не можете понять (да никто этому специально не учит даже в "ракетном ВУЗЕ") - это и есть проявление КПД ракеты или ракетной струи как движителя. Когда вы посчитали мощность струи W =Fu/2 - вы вычли уже потери двигателя η₁  и вам по-привычке кажется что всё! (и если взять формулу Циолковского то да, это и есть "всё"!)
Но нет! Это не всё! В самой формуле Циолковского и заложены потери ракеты как ДВИЖИТЕЛЯ (терминология не устоявшаяся). В формуле Циолковского нет термодинамики. Нет формулы Карно. Верно? А потери там уже заложены.

Еще раз. Ладно я - мудак, навыдумывал тут с три короба. Ну заблудился. Но вот вам кривая с американской вики:



Зайдите, не стесняйтесь! Убедитесь! https://en.wikipedia.org/wiki/Rocket Она там есть!
Не я ее рисовал! Хотя я рисовал вот это (и показал как это получено из эм-квадрат-на два и формулы Циолковского и больше не из чего):



Еще и ещё раз. Тут (я тычу в американский, более "надёжный" график) две кривых. Синяя - это МГНОВЕННОЕ КПД ракетного движителя. И он применим для любых таких. В частности в бою с винтовым истребителем тоже. Видите, КПД равен 1 (как у колеса без проскальзывания) если скорость истечения равна скорости полёта, струя всю W перекачивает в движение "свистка". Скажем скорость истечнеия 700-800 км/с. На старте (когда его скорось 100 км/с) он тянет еле еле. Но если он разогнался до этих 700 км/с  "свисток" прёт! На крыльях ангела! А "мустанг" как тот "студер" у Глеб Семёныча, "с движком вдвое" своим винтом на этих скоростях только лопатит воздух. Тупо-бездарно. Не тянет его винт на 700 км/с! Его КПД едва 50% если не 30... Понимаете? И "свисток" его только "дворами" КПД ракетной струи, на этих родных ему скоростях полёта, обходит! Со свистом.

А красная кривая - это уже ИНТЕГРАЛЬНАЯ кривая особого специального случая если ракета просто тупо в пустоте разгоняется (она лишь для ракеты в вакууме без гравитации при одностороннем разгоне до v). Но нам этот узкий специальный случай как раз и интересен. И мои кривые - это тоже эта интегральная кривые КПД ракетного ДВИЖИТЕЛЯ (еще и еще раз) в пустоте при одностороннем разгоне до v.
И вот они (мы добрались) реально сильно зависят от соотношения конечной скорости и скорости истечения.
Конечную скорость относительно чего меряют?
Относительно места старта. Там где она была в покое. Находясь на самой ракете вы можете тупо не знать свою мгновенную скорость. И она же, скорость, по отсечке (кончилось топливо) будет интегральной (характеристической). И сидя там вы тупо видите что ваш движок ровно выдает W в течении времени t, то есть сжёг нафик Q энергии и с кпд η₁  превратил это богатство в кинетическую (полезную) энергию отбрасываемой ракетной массы.
Но вот какая доля этой полезной энергии превратиться в итоге в кинетическую энергию ракеты (а относительно чего?) - это зависит от характера движения (есть гравитация? сопротивление?) и собственно, характеристик ракеты указанных в ф. Циолковского, то есть отношение v/u и массового числа Z.
Фух.
Устал я клавиши топтать. Не уверен что всё разъяснил...
 
Всё было бы проще, если бы я понял что вы понимаете неверно. В чём ваш заскок? Но я не до конца это понимаю. А заскок есть. Он у всех бывает. И это хорошо. Если вы пришли в своей голове к противоречию - вы на верном пути. Вас ждёт сатори, катарсис, разрешение, прозрение. Мудакам - всё всегда ясно. Умные всегда же чувствую себя мудаками. Как говорил Барон? Умный человек время от времени просто обязан вытаскивать себя из болота за волосы!

[alex_semenov]

Вам надо переходить на англицкий. Апостолов - тыща будет, гарантирую.

Может. Одна проблема. Недолюбливаю я англосаксов... Ну вот не по вкусу они мне, исконно г-усскому! Малахольные, что ли?  Хотя, некоторые знакомые говорят, что это я просто не умею вкусно их готовить.

Не только Фрейтас. Например, Дэвид Крисвелл в своей статье Solar system industrialization: implications for interstellar migrations (Кстати, вы её читали? Она опубликована в той же книге (Interstellar Migration and the Human Experience), что и статья "Быстрые корабли и скитальцы: два пути к звёздам" Джонса и Финнея)

Нет. Всю книгу мне не удалось найти. Вернее я забыл ее поискать-дёрнуть когда у меня некоторое время был открыт пиратский доступ к закрытым библиотекам.
Переводы я делал по найденым отрывкам (сейчас эти страницы вообще вроде не действуют).

А следовательно быстрые межзвёздные перелёты не только возможны, но и дёшевы. Единственная проблема – это тот факт, что система в пункте назначения уже должна быть колонизированна. Хотя при наличии зондов фон Неймана это не является проблемой.

Да ясно, что самое сложное - начать. А дальше... сама  пойдёт, сама пойдёт!  Эх дубинушка ухнем!

[PostAlien]

Нет. Всю книгу мне не удалось найти. Вернее я забыл ее поискать-дёрнуть когда у меня некоторое время был открыт пиратский доступ к закрытым библиотекам.
Переводы я делал по найденым отрывкам (сейчас эти страницы вообще вроде не действуют).

Есть же libgen... Вот вам ссылка на книгу. А конкретно статью Крисвелла я вообще в открытом доступе на Google Books нашёл. Почитайте, там много интересного.

[PathFinder]

Стоп. Причём тут постоянное ускорение? Уракеты вообще то ускорение переменное. Оно линейно падает с расходом ракетной массы. В курсе?
Сила тяги - постоянна. А ускорение:



линейно падает, значит на графике v(t) кривая будет иметь прогиб. Да и на L(t) - тем более.

Если знаменатель убывает, то частное возрастает.
Вы репортажи с космических запусков конечно же видели. Ускорение ракеты со временем растёт, а не убывает.

[Инопланетянин]

Да, колёса, как правило имеют КПД именно как движетель почти не отличимый от 1. На хорошей дороге без проскальзывания...

Если резиновые, то резина мнётся и это отбирает немало энергии, из-за ямок на не очень хорошей дороге подвеска забирает свою часть. Лучше всего железные колёса на рельсах. Из-за жёсткости и колёс и опоры, действительно, КПД приближается к 1. Но рельсы ещё проложить надо.

Одна проблема. Недолюбливаю я англосаксов... Ну вот не по вкусу они мне, исконно г-усскому! Малахольные, что ли?  Хотя, некоторые знакомые говорят, что это я просто не умею вкусно их готовить.

+100500! К тому же отберут приоритет у русского и сами сделают.

[petrovich1964]

Свет это волна, а волна имеет свойство расходиться.

[alex_semenov]

Если знаменатель убывает, то частное возрастает.
Вы репортажи с космических запусков конечно же видели. Ускорение ракеты со временем растёт, а не убывает.

Да, разумеется. Я оговорился. Чистая оговорка. ПАДАЕТ масса. А ускорение, разумеется РАСТЁТ. Кривая на графике с прогибом, а не с горбом. В начале ускорение ниже, дальше больше.
Спасибо. Я исправил в тексте.
Это то, что Татьяна Савельевна (отличный преподаватель физики у меня на ПО в ХАИ) с иронией называла, что у Семёнова мысли бегут впереди слов. Я же дислексик в лёгкой форме и я думаю образами, слова идут вдогонку и мне некогда их, порой, приводить в порядок. Главоне - прорваться к основному. Детали позаботятся сами о себе. Это не плюс ни минус. Это особенность. Фича.

Да, колёса, как правило имеют КПД именно как движетель почти не отличимый от 1. На хорошей дороге без проскальзывания...

Если резиновые, то резина мнётся и это отбирает немало энергии, из-за ямок на не очень хорошей дороге подвеска забирает свою часть. Лучше всего железные колёса на рельсах. Из-за жёсткости и колёс и опоры, действительно, КПД приближается к 1. Но рельсы ещё проложить надо.

Ага. Спасибо. Нюансы очевидные, но мне как-то не приходило в голову их вспомнить (а это надо). А ведь действительно. Если вы едите на велосипеде на хорошо накаченных и плохо накачанных шинах, вы чувствуете разницу буквально своими мышцами. У меня велосипед сборный, типичный "горник" (всякие там рама "команче" ну и т.д.) но колёса узкие. Трассовые. Увидел я его, сел, проехался и понравился он мне. Купил. Когда я с товарищами, у которых традиционные "горники" с более широкими шинами (это мода была такая) езжу по трассе, то я всегда сачкую. Я идя сзади и вижу что они крутят чаще и надрываются больше чем я. Да, если съезжаем на песок, я должен сбросить все передачи как можно быстрее иначе начинаю там вязнуть сразу. А их покрученные "горники" еще десяток метров гребутся... но всё равно в итоге тоже вязнут. 
Неровная дорога и активно работающие амортизаторы на ней - еще один тонкий нюанс. Конечно (и пример ЖД рельс - очень уместен)! Амортизаторы это несомненно часть ДВИЖИТЕЛЯ. И ямы, колдобины, неровности раскачивают транспортное средство и отбирают энергию даже на абсолютно горизонтальной дороге. Амортизатор рассеивает ее. Кстати, если уж влезать в нюансы, то на схеме выше из журнала за 1966 год с КПД автомобиля, так вот 1-3% потерь в трансмиссии, дифференциале и коробке скоростей в особенности, это тоже УЖЕ движитель, элементы движителя (механизма получения количества движения), и потери там - это, строго говоря, потери уже в движителе.

Свет это волна, а волна имеет свойство расходиться.

Разумеется. И реализовать схему такого резонатора (что бы свет не диссипировал, оставался в канале) если и можно, то не так то и просто. Было бы просто, с этой схемой носились бы как с идеальным межзвездным приводом. Забыли бы о всех других нафик! А так, это красивое умозрение, и только.

Нет. Всю книгу мне не удалось найти. Вернее я забыл ее поискать-дёрнуть когда у меня некоторое время был открыт пиратский доступ к закрытым библиотекам.
Переводы я делал по найденым отрывкам (сейчас эти страницы вообще вроде не действуют).

Есть же libgen... Вот вам ссылка на книгу. А конкретно статью Крисвелла я вообще в открытом доступе на Google Books нашёл. Почитайте, там много интересного.

Ага, спасибо! Скачал. Хотя мне сейчас это не актуально, но по оказии поищу там знакомые буквы... Тоже своего рода эпохальная вещь. В смысле подведения  фундамента под те слова Карла Сагана в "Странниках", которые тут постепенно стали "символ веры" и вечного и яростного холивара космофилов с землефилами.

[alex_semenov]

По-утру, как я уже говорил, надев сапоги на свежую голову, мне пришла кристально ясно вот какая дополнительная мысль к лекции о движителях.

Когда я склеивал эту картинку, я просто хотел добавить чуть-чуть юмора. И пиратский вертолёт-велосипед с ручным приводом просто показался мне неплохим для демонстрации чем движитель отличается от двигателя. Хотя мелькнула мысль, что винт вертолёта не чистый движитель. Он еще и несущий. И движителем он становится лишь при наклоне вертолёта вперёд и появления горизонтальной составляющей  от вектора подъемной тяги.



Но сейчас я подумал вот о чём. Вертолёт при всей сложности найти у него движитель отдельно от несущего крыла (вртолёт это аппарат с подвижным несущим крылом) способен зависать. И вот тут возникает вопрос. А когда вертолёт висит, как же так получается, что двигатель расходует топливо, то есть прикладывает немалую мощность W к движителю, а сам аппарат не ускоряется, вообще не движется! То есть КПД всего привода, всей системы тяги в целом =0.
То есть, строго:

η₁ η₂ =0

Как же так получается? Уравнение Сади Карно, про кпд тепловой машины...



...ревёт лопатками турбины, надрывается, или стучит-лопатит поршнями и η₁ НУ НИКАК не может =0!
Верно?
Но результат нулевой! Так как же решить парадокс?
А решается просто. η₂ =0. Условия работы движителя таковы, что вся энергия двигателя растрачивается в пустую. На висение. Стояние на месте.
Что замечательно тут (почему я бросился к клаве это вам донести)?
Мы же знаем еще один тип тяговой системы, которая может точно так же как вертолёт шипеть и клокотать всеми своими дюзами но висеть на месте.
Ракета!
Ракета в режиме зависания. Тот же "Орёл" над Луной или пепелац Маска перед касанием земли.
Представьте себе. Ракета неподвижно зависла над поверхностю планеты. Ее двигатель расходует в секунду сколько-то там кг ракетной массы, скорость истечения постоянна. Тяга равна местному весу ракеты (да висеть неподвижно сложно ибо вес ракеты меняется и надо тягу дроссерировать вслед за этим). То есть ракета неподвижна.
Но мощность то в ракетную струю поступает! W =Fu! И немалая!
А куда же она в итоге исчезает БЕССЛЕДНО?
Она бесследно исчезает в ДВИЖИТЕЛЕ. В ракетном движителе. Условия работы движителя такие, что его кпд, η₂ =0
Ну логично же?

То есть, люди которые высчитали ТОЛЬКО термический КПД двигателя, и считают, что этого достаточно, чтобы всё полезное понять пор КПД ракеты - недоучки.
Вот тут например:



или вот я прикидывал КПД современных ЖРД (в силу методики сам КПД, названный тут k - по горизонтальной оси):



Да, тут - это и есть тот самый "термодинамический"  η₁. Но по-сути он не имеет никакого отношения к еще одному "траекторному" КПД η₂ ракетного движителя, который зависит от условий полёта и выбранного Z, что  мы тут и пытаемся поймать, оптимизировать, выбирая на дистанции перелёта оптимальную скорость u истечения и запас топлива чтобы снизить время перелёта (плюс, разумеется участок инерциального полёта 1-x, который тоже траекторный фактор). А со временем мы еще и ступени добавим! И это тоже фактор! Еще какой (как выясняется)! Но к термодинамике и и процессам в двигателе, к η₁ это не имеет никакого отношения!
И единственное что нам нужно для связки двигателя и движителя - это самый жёсткий и консервативный параметр -  мощность W или (что бы не тараканить в расчёты ненужные пока нам конкретные массы) удельная мощность w.

И так. Мысль, которую я тут пытаюсь втемяшить всем.
ТРАДИЦИЯ приучила нас считать один единственный КПД. Тепловой, η₁. Для двигателя (ибо мы ездим тут по земле на колёсах, КПД которых, колёс, почти не влияет на расход топлива). Но это не так. Всегда есть "забытый" второй, "теневой" КПД движителя, который может быть незаметным ибо почти равен 1, а может вообще все усилия двигателя (труды-старания) списать в 0, как у зависшего над землёй вертолёта или ракеты. КПД движителя очень переменный и требует для расчёта совсем другой математики чем КПД двигателя.

Поэтому, люди, которые думают что есть единственный КПД, с которым надо иметь дело, КПД двигателя - это или просто пока молодые и глупые, необразованны, или старые упертые кретины упрямцы.  Ни на кого не хочу указывать пальцем, но это был... слонёнок! 

[Rattus]

Мы же знаем еще один тип тяговой системы, которая может точно так же как вертолёт шипеть и клокотать всеми своими дюзами но висеть на месте.

Скелетное мышечное волокно. См. лекции по физике Р.Ф. Фейнмана.
И там и там это - плата за маневренность.

[alex_semenov]

Мы же знаем еще один тип тяговой системы, которая может точно так же как вертолёт шипеть и клокотать всеми своими дюзами но висеть на месте.

Скелетное мышечное волокно. См. лекции по физике Р.Ф. Фейнмана.
И там и там это - плата за маневренность.

Ратус, и вы хоите плюс за интересное замечание? Вы модератор. Эцелоп -"Плохой человек". Вам не положено по статусу! Но я сегодня добрый и раздаю всем. 
Да, спасибо.
Интересное дополнительное замечание, если мы уже хотим увидеть "картину маслом", так сказать, окинуть всё поле решений.
Так, на  уже показанной картинке выше, ...



У вертолёта очень неприятная кривая из всех леталок (вязкая среда - самая мягкая, воздух). Верно? Больше всех жрёт! Хотя у аппарата на воздушной подушке, АВП, тоже динамика хреноватая. И заметьте, оба типа транспортных средств АВП и вертолёт - способны зависать (экраноплан - не может хотя похож по стилю полёта на АВП). То есть наиболее манёвренные - наиболее прожорливые на потребляемую мощность. Наверняка, если бы мы сделали какой-нибудь махолёт, то и для него была бы такая "неприятность". И чем манёвренней будет такой аппарат (цель такого махолёта может быть лишь одна - превзойти вертолёт по манёвренности) тем больше будет плата.



Колибри, райская птичка - наиболее манёвренный летательный аппарат из всех придуманных природой (ну может стрекоза еще? стрекозы в своё время - суперхищники планеты были, лучше всех питались, значит). И расплата за это недетская. Колибри так много потребляют энергии что вынуждены питаться самым калорийным топливом - цветковым нектаром.



Ничто не даётся даром. Это основной урок природы-матери (той самой с огромными грудями и толстым животом, неолитической Венеры). 
Шагающий движитель - далеко не самый лучший (сядьте на велосипед или даже станьте на лыжи, ваша скорость при тех же затратах возрастёт в трое!) Хотя двигатель у живых организмов будь здоров! До 70% эффективности! Но вот движитель (как смеялся Лем в Голем XIV, рычаги и костыли)- с низким кпд. Но он наиболее проходим и манёвренный, что для выживание важней. И человек (как и вертолёт при увеличении скорости движения) при беге расходует куда больше энергии чем при ходьбе, потому что при беге его центр тяжести перемещается вверх-вниз больше. То есть эффективность движителя заметно падает.



Хотя бипедальный бег, по идее, наиболее энергетически выгодный из всех видов бега в природе (это в своё время сделало динозавров доминантами биосферы, хотя у них тип бега - иной, там балансирующий хвост). Именно бипедальность сделала человека особым загонным хищником (бушмены загоняют антилоп сутками их преследуя ту измором).
Если вы когда-либо ходили долго под грузом (Спортивный туризм в горы или тайгу) то вы очень быстро (через пару дней) выработаете особы, пружинистый шаг, который, если вы и "на гражданке" так будете ходить выдаст в вас бывалого туриста.
Я видел изобретение, рюкзак на салазках, который двигается маятников вверх-вниз при ходьбе, по-сути заставляя человека переходить на такой экономный маятниковый шаг.
И да, самое главное.
Я терпеть не могу долго  стоять на одном месте (например в очереди). Я лучше буду ходить туда-сюда ожидая жену под магазином. Наиболее мучительные минуты в армии - это бесконечное стояние в строю на плацу пока отцы-командиры там бегают и получают указающую-пилюлину... Такое бывало часами. Стоять на самом деле человеку тяжелей чем ходить. Поэтому, если есть возможность, он сядет или ляжет вообще. При стоянии у человека на балансирование своего положение напрягается больше мышц чем при ходьбе (расходуется ли больше энергии при этом - не знаю). То есть человек как и вертолёт в неподвижном положении расходует "топливо" и немало. Зато манёвренный! Хрен еще в в иного попадёшь, даже кулаком с близкого расстояния!

[Иван Моисеев]

Может. Одна проблема. Недолюбливаю я англосаксов...

Это закономерно.
Если в детстве в человека активно вдалбливают интернационализм - получат нациста.
К гадалке не ходи.

[alex_semenov]

Может. Одна проблема. Недолюбливаю я англосаксов...

Это закономерно.
Если в детстве в человека активно вдалбливают интернационализм - получат нациста.
К гадалке не ходи.

По рельсам ездите? Как любимые в детстве паровозы? Вперёд-назад только? Не то что бы вверх-вниз, но даже вправо-влево - ни-ни?!

Объсняю еще раз (хотя как можно объяснить папуасу почему самолёты летают и крыльями не машут?)
Я стоик-эволюционист, а потому антиглобалист.
Англосаксы - классные ребята (сами по себе). Если бы всему миру не навязывали своё "бремя белого человека"... цены им бы не было!
Но вот язык у них - гов-но, как на мой вкус (никогда не мог вкурить, я же - дислексик!) и буквы их говняного алфавита - только распустить на алгебраические символы. Главное. Не тот стиль мысли совсем! Начать на нём говорить - начать думать как они. В рабство попадёшь "белым негром". Не! Не хочу. Хотя сейчас "балакать по-ихнему" не обязательно. Я пробовал. Отлично получается через переводчик с ними общаться, шутить, спорить. Я нашёл метод (двойной перевод своего текста и итерационная правка). Именно на технические темы. Мы обсуждали ядерное оружие и глубоко, с самим Кэрри Сабблетом чуть-чуть схлеснулся. Но это очень трудозатратно. Раза в 4-8 сложней чем тут переписываться. Устаю сильно я в теле такого аватара. И надо постоянно под них придуриваться (не дай бог наступить где!) Так парни вроде неглупые, но тупые они в своём тщеславии. Не та ЦИВИЛИЗАЦИЯ! Понимаете?



Да ну нах, такую игру в индейцев! Сильно погружаться нельзя! И это я еще бабу себе там не завёл! Засасывает же... Родину любить могут не только лишь все! (с)


Вот вся моя переписка на Reddit за  пару месяц-полтора эксперимента.

[Иван Моисеев]

По рельсам ездите? Как любимые в детстве паровозы? Вперёд-назад только? Не то что бы вверх-вниз, но даже вправо-влево - ни-ни?!

Вам явно не приходилось бегать ночью по крышам вагонов скорого Москва-Ясиноватая...

[alex_semenov]

Вам явно не приходилось бегать ночью по крышам вагонов скорого Москва-Ясиноватая...

Бог миловал. Перегон был далеко мы туда ходили гвозди плющить (но можно было нарваться на местных пацанов и тогда...) Но зато всё детство я провёл на деревьях коих было много вокруг и они были высокие и ветвистые (когда сносили частный сектор и застраивали район, старые деревья старались сберечь, целый сад оставили в 15-й школе, через забор). Обожал лазить, там сидеть раскачиваясь,  и на спор кто выше лазили... Кстати, а как вы в спелеологи попали? Что потянуло вас в недра то?
Хотя да. Подвалы и крыши - это было "наше всё!" Когда рядом построили, но не заселили первую брежневску девятиэтажку (и мы получали в ней новую квартиру к 60-и-летию Великого Октября) мы на ее крыше одно время дневали и ночевали. Я пошёл на разведку и привёл весь двор туда. Высота и панорама просто восхищала сама по себе! Но запретный мир подвалов был раньше. И это был особый мир...

[Инопланетянин]

А когда вертолёт висит, как же так получается, что двигатель расходует топливо, то есть прикладывает немалую мощность W к движителю, а сам аппарат не ускоряется, вообще не движется!

Ну почему же не ускоряется? Ровно 1g. И ракета так тоже может. А то, что его и вниз тянет с таким же ускорением это уже другой вопрос.