Супермаховик.

[sergesv]

А здесь я так понял чистый гиромобиль.
Gyroscopic Covered Cycle Prototype - Hover and Glide on in-line wheels

И "краш-тест", хук справа-слева правой ногой.

Prototype Gyro Motorcycle Beatdown

[av-master]

sergesv потрудись хоть тему с начала прочитать. там уже все это есть .  даже гиро тягач.

[PeaceHaver]

      Да, Господа!
   Эта, знаменитая тема- ДОЙНАЯ КОРОВА ГУЛИИ , за полвека нарожала массу диссертантов-
учёных мужей-пожирателей бюджета, но ни одного жизнеспособного  телёнка- опытного образца МАХОМОБИЛЯ, способного выехать на дороги  Москвы.

    Да, за полувековые затраты на содержание этого выводка учёных , во главе с создателем,
  можно было давно построить мощный завод электромобильных аккумуляторов и дать жизнь
Отечественному Электромобилестроению!
    Вот ОНО, НАСЛЕДИЕ ПРОКЛЯТОГО ПРОШЛОГО,  КОГДА УЧЁНЫЕ ? , ПОЛУЧАЮТ ЗАРПЛАТУ НЕ ЗА РЕЗУЛЬТАТЫ СВОЕЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, А ЗА  ФАКТ ПОЛУЧЕННОГО ЗВАНИЯ. ( или даже купленного)
  И ПОЖИЗНЕННО!

Оригинальную схему гибридного силового агрегата с маховичным накопителем и электромеханическим приводом предложила, изготовила и испытала фирма "BMW" (Германия). Несомненным преимуществом данного технического решения является наличие только одной электромашины, что снижает массу и приближает его к автомобильным схемам (рис. 1.1). Тип маховика фирма "BMW" в отчете не уточняет, поэтому используемый накопитель условно назван просто «маховичным».

© гугль

[sergesv]

Здравствуйте.
Подскажите, есть два абсолютно одинаковых маховика по размерам и материалу, но разного диаметра скажем 0.5м и 0,2м.
Количество об/мин до разрыва у них будет одинаковым или разным?

Благодарю.

[nikvic]

....есть два абсолютно одинаковых маховика по размерам и материалу, но разного диаметра скажем 0.5м и 0,2м.

Где такие бывают?
Если они подобны (одинаковой формы), то бОльший порвётся раньше (механическое напряжение пропорционально обороты^2 * R).

[av-master]

+7кг чугуна и никакого мошенничества. можно развивать )) например электро передачей.
Гениальная доработка велосипеда

[No666Va]

Тем не менее, у супермаховиков проблем не нет... Первая, и главная - трансмиссия. Электрогенератор в закрытом с маховиком кожухе - не лучший вариант, хотя он чаще всего рассматривается.

Почему? Электрогенератор без сердечника будет, а в воздухе нет гистерезиса, а значит и потерь на перемагничивание. На таких скоростях сердечник ненужен для катушек, там будут киловатты сниматься запросто.

Вторая, для транспорта, это опасность. Да, Гулиа в своих книгах писал про абсолютную безопасность намотанных маховиков при разрыве внешних волокон, но мне доводилось видеть валы в 100 мм диаметром, "срезанные" обычным, не супер, маховиком. Т.е. если что-то заклинит, эта вращающаяся болванка срежет вал и... проявит свойство маховика быстро отдавать энергию в полном объеме Примерно то же произойдет и при повреждении кожуха (авария).

Вал не заклинит он в воздухе подвешен на электромагнитах.

Кстати, раз мы тут говорим о транспортных средствах, не могу не помянуть закон сохранения импульса - если маховик по каким-то причинам заклинит, его вращательное движение передастся всему гиромобилю (или что у нас там), причем если это случится на скорости...

Не передастся. Маховик закреплен не на шасси, а на подвесах. Его просто вырвет из автомобиля и он улетит вместе с корпусом маховика. Опасно конечно, но как и езда на авто в целом, с такой же вероятностью может камаз или еще ктото въехать. Так что опасность это не увеличивает, если произошло ДТП то наоборот хорошо что этот агрегат улетит подальше забирая с собой часть энергии. Формула-1 потому  и разваливается чтобы все отвалившиеся детали забрали с собой энергию, а не передали ее кузову и водителю.

Здравствуйте.
Подскажите, есть два абсолютно одинаковых маховика по размерам и материалу, но разного диаметра скажем 0.5м и 0,2м.
Количество об/мин до разрыва у них будет одинаковым или разным?

Благодарю.

Разным. 0.2м можно раскрутить до бОльших радиальных скоростей. Скорость при которой разорвет маховик определяется пределом прочности на растяжение для хрупких материалов (стекловолокно) или пределом текучести для не хрупких материалов (сталь). Есть простая формула для подсчета для внешнего витка, так как он первым разорвется, которая зависит только от плотности и угловой скорости. Для стекловолокна например предельная окружная скорость порядка 1600 м/с при пределе прочности 4595 МПа и плотности 1.8 г/см3. Тоесть такой маховик диаметром 0.5м можно раскрутить до 60.000 об/мин максимум, где внешний виток будет двигаться с линейной скоростью как раз 1600 м/с, но нужно учитывать еще коэффициент запаса. А маховик диаметром 0.2м из того же материала можньо раскрутить до 150.000 об/мин

Маховик внешним диаметром 0.5м и внутренним 0.3м (нет смысла делать его цельным так как внутренние области добавляют много массы и накапливают мало энергии) раскрученный до 50.000 оборотов (60.000 максимальные, 20% запас прочности, хоть и маловато конечно) и высотой 0.5м будет иметь массу 113 кг при плотности волокна 1.8 г/см3 и обладать энергией 18,3 кВт*ч (можно проехать на махомобиле 100-150км, а для дальних поездок иметь дизельгенератор в багажнике). А удельная энергоемкость 160 Вт/кг, что превосходит автомобильные аккумуляторы в 2 раза. Для углеволокна показатели еще лучше, но оно стоит запредельно дорого. сотня килограмм этого волокна будет стоить десятки тысяч долларов, зато прочность уже н 4.5 ГПа, а 20 ГПа тоесть уже в 10 раз больше аккумулятора энергоемкость, поэтому химические источники тока и бесперспективны, в 10 раз энергоемкость уже не повысить и они пришли к своему логическому пределу.

[sergesv]

   Скорость вращения при разных диаметрах маховика до разрыва, разная  -  но энергия запасаемая маховиком будет одинаковой (при одинаковой массе (100кг) и материалах (стекловолокно)) .
 
  Энергозапас -  d0,5м;60000об/мин  ==  d0,2м;150000об/мин   

Значит за счет увеличения диаметра маховика уменьшается скорость вращения, без потерь в энергозапасах.
  Всё верно???
 
PS. d1м;30000об/мин ==  d0,2м;150000об/мин ==  ~100км

[No666Va]

Значит за счет увеличения диаметра маховика уменьшается скорость вращения, без потерь в энергозапасах.
  Всё верно???

Нет, это не верно маховики одинаковой массы и материала могут иметь разную энергию в зависимости от геометрии. Например маховик внешнего диаметра 0,5м и внутреннего 0,46м при высоте 0,5м будет иметь массу 27кг (плотность 1.8г/см3) и максимально запасет 8.88 кВт*ч энергии. А маховик диаметром 0,2м цельный и высотой те же 0,5м будет иметь массу 28кг но энергии максимально запасет 4,97 кВт*ч энергии. Это связано с тем что энергоемкость внешних слоев выше чем внутренних, ведь внешний диаметр вращается на пределе, а внутренние в силу целостности материала вращаются с той же скоростью что и внешний слой, тоесть не добирают энергии. Поэтому более энергоемким маховик будет если это очень тонкостенный цилиндр. А изменяя высоту этого цилиндра можно добавлять емкости пропорционально. А диаметр выбирается в зависимости от параметров необходимых, таких как предельные скорости вращения или габариты устройства, после чего добирают высотой. Что вобщем и нашло воплощение у Beacon Power. Они делают маховичные стационарные накопители в виде полых цилиндров высоких. Либо невысоких цилиндров полых но бОльшего диаметра. Тоесть это габаритами установки определяется, если позволяется большой цилиндр габаритами помещения, то можно невысоким сделать или вообще кольцевым. Если ограничены в горизонтальных размерах, то он наращивается вверх.

PS: Говоря по простому изменение высоты маховика не влияет на его удельную энергоемкость. Чем тоньше цилиндр тем больше его удельная энергоемкость. Поэтому метровый маховик может накопить меньше энергии при той же массе если он будет пропорционально толще чем 20 сантиметровый (обод консервной банки обладает практически максимальной удельной энергоемкостью перед цельной болванкой той же массы, разница будет в разы). И наоборот. Ободок из стекловолокна толщиной в 1 милиметр будет иметь удельную энергоемкость 350 Вт*ч/кг тогда как аккумуляторы имеют порядка 80-120 Вт*ч/кг, разница колоссальная. Но такой ободок консруктивно невозможен, цилиндр будет более толстым в силу объективных причин.

[sergesv]

 No666Va     Маховик внешним диаметром 0.5м и внутренним 0.3м (нет смысла делать его цельным так как внутренние области добавляют много массы и накапливают мало энергии)

Цитата из книжки  Гулиа:
"Однако потом точные расчеты показали, что выгоднее помещать массу не дальше от центра, а, наоборот, ближе к центру, вследствие чего появились маховики, тонкие по краям и утолщающиеся к середине, – диски «равной прочности». Как это ни удивительно, но энергии они могли накопить в два раза больше, чем обод со спицами, и в три раза больше, чем гончарный круг, при той же массе маховика."

Меня интересует где больше будет накапливатся энергии: там, где просто намотать стекловолокно (20кг) на вал, что технически проще или нужно делать обод  со спицами d0,5м что конечно труднее и мотать те же 20кг стекловолокна  ??

[No666Va]

вследствие чего появились маховики, тонкие по краям и утолщающиеся к середине, – диски «равной прочности».

Это немного о другом) Я говорю про УДЕЛЬНУЮ энергоемкость. Тоесть энергию в единице массы. Еслественно чтобы накопить больше энергии нужно сделать тяжелее но УДЕЛЬНАЯ энергия (тоесть на единицу массы будет низкая), сравнимая с химическими источниками тока. Но накопит он больше, так как тяжелее. Вот и все. Мы о разных вещах говорим.

PS: Накапливаться будет в более тяжелом маховике больше энергии. Если его сделать в виде обода то вы накопите столько же энергии используя меньше массы как если бы просто намотали на вал. Если для вас не принципиально количество использованной массы то конечно нужно просто на вал намотать, это будет не эффективно просто и сравнимо с кислотным аккумулятором, тоесть смысла особого нет в таком устройстве. Диск равной прочности компенсирует ненагруженность внутренних радиусов их увеличенной массой. А внешний слой максимально нагружен, но меньшей массы. Если 20 кг стекловолокна намотать на вал то маховик накопит меньше энергии по сравнению с кольцевым. Энергия маховика определяется его массой, размерами и скоростью вращения. Больше ничем. Разные размеры маховика дают разные энергии для одной и той же массы. А скорость вращения ограничивается плотностью и пределом прочности на разрыв. Больше ни от чего не зависит энергоемкость. И именно строго следуя этой формуле энергия увеличивается при приближении внутреннего диаметра к внешнему, за счет увеличения момента инерции. Максимальный момент инерции будет у бесконечно тонкого обода, становясь тоньше он теряет массу, а следовательно и энергию, массу можно вернуть на прежний уровень увеличив высоту обода уже не влияя на момент инерции.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%CC%E0%F5%EE%E2%E8%EA формулы для расчета энергии маховика.

Вот современный супермаховик. Ободок уввеличенной высоты (черного цвета), не кольцо и не цельный и никто и не думает их такими делать. В идеале он был бы еще тоньше и еще длиннее, но это уже конструктивные сложности возникнут, а этот вариант золотая середина.


А вот у Бикон Пауэр схема еще ближе к идеальному варианту, синим цветом материал маховика. Еще тоньше и еще длиннее, это просто из формул следует все. Главное разумные пределы соблюдать. Понятное дело маховик скажем толщиной 1 миллиметр и высотой 45 метров никому не нужен, но он был бы еще эффективнее теоретически, на практике он бессмысленный просто.

[sergesv]

  Благодарю, за подробные разъяснения, стало более понятно с чего начать практическую реализацию маховика.
Сколько не искал никого не нашёл кто бы практически занимался маховиками кроме Гулиа, хотя б какие то эксперименты, видео, на youtube тоже ничего нет. Хотя бы заснять парочку видео в хорошем качестве с раскрученым маховиком с подробными данными, а то всё только старая информация перепечатывается.

[av-master]

моделирование в солиде например Вам прояснит еще больше.

[Sergeus]

Прочитал у Гулиа:
Каждый материал для супермаховика способен выдержать лишь определенную окружную скорость (скорость на самой отдаленной от центра точке обода). При этом, оказывается, никакого значения не имеет диаметр супермаховика – так распорядилась природа. А прочность материала следует повышать пропорционально квадрату скорости; в том же соотношении будет возрастать и энергия.

Странная фраза, либо я чего то не понял. Я же всегда думал так.
Чем больше диаметр маховика тем большую окружную скорость он может иметь не разрываясь. То есть маховик диаметром 3 метра, может накопить больше удельной энергии чем маховик 0,3 метра, так как скорость (скорость на самой отдаленной от центра точке обода) может быть выше до разрыва. Понятно с количеством оборотов все строго наоборот.
Для примера возьмем искусственные спутники земли, (первая космическая )окружная скорость 8 км в сек, достаточно лишь для противодействия силе земного тяготения, в то же время не один маховик такую окружную скорость не выдержит, так как разрывные силы (центробежные) при таких малых диаметрах маховиков колоссальны.

Чем же распорядилась природа?

[i]

Сомневаюсь, что Гулиа ошибся. 
Но если хотите разобраться, попробуйте самостоятельно вывести формулы.
Спутники летают с одной скоростью, а орбиты разные. Самые высокие геостационарные, там спутник вообще "висит".

[Sergeus]

Вращательное движение
http://www.prosto-o-slognom.ru/fizika/14_vrashenie.html

Fц =  mV2/R

Fц - центробежная сила
V - окружная скорость
R -радиус

[nikvic]

Вращательное движение
http://www.prosto-o-slognom.ru/fizika/14_vrashenie.html

Fц =  mV2/R

Fц - центробежная сила
V - окружная скорость
R -радиус

Для маховиков стандартная задача - раскручивание проволочного кольца. Предельная скорость из  V^2*плотность=прочность (вариация на тему скорости волны вдоль струны  ). Поэтому удельная энергоёмкость (Дж/кг) считается как прочность/плотность/2.
Например, для стали 100кГс/мм2 получим ~1000*1000000/8000/2~40 000Дж/кг, или 10вт*ч/кг.
В 10 раз хуже лития....

[i]

...
Fц =  mV2/R

Fц - центробежная сила
V - окружная скорость
R -радиус

m -масса тела. То есть Fц зависит от массы тела, а "первая космическая" не зависит.

где M — масса планеты, G — гравитационная постоянная (6,67259·10−11 м³·кг−1·с−2), v₁— первая космическая скорость, R — радиус планеты.
По телику мы видим, что МКС и потерянный космонавтом гаечный ключ двигаются с одной скоростью и по одному радиусу. Но как такое возможно, ведь у них разное Fц, массы-то несопоставимы?
Парадокс или не все формулы приведены?