¿Cómo utilizar mejor mi hipotético "Heavenium" para la propulsión de aeronaves?

motor Heavenium

Tome una rueda de agua ordinaria. No hay agua. Coloque un trozo de Heavenium debajo de un lado de la rueda. El lado sobre el Heavenium se volverá más claro y la rueda girará. Utilice este motor Heavenium para propulsar hélices. Problema resuelto.

Tenga en cuenta que el mismo principio se puede utilizar para accionar tornos, molinos, telares mecánicos, máquinas de hilar, etc. Los motores Heavenium impulsarán una ferviente revolución industrial.

Después del descubrimiento del Heavenium, su sociedad no seguirá siendo preindustrial por mucho tiempo.

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       heavenium

Si baja el Heavenium debajo de su góndola después de alcanzar la altura, comenzará a hundirse y luego podrá deslizar su aeronave si tiene alas. Luego levante el Heavenium nuevamente para ganar flotabilidad y se levantará nuevamente. Puedes cambiar tus alas para que te deslices mientras te elevas y te deslizas cuando caes. Sigue haciendo esto y avanzarás hasta que la energía térmica se convierta en energía cinética en la atmósfera y habrás viajado.

Heavenium niega una fuerza (los efectos de la gravedad) pero no genera ningún empuje en sí mismo y, por lo tanto, no puede usarse para la propulsión.

Puede ser difícil trabajar con el radio de efecto de 10 m dependiendo de las dimensiones y la distribución de masa de su aeronave y la cantidad necesaria para tener el efecto. Por ejemplo, algo del tamaño del Graf Zeppelin tendría 236 m y 33 m de altura y necesitaría trozos de Heavenium distribuidos en una cuadrícula de 10 m a lo largo de la estructura del avión. Estos trozos variarían en tamaño dependiendo de la distribución de masas; las partes más ligeras de la aeronave solo necesitarían trozos más pequeños. Sería necesario explicar cómo se accede a estos trozos en varios lugares incómodos del fuselaje para que puedan calentarse. (Regresando brevemente a la propulsión, en realidad es bueno que Heavenium no genere empuje o las ubicaciones en el fuselaje también tendrían que soportar carga).

En cuanto a la conservación de la energía, valdría la pena hacer un cálculo rápido utilizando la fórmula de la energía potencial almacenada por la gravedad y la masa de su aeronave para ver cuánta energía debe almacenarse. Esto determinará cuánto calor y cuánto tiempo llevará cargar el Heavenium; puede tomar un par de días o incluso una semana en un horno o algo así. Además, usted dice "Si se usa para transferir energía potencial a objetos moviéndolos más alto, el Heavenium se descarga". pero ¿la energía vuelve cuando se vuelve a bajar? Si no, la energía se está emitiendo en alguna parte o la conservación de la energía no es cierta.

Hay embarcaciones submarinas autónomas que avanzan simplemente haciéndose más o menos densas que el agua (comprimiendo o expandiendo una bolsa de aire). Esto les permite deslizarse, ya sea bajo peso o flotabilidad, con "elevación" convertida en movimiento hacia adelante por la forma aerodinámica de su cuerpo.

Si está dispuesto a abandonar la envoltura tradicional en forma de cigarro, sin duda puede hacer lo mismo en el cielo con una aeronave, usando Heavenium, moviéndola hacia adelante o hacia atrás para ajustar el centro de flotabilidad e inclinando la nariz hacia arriba para escalar, o hacia abajo para bucear.

Podría parecerse un poco a un enorme trasero volador , el Airlander, de Hybrid Air Vehicles. (Imagen: Condé Nast Traveler)

Una alternativa podría copiar el concepto combinado de ala/cuerpo del AirbusZeroE, pero quizás sin las puntas de las alas redundantes.

Aquí el objetivo del ala no es proporcionar sustentación: no hay necesidad; sino para proporcionar movimiento hacia adelante. Puede obtener una sustentación/resistencia de 3 o 4 para el Airlander de culata voladora que le da 1 km hacia adelante por cada 250 m ascendidos; el ala combinada puede estar más cerca de 8 o 10, dando 1 km por 100 o 125 m escalados.

Verificación rápida de la realidad:

La energía potencial gravitacional es localmente

U = mgh

Esto es válido, por ejemplo, para un objeto estacionario en un campo de gravedad estable. mes la masa, ges la gravedad local, hes la altura. (La altura es relativa a un punto arbitrario, por lo que esto es principalmente útil para medir diferencias en energía potencial)

Cuando aplica calor a su Heavenium, gdisminuye para los objetos a su alrededor.

Esto disminuye el valor de U, lo que resulta en una pérdida de energía potencial.

La energía debe ser conservada, como mencionaste.

¿Hacia dónde va la energía potencial?

Motor a reacción Heavenium

La teoría de este motor se basa en los principios de Arquímedes, y aunque primero sería utilizado por ingenieros civiles para fuentes y otras obras hidráulicas) y constructores de barcos (de mares), eventualmente podría adaptarse para aeronaves.

El principio detrás de esto es simple: un fluido inmóvil permanece inmóvil porque cualquier otro fluido por encima y a los lados lo presiona hacia abajo con la misma fuerza de gravedad. Pero, ¿qué pasaría si metiéramos un tubo vertical de Heavenium en ese fluido?

El fluido dentro de la tubería se volvería mucho más liviano y el fluido circundante lo empujaría hacia arriba, como un trozo de corcho bajo el agua. Y atraería consigo una nueva cantidad de fluido, que se volvería más ligero y sería empujado hacia arriba en un flujo constante.

Este movimiento ascendente del fluido por sí solo sería una bendición para la ingeniería civil: ¡una bomba sin partes móviles! Pero eso no es todo: el fluido que ha comenzado a fluir aún tiene cierto impulso que se puede redirigir. Simplemente coloque una curva en una tubería y ahora fluirá hacia los lados impulsando el motor y todo lo que esté conectado a los lados.

El aire es solo una forma de fluido, y así como un bote puede flotar en el agua, también puede hacerlo un globo en el aire. Y de la misma manera, el agua más pesada empujaría el agua más ligera hacia arriba, también lo haría el aire.

Por supuesto hay diferencias. Por un lado, el aire es unas mil veces menos denso que el agua, lo que significa que impulsará el barco con mucha menos fuerza. En el lado positivo, eso significa que Heavenium necesitará recargarse menos. Además, el aire, a diferencia del agua, puede comprimirse, lo que significa que para obtener un buen flujo, en lugar de una tubería simple, necesitaría un embudo mucho más ancho en la entrada.

Ventajas:

• Sin partes móviles
• Construcción sencilla
• Fácilmente controlado (timón + tapa o simplemente monte todo en un pivote)
• Útil en otras aplicaciones (menor costo e I + D más rápido)

Contras:

• Empuje muy bajo en el aire
• Difícil de recargar

Posibles mejoras (posiblemente incompatibles):

• Reemplace el embudo Heveanium con embudo ordinario + malla Heveanium en la entrada para un mejor perfil de presión y eficiencia
• Coloque un búnker de heaveanium recargable sobre el embudo para facilitar el reabastecimiento de combustible
• Agregue acceso y accesorios para recargar en el lugar, por ejemplo, quemar un calentador de carbón justo debajo del embudo

1. No veo ninguna inconsistencia lógica obvia con el concepto de Heavenium en sí. Es como el hidrógeno, solo que mejor para levantar: si es un sólido, se puede unir fácilmente a la aeronave o a cualquier otra cosa que la gente desee levantar.
2. Dada su descripción del Heavenium como una sustancia contragravitacional, no veo cómo se puede usar para el movimiento lateral . Creo que sus aerogators aún necesitarán algún tipo de fuerza motriz, un ventilador de algún tipo, o velas, para impulsar sus barcos hacia adelante.

Heavenium viola la Segunda Ley de la Termodinámica. No necesitas combustible.

¿Qué?

La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía total de un sistema aislado nunca puede disminuir con el tiempo y es constante si y solo si todos los procesos son reversibles. Los sistemas aislados evolucionan espontáneamente hacia el equilibrio termodinámico, el estado de máxima entropía.

[…] En todos los procesos que ocurren, incluidos los procesos espontáneos, la entropía total del sistema y su entorno aumenta y el proceso es irreversible en el sentido termodinámico. El aumento de la entropía explica la irreversibilidad de los procesos naturales y la asimetría entre el futuro y el pasado. […]

[…] Su primera formulación se atribuye al científico francés Sadi Carnot, quien en 1824 demostró que existe un límite superior a la eficiencia de conversión de calor en trabajo en una máquina térmica. Este aspecto de la segunda ley a menudo lleva el nombre de Carnot. — Wikipedia , utilizado bajo CC BY-SA 3.0

¿Por qué?

Todos los procesos que requieren calor son de naturaleza entrópica (p. ej., cocinar) o realmente requieren una diferencia de temperatura (p. ej., motores Sterling, paneles solares). Todos los procesos naturales que extraen energía útil (también conocida como trabajo ) de una diferencia de temperatura también reducen esa diferencia de temperatura. En resumen: sin acceso a la luz solar y al vacío del espacio, tarde o temprano se quedará sin energía utilizable.

Heavenium, sin embargo, funciona en temperatura absoluta , como los procesos entrópicos, pero proporciona un trabajo útil , que normalmente solo se puede obtener de un gradiente de temperatura . Es una fuente de negentropía. Esto vale más que el sol .

¿Cómo?

Hay innumerables formas de hacer uso de esto, pero comenzaré con la más simple de explicar.

Bomba de calor en una caja

Haz una polea. Un extremo de la polea debe ser una caja que contenga alguna tecnología sofisticada y algo de Heavenium (llegaré a eso en un segundo); el otro debe ponderarse de modo que suba cuando Heavenium esté "apagado" y baje cuando Heavenium esté "encendido". Conecte la polea a una torre muy alta .

En la caja, da cuerda a un mecanismo de relojería y conéctalo a una bomba de calor. Configure la bomba de calor para que caliente un compartimento que contenga Heavenium y enfríe un compartimento que contenga agua caliente, luego enciéndala y cierre la caja. La caja de Heavenium subirá. Utilice parte de esta energía para hacer trabajo (p. ej., dar cuerda a un poco más de mecanismo de relojería). Eventualmente, su mecanismo de relojería se agotará, o su bomba de calor ya no será lo suficientemente poderosa para calentar el Heavenium hasta el umbral crítico, y el Heavenium se quedará sin capacidad de elevación mágica; usted sabe con anticipación cuándo sucederá esto, gracias a sus cálculos, por lo que puede cambiar a generar energía desde la polea que va hacia el otro lado .

Si usa un motor Sterling para recuperar la energía del gradiente de temperatura que hizo la bomba de calor, tendrá:

• Agua fría, y caja fría en general; y
• Más energía almacenada en el mecanismo de relojería / utilizada para hacer un trabajo útil que la que tenía al principio.

Con una bomba de calor lo suficientemente potente, puede comenzar con agua normal a temperatura ambiente, enfriarla y generar energía para un trabajo útil. Por supuesto, eventualmente, esta energía se acabaría; la fricción y otras pérdidas lo verían perderse lentamente por el calor. Pero se puede extraer trabajo del calor .

Su aeronave no necesita combustible.

motor Heavenium

De acuerdo, tal vez construir una torre enorme en el medio de tu aeronave no sea tan práctico. Necesitas algo más parecido a un motor . Tome un volante pesado y colóquelo verticalmente sobre un horno que contenga Heavenium bien aislado (de modo que el lado ascendente sea más liviano); el aislamiento reduce la potencia máxima que su sistema de bomba de calor necesita para calentar lo suficiente el Heavenium. (Las pérdidas por fricción no son tan importantes porque un motor Heavenium usa calor como combustible– ¡Todavía no puedo superar lo superado que está esto!) Alimenta este horno con una potente bomba de calor (o cadena de bombas de calor) impulsada por el motor Heavenium. La energía finalmente regresará a la bomba de calor sin importar lo que haga, pero puede acelerarla colocando los extremos "fríos" de la bomba de calor en lo que sea que esté generando la mayor parte de las pérdidas por fricción.

Ahora simplemente caliente el horno a la temperatura crítica, gire un poco el motor para que arranque, coloque un ventilador en el extremo y listo.

¿Cuando?

Los motores térmicos se conocen desde la antigüedad. El primer refrigerador (que requería bombas de calor bastante buenas) es anterior a la revolución industrial por más de 75 años. Si bien esta tecnología podría no ser evidente de inmediato, dado que la Segunda Ley de la Termodinámica aún no se había inventado, cualquiera que entendiera los refrigeradores y hubiera oído hablar de Heavenium probablemente podría resolverlo, y no tomaría mucho más tiempo desarrollarlo. bombas de calor lo suficientemente buenas como para que esto sea viable.

A menos, por supuesto, que necesites calentar mucho el Heavenium . Entonces esto es correcto.

Puedo ver un problema con Heavenium: en el mejor de los casos, solo reduce la masa al 90% de lo normal. Lo que esto significa es que una aeronave de 20 toneladas caerá en picado del cielo tan rápido como un ladrillo de 2 toneladas. Para superar esto, sugirió aire caliente para proporcionar sustentación. Por lo tanto, su aeronave deberá llevar una fuente de calor en el aire, que también requerirá su propio combustible. PERO... todo esto añade aún más peso a tu aeronave.

Al principio, uno se imaginaría tener una tripulación echando leña o carbón a un fuego que calienta el Heavenium con el calor residual que se usa para levantar la aeronave ahora más ligera. Podría tener una turbina en su chimenea, haciendo girar una hélice a través de un mecanismo de engranajes para proporcionar empuje hacia adelante. Entonces, aunque el Heavenium en sí mismo no proporciona empuje, el empuje se genera como un subproducto de los medios para levantar la aeronave y calentar el Heavenium. Los desarrollos posteriores podrían tener fuentes de calor más eficientes: gasolina, electricidad, energía nuclear; motores a reacción para proporcionar turbinas de empuje y accionamiento; helio para proporcionar sustentación (¡no hidrógeno, ya que no se comporta bien con las llamas!); metales ligeros en sustitución del contrachapado; etcétera.

A medida que sus aeronaves se hacen más grandes, puede bombear Heavenium licuado alrededor de su aeronave (¿si el material se derrite alguna vez?), o simplemente bombear el calor alrededor de su aeronave calentando trozos de Heavenium colocados estratégicamente alrededor de la estructura.

Sin embargo, va a haber un equilibrio complicado entre el peso de su aeronave (estructura, combustible, carga, pasajeros, etc.), las propiedades de reducción de peso de Heavenium, la cantidad de sustentación proporcionada por aire caliente/helio y la densidad del aire. ya que varía con la altitud/clima.

Motor térmico Heavenium

Toma una rueda de Bhāskara llena con mitad Heavenium, mitad agua. Ponga calor en un lado giratorio, deje el otro lado para perder calor al aire. Tendrás fuerza de rotación generada en el lugar. Un poco de carbón podría hacerte llegar muy lejos.

Consulte Energía renovable de la evaporación del agua para inspirarse.

Bonificación: puede usar el calor residual para mantener caliente el Heavenium de elevación.

Hay varias implicaciones sutiles en su "Heavenium":

• ¿Qué tan eficiente es la conversión de calor en energía potencial (es decir, qué tan rápido se descargará al "empujar hacia arriba")? Si la eficiencia es comparable con las máquinas de vapor, entonces es en su mayoría inútil como "motor", mientras conserva su potencia total como dispositivo de "mantener la altura".
• Los "motores giratorios de movimiento perpetuo", como se describe en otro, deben ser pesados ​​para generar una cantidad considerable de energía y, por lo tanto, son un poco inútiles para el movimiento de los aviones.
• No está claro cómo planea regular el ascenso / descenso de su avión y asumo que es la ley de Arquímedes "normal" (corregida con la reducción de la gravedad y, por lo tanto, del peso).
• Si lo anterior es cierto, entonces las "dirigibles" deben ser enormes para aprovechar una cierta cantidad de peso aéreo. Esto, dicho sea de paso, significa que tendrán una gran superficie transversal sobre la que actuarán los vientos.
• ¿Qué sucede exactamente cuando Heavenium se "descarga"? Asumiré que pierde gradualmente su "poder" y, por lo tanto, la "reducción del 90%" nominal disminuirá de manera constante y gradual a medida que la aeronave se eleva.
• Si quiere ser "creativo", puede hacer que su aeronave sea grande y plana y "potenciarla" con dos (o más) cápsulas Heavenium: una cerca del "extremo delantero" y la otra cerca del "extremo trasero".
  • Comience con la aeronave en equilibrio con una carga de Heavenium del 80 % (~70 % de reducción de la gravedad).
  • calienta la cápsula delantera y el barco comenzará a elevarse "primero el morro". Esto provocará un arrastre hacia adelante debido a la geometría del barco.
  • calienta la cápsula de popa "lo suficiente" para mantener su potencia mientras el barco sube.
  • dejar de calentar la cápsula delantera; esto provocará un breve "sobreimpulso" (la masa no se ve afectada, por lo que la aeronave tiene una inercia bastante grande) y luego comenzará a caer, nuevamente "nariz primero" (si la tripulación de popa hizo bien su trabajo) y por lo tanto, nuevamente, produciendo un arrastre hacia adelante.
  • enjuague y repita: tendrá una gran "ballena" plana que se mueve lenta y constantemente (en aire en calma).
• Heavenium (como se describe) no se puede usar directamente para producir un arrastre horizontal (ortogonal a la fuerza de la gravedad).
• Tampoco puede usar ningún tipo de "velas" porque dependen del arrastre de la quilla, que no tiene.