Estimación del arrastre debido al viento - vela en forma de cinta

En los innumerables cálculos y discusiones sobre la "cuerda espacial", nunca encontré ninguno que abordara su capacidad para resistir los vientos.

Considere, como en la mayoría de los trabajos actuales, es una cinta de 1 m de ancho, unida cerca del ecuador, que pasa directamente por la órbita geoestacionaria. Está siendo proyectado para 20 toneladas de carga además de su propio peso. Pero nunca en los cálculos vi la resistencia ejercida por los vientos alisios típicos de esa área en lo que es esencialmente bueno varios miles de metros de una vela.

Esta será una fuerza considerable. Un barco de 400 toneladas de desplazamiento, como este , es capaz de navegar a 30 km/hora contra el arrastre del agua con una superficie vélica de 1200 m^2. Por supuesto, se proyecta reunir tanta fuerza con las velas como sea posible, pero la torre tendrá al menos un orden de magnitud más de "superficie de vela".

¿Cómo se haría para calcular la fuerza lateral que el viento pondría en esa torre (los vientos alisios son de hasta 8 m / s, pero no estoy seguro de si es aplicable para altitudes más altas), por su parte, todavía está inmerso en la atmósfera ? Cinta de 1 m de ancho, yendo hacia arriba, suponiendo un escenario pesimista de estar orientada perpendicularmente a la dirección del viento.

Recuerde que los vientos en chorro pueden superar los 50 m/s y su ruta es impredecible. Es cierto que los más fuertes están más cerca del polo, pero tenga en cuenta los bucles de gran altitud (> 30000 m), vientos de alta velocidad en cualquier cálculo.
Buena pregunta. Puedo imaginar que podría haber soluciones técnicas en la línea de cómo se abordan las oscilaciones en superficies aerodinámicas y edificios altos.
@RoryAlsop: Debido a la menor densidad del aire, el arrastre causado a estas altitudes será menor que el de los vientos proporcionales a baja altitud. OTOH, las velocidades pueden ser significativamente más altas.
Estaría más preocupado por las oscilaciones establecidas en la cinta. Todo lo que hará una fuerza de arrastre constante es desplazar el ascensor espacial de la verdadera vertical (y creo que, para empezar, no es exactamente vertical). Sin embargo, las oscilaciones inducidas por el viento viajarán en ondas hacia arriba y hacia abajo por todo el cable, si no se amortiguan de alguna manera.
@Christoph: desplace lo suficiente de la vertical verdadera, bájelo lo suficiente, lo desequilibrará y se caerá.
tienes que tirar de él lo suficiente como para mover la masa pesada que probablemente esté al final de la cuerda (a 65000 km de distancia) dentro del punto de equilibrio. si lo desvía a 45° sobre toda la atmósfera, esto solo significaría unos 40 km más de cinta. Dudo un poco que los diseñadores no se adapten a esto: si construyes una correa de 65000 km de largo, también podrías hacerla un poco más larga.
@Christoph: la correa no necesita alcanzar 2x hasta la órbita. Solo necesita extenderse un poco más allá de GEO y llevar suficiente (proporcionalmente más) de contrapeso allí. Más de 45 grados es una evaluación bastante optimista: a medida que la parte inferior se empuja hacia el suelo, más "vela" se tira desde arriba de la atmósfera y la cinta transportada por el viento puede estirar muchos, muchos espesores de la atmósfera a lo largo de la superficie. ... a menos que pongas un contrapeso lo suficientemente pesado, ¡lo suficientemente pesado como para vencer la fuerza del viento sobre el que escribí!
lo siento, eso fue una confusión 36/63000km.
@SF: OK, encontré un artículo sobre esto. vea mi respuesta para obtener más detalles, eso no encajará en el campo de comentarios.

Respuestas (2)

Como era de esperar, alguien ya ha escrito un artículo sobre esto: Aproximación de la respuesta aerodinámica del elevador espacial al viento atmosférico inferior. Solo lo he leído por encima, pero creo que debería encontrar mucha información allí.

Los datos más interesantes: Max. la deflexión horizontal fue de unos 200 km para vientos con fuerza de tifón (pero solo O (10 km) para condiciones más normales), algunas configuraciones conducen a ángulos casi horizontales cerca del suelo, y la presencia de un escalador tiene una influencia significativa en la forma lograda.

También hay un sitio web adjunto, aparentemente: http://spaceelevatorwiki.com/wiki/index.php/Aerodynamic_Response

Puede integrar la ecuación de arrastre verticalmente: dF = 1/2*dA*Cd*rho(z)*v(z)^2.

dA = 1m^2/m = 1m en tu ejemplo; dA es el ancho de la cinta. cD ~1.2 para una placa cuadrada plana que va contra el viento, para una placa larga y delgada no estoy seguro exactamente, pero debería ser alrededor de 1. Rho = densidad. Cae por un factor de 2 cada ~5000m y comienza en 1,2 kg/m^3.

Supuestos principales: 1. Camino libre de media alta y baja Re: válido para todas las tenues atmósferas superiores excepto (sin importancia). 2. El cambio en v y rho es gradual en la escala del ancho, lo cual es válido excepto posiblemente por unos pocos puntos de cizalladura extrema del viento (sin embargo, estas excepciones no suman mucho).

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