Flying Tesla? Protams! Mēs aprēķinām jaudas pieprasījumus


Elons Musks nebaidās spēlēt čivināt. Pēdējā čivinātā Musks ierosināja, ka Tesla nākotne izskatās kā lidojošais automobilis Atpakaļ uz nākotni.

Ha ha. Smieklīgi. Bet vai tas tiešām varētu darboties? Kas būtu vajadzīgs, lai lidotu Teslu, kas no braukšanas uz lidošanas režīmu pārvērš ar vilcienu, kas nāk no riteņiem? Laiks dažām fizikām.

Es domāju par pāris iespējām, kā iegūt lidojumu Telsa no zemes. Pirmā metode būtu raķešu piedziņa. Tas, šķiet, ir tas, ko Elons vēlas izmantot (dabiska izvēle sakarā ar savienojumu ar SpaceX). Faktiski, šķiet, ka viņš pat nav jokot.

Es neesmu raķešu eksperts, bet šķiet, ka jums būtu jāturpina uzpildīt raķetes. Tas būtu jauks triks, bet ne ikdienas lietošanai.

Tomēr ir vēl viens veids, kā padarīt automašīnu lidojošu – kāda veida gaisa spriegotājs. Nav svarīgi, vai izmantojat kāda veida reaktīvo dzinēju vai rotoru, fizika lielākoties ir vienāda. Lai lidotu, lidojošais automobilis aizvedīs gaisu no automašīnas virsmas un "mest" to uz leju. Tā kā gaisam ir masa, šīs gaisa ātruma maiņa nozīmētu, ka tai ir pārmaiņas impulsā (kur impulss ir masas un ātruma produkts). Saskaņā ar impulsa principu, šī impulsa maiņa prasa spēku, un tieši šis spēks neitralizē gravitācijas spēku, lai padarītu automašīnu lidojošu.

Protams, jūs nevarat brīvi pārvietoties. Lai gaisu izvilktu, lai ražotu liftu, nepieciešama enerģija. Lai lidotu, jums ir jāturpina izmantot enerģiju katru sekundi. Enerģija nonāk gaisa kinētiskajā enerģijā, kas ir atkarīga no gaisa masas un ātruma. Tā kā automašīna turpina izmest gaisu, mēs patiešām vēlētos apskatīt jaudu (vatos), kas nepieciešama, lai lidotu.

Lūk, kur rotoru izmērs tiek parādīts. Ja jums ir patiešām lieli rotori, jūs varat "izmest" gaisu. Tas nozīmē, ka gaisa masa ir patiešām augsta, tāpēc jums nav jāstumj tā ar tādu lielu ātrumu, lai iegūtu pietiekami lielu spēku, lai paceltu. Otrs variants ir nodrošināt mazākus rotorus ar zemāku masas gaisu, bet virzoties uz leju daudz ātrāk. Bet ātrākam gaisam ir sekas. Izrādās, ka jauda, ​​kas nepieciešama, lai paātrinātu gaisu, ir atkarīga no gaisa ātruma, kas palielināts līdz trešajai jaudai. Tāpēc cilvēkam darbināmam helikopteram (jā, tas ir reāls) ir šādi milzu rotori.

Galu galā, spēju lidot var izteikt kā šādu formulu (balstoties uz pamatprincipiem).

Lai būtu skaidrs, ρ simbols attēlo gaisa blīvumu (aptuveni 1,2 kilogrami uz kubikmetru) un A ir rotoru (vai sprauslu vai jebkura) kopējais šķērsgriezuma laukums. Es domāju, ka mēs esam gatavi novērtēt spēku, kas vajadzīgs, lai šī lidmašīna atrodas Teslā. Varbūt mums vispirms vajadzētu tuvināt dažas vērtības. Ja jums nepatīk manas aplēses, jūs saņemsiet iespēju izveidot savu zemāk.

  • Automobiļa masa = 1800 kg (pamatojoties uz 3. modeli).
  • Rotora laukums = 4 * π * (0.254)2 = 0,81 kvadrātmetri (pamatojoties uz 20 collu loka diametru).

Tiešām, tās ir tikai divas aplēses. Tagad aprēķināšanai. Pirmā lieta, kas man jādara, ir izmantot automašīnas masu un rotora izmēru, lai aprēķinātu gaisa ātrumu, kas nāk no riepas. Pēc tam varu izmantot gaisa ātrumu, lai aprēķinātu jaudu.

Tā kā pythons rada awesome kalkulatoru, es to darīšu ar kodu (un tad jūs varat mainīt stuff vērtības). Vienkārši noklikšķiniet uz "spēlēt", lai palaistu kodu un "zīmuli", lai to rediģētu.

Vienkārši, lai būtu skaidrs, tas ir 1,7 megavati, kas ir nedaudz mazāks par 1,21 jigatu (jā, tas ir patiešām gigavati), kas nepieciešams, lai automašīna dotos atpakaļ laikā.

Tātad, ja automašīna izmanto šo daudz spēku, lai lidotu, tad cik ilgi tas varētu palikt pie zemes? Saskaņā ar Wikipedia, lielākais 3. modeļa akumulators ir 75 kWh (kilovatstundas). Varbūt tas būtu labāk rakstīt to kā 0,075 megavatstundas. Tātad, ja svārstības aizņem 1,7 MW, tas varētu lidot uz 0,044 stundām vai 2,64 minūtēm. Tas nav ļoti garš. Bet varbūt tas ir pietiekami daudz laika, lai ceļotu atpakaļ laikā.


Lielāki WIRED stāsti