Современный мир требует от людей значительных затрат физических сил и энергии. Поэтому вполне очевидным моментом является восстановление организма, накопления сил, полноценный отдых. Другими словами – теперь явно востребована рекреация. Что же, в этом плане нет проблем, тем более, когда техника реактивного движения развивается ускоренными темпами. Люди дожили уже до преодоления границ гиперзвука, соответственно, обратили внимание на водный реактивный ранец - технологию сервиса отдыха и развлечений.
Разработка гидродинамических систем полёта, в общем и целом, является аспектом реактивного движения и аэродинамики. Реактивные системы полёта впервые разработаны в конце 1930-х годов (изобретение реактивного двигателя). Реактивный двигатель относят к турбодвигателям и ракетному топливу на твёрдой или жидкой основе. Здесь, как правило, создаётся сила тяги, которая действует в определённом линейном направлении.
Термин векторизация относится к акту управления силой тяги, создаваемой струёй. Простым примером управления вектором тяги является самолёт, где используются закрылки и элероны для управления воздушным потоком, что приводит к изменению направления воздушного судна.
Реактивное движение первоначально применяли в конструкциях воздушных систем, но совсем скоро этот принцип начали использовать в конструкциях высокоскоростных лодок и судов. При этом забор воды осуществляется из области передней части лодки (судна), а выход из области задней части лодки (судна) через специальную насадку.
Первая конструкция реактивного ранца для армии Соединённых Штатов разрабатывалась ещё в середине 1950-х годов. Разработка получила название «Bell Rocket Belt». Этот реактивный ранец впервые продемонстрировали военным США в 1961 году. Однако система не произвела особого впечатления на генералов. К тому же, отмечалось чрезмерно высокое соотношение расхода топлива и времени полёта. Требовалось почти 20 литров перекиси водорода, чтобы продержаться в воздухе 20 секунд. В общем, закрыли – но ненадолго. Вернулись к проекту в 1990-м году.
Водный реактивный ранец – что это такое?
Водный реактивный ранец (водомётный ранец) следует рассматривать своего рода рекреационным устройством, пригодным для активного отдыха и занятий спортом. Изобретение такого устройства впервые удалось реализовать в 2009 году. Система водного реактивного ранца работает за счёт массивного мощного потока воды, подаваемого от отдельного блока питания. Системный питательный блок связан непосредственно с водным реактивным ранцем шлангом, оставаясь расположенным на поверхности воды. Вода подаётся на устройство от силовой установки по шлангу, с последующим выходом через два сужающихся сопла.
Благодаря изменению импульса водного потока, вызывается сила тяги, направляющая потенциального пилота вместе с реактивным ранцем к небу. Большая часть конструкций стандартных систем водомётных ранцев обеспечивает массовый расход воды вручную – пилотом. Системой управления здесь выступает, как правило, механизм управления дроссельной заслонки тяговым усилием с помощью троса.
Конфигурация системы подобного рода держит массивную полезную нагрузку в сравнении с реактивным ранцем, где предусматривается автономное питание. Объясняется этот момент тем, что основная масса в комбинированной системе (энергетическая установка) расположена на поверхности воды. Большинство водных реактивных ранцев, например:
- Jetlev-Flyer (разработка 2016 года),
- Zapata Racing (разработка 2015 года),
в качестве силовой установкой используют мощный аппарат - гидроцикл. Силовая установка обеспечивает силовую подачу воды на водный реактивный ранец за счёт винта аксиального потока. Созданный таким винтом поток воды проходит через питательный шланг, реверсируется и далее выбрасывается через два сужающихся сопла, благодаря чему создаётся восходящая сила тяги.
Причины торможения внедрения реактивных ранцев в жизнь
В общем, привлекательная технически и с точки зрения развлечений конструкция, но в силу понятных причин, неприменимая пока что для широких масс потенциальных пользователей. Причины эти следующие:
- высокая стоимость устройства,
- специфичный источник энергии,
- наличие вредных для экологии выбросов,
- сильный шум,
- динамическая стабильность и контроль.
Водные реактивные ранцы видятся одним из последних современных достижений науки и техники. Эти, сегодня самые популярные устройства водных видов спорта, однако, практически недоступны среднестатистическому пользователю. Стоимость конструкций измеряется суммами, недоступными простому человеку.
Что касается источников энергии - обычным водным реактивным ранцам в качестве силовой установки вполне подходит мощный гидроцикл. Здесь, как известно, основным источником энергии выступает традиционный бензин. Топливо, получаемое из нефти, между тем, становится всё более дефицитным.
Гидроциклы содержат в составе конструкции двигатели - двухтактные или четырёхтактные. В зависимости от модели, двигатель соединяется с крыльчаткой аксиального потока, которой вырабатывается гидроэнергия за счёт перекачки воды с высокой скоростью. Одним из основных недостатков проектирования водомётных ранцев является точный подбор модели гидроцикла под конкретное изделие.
Недостаток, касающийся вредных для экологии выбросов очевиден. Применяемые в составе системы обеспечения водного реактивного ранца гидроциклы оказывают значительное негативное воздействие на окружающую среду. Двигатели внутреннего сгорания гидроциклов дают утечки несгоревшего топлива и машинного масла. По оценкам учёных, примерно 20% - 25% топлива, используемого этими плавучими средствами, попадает в море, чем наносится явный вред дикой природе.
Если морской организм поглощает эти вредные химические вещества, этот процесс сопровождается фото-токсичностью клеток. Как результат - подвергнутые такой трансформации микроорганизмы попросту погибают под солнечными лучами. Дальнейшие последствия являются результатом коллапса всей пищевой цепи морских обитателей, что приводит к исчезновению многих видов.
Шумная работа – недостаток любой техники, включая водные реактивные ранцы. Чрезмерно высокий уровень шума мешает адекватному восприятию окружающей обстановки. Вместе с тем, воздействие высокими уровнями шума на организм человека приводит к утрате слуховой чувствительности, что также не есть хорошо.
Как показали попытки применения водных реактивных ранцев в Соединённых Штатах, властями было зафиксировано более 30% несчастных случаев с участием гидроциклов. Специалисты связывают это с высокой скоростью движения гидроциклов и сложностью управления такой техникой. Водные реактивные ранцы тоже подвержены авариям, так как силовой агрегат фактически не имеет системы управления траекторией.
Динамическая стабильность и контроль – очередной недостаток. Разработанные в настоящее время водные реактивные ранцы требуют многочасовой практики. Часто потенциальным пилотам устройства требуется углублённое обучение, прежде чем достигаются навыки комфортного использования оригинальной конструкции. Стабильность водомётного ранца находится в прямой зависимости от множества факторов:
- векторов тяги,
- управления скоростью потока,
- центра масс ранца и пилота,
- ограничения подачи воды через шланг.
Зарубежные производители, например, «Jetlev-Flyer» и «Jetpack America», утверждают: водомётные ранцы – это техника, которая по своей природе наделена фактором стабильности. Но даже экспериментальные данные показывают: большинству пилотов требуется как минимум 10–15 часов специального обучения, прежде чем удаётся приобрести самые простейшие навыки устойчивости.
По материалам: KwaZulu
