Gyroskooppihyrrä energiavarastona kulkuneuvoissa.

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Flyweel energy storage (FES)
http://en.wikipedia.org/wiki/Flywheel_energy_storage
Laitteen sisällä on huimaa vauhtia (>10 000 rpm) pyörivä hyrrä, joka varastoi energiaa nykyisiä akkuja paremmin. Kovasti pyörivä hyrrä tietysti tuottaa maalaisjärjen ja intuition vastaisia ilmiöitä. Laitappa vaikka youtubeen hakuun gyroscope, niin tiedät mitä tarkoitan.

Miten FES hankaloittaisi esim autolla ajamista? Wikipedian mukaan se vaikuttaisi ohjattavuuteen, mutta miten? Kuvittelisin, että kääntyminen olisi vaikeaa, jolloin aliohjautuminen olisi vakava riski. Tpahtuisiko jotain muuta? Entäs kiihdytykset ja jarrutukset? Mitä jos FESsin kääntäisi eri asentoihin. Sanotaan vaikka, että sen pyörimisakseli osoittaisi a) menosuuntaan b) ylöspäin c) sivusuuntaan. Mitä kummaa ja katastrofaalisa näissä tilanteissa taaphtuisi, vai seuraisiko siitä parempaa hallittavuutta kenties?

Wikipedian mukaan vaikutukset voidaan kiertää laittamalla autoon kaksi FESssiä, jotka pyöirisivät vastakkaisiin suuntiin ja täten koko laitoksen kokonaismomentti olisi nolla. Siinä huomautettiin, että niiden tulisi pyöriä järkyttävän tarkasti samalla taajuudella tai kauheita tapahtuu.

Entäpäs helikopteri? Jos sen sisällä olisi yksi vain FES, niin tarvittaisiinko kopteriin enään takapropellia? Tietysti FESsin käyttäminen kopterissa vaatisi melkoisia harppauksia materiaalikehityksessä, mutta puhutaan tässä vaiheessa ihan teoreettisesti näistä asioista. Kopterit kuluttavat aika reippaasti energiaa meinaan...

Kopterihan liikkuu kolmen eri akselin suunnassa, joten tarvittaisiinko kopterin tasapainottamiseksi kullekkin akselille kaksi hyrrää, vai riittäisikö vain yksi, joka kumoaisi propellin momentin?

Sivut

Kommentit (34)

vihertaapero
Seuraa 
Viestejä6081
Liittynyt7.3.2006

Ongelmia saisi vähennettyä jos gyroskooppi olisi "kelluvassa kehdossa", eli gyron akselin annettaisiin pyöriä myös muihin suuntiin vapaasti verrattuna autoon.

Konsta: ...joten jäähdytysvesi on varmasti erittäin korkeaktiivista.
Brainwashed: En tosiaankaan pidä itseäni minään asiantuntijana...

bosoni
Seuraa 
Viestejä2704
Liittynyt16.3.2005
Tetrafuran
Wikipedian mukaan kuitenkin kelluvalla rakenteella jää ajovakaus saavuttamatta.

Myönnän, en ehtinyt lukea. Mutta eikös kelluva rakenne periaatteessa vastaa sitä tilannetta, kuin autossa ei olisikaan mitään gyroskooppia? "Kelluvalla rakenteella tarkoitan kahden eri akselin suhteen vapaasti kääntyvää rakennetta.

Jos sorruin (taas) virheeseen, niin tukka varmaan vain oli silmillä, kuten kuva osoittaa...

Vierailija

Tismalleen. Sillä saataisiin akku korvattua FESsillä ilman, että käytettävyydessä huomaisi mitään sen kummempaa eroa. FESsillä voi tietysti saavuttaa joitain "fysiikan lakeja uhmaavia" vaikutuksia, joista saattaisi olla hyötyä autossa. Toivottavasti pyörimisliikkeen mekaniikasta paremmin selvillä olevat osaavat selittää miten tämä vaikuttaisi. Howstuff works sivun selvitys gyroskooppien "maagisista voimista" ei ainakaan minulle aukottomasti selvittänyt miksi se käyttäytyy noinkin oudolla tavalla. Se kun jäi ymmärtämättä, en myöskään kyennyt ennakoimaan miten eri asennoissa oleva gyroskooppi vaikuttaisi autoon tai muuhun vastaavaan kulkuneuvoon.

PeterH
Seuraa 
Viestejä2875
Liittynyt20.9.2005

Näissäkin tosin varmaan esiintyy kitkan vuoksi "itsepurkautumista" kuten akuissa.

Tulisiko gyroskoopista sitten akun korvaava järjestelmä, vai tulisiko se akun rinnalle? Luulisi että ainakin hybridiauton vaatimissa sovelluksissa (jarrutusenergian talteenotto, kiihdytysapu) gyroskooppi voisi toimia paremmalla hyötysuhteella kuin akku?

(tästä aiheesta oli kyllä muistaakseni aiemminkin jo ketju)

Vierailija

Joo kyllä näissäkin purkautumista on, mutta se oli wikipedian mukaan häviävän pientä verrattuna akkujen häviöihin. Ongelmia on silti runsaasti tuon laitteen kehityksessä, mutta kun magneettien varaan laitetaan hyrrä kellumaan tyhjiöön, niin eipä sitä kitkaa kovin paljoa ole. Mutta siis takaisin aiheeseen: Tuntevatko tiedefoorumin ihmiset perusfysiikkaa sen vertaa että vastaisivat näihin pyörimisliikkeen aiheuttamiin kysymyksiin?

Vanha jäärä
Seuraa 
Viestejä1557
Liittynyt12.4.2005

Ryhdyin muistelemaan, että sveitsiläiset olisivat käyttäneet vauhtipyörää bussin voimanlähteenä, ja eipä aikaakaan kun löysin netistä asiasta lisää tarinaa, ks. video 17:

http://www.gyroscopes.org/1974lecture.asp

ja

http://www.accesstoenergy.com/view/atea ... 6a4325.htm

Jos hyrrä on autossa sveitsiläisbussin mukaisesti pystyasennossa, niin eipä tuosta kovin kummia aiheutuisi. Hyrrä ensinnäkin kytkisi auton pitkittäisen asennonmuutoksen poikittaiseen ja päinvastoin. Näin jos auto lähtisi kiipeämään tai laskeutumaan jyrkkää mäkeä, se myös kallistuisi sivusuunnassa. Samoin korin ja hyrrän kallistuminen mutkassa saisi auton keulan nousemaan tai laskemaan, mikä tietysti riippuisi hyrrän pyörimissuunnasta. Lisäksi hyrrä pyrkisi vastustamaan kaikenlaisia kallistusliikkeitä, joten auton jousituksen toiminta voisi tuntua merkilliseltä.

Hyrrän voimakas kiihdytys tai jarrutus saa aikaan tietysti vastamomentin, joka pyrkii pyöräyttämään autoa vaakatasossa, mikä voisi olla liukkaalla kelillä varsin jännä ilmiö.

Vanha jäärä

sinnipirtti
Seuraa 
Viestejä5161
Liittynyt1.7.2007
Denzil Dexter
http://www.gyroscopes.org/behaviour.asp

Tai sitten kokeilemaan pyörittämällä polkupyörän eturengasta käsien varassa.

myös moottorisahalla voi testata. kaasu pohjaan ja treenaamaan lihaksia. vastustus johtunee aika pitkälle keskipakoisvoimista.

mutta itse aiheeseen tuollainen gyroskooppi taitaisi viedä vähintään yhden istujan paikan tai muuta tilaa kooltansa sekä lisätä auton tyhjäpainoa useammalla kymmenellä kilolla.

toisen polven pilkkuvirhe

Vierailija
sinnipirtti

mutta itse aiheeseen tuollainen gyroskooppi taitaisi viedä vähintään yhden istujan paikan tai muuta tilaa kooltansa sekä lisätä auton tyhjäpainoa useammalla kymmenellä kilolla.

Nuo eivät kyllä taida olla kaikkein suurimmat ongelmat. Ei sen välttämättä tarvitse kovin iso/painava olla. Moderneilla kuiduilla ja maglev-laakereilla tehdyt laitteet voivat varastoida hyvinkin paljon energiaa pieneen massaan ja tilaan. Siksi niitä ollaankin tuomassa formuloihin. Formuloissa tarkoitus on ottaa jarrutusenergia talteen.

bosoni
Seuraa 
Viestejä2704
Liittynyt16.3.2005
Ronron
Miksi pyöriminen vastustaa kääntymistä?

jonkinlaisen mielikuvan voit saada esim seuraavasta selostuksesta. (hihasta nykäisty, eikä välttämättä ole mikään paras mahdollinen)

Kuvittele jäärata, jolle jokin kone syöttää kiekkoja vaikkapa 10 km/h liukumaan siten, että ne kulkevat viivasuoraan. Voit vaikuttaa kiekon liikerataan ampumalla sivusta kiekkoa kohti vaikkapa pienempiä kiekkoja, niin että törmäyksen jälkeen alkuperäinen kiekko kulkee taas viivasuoraan, mutta hieman eri suuntaan, koska sillä on siihen ammutun kiekon suuntaista nopeutta.

Oletetaan, että löydät sopivan voiman, millä saat sivusta ampumalla alkuperäisen kiekon muuttamaan suuntaansa 45 astetta alkuperäisestä suunnastaan. Kiekolla on siis nyt alkuperäinen nopeus 10 km/h alkuperäiseen suuntaan ja lisäksi 10 km/h sivuttaista nopeutta.

Sitten kone säädetään lähettämään kiekkoja nopeudella 20 km/h. Jotta saat kiekon kulkemaan 45 astetta alkuperäisestä suunnastaan, niin nyt sinun pitääkin saada kiekolle aiheutettua 20 km/h sivuttaista nopeutta, eli kaksinkertaisesti edelliseen tapaukseen nähden.

Tämä oli varmaan selvää. Nyt palataan hyrrään, jossa hyrräkiekon massapiste etenee ympyrärataa. Jos hyrrän akselia halutaan kallistaa, niin massapisteen rataa täytyy muuttaa , ja edellisen esimerkin tapaan nopeammin kulkevaan massapisteeseen täytyy vaikuttaa voimakkaammin kuin hitaasti kulkevaan, jotta saadaan sama akselin kallistus aikaan.

Selitetään nyt vielä samalla, että miksi kallistus ei meinaakaan tapahtua siihen suuntaan kuin haluttiin. Yksinkertaistetaan hyrrä nyt narun päässä pyöriväksi palloksi. Olkoon pyörimisakseli ylöspäin, ja kiertosuunta ylhäältä katsottuna vastapäivään. Voit vaikuttaa massapallon rataan vaikkapa ampumalla hernepyssyllä sitä suoraan alhaalta päin ja sovitaan että vaikkapa itseäsi lähinnä olevan reunan kohdalla.

Ammut hernepyssyllä vaikkapa niin kovaa, että massapallon kulkusuunta muutuu alkuperäisestä 45 astetta. Eli tässä massapallon hetkellinen kulkusuunta tulee suoraan vasemmalta oikealle ja törmäyksen jälkeen edelleen vasemmalta oikealle, ja lisäksi ylöspäin. (viistosti vasemmalta alhaalta oikealle ylös). Nyt tietysti tämä massapallo on edelleen narun varassa, ja uuden suunnan jälkeen edelleen ympyräradalla, mutta pyörimisakseli onkin kallistunut siten, että akselin yläpyoli on kallistunut 45 astetta vasemmalle. Siis se ei kallistunutkaa itsestäsi poispäin.

Tilanne vastaa sitä, kuin yrittäisit kallistaa hetkellisesti akselia itsestäsi poispäin, mutta se kallistuukin vasemmalle, ja kallistamiseen vaadittava voima riippuu massapallon vauhdista.

Toivottavasti ei ollut liian sekava ja tylsä selostus luettavaksi...

Jos sorruin (taas) virheeseen, niin tukka varmaan vain oli silmillä, kuten kuva osoittaa...

Vierailija

Liian vaikeasti selitetty.

Riittää kun sanoo, että gyroskooppi ohjaa kaikki siihen kohdistuneet voimat 90 asteen kulmassa eri suuntaan, paitsi ne jotka tulevat pyörimisen tason, tai akselin suunnassa. Siis pystyssä pyörivää gyroskooppia voi huoletta liikuttaa vasemmalle, oikealle, ylös, alas, eteen tai taakse, tai mihin tahansa suuntaan kunhan sen akselin suunta pysyy samana.

Mutta jos yrität kallistaa gyroskoopin akselia vasemmalta oikealle, se kallistuukin eteen ja taakse, tai päinvastoin. Tietenkin se kallistuu hieman myös sivusuunnassa, koska täydellinen 90 asteen uudelleenohjaus vaatisi että kiekko pyörisi ääretöntä vauhtia. Tarpeeksi lujaa kun vääntää, niin kyllä se menee väkisin siihen uuteen asentoonsa.

Se voima millä kiekko kallistuu eteen ja taakse, on täsmälleen sama voima millä sitä kammetaan vasemmalta oikealle - vain uudelleen ohjautuneena kuin jonkun oudon vipumekanismin kautta. Kiekkoon varastoitunut pyörimisen kulmamomentti ei muutu.

bosoni
Seuraa 
Viestejä2704
Liittynyt16.3.2005
Veikko
Liian vaikeasti selitetty.

Riittää kun sanoo, että gyroskooppi ohjaa kaikki siihen kohdistuneet voimat 90 asteen kulmassa eri suuntaan, paitsi ne jotka tulevat pyörimisen tason suunnassa kohtisuoraan akselille.




No joo, jos ei halua ymmärtää miksi.


Se voima millä kiekko kallistuu eteen ja taakse, on täsmälleen sama voima millä sitä kammetaan vasemmalta oikealle - vain uudelleen ohjautuneena kuin jonkun oudon vipumekanismin kautta. Kiekkoon varastoitunut pyörimisen kulmamomentti ei muutu.

En ole ihan varma mitä tarkoitat. Jos alat kääntämään hyrrää vaikkapa jollakin tietyllä kulmanopeudella, niin tarvittavan momentin suuruus on verrannollinen hyrrän pyörimisnopeuteen yllä esittämästäni syystä. Tämä tietysti siksi, että pyörimismäärä pyrkii säilymään, ja tuossa sitä joudutaan voimalla muuttamaan. Eli nopeammin pyörivä hyrrä vastustaa käännöstä hanakammin.

Jos jokin muu voima pyrkii estämään hyrrän kääntymistä siihen suuntaan, kun se pyrkii kallistumaan, niin hyrrä alkaa kallistua siihen suuntaan, kuin sitä yritettiin alunperin kääntää.

Jos sorruin (taas) virheeseen, niin tukka varmaan vain oli silmillä, kuten kuva osoittaa...

Vierailija

Gyroskooppi ei tosiaankaan vastusta kallistumista siihen kiekkoon varastoituneella energialla, vaan se voima jolla se pyrkii kallistumaan on täsmälleen saman suuruinen kuin minkä itse siihen kohdistat.

Se vastuksen "hanakkuus" tulee siitä, että mitä lujempaa hyrrä pyörii, sitä suurempaan kulmaan hyrrään kohdistetun voiman ja prekessioliikkeen tasot erkanevat toisistaan. Maksimikulma on 90 astetta ja sitä ei käytännössä ikinä saavuteta.

Kun joku muu voima estää hyrrää kääntymästä siihen suuntaan kuin se pyrkii kääntymään, niin se ohjaa suurimman osan siihen kohdistamastasi voimasta tähän tukipisteeseen. Mitä lujempaa hyrrä pyörii, sitä lähemmäs 90 asteen uudelleensuuntausta päästään, mutta aina jää se kulmaminuutin sadasosan tuhannesosan verran sen voiman tason suuntaista komponenttia jäljelle joka lopulta kääntää sen hyrrän.

Siis jos oletetaan että gyroskooppi pyörii sellaisella nopeudella että voiman ja prekession tasot ovat 45 asteen verran erossa toisistaan, ja hyrrän akseli on lukittu niin että se pääsee kääntymään vain yhden vapausakselin ympäri, niin silloin kaikki se voima jolla yrität kääntää hyrrää puolittuu.

Toisella puolella käännät hyrrää ja toisella puolella painat sen tukipistettä.

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat