Результаты получились гораздо хуже, чем в случае для большой 10-метровой трубы с расчётной закачкой 10% от её объёма. Попробуем проанализировать, почему это так?

Дело в том, что здесь у нас нет «инертных» 90% воды, не позволяющих ускоряемой воде развить слишком большую скорость, но зато обеспечивающих большую длительность гидроудара по сравнению с нагнетательной камерой минимального размера. В маленькой камере начальная скорость и скачки давления гораздо выше, а значит, выше и связанные с этим бесполезные потери на совершенно ненужный здесь разгон нагнетаемой гидроударом воды до сверхвысоких скоростей.

Таким образом, минимизация нагнетательной камеры и уменьшение сечения напорного клапана и перепускного патрубка между нагнетательной камерой и воздушным колпаком лишь снижает эффективность закачки. Это неминуемо должно было проявиться в ходе экспериментов.

Следует отметить, что расчёт по Чистопольскому с учётом условия нулевой кинетической энергии в конце (v_K = 0) независимо от сечения напорного клапана даёт  v₀ / c = 32.4 / 1380 = 0.0235 = 2.35% от общего объёма нагнетательной камеры, что соответствует продвижению воды в трубе на 23.5 мм. Это не соответствует первым трём столбцам таблицы, содержащим близкие друг к другу результаты (как раз там имеют место множественные повторные гидроудары с выраженными отбойными движениями). Однако я должен заметить, что формула Чистопольского предназначена для гидравлических таранов, в которых, как известно, нагнетается лишь относительно малая часть от всей воды, находящейся в трубе, и предполагаются относительно небольшие скорости потоков. Здесь же мы имеем дело с очень высокой скоростью потока и соответствующими ей огромными потерями. Очевидно, именно это обстоятельство и «съедает» почти 80% от результата Чистопольского.

Кстати, близкое к приведённому в статье время нагнетения у нас получилось для напорного клапана диаметром 2 см, однако объём закачки в этом случае в 200 раз меньше требуемого. Это слишком вопиющее расхожденние!

Работа над ошибками

Почему же у нас не получилось полезного выхода энергии? Ведь в упомянутой статье из журнала «Альтернативная энергетика и экология» (№3 за 2006 г., с.41-46, pdf), авторы изобретения тоже вроде бы исходят из известных законов сохранения массы, энергии и импульса, используют в качестве базовых многократно апробированные формулы, да и выкладки выглядят вполне логично, но у них получается прибавка, а у нас нет?

Впрочем, несколько настораживает тот факт, что, с одной стороны они опираются на закон сохранения энергии, а с другой, получают прибавку энергии, так и не указывая, за счёт чего (если причины известны) или на каком этапе (если причины неизвестны) она получается. А прибавка несомненна — вся вода возвращается обратно, уровень её не меняется, а дополнительная полезная работа откуда-то берётся! С чего бы это? Вчитаемся в статью более внимательно.

Вакуум как зеркало для ударной волны?

Первое, что бросается в глаза, — это описание отражения ударной волны от границы воды с вакуумом (с.41-42). Цитата:

...в новой гидродинамической схеме каждая порция воды, закачанная в колпак в отличие от «гидравлического тарана», поскольку ударный клапан закрыт, будет вызывать невосполнимые потери массы всего продолжающего двигаться по инерции в направлении к нагнетательному клапану столба воды. Вследствие этого в нагнетательной трубе со стороны ударного клапана уже с момента начала движения первой отраженной «ударной волны» должна появиться зона разрежения с давлением близким к нулю, в которой может находиться только некоторая часть растворенных в воде газов, или должна появиться «зона отрыва» (гидродинамический термин). Размер этой зоны во время закачки воды в колпак будет увеличиваться. В результате все последующие отражения «ударной волны» в направлении нагнетательного клапана будут происходить не от ударного клапана, а от «зоны отрыва». При этом каждая порция закачиваемой воды из-за уменьшения продолжительности действия давления под нагнетательным клапаном, будет уменьшаться.

То, что после каждого такта нагнетения порция воды в нагнетательной камере будет уменьшаться, а зона пустоты будет увеличиваться — несомненно. То, что в связи с этим длительность такта нагнетения и объём нагнетаемой порции будет сокращаться — тоже очевидно. Но вот то, что ударная волна будет отражаться не от ударного клапана, а от «зоны отрыва» — неочевидно абсолютно, и мягко говоря, весьма сомнительно. Механическая энергия не может отразится от пустоты. Она может отразится (и весьма резко) от границы раздела сред — за счёт реакции другой среды, может «отразится» от горизонтальной границы раздела жидкости и воздуха или вакуума, хотя в этом случае процесс только выглядит как отражение, — на самом деле жидкость поднимется в воздух (плавным куполом или столбом брызг — зависит от формы и силы ударной волны возле поверхности), но в данном случае энергию вернёт обратно в воду не мизерная реакция воздуха, а сила тяготения, аналогично тому, как при повторных гидроударах в трубе с открытым входом энергию в трубу возвращает давление внешней жидкости. Но вертикальная граница (ведь в приведённой схеме гидротаранного генератора труба-то расположена горизонтально!) между жидкостью и пустотой не может остановить механическое движение жидкости, потому что пустоте просто нечем воспрепятствовать ему.

Единственное, что может затормозить движение жидкости в пустоте — это силы поверхностного натяжения и силы смачивания стенок трубы. Однако при размерах, измеряемых сантиметрами, и скоростях, измеряемых метрами в секунду, влияние этих сил практически незаметно. Убедиться в этом может каждый, капнув на стол каплю воды диаметром в несколько миллиметров с высоты в пару десятков сантиметров — ничто не мешает ей разлететься брызгами в разные стороны (вот когда размеры измеряются микрометрами, тогда влияние этих сил, пропорциональных площади поверхности, становится не просто существенным, но и определяющим — силы инерции и упругой объёмной деформации, зависящие от массы и объёма, по сравнению с ними ослабевают в той же степени, в какой уменьшаются линейные размеры).

Поэтому при повторных гидроударах вода в данном случае отражается именно от закрытого ударного клапана, болтаясь по всей нагнетательной камере туда-сюда. Впрочем, это обстоятельство в дальнейшем явно нигде не учитывается, но при конструировании клапанов будет очень важным. Кроме того, при «отражении от вакуума» частота повторных гидроударов должна возрастать (при сокращении длительности каждого из них), а сила их оставаться прежней. Если же происходит отражение от ударного клапана, то частота гидроударов не может увеличиваться (ведь длина нагнетательной камеры не уменьшается), а из-за падения скорости при повторных гидроударах должна даже уменьшаться.

Дополнение. Должен покаяться — лишь через пару месяцев меня осенило, что таким образом авторами был описан механизм гидроудара с большими утечками. В этом случае, действительно, «зона отрыва» возникает у закрывшегося клапана в нагнетательной трубе, а зона изменения давления (то есть «ударная волна») как бы «отражается» от вакуума. Но именно «как бы отражается», поскольку на самом деле физика процесса не имеет ничего общего с обычным отражением-отбоем, а заключается в некотором «сбросе давления» в движущейся жидкости за счёт снижения скорости движения её части, граничащей с вакуумом. Движение границы этой «подторможенной» зоны в сторону заглушки внешне выглядит как «отражение» ударной волны от вакуума с одновременным её ослабеванием. При этом на каждом такте (этапе) не только уменьшается объём жидкости в нагнетательной камере (это происходит постепенно), но и её скорость и давление нагнетения возле напорного клапана (резко). Как раз этот механизм и использовался при расчёте нагнетения гидроударом с большими утечками. При правильном расчёте механической сверхъединичности здесь взяться неоткуда (иначе самым сверхъединичным будет «гидроудар со сверхбольшими утечками», то есть простое перемещение жидкости по трубе неизменного или, паче того, расширяющегося сечения — а это явная чушь, не имеющая отношения к реальности).

Причём здесь гравитация?

В качестве источника «лишней» энергии авторы указывают гравитацию. Однако почему-то в теории гравитация никак не фигурирует, а везде используется лишь давление (регулярно попадающееся в формулах ускорение свободного падения служит лишь для перевода давления в традиционный для гидродинамики напор). Единственное условие, для выполнения которого необходима гравитация — это создание давления на рабочей глубине за счёт веса столба воды. Но ведь для того, чтобы создать давление в несколько атмосфер, совсем необязательно погружаться в морскую пучину — можно просто взять насос и достаточно прочную ёмкость... Поэтому позиционирование гидротаранного генератора как «преобразователя гравитационной энергии» совершенно нелогично.

Необоснованная сверхъединичность

Теперь посмотрим на первые формулы, на которых основаны все дальнейшие математические выкладки. Я приведу их в соответствии с нумерацией в статье, лишь заменив некоторые специфические обозначения на общефизические (U → Δv, γ → ρ) и более удобные для записи в текстовом формате (обозначение относительной доли величины ~ → δ).

Можно заметить, что в этой формуле «давление»  p_a измеряется в кг / м². Однако это не криминал, а следствие традиционного гидродинамического подхода, ориентирующегося не на давление как таковое, а на напор, т.е. высоту статического столба жидкости, находящейся под действием гравитации. Внеся ускорение свободного падения под скобки, можно легко перейти к общефизической записи той же самой закономерности:

Гораздо интереснее понять, зачем вообще, в отличии от канонической формы формулы Жуковского, сюда введено внешнее давление и что именно имеется в виду под напором  H? Судя по всему, это сделано для того, чтобы учесть давление на глубине. Таким образом, H — это именно дополнительный напор выше поверхности, который может обеспечить гидроудар.

Далее в статье вводится ещё несколько базовых формул, основанных, по сути, на давно известной и зарекомендовавшей себя формуле Чистопольского и известных физических закономерностях.

Очевидна коррекция этих формул для нескольких повторных гидроударов введением числа гидроударов n₀. Причём характер его введения явно указывает на использование концепции «отражения от вакуума» и неизменной энергии ещё не накачанной воды. Несколько непонятно, причём здесь ударный клапан — ведь по этой концепции он вообще не участвует в повторных гидроударах. Но, скорей всего, это просто опечатка, и в виду имелся всё-таки напорный клапан. Если для единичного гидроудара принять ζ₁ = 1 и n₀ = 1, как это рекомендуют авторы, то, действительно, формула (2) превращается в давно известную формулу Чистопольского для гидротарана.

Зачем введён коэффициент  ζ₁? Судя по всему, он призван учесть все потери, в том числе уменьшение нагнетения при повторных гидроударах. Приведена даже его расшифровка, которая, правда, ничего не объясняет, но зато и не используется в дальнейших рассуждениях. К тому же нас предупредили, что изложена лишь часть теории...

Дальнейшие математические выкладки, включая вывод формулы (11) выполнены корректно. Что же мы получили?

Тем не менее, из физического смысла формулы (11) следует однозначный вывод — любой гидроудар сверхъединичен, а одиночный — в особенности (тот самый, что в гидротаране, при ζ₁ = 1)! Чем меньше будет доля нагнетённой воды относительно общего объёма нагнетательной камеры  δq_H, тем выше будет подъём, но и при очень больших объёмах нагнетения, вплоть до 100% (δq_H = 1), всё равно будет выполняться условие  H > h. Более того, благодаря стоящей отдельно единице оно будет выполняться и в тех случаях, когда нагнетённый объём превышает объём всей воды, участвовавшей в гидроударе, и в 10, и в 100, и в 1000 раз! Кроме того, условие отсечения здесь никак не оговорено, а значит, и любой классический гидравлический таран должен быть сверхъединичным устройством!.. Но ведь в реальности этого нет. И это ещё не всё! Ведь как мы выяснили выше, в формуле (1)  H означает именно дополнительный напор. А тогда получается, что любой гидротаран должен поднимать воду над поверхностью на высоту, равную глубине его размещения (из-за «голой» единицы), то есть удваивать энергию первичного гидроудара, плюс ещё маленькая, но всегда положительная добавка, причём такое минимум удвоение энергии должно быть и в мягком резиновом шланге, и в трубопроводах, оснащённых любыми системами компенсации гидроударов! Это уже явно из области ненаучной фантастики. Значит, в расчётах где-то ошибка...

Математические выкладки выполнены безукоризненно, следовательно ошибка таится в физической интерпретации каких-то формул. В самом деле, ведь в формуле (11) величина  H интерпретируется авторами как напор от уровня напорного клапана. Но в таком случае и формулу (1) надо было применять в классическом виде — без коррекции, учитывающей давление на глубине, — ведь такой напор уже учитывает глубину! И тогда в формуле (11) у нас сразу исчезает «сверхъединичная» единица, и всё тут же возвращается в жёсткие рамки закона сохранения энергии. А при пристальном рассмотрении формулы (1) становится понятно, что давление на глубине там надо было указывать не с «минусом», а с «плюсом» — ведь гидроудар должен и преодолеть это давление, и создать дополнительный напор (сравните с формулами (1.5) и (1.6))! Тогда и при интерпретации  H как дополнительного напора всё становится на свои места — «голая» единица в формуле (11) снова появляется, но уже со знаком «минус», а это делает её полностью эквивалентным результату, полученному на основе классической формы формулы Жуковского — для абсолютного (полного) напора.

Но ведь авторы использовали и ещё один путь расчёта, приведший их к тем же результатам, — через энергии. Значит, там тоже есть ошибка? Есть! Она содержится в формуле (15), где при определении потенциала подъёма воды из напора необосновано вычитается глубина погружения  h. Ведь в данном случае  H однозначно трактуется как напор гидроудара у напорного клапана, а значит, в этот момент нам нет дела до глубины, на которой находится установка — она уже учтена в  E₀, — тем более, что вплоть до самой поверхности (в варианте насоса) отводящая ветвь отделена от наружной среды жёсткими стенками воздушного колпака и напорной трубы и никак не подвержена влиянию давления внешней воды! Соответственно, и на этом пути рассуждений тут же появляется ошибочная «сверхъединичная» единица, и последующие формулы вновь утверждают ошибочную мысль о том, что все гидротараны принципиально сверхъединичны с КПД не менее 200%, причём по чисто механическим причинам...

Заключения

Пессимистичное

Так что же, мы имеем дело с очередным fake-устройством — фальшивкой, «сконструированной» группой аферистов от науки с целью «развода на деньги» богатеньких инвесторов в лучших традициях Остапа Бендера — в белых штанах под пальмами Тенерифе (ибо в наши дни мегаполис Рио-де-Жанейро не слишком комфортен для приятного времяпрепровождения)?

К сожалению, многое говорит за этот вариант. Во-первых, ошибки в теории, незамеченные на бумаге, должны были немедленно проявиться на практике, но ведь «эксперименты прошли успешно». Правда, на представленном в первой статье графике гидроударов повторные множественные гидроудары, длительность которых должна сокращаться, абсолютно не просматриваются. Там присутствуют равномерные гидроудары одинаковой длительности — как в обычном гидротаране. А ведь повторные гидроудары упоминались как один из ключевых моментов, да и при таких измерениях нельзя было не заметить, что ударная волна отражается не от вакуума, а от закрытого клапана... Во-вторых, при чтении статьи под этим углом заметны несколько оговорок-опечаток, намекающих на несколько поверхностное знакомство авторов статьи с этой областью техники. Скажем, говорится, что упомянутая диаграмма давления описывает давление в воздушном колпаке. Но она в принципе не соответствует изменениям давления внутри колпака. Воздух — хороший амортизатор, и он не может дать задний фронт давления, соответствующий выбросу нагнетённой воды под действием сжатого воздуха в колпаке, более резким, чем передний фронт, обусловленный нагнетением воды в колпак под действием гидроудара с давлением в десятки атмосфер. Более, того, в описанном авторами режиме давление в колпаке не может иметь горизонтальных «полочек» — оно должно постепенно нарастать по мере сжатия воздуха нагнетаемой водой, а после закрытия клапана также плавно снижаться по мере вытеснения воды в напорную трубу сжатым воздухом. Показанная же картина изменения давления возможна только тогда, когда практически весь колпак заполнен водой. Но в таком случае по своей функциональности это уже не воздушный колпак, а некая часть напорной трубы...

Есть и другие «проговорки», например, утверждение на с.45 о том, что значение КПД турбины «близко к реальным значениям КПД для таких турбин». Как правило, когда говорят о реально изготовленном и проверенном устройстве, то говорят о «близости к КПД других турбин такого же типа». О «близости к реальным значениям» речь обычно идёт при оценке результатов бумажных или компьютерных расчётов.

О достоверности «экспериментов» в таком случае говорить не имеет смысла. Получать на поверхности нужные результаты «таинственных подводных процессов» в течении не слишком долгого времени при должной изобретательности и подготовке «эксперимента» не так уж трудно.

Надо признать, что если верен этот вариант, то «развод» выполнен на достаточно высоком уровне и весьма элегантно — в экзотической области техники с исторически сложившейся специфической системой расчётов, где очень мало специалистов, которые могут (и имеют желание) найти ошибки в «доказательствах» и опровергнуть ложные выводы!

Оптимистичное

Но может, авторы генератора честно заблуждаются, а результаты успешно проведённых реальных экспериментов чудесным образом совпали с предсказаниями ошибочной теории? Ошибки же и опечатки в статье объясняются малой компетентностью тех, кто непосредственно готовил статью (хотелось бы думать, что два доктора наук и один кандидат — учёные степени авторов — не допустили бы столь явные ляпы)? Что ж, хоть вероятность таких совпадений невелика, я буду только рад, если пессимистичный вариант окажется неверным!

Тем не менее, из этого не следует, что гидроудар более не представляет никакого интереса. Ведь гидроудар — на самом деле явление весьма перспективное и не до конца исследованное.

И, конечно, всё вышесказанное никоим образом не компрометирует гидротаран — устройство не только весьма поучительное, но и реально полезное. Летом, до которого уже осталось не очень много, надо будет сделать такой насос. Заодно можно будет и поэкспериментировать с отсекаемой нагнетательной камерой...

Конспирологическое

А может, все эти повторные гидроудары, схемы и выкладки — лишь сделанная на скорую руку маскировка истинной сути установки, и в самом деле содержащей отбойный клапан, отсекающий нагнетательную камеру, воздушный колпак с напорным клапаном и реактивную турбину, но скомпонованных по-другому? Например, турбина установлена внутри воздушного колпака непосредственно в месте впрыска нагнетаемой струи, и вся энергия, которая в опубликованном варианте расходовалась на бесполезный излишний разгон этой струи в воздушном колпаке, расходуется с пользой на раскрутку турбины, а слишком высокая степень осушения нагнетательной камеры объясняется тем, что за счёт накопленной инерции турбина «высасывает» из неё остаток воды, который не смог подать в воздушный колпак гидроудар? В таком случае можно подобрать объяснение и нелогичной диаграмме давления (скажем, она измерялась на входе турбины, а не в самом пространстве воздушного колпака), и некоторым другим странностям в описании. В частности, повторные гидроудары не имеют решающего значения — вполне можно обойтись и без них, а вот реактивная турбина, применение которой в плотной среде — воде — выглядит, мягко говоря, странным (а это неизбежно при опубликованной схеме), в газовой среде воздушного колпака вполне оправдана. Но тогда задействуются несколько другие принципы работы, возможно, идентичные некоторым из тех, что использовал в своём «домашнем генераторе» и других установках Виктор Шаубергер, а отбойный клапан и гидроудар в нагнетательной камере служат не столько для непосредственного приведения установки в действие, сколько для организации необходимого для её работы прерывистого потока — аналогично атмосферному клапану у Шаубергера. В таком случае гидротаранный генератор работоспособен примерно в той же степени, что и многие конструкции Шаубергера, причём высокое давление на глубине может повысить эффективность и устойчивость работы установки по сравнению с атмосферными условиями... ♦