Uit SpaceX's
Hyperloop Alpha paper:
Overcoming the Kantrowitz Limit
Whenever you have a capsule or pod (I am using the words interchangeably) moving at high speed through a tube containing air, there is a minimum tube to pod area ratio below which you will choke the flow. What this means is that if the walls of the tube and the capsule are too close together, the capsule will behave like a syringe and eventually be forced to push the entire column of air in the system. Not good.
Nature’s top speed law for a given tube to pod area ratio is known as the
Kantrowitz limit. This is highly problematic, as it forces you to either go slowly
or have a super huge diameter tube.
Het originele concept maakte gebruik van een compressor om dit probleem te omzeilen. Op de website van
HyperloopTT kan ik nergens vinden hoe ze om dit limiet heen willen, terwijl ze wel 1223 km/h
(bijna mach 1) willen gaan. Mach 1 haal je niet met een traditioneel subsonisch aerodynamisch ontwerp, je buis moet dan oneindig groot worden (zie hoofdstuk 5 in het
MIT Hyperloop paper). Je moet dus iets verzinnen om actief lucht door te pompen, waar SpaceX een compressor gebruikte.
Er is een andere oplossing: Als je goed oplette had ik het net over een subsonisch aerodynamisch ontwerp. We kunnen ook supersonisch gaan (sneller dan het geluid), op dat moment werkt aerodynamica anders. Gezien de zeer spitse vorm hebben zij duidelijk voor een supersonisch ontwerp gekozen, een subsonisch ontwerp heeft een bolle voorkant (vergelijk maar eens een concorde met een regulier passagiersvliegtuig).
Dat betekend echter wel dat je ontwerp ook alleen nog maar supersonic werkt, en je dus niet langere tijd langzamer dan het geluid kan gaan (of je moet echt op een fractie van de snelheid zitten, maar dan is zelf de trein sneller). En met zo hard gaan, komt weer een ander probleem:
Interestingly, there are usually two solutions to the Kantrowitz limit – one where you go slowly and one where you go really, really fast. The latter solution sounds mighty appealing at first, until you realize that going several thousand miles per hour means that you can’t tolerate even wide turns without painful g loads. For a journey from San Francisco to LA, you will also experience a rather intense speed up and slow down. And, when you get right down to it, going through transonic buffet in a tube is just fundamentally a dodgy prospect.
Both for trip comfort and safety, it would be best to travel at high subsonic speeds for a 350 mile journey. For much longer journeys, such as LA to NY, it would be worth exploring super high speeds and this is probably technically feasible, but, as mentioned above, I believe the economics would probably favor a supersonic plane.
Dus, kort door de bocht
(): Deze mensen hebben een karretje gebouwd wat heel hard rechtdoor kan en heel zachtjes de bocht door. Als je 3 minuten rechtdoor wilt met 1600 km/h (dat is ongeveer het minimum) heb je dus al een kaarsrechte buis/tunnel nodig van 80 km lang.
Musk wilde dit probleem dus oplossen met een compressor, maar die zie ik niet.
The approach that I believe would overcome the Kantrowitz limit is to mount an electric compressor fan on the nose of the pod that actively transfers high pressure air from the front to the rear of the vessel. This is like having a pump in the head of the syringe actively relieving pressure.
Edit: Wat ik me ook afvraag, waarom willen deze mensen met precies de geluidssnelheid reizen. De geluidsbarrière heet niet voor niets geluids
barrière, het kost gigantisch veel energie om met die snelheid voort te bewegen omdat de luchtweerstand gigantisch toeneemt (
plaatje). In de tweedewereldoorlog liepen ze hier voor het eerst tegen aan, ze gingen tijdens duikvluchten gewoon niet harder.
Je wilt er óf een ruim stuk onder blijven (zo'n tweederde van de geluidssnelheid, iets boven 800 km/h
(het is geen toeval dat elk passagiersvliegtuig rond de 800 tot 850 km/h gaat en niet harder)) óf je wilt er flink overheen (anderhalf keer de geluidssnelheid, 1800 km/h en meer). Er tussenin kost bakken en bakken met energie.
Ik hoop heel erg dat Hyperloops snel werkelijkheid worden, ze zijn snel, efficient, duurzaam en goed voor het milieu, maar tot dat HyperloopTT een fatsoenlijk white paper publiceert zie ik het als een marketingstunt.
Aanrader als je (nog) meer wilt weten over de aerodynamische uitdagingen en oplossingen van Hyperloop:
[Reactie gewijzigd door Balance op 2 oktober 2018 20:31]