Кроме того, необходимо напомнить, что движитель, это только половина силового агрегата - двигателя, в который обязательно входит источник энергии. В химических двигателях топливо (продукты сгорания) является и источником энергии и обеспечивает движение, в то время, как у электроракетных двигателей эти функции разделены.
Безопорный движитель переменного тока с внутренним магнитным полем и подмагничиванием
Движитель, описанный в параграфе 3.2.1 можно усовершенствовать, существенно увеличив тягу за счет подмагнитчивания.
Схема такого движителя и его эквивалентная электрическая схема приведены на Рис. 11.
Рис. 11
Принцип движителя аналогичен приведенному в параграфе 2.2.1, то есть из одного витка вырезается часть и туда вставляется вакуумный конденсатор. В то же время, сам контур является многовитковым и эти витки пропроционально (в первом приближении) увеличивают магнитную индукцию в месте расположения «обрезанного» витка. При частоте генератора, равной резонансной частоте контура LC (последовательный резоноанс), сопротивление контура определяется только его активным сопротивлением.
Можно оценить тягу, создаваемую таким движителем.
Предположим, что цилиндрическая катушка диаметром 1 метр имеет 1000 витков провода диаметром 1 мм и вакуумный конденсатор (см. параграф 2.2.1) подключен в разрыв катушки в ее середине и его зазор (расстояние между пластинами) равно диаметру витка. Очевидно, что в данном случае нескомпенсированная сила приложена к половине одного витка (вне зависисмости, сколько витков в контуре), а магнитная индукция будет определяться количеством витков в катушке. Фактически получается, что тяга такого движителя больше тяги движителя с одним витком в N раз, где N -число витков.
Резонансная частота (последовательный резонанс) контура на рис. 8b составит порядка 11 МГц, а активное сопротивление катушки будет порядка 60 Ом. Так как сопротивление контура на частоте последовательного резонанася является чисто активным и равным активному сопротивлению катушки, то мощность, потребляемая таким контуром, будет примерно равна , где R -сопротивление катушки.
Магнитная индукция, наведенная кольцевым витком в элементах витка определяется интегрированием уравнения Био-Савара [5, 6] по формулам 3.2.2.3, 3.2.2.4 и 3.2.2.5 приведенным в разделе 3.2.2.
Тогда нескомпенсированная сила, растягивающая виток будет равна 0.1 Н (или 10 Г) для катушки, состоящей из 1000 витков при том же токе в 10 А (см. раздел 3.2.2) и расстоянии между пластинами конденсатора, равному диаметру витка.
Таким образом, нескомпенсированная сила, опять же, приложена к половине ОДНОГО витка, но индукция определяется всеми 1000 витками, которые фактически осуществляют подмагничивание. В данной конструкции можно, опять же, применить конденсатор с диэлектриком. Увеличениия тяги за счет этого не будет, но частоту питающего напряжения можно существенно уменьшить.
Мощность, потребляемая таким движителем с током в 10 А, составит порядка 6КВт, что соответствует мощности, потребляемой классическими электроракетными двигателями, питаемыми солнечными батареями космических аппаратов. В случае мегаваттного источника ток составит (при том же сопротивлении катушки) 130 А, а тяга может составить порядка 2 Н.
Такой же результат можно достигнуть использовав отдельную катушку подмагничивания L, которая создает переменное магнитное поле, синхронизированное с частотой тока протекающего в основной катушке. В этом случае основная катушка может состоять из одного витка (рис. 12).
Рис. 12
Таким образом, тяга таких двигателей является примерно такой же, как у традиционных электроракетных двигателей, использующих работее тело, при том же энергопотреблении, но, такие двигатели не расходуют рабочее тело. Такие двигатели, также как и традиционные, требуют отдельного источника питания, а их тяга получается пропорциональной потребляемой мощности в соответствии с принципом сохранения энергии.
Кроме того, нужно учитывать, что такой двигатель будет работать как радиоантенна и, соответственно, будет создавать мощное электромагнитное излучение.
Таким образом:
· Данный движитель является безопорным, так как контур замыкается через токи смещения эфира, который, естественн, механически никак не связанный с контуром, и ничего из такого движителя не вылетает.
· Возможная тяга такого движителя ограничена и зависит от мощности источника и тока в контуре.
4. Фотонный двигатель - безопорный движитель
Для наглядности представим, что в фокусе некого параболического зеркала установлена лампа, излучающая в сферу (см. Рис. 13).
Рис. 13
Согласно любой модели (корпускулярной, фотонной и электродинамической) сила, действующая на такую лампу, скомпенсирована.
Часть излучения лампы перехватывается зеркалом, отражается и создает тягу.
Корпускулярную теорию не рассматриваем, так как она является устаревшей и, к тому же, неверной.
Согласно «фотонной теории» (так как фотоны сейчас официально признаны «безмассовыми частицами», не имеющими ни массы покоя ни «релятивистской массы») излучатель (лампа) не расходует рабочее тело и тяга происходит без «отброса массы».
Согласно электродинамическому объяснению светового давления, оно созается токами, наведенными в металле (диэлектрике) вектором Е электромагнитной волны. Этот ток взаимодействует с магнитным полем волны (вектор В), создавая силу - силу светового давления [6]. При смене фазы волны, фазы векторов Е и В меняются на противополодные одновременно, так что сила (так же, как и вектор Пойнтинга) остается направленной вдоль вектора скорости волны (сила получается пульсирующей с удвоенной частотой волны). В этом случае тем более очевидно, что никакой «отброс массы» в создании тяги фотонного двигателя не участвует. Таким образом, фотонный двигатель является классическим представителем безопорных движителей. В частности, это отмечено в [1] (TABLE 1-1, page 2).
Кроме того, анализ показывает, что безопорными двигателями также являются радиоантенны с ассимметричной диаграммой направленности [7], в частности, зеркальная антенна (рис. 14) с дипольным возбуждением.
Рис. 14
Из рис. 14 видно, что такая антенна работает в точности как фотонный двигатель, изображенный на рис. 12, только диполь здесь используется вместо лампы. Сам же диполь тяги не дает, так как его диаграмма симметрична.
Кроме того, такие антенны как рупорная и волноводная (рис. 15) также могут работать как фотонные безопорные двигатели, причем их тяга зависит от остроты диаграммы направленности (от коэффициента усиления антенны).
Рис. 15
В этом случае излучение отражается от передней стенки волновода.
Можно оценить тягу таких фотонных двигателей.
Световое давление на зеркальную поверхность определяется по формуле:
[6](4.1)
где w - плотность мощности излучения (Вт/м2), С -скорость света (м/сек), R = 1 для зеркала и R = 0 для черной поверхности. Тогда сила тяги будет определяться по формуле:
(4.2)
uде W - мощность источника излучения, S - площадь отражателя.
При мощности излучения в 10 кВт, отраженного от зеркального отражателя, сила тяги будет порядка Н, что практически соответствует величине тяги, развиваемой одновитковым контуром с конденсатором, описанном в параграфе 3.2.2. Причем получается, что сила тяги не зависит от размера зеркала (если тот же телесный угол перехватывается зеркалом). Кстати, передатчики телекоммуникационных спутников работают как фотонные двигатели и создают тягу в микроньютоны. Орбиту спутника, изменяющуюся, в частности, вследствии этого эффекта, вынуждены периодически компенсировать электроракетные двигатели коррекции.
Например, для спутника массой в 4000 кг ускорение при тяге Н составит порядка м/сек2, что за год составит приращение скорости порядка м/сек.
Это свидетельствует о том, что фотонный и конденсаторный двигатели используют один и тот же принцип - взамодействие токов (наведенных электрической составляющей эл.маг. волны в случае фотонного двигателя) с магнитным полем (магнитным полем эл.маг. волны - для фотонного двигателя). То есть, конденсаторный двигатель фактически является близким родственником фотонного.
В то же время, подмагничивание переменным внешним полем позволит существенно увеличить силу тяги таких двигателей.
Но, к сожалению, подмагничивание может работать только для конденсаторных двигателей, питаемых относительно низкочастотными источниками (радиочастоты), а для фотонных двигателей подмагничивание очень трудно реализовать.
Заключение
Многие случаи, являющиеся классическими примерами реактивного движения, на самом деле являются только видимостью реактивного движения. В этих случаях тяга создается нескомпенсированной силой, приложенной к оболочке двигателя или к электрическому контуру. Особенно это очевидно в случае фотонного двигателя, являющегося по сути безопорным, и электроракетных двигателей, где проводящая среда нужна только для замыкания электрического контура. Разновидностью такого двигателя является электроразрядный двигатель постоянного тока с внешним магнитным полем и вакуумный конденсаторный двигатель переменного тока с собственным магнитным полем, где замыкание электрического контура достигается за счет токов смещения в вакууме. Такой двигатель (движитель) может считаться безопорным, не создающим реактивной струи с нулевым расходом рабочего тела. Характеристики таких двигателей (тяга и энергопотребление) близки к характеристикам современных электроракетных двигателей.
Список литературы
1. George P. Sutton, Oscar Biblarz, Rocket propulsion elements, A Wiley-lnterscience Publication, 7-th ed., NY, 2001
2. Алемасов В.Е., Дерегалин А.Ф., Тишин А.П. Теория ракетных двигателей, М.: Машиностроение, 1980
3. Теория ракетных двигателей, Курс лекций, МВТУ 1971-1974
4. Л.А. Квасников, Л.А. Латышев и др. Теория и расчёт энергосиловых установок космических летательных аппаратов. - М.: МАИ, 2001
5. Edward M. Purcell, David J. Morin, Electricity and Magnetism, 3d ed., Harvard University, Massachusetts, 2013
6. Б.М Яворский, А.А. Детлаф, Справочник по физике, М., Наука, 1964
7. John D. Kraus, Antennas, Second Edition,
8. Г. Ивченков, «Специфика силового и индукционного взаимодействия постоянных магнитов с проводниками, токами и зарядами. Эквивалентные схемы постоянных магнитов. Униполярные и тангенциальные электромашины. Законы электромагнетизма. Физическая природа магнитного поля», http://new-idea.kulichki.net/?mode=physics
9. “Движение электрона в скрещенных электрическом и магнитном полях в магнетроне”, http://vunivere.ru/work23046
10. Андре Анго, Математика для электро-и радиоинженеров, М, Наука, 1967
11. Г. Ивченков, Реактивное и “безопорное” движение. Электродинамические безопорные двигатели., http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/9265.html
12. Физические величины, Справочник, Под. ред. И.С. Григорьева, Е.3. Мейлихова. , М, Энергоатомиздат, 1991