Статья: К вопросу о возможности безопорного движения

Однако, поскольку импульсы силы р₁ и р₂ не одинаковы при η > 0 с разностью их Δр = р₁ - р₂ > 0, то, кроме скачкообразного характера поступательного движения ЗМС в ИСО будет иметь место прирастание скорости такого движения от каждого импульса разряда на величину Δv=Δр/m из их периодической последовательности с интервалом времени ΔT, поэтому отношение Δv/ΔT можно, в первом приближении, рассматривать как величину УСКОРЕНИЯ системы под действием внутренних сил с участием вязкого трения периодически распространяющейся ударной волны в жидкой среде эллипсоида. Так что можно изменять характер движения ЗМС путём включения и выключения работы разрядника, либо изменять величину вязкого трения, например, изменением температуры заполняющей эллипсоид негорючей и электронепроводящей жидкости.

Путём разворотов такого движителя по азимуту и углу места можно осуществлять маневрирование ЗМС в ИСО, находясь, например, в космосе в состоянии невесомости и, что важно, безо всякой реактивной тяги, на что затрачивается вполне ограниченный запас топлива, конечно, несовместимый с длительными космическими путешествиями. Однако, необходимость соблюдения закона сохранения энергии требует восполнения её запасов на космическом корабле и её пополнение предполагается использованием солнечной или иной звёздной радиации.

В отсутствие сколько-нибудь ощутимого трения в космической среде экономия энергии осуществляется путём разгона ЗМС в нужном направлении с последующим движением по инерции, когда работа движителя остановлена. При этом можно по желанию выбирать скорость движения согласно формуле

v(t) = (q р₁ + k Δр) / m),

где q - коэффициент усреднения начальной скорости скачка ЗМС от первого импульса разряда, определяемый распределением плотности энергии в ударной волне во времени при экспоненциальном разряде конденсатора С и практически находимый как

q = ΔХ / v₁ ΔT,

k - число разрядных импульсов, использованных для разгона ЗМС до требуемой скорости, в частности, k = Ent [t / ΔT] - целое число.

Недостатком такого безопорного движителя следует считать его относительно малый коэффициент полезного действия, как правило, не превосходящий 50%, что, однако, вполне окупается возможностью движения по инерции в космических условиях, то есть перемещения ЗМС в пространстве без затраты энергии. Другим недостатком можно считать невозможность очень быстрого торможения ЗМС реверсом движителя (его разворотом на 180 градусов), при разгоне системы до высоких скоростей. При наземном использовании этот недостаток легко обходится торможением при наличии сцепления с внешней средой (при этом система перестаёт быть замкнутой).

На основе такого рода движителей возможна левитация, если внутренние силы будут равны и противоположно направлены силе гравитации, а устойчивость такой «летающей тарелки» обеспечивается симметричным расположением нескольких (как минимум, трёх) таких движителей относительно самих себя и центра инерции системы.

Рассмотрим пример реализации рассматриваемого движителя, представленного на рис.2 и включающего следующие элементы:

импульс волна безопорный движитель

импульс волна безопорный движитель

Рис. 2 1 - корпус ЗМС в форме полого эллипсоида с общей внутренней длиной 2а, 2 - электрический разрядник, центр разрядного промежутка которого расположен в фокусе эллипсоида 1 на расстоянии (а - c) от фронтального конца эллипсоида 1, 3 - выводы электрического разрядника, изолированные от корпуса 1, 4 - внутренняя жидкостная электронепроводящая и негорючая (или газовая под большим давлением) среда, заполняющая полый эллипсоид, 5 - высоковольтный генератор периодической последовательности мощных коротких импульсов с высокой скважностью и с частотой повторения 1 / ΔТ ≈ V / 2 a.

Пусть конденсатор разрядного устройства С = 2 мкФ. Напряжение пробоя в разряднике равно U* = 100 кВ, расстояние между фокусами эллипсоида 1 выбрано как 2 с = 1 м. Тогда энергия разряда равна W = 10 кДж. Пусть средняя длительность импульса разряда равна 20…50 мкс. Если скорость распространения ударной волны в выбранной жидкости V = 1000 м/c, то период следования импульсов разряда можно принять равным 1 мс. При этом на работу движителя расходуется полезная электрическая мощность Р = = W / ΔТ = 10 МВт, но только 5 МВт расходуется на скачкообразное, хотя внешне практически плавное движение ЗМС. Если масса системы вместе с движителем составляет m = 1000 кг, то по закону сохранения энергии можно записать, что m v₁² / 2 = χ W/ 2, где χ < 1 - безразмерный множитель, учитывающий фактор Ф(η) cos γ.

Пусть величина χ = = 0,75, тогда конечная скорость скачка системы вычисляется как v₁ = χ W / m = 0,75 _* 10 ⁴/ / 10 ³ = 7,5 м/с, то есть среднюю скорость скачкообразного движения ЗМС без учёта её ускорения (идеализируя, что η = 0) можно полагать порядка 4…5 м/с или всего лишь 14,4 … 18 км/час (скорость велосипедиста). Однако, если полагать, что величина потерь ударной волны в вязкой жидкости такова, что Δр = р₁ - р₂ = 10 кг_*м/с, то величина приращения скорости ЗМС от каждого импульса разряда составит Δv = Δр / m = 0,01 м/с , то есть ускорение системы оказывается равным j = Δv / ΔТ = 0,01 / 0,001 = 10 м / с², что совсем не плохо.

Такая ЗМС достигнет в космосе скорости 100 км/час всего за 2,78 секунды, что, например, теоретически невозможно достичь на любом сверхмощном автомобиле, конечно, без реактивной тяги, из-за пробуксовки колёс. Установка такого движителя на тележку с рулевым управлением и непременно с хорошо работающей тормозной системой позволит обогнать любой Брабус или Ягуар с Феррари, вместе взятыми!!! А проходимость такого автомобиля находится вне всяких похвал!!! Конечно, это - шутка для применения в наземном транспортном средстве, так как трудно обеспечить напряжение в разряде 100 кВ при среднем токе заряда накопительного конденсатора в 100 А. Откуда взять такой источник энергии в 10 МВт?...

Для сравнения - мощность одного электрогидроагрегата в мощных ГЭС имеет порядок от 100 до 500 МВт. Кроме того, стенки эллипсоида должны выдерживать чрезвычайно высокое давление, так как импульс разряда длительностью 50 мкс при значении р₁ = 5000 кг_*м/с создаёт силу тяги порядка 100 Мн ≈ 10 килотонн, и такое устройство, по всей видимости, не реально практически осуществить.

Рассмотрим другой практически осуществимый пример. Пусть в схеме используем импульсный конденсатор ёмкостью С = 100 мкФ с пробивным разрядным напряжением в разряднике U* = 5 кВ с частотой его подзаряда от сети 50 Гц через повышающий трансформатор и двухполупериодный выпрямитель (на мосту Греца), так что частота следования разрядных импульсов составляет 100 Гц (эквивалентно ΔТ = 10 мс). Энергия импульса разряда при этом составляет W = 1250 Дж и потребляемая от сети мощность Р = = 125 кВт, из которой на тягу расходуется около 40 кВт (порядка 60 л.с.). Пусть 2с = 2 м, 2а = 2,2 м, тогда s(π/2) = 0,46 м и длительность разрядного импульса около 450 мкс. При массе системы m = 1000 кг значение v₁ = χ W / m = 0,75_*1,25.10³/1000 = 0,94 м/с.

Пусть средняя скорость такого движения равна половине от максимальной, тогда импульс р₁ = 1000_*0,47 = 470 кг_*м/с, и импульсная сила тяги при этом будет равен 470 / 450.10 ^{- 6} = 1,04 Меганьютон = 106 тонн. Если выбрать такую жидкость для заполнения эллипсоида, что доля потерь энергии ударной волны, распространяющейся назад, составит порядка 10 %, то есть величина Δр = 47 кг_*м/с, то приращение скорости движения за каждый импульс разряда составит Δv = 0,047 м/с, а при частоте следования импульсов в 100 Гц соответствующее ускорение системы будет равно 4,7 м/с² - очень неплохой результат. Разгон до 100 км/час составит при этом всего 5,9 секунды в отсутствие трения, как у мощных автомашин.

Важно отметить, что такая ЗМС совершает поступательное перемещение своего центра инерции без какого-либо перераспределения масс внутри системы и не подвержена действию внешних сил. При этом разрядник нельзя считать внутренней опорой в силу равенства и взаимно противоположной направленности двух сил отдачи от возникающей ударной волны квазисферической структуры, действующих одновременно [7-10].

Из рассмотренных примеров видно, что основной интерес в применении таких движителей, не имеющих опоры внутри ЗМС, представляет перспектива ускоренного движения вследствие потерь энергии ударной волны в среде её распространения. С целью повышения к.п.д. такого рода движителей, следует рассмотреть возможность прямого использования внутреннего реактивного процесса без выбрасывания масс горючего во внешнее пространство, как это имеет место в реактивных двигателях космических и иных летательных аппаратов (реактивных самолётах).

Если из сопла, закреплённого во фронтальной части, например, того же эллипсоида с жидким наполнителем, организовать быстро вытекающую струю этой жидкости с помощью турбины, то тяга от действия такой турбины с заданной мощностью не будет уравновешиваться силами отдачи на тыльные части корпуса эллипсоида (или полого шара), поскольку часть кинетической энергии струи будет поглощаться в вязкой среде достаточной протяжённости, превращаясь в тепло.

В таком движителе имеется опора - это сопло вместе с турбиной, закреплённое жёстко с корпусом, но система при этом остаётся замкнутой, не связанной с внешними силами. Силы действия и противодействия в такой системе действуют на корпус эллипсоида одновременно, но сами эти силы РАЗНЫЕ по величине. Сила тяги действует постоянно во времени, и ускорение j в ЗМС определяется только разностью импульсов Δр и массой системы.

При установке рассмотренных выше движителей на рычаге с осью вращения такая система превращается во вращающийся двигатель при ориентации тяги таких движителей по касательным к годографу вращательного движения. Угловая скорость вращения оси определяется моментом трения и присоединённой к оси внешней нагрузкой, как в сегнеровом колесе, но без выброса реактивных масс.

Для полноты рассмотрения вопроса о возможности безопорного движения, следует указать на реально действующий электромагнитный двигатель на основе диска Фарадея, к которому жёстко с ним закреплён и сам постоянный магнит, создающий магнитное поле, ортогональное плоскости диска с радиальными токами в нём [11]. При этом полюсы источника постоянного тока приложены к оси диска и к его периферии, как показано на рис.3. Неверно считать, что при вращении диска М. Фарадеем в 1841 году опорами были полюсы неподвижно закреплённого постоянного магнита, между полюсами которого был установлен вращающийся на оси диск. Это опровергается работой диска Фарадея с закреплёнными на нём двумя тороидальными ферритовыми магнитами с их обращёнными друг к другу разноименными магнитными полюсами. При этом такая система может нами рассматриваться как замкнутая, и совершенно не понятно, обо что опирается реакция силы Лоренца, приложенная по касательным к диску с радиальными токами в нём? Ответа на этот вопрос нет, и физическая наука должна интерпретировать этот опытный результат.

Рис. 3

Автором по этой же теме опубликованы работы [12-13] и проводится разработка нового бесколлекторного и бесстаторного двигателя постоянного тока со скользящими контактами, отвечающего весьма большей надёжности функционирования и существенно повышенной быстроходностью, поскольку в нём при работе двигателя отсутствуют переходные процессы, явно присущие широко применяемым сейчас в промышленности и бытовых приборах коллекторным двигателям постоянного тока.

Литература

1. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П., Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений, 2 изд., M., 1966;

. Ступоченко E.В., Лосев С.А., Осипов А.И., Релаксационные процессы в ударных волнах, M., 1965;

. Beликович А.Л., Либерман M.А., Физика ударных волн в газах и плазме, M., 1987;

. Кузнецов H.M., Устойчивость ударных волн, "УФН", 1989, т. 159, в. 3, с. 493; 

. Альтшулер Л.В., Применение ударных волн в физике высоких давлений, "УФН", 1965, т. 85, в. 2, с. 197; 

. Аврорин E.H. [и др.], Мощные ударные волны и экстремальные состояния вещества, "УФН", 1993, т. 163, № 5, с. 1;

. Меньших О.Ф., Электромагнитный шаговый движитель, Патент РФ № 2409885, опубл. в бюлл. № 2 от 20.01.2011;

. Меньших О.Ф., Прибор для наблюдения броуновского движения в вакууме, Патент РФ № 2343513, опубл. в бюлл. № 01 от 10.01.2009;

. Меньших О.Ф., Прибор для регистрации хаотического движения ферромикрочастиц в вакууме в состоянии невесомости, Патент РФ № 2359249, опубл. в бюлл. № 17 от 20.06.2009

. Меньших О.Ф., Способ перемещения центра инерции замкнутых механических систем, Заявка на изобретение № 2013156677/06 (088230) от 19.12.2013;

11. Faradey M., Experimental Researches in Electricity, London, 1841;

12. Меньших О.Ф., Безопорное движение системы проводника с током в магнитном поле, Internet, Allbest.ru, База знаний (доклад), опубл. 28.07.2015;

. Меньших О.Ф., Бесколлекторный двигатель постоянного тока с кольцевыми контак-тами, Заявка на изобретение № 2015137565/07 (057477)