Достижение поставленной цели в заявляемом способе объясняется действием второго закона Ньютона и неодновремённостью силового действия на замкнутую механическую систему - в её внутреннем корпусе - квазисферической ударной волной за счёт несимметричного, смещённого расположения внутри этой механической системы электрического разрядника относительно геометрического центра симметрии механической системы.
Заявляемый способ поясняется реализующим его устройством, вариант которого представлен на рис.1 и содержит следующие элементы и узлы: 1 - корпус механической системы в форме полого эллипсоида с общей длиной L, 2 - непроводящая электрический ток жидкость, заполняющая эллипсоид 1,. 3 - электрический разрядник из двух металлических шариков, центр разрядного промежутка которого расположен в фокусе эллипсоида 1 на расстоянии ХО от фронтального конца эллипсоида 1, с выводами разрядника, изолированными от корпуса 1, 4 - накопительный высоковольтный конденсатор ёмкостью С (мкФ), 5 - высоковольтный источник питания постоянного напряжения, 6 - ограничительный резистор с сопротивлением R цепи заряда конденсатора 4 от ВИП.
Полная масса замкнутой механической системы в сборе равна m. Энергия W разряда в разряднике 3 определяется по формуле W = C U2 / 2, где U - напряжение, до которого заряжается конденсатор С перед электрическим пробоем в разряднике 3. Эта энергия состоит из трёх её частей, создающих сферическую ударную волну, - волну ускорения системы с энергией WУ = бО W / р, волны торможения системы с энергией WТ = бО W / р и волны, не создающей никакого импульса силы на систему, с энергией (р - 2 бО) W / р. При этом WУ = WТ, что определяет соблюдение закона сохранения импульса в течение периода Т следования разрядных импульсов, где Т ? (L - XO) / v и v - скорость распространения ударной волны в жидкости 2, заполняющей эллипсоид 1.
На рис.2 приведены графики, характеризующие работу устройства.
На рис.2а показана периодическая последовательность импульсов UP электрических разрядов, вырабатываемых в элементами 4, 5 и 6. Период следования импульсов равен Т. Скважность следования импульсов q = T / фИ >> 1, где фИ - длительность импульсов квазипрямоугольной формы, удовлетворяющая условию: «начало импульса торможения отстаёт от конца импульса ускорения».
На рис.2б представлен график ускоряющей механическую систему силы F1(t) давлением ударной волны, падающей с задержкой ?Т1 относительно фронта ударной волны, образующейся от разряда в электрическом разряднике 3, на фронтальную часть корпуса 1.
На рис.2в дан график тормозящей механическую систему силы F2(t) давлением ударной волны на тыльную часть корпуса 1. Задержка ?Т2 максимума этой силы торможения определяется размером L - XO >> XO, так что ?Т2 >> ?Т1. Площадь импульса ускорения равна площади импульса торможения, что и определяет равенство импульсов ускорения и торможения замкнутой системы за период Т, то есть интегральное соблюдение закона сохранения импульса (в не поглощающей среде 2).
На рис.2г приведён график перемещения центра инерции замкнутой механической системы при действии периодической последовательности ударных волн в жидкости 2 внутри корпуса 1 при работе электрического разрядника 3. В каждом акте перемещения соблюдается закон сохранения импульса, так как к концу каждого периода Т механическая система останавливается, но уже находясь в другом месте пространства, что согласуется с принципом однородности пространства - физические свойства замкнутой системы и законы её движения не зависят от выбора положения начала координат инерциальной системы отсчёта, то есть физические свойства замкнутой системы и законы её движения не зависят от выбора положения начала координат инерциальной системы отсчёта, не изменяются при параллельном переносе в пространстве замкнутой системы как целого.
Рассмотрим операционную сущность заявляемого способа на примере работы реализующего способ устройства, представленного на рис.1.
Смещение центра инерции замкнутой механической системы под действием ударных волн, возбуждаемых от их источника, расположенного смещённо относительно геометрического центра симметрии внутри корпуса механической системы, происходит за счёт импульса силы давления р1 на фронтальную часть корпуса механической системы (на дуге между точками А и В) с последующей остановкой последней за счёт импульса силы давления р2 на её тыльную часть при отсчёте слева от вертикали для х = L / 2 - XО (на дуге С, Е. D), где р1 + р2 = 0 согласно закону сохранения импульса, так как р1 = - р2.
Кинетическая энергия W механической системы связана с движущим её импульсом р соотношением: W = р2 / 2 m, где m, - масса системы. Эта энергия равна W = m VС2 / 2, ДT и при этом импульс внешней силы р = ? F(t) dt = m VС, где F(t) - действующая на систему 0 внешняя сила как функция времени, ДT - интервал времени действия внешней силы, VС - - полученная системой скорость её движения за интервал ДT. Таким образом, затраченная на создание движения системы массой m со скоростью VС энергия W явным образом определяется величиной импульса р. Связь импульса силы и количества движения определяет второй закон Ньютона F(t) = m a(t), где a(t) - мгновенное значение ускорения системы под действием внешней силы.
Рассмотрим замкнутую систему, включающую жёсткий корпус 1 в форме полого эллипсоида с внутренней длиной L заполненного упругой электронепроводящей жидкостью 2, и установленный в ней излучатель 3 ударной волны (импульсный электрический разрядник), расположенный в фокусе эллипсоида со смещением (L/2) - ХО от центра симметрии эллипсоида (от точки О) к одной из его стенок (фронтальной, между точками А и В) и возбуждаемый от цепи из элементов 4, 5 и 6 периодической последовательности мощных коротких импульсов с высокой скважностью.
При этом ударная волна, распространяющаяся в упругой среде за счёт электрического разряда, двигается во всех направлениях в форме квазисферической ударной волны, достигая стенок корпуса системы в различные моменты времени и оказывая соответственно различное давление на различные участки стенки корпуса системы. Величина этого давления явным образом зависит от угла падения б на стенку корпуса вектора скорости ударной волны, от величины её амплитуды в рассматриваемой точке (например, в точке Е) расположения дифференциального сечения dS(б), расположенного на удалении ?(б) от центра образования ударной волны в разряднике 3, где б - направляющий угол движения ударной волны относительно большой оси эллипса с длиной L.
При этом будем отсчитывать угол б относительно горизонтальной оси эллипса для левой и правой частей от фокуса эллипса для показанного на рис.1 центрального сечения эллипсоида, и тогда б = 0 при совпадении вектора скорости v ударной волны с отрезком ХО, лежащем на большой полуоси эллипса. Величина угла б ограничена углом бО из-за геометрических размеров металлических шариков разрядника 3.
Различие моментов времени воздействия ударной волны на различные участки стенки корпуса 1 системы просто определяется различием расстояний ?(б) от центра образования ударной волны до рассматриваемого участка - дифференциального сечения dS(б). Так, при известной скорости н распространения звуковой волны в заданной среде 2 моменты времени tr прихода ударной волны к дифференциальному сечению dS(б) от момента электрического разряда tО вычисляются как tr = tО + ?(б) / н. В частности, ударная волна до ближайшей точки на внутренней поверхности корпуса придёт с минимальной временной задержкой ДtMIN = ХО / н, и на рис.2б этот интервал обозначен как ?Т1, а до наиболее удалённой точки с максимальной временной задержкой ДtMАХ = (L- - ХО) / н, которая на рис.2в обозначена как ?Т2, и разница во времени воздействия ударной волны на эти противоположные точки корпуса составит ДТ = ДtMАХ - ДtMIN = ( L- - 2 ХО) / н = ?Т2 - ?Т1. Учитывая, что всегда соблюдается условие ХО < L / 2, добиться увеличения значения ДТ можно путём увеличения длины корпуса L при одновременном снижении длины ХО и применением среды 2 с минимально возможной скоростью н распространения ударной волны в такой среде.
Приведём ниже некоторые соотношения для исследуемого процесса: (x2 / a2) + (y2 / b2) = 1 или x = a cos ? у = b sin ? - уравнения эллипса, dS(б) = 2р ?(б) sin б dr(б) = 2р r(б) dr(б) - дифференциал площади кругового пояса эллипсоида, dF(б) = з(б,t) dS(б) - дифференциал силы давления з(б,t) ударной волны, dF(б)= = 2р r(б) з(б,t) cos б dr(б) - дифференциал силы торможения системы, у(б) = - r(б) = ?(б) sin б - координата для произвольной точки Е на эллипсе, х(б) = - a [1 - (y(б) / b)2]1/2 = (L/2 b) [b2 - r(б)2]1/2 - координата для точки Е на эллипсе, b = [XO (L - XO)]1/2 - длина малой полуоси эллипса. При угловой симметрии потока ударной волны з(б,t) = з(t) = const (б) для полного импульса силы ускорения ру и торможения рТ (равных по модулю в не поглощающей среде 2) имеем выражения: t* р/2 T ррУ = 2р ? з(t) dt ? r(б) sin б dr(б), рТ = - 2р ? з(t) dt ? r(б) sin б dr(б), (7) 0 0 t* р/2 где t* = b2 / a v, v - скорость ударной волны в жидкости; так что суммарный импульс рУ системы за период Т равен рУ = рУ + рТ = 0, и закон сохранения импульса в замкнутой механической системе сохраняется. При этом имеем в виду, что давление ударной волны з(t) падает пропорционально кубу радиуса ?(б) её сферического распространения в жидкости 2, то есть оно велико на фронтальной части корпуса 1 (на дуге А В) и заметно уменьшается на тыльной его части (на кривой C Е D), где ?(б) = v t при v = const(б).
Момент времени t* в выражениях (7) выбран по условию, что б = р / 2. На самом деле начало действия импульса на фронтальную часть корпуса 1 (эллипсоида) возникает в момент времени t1Н = XO/ v, отсчитываемый от начала разрядного электрического импульса длительностью фИ и заканчивается в момент времени t1К = ?(бО) / v + фИ ? t*, а момент начала действия импульса торможения равен t2H = ?(р - бО) / v ? t*, и он заканчивается в момент времени t2К = [(L - XO) / v] + фИ ? T, как это видно на рис.2б и 2в.
В сфероподобном поясе эллипсоида 1, ограниченном вертикальными сечениями АВ и СD на стенки корпуса 1 системы давление ударной волны не действует, так как волна заслоняется металлическими шариками разрядного контура 3 и на них приходятся силы давления соответственно вверх и вниз в вертикальном сечении (фокальном параметре), равные по величине и противоположно направленные, то есть не создающие какого-либо импульса, воздействующего на механическую замкнутую систему в целом в течение времени действия разрядного электрического импульса пробоя жидкости 2 между металлическими шариками разрядника 3, но при этом бесполезно расходуется часть энергии раз-ряда W.
Нетрудно понять, что указанная потеря энергии составляет WПОТ = W (1 - 2 бO/р ), и тогда энергия ускорения системы и её торможения (равные по величинам) соответственно равны WУ = WТ = бО W / р. Например, при бО = р / 3 получим WУ = W/3 = = С U2 / 6. При С = 10 мкФ и U = 100 кВ имеем энергию ускорения WУ = 16,7 кДж. Если масса системы m = 10 кг, то в силу известного равенства WУ = рУ2 / 2 m находим значение импульса ускорения рУ для рассматриваемого примера рУ = (2 m WУ)1/2 = 577,4 кг*м/с. Так как рУ = m VC, где VC - приобретённая скорость системы под действием импульса ускорения, которая равна для данного примера VC = 577,4 / 10 = 57,7 м/с, а движение системы можно полагать равноускоренным, то средняя скорость такого движения равна VCР = VC / 2 = 28,8 м/с. Если импульс разряда имеет длительность около фИ = 10 мкс, то за это время система переместится на расстояние ?Х = VCР фИ = 0,29 мм, и далее будет продолжать движение по инерции с замедлением под действием импульса торможения рТ, пройдя в целом путь около 1 мм за период Т следования импульсов разряда с мощностью разрядного импульса РИ = W / фИ = 50 кДж / 10 мкс = 5 ГВт. Если скорость движения ударной волны принять равной v =1000 м/с, то при L = 0,55 м и ХО = 5 см, то минимальное значение периода Т следования импульсов разряда определяется по формуле Т = (L - XO) / /v + фИ = 0,5 / 1000 + 10 - 5 = 0,51 мс. Это означает, что частоту следования импульсов разряда можно иметь не более 1,96 кГц, затрачивая при этом среднюю мощность подзаряда накопительного конденсатора более 100 МВт. При таком темпе следования разрядных импульсов получаем среднюю скорость перемещения центра инерции замкнутой механической системы VS = 0,001 м / 0.51 мс ? 2 м/с. Полученный результат такого движения, конечно, не впечатляет с учётом малой массы системы и огромной затраты энергии на её движение. Однако, дело в принципе, так как подтверждается возможность движения замкнутой механической системы под действием внутренних сил, в данном случае от действия периодической последовательности ударных волн.
Такое не утешительное положение можно поправить, применяя жидкость 2 с достаточно большой вязкостью, что обеспечит НЕРАВЕНСТВО импульсов действия и противодействия, когда рУ > рт вследствие того, что (L - XO) >> XO, и потери энергии ударной волны в такой среде растут с дальностью её распространения. В этом случае возникает ситуация, когда система не останавливается от каждого импульса разряда, а продолжает двигаться, например, с ускорением в о = 0,2 мм/с / 0,51 мс ? 0,4 м / с2, и тогда система, двигаясь с таким ускорением, достигнет скорости в 100 км/час за 69,5 с, то есть немного больше одной минуты. Это позволяет надеяться на возможность сверхдальних космических полётов, что могли использовать инопланетяне, если они действительно когда-то в далёком прошлом посещали Землю, имея восполняемый запас энергии, например, из вакуумного поля. Отметим, что указанные акты поступательного перемещения центра инерции замкнутых механических систем, подобных рассмотренной, совершаются при соблюдении закона сохранения энергии, поскольку это перемещение сопровождается затратой электрической энергии для образования последовательности ударных волн. Сам акт перемещения не изменяет потенциальной энергии, запасаемой механической системой, и затрачиваемая при электрических разрядах энергия превращается в тепловую в процессе диссипации ударных волн в вязкой среде, в которой эти ударные волны распространяются (в системе предусматривается циркуляция жидкости 2, не указанная на рис.1).