Горюнов Дмитрий Викторович (uhfnl) wrote,
Горюнов Дмитрий Викторович
uhfnl

Category:

Про «Солнечный паровоз »(двигатель)

Про «Солнечный паровоз »(двигатель)

Все вновь предложенные в данном тексте идеи и технические решения, если таковые отыщутся, могут свободно использоваться, распространяться и модифицироваться в соответствии со «Стандартной Общественной Лицензией» (СОЛ), с указанием авторства вашего покорного слуги uhfnl.

Двигатель, однофазный вариант.

Начало здесь...

В решении проблемы создания простого и наименее затратного «Межпланетного корабля», особо остро стоит задача разработки двигателя для него. Логика подсказывает, что чтобы добиться максимальной его эффективности, следует использовать в его конструкции действие наиболее изученных нами и успешно используемых нами в самых различных конструкциях электромагнитных сил. Не вызывает никаких сомнений, что двигатель должен быть реактивным, то есть получать необходимый импульс в нужном направлении за счет взаимодействия с рабочим телом отбрасываемым в противоположном направлении. Чем больше будет скорость, с которой отбрасывается рабочее тело, тем эффективнее будет двигатель и тем меньший запас рабочего тела должен иметь Корабль для выполнения программы полёта. Поскольку для разгона рабочего тела мы собираемся использовать электромагнитные силы, то очевидно, что рабочее тело должно находиться в виде заряженных частиц ионов и электронов. Заряженные частицы эффективнее всего разгонять электростатическим полем. Чем больших значений электростатического поля удастся достичь, тем лучше. В электротехнике используется параметр напрямую связанный с электростатическим полем, это напряжение. Значит, чем более высокое электрическое напряжение нам удастся использовать в нашем двигателе, тем лучше. Самый простой способ увеличить(уменьшить) напряжение – это трансформатор переменного тока, значит будем пытаться использовать для разгона рабочего тела именно переменный ток.


Существуют ли в электротехнике устройства внутри которых, формируется мощное электростатическое поле. Да и это тоже трансформаторы. Нам необходимо, что бы это электростатическое поле разгоняло заряженные частицы рабочего тела, значит одной из обмоток трансформатора, должен быть поток этих частиц. Нам необходимо, что бы этот поток был прямолинейным и направленным, а значит, конструкция разгонного трансформатора должна иметь всего один виток. В итоге конструкция разгонного трансформатора должна представлять собой, прямолинейный полый проводник, являющийся первичной обмоткой трансформатора, с помещённым во внутреннюю полость наборным магнитопроводом, со свободным пространством в центре, для заполнения этого свободного пространства заряженными частицами, генерируемыми плазмотроном, которые будут выполнять роль вторичной обмотки. Поскольку переменный ток имеет два полупериода, то разумно использовать для разгона частиц, двух разгонных трансформаторов, каждый для своего полупериода. Нам важно, что бы движение заряженных частиц происходило преимущественно в одном направлении, поэтому на вход каждого из разгонных трансформаторов, в каждый конкретный момент времени, должны поступать именно те частицы, заряд которых соответствует действующей в этот момент внутри трансформатора ЭДС самоиндукции, для движения их от входного среза на выхлоп, через всю длину трансформатора. Для решения этой задачи, нужно придумать такой способ поперечного разделения разноимённых зарядов на входе разгонных трансформаторов, который бы повторял периодичность ЭДС самоиндукции внутри этих трансформаторов. Вспомнив о том, что ЭДС самоиндукции во вторичной обмотке трансформатора всегда действует в противофазе с напряжением на первичной обмотке, можно предложить простой способ для разделения зарядов во входящем потоке плазмы на две части, расположив оба разгонных трансформатора рядом друг с другом и продолжив внешние части их первичной обмотки выше входного среза трансформаторов, так что бы они образовывали два электрода, между, которыми действует поперечное потоку электростатическое поле, разделяя заряженные частицы на два потока, так как нам нужно, в каждый момент времени.
Предварительно картинка выглядит так: поток плазмы из первичного плазмотрона проходя сепаратор образованный продолжением первичных обмоток разгонных трансформаторов, разделяется на два потока, каждый из которых попадает на вход полости внутри магнитопровода соответствующего трансформатора, ускоряется под действием ЭДС самоиндукции этого трансформатора, покидает трансформатор через его обратный конец и где-то далеко за пределами двигателя встречается с потоком частиц из соседнего трансформатора, замыкая две петли вторичных обмоток этих трансформаторов. Сами трансформаторы получают импульс в обратном направлении, обеспечивая тягу всего двигателя.
Но не всё так просто. На самом деле даже небольшое количество одноимённо заряженных частиц не могут одновременно занимать один и тот же объём из-за действия электростатической силы взаимного отталкивания. Чем больше таких частиц, тем больше и сила,  и обеспечить сколько-нибудь значимый поток  частиц через внутреннюю полость разгонного трансформатора не представляется возможным. Даже при напряжении в сотни киловольт, на их первичных обмотках, ток во вторичных, будет составлять единицы миллиампер, чего совершенно недостаточно, для создания, хоть какой-то приемлемой тяги двигателя. Как же возникают значительные плотности тока в известных нам проводниках: металлах, электролитах, плазме? Они возникают потому, что эти среды заполнены разноимёнными зарядами. Значит нам для создания значимой плотности тока во вторичной обмотке разгонного трансформатора, нужно насытить её зарядами противоположного знака.
Из за того, что масса электронов значительно меньше массы ионов, вклад разгона электронов в результирующем импульсе всего двигателя многократно меньше вклада от разгона ионов. Значит в первую очередь, нужно обеспечить эффективный разгон ионов. Для этого область, в которой разгоняются ионы, должна быть насыщена отрицательными зарядами, то есть электронами. Обеспечить встречный поток электронов можно, превратив внутреннюю полость разгонного трансформатора в диод, поместив его анод перед ее входом, а катод за выходом. Стилизованная электрическая схема всего двигателя представлена на Рис.1. Следует иметь ввиду, что внутреннее пространство диода D1 совпадает с внутренней полостью трансформатора T1, а внутреннее пространство диода D2 совпадает с внутренней полостью трансформатора T2.
Пусть в некоторый момент времени, на том контакте питающего высоковольтного трансформатора, который присоединён к обкладке конденсатора C1 – положительный потенциал, а на другом – отрицательный потенциал. Тогда знаки потенциалов в значимых точках  схемы будут распределены так, как показано на рисунке.
Представление, как будут распределяться и двигаться ионы и электроны в рассматриваемой конструкции в момент времени, когда потенциалы в ее значимых точках будут распределены так же как на рисунке 1, схематично изображено на рис. 2. Внутреннее пространство диода D1, совпадающее с внутренней полостью трансформатора T1, заполнено электронами, движущемися от катода к аноду D1. Плазма из плазматрона, попадает в пространство выше разгонных трансформаторов в область где действует электростатическое поле между электродами «сепаратора». Под действием этого поля, происходит разделение ионов и электронов, чему способствует некоторая концентрация электронов в области под анодом D1, которая частично нейтрализует действие электростатической силы притяжения разноименных зарядов впрыснутой плазмы. Ионы будут двигаться справа налево, попадая во внутреннюю область диода D1, а электроны будут двигаться слева направо, попадая во внутреннюю область диода D2. Под действием электростатической силы, возникающей между катодом и анодом диодов, ионы и электроны будут поступать на вход разгонных трансформаторов T1 и T2, внутренняя полость которых ограничена  пунктирными линиями на рисунке 2.

Во внутренних полостях разгонных трансформаторов, на ионы и электроны, кроме электростатической силы диодов, будет так же действовать ЭДС самоиндукции, возникающая из за тока в первичной обмотке трансформаторов и совпадающая по направлению с электростатическим полем диодов. Ионы под действием этих сил будут разгоняться и выбрасываться за нижний срез разгонного трансформатора T1, электроны в разогнанные в T1, тормозясь об анод D1, будут генерировать поток рентгеновского излучения направленного вниз и вносящего свой вклад в общий результирующий тяговый импульс всего двигателя. Большая часть электронов из, впрыснутой плазмы, вряд ли  сможет попасть внутрь полости T2, из за ограничения, вызванного невозможностью совместного нахождения большого количества одноименных зарядов в ограниченном объёме, и будет захвачена анодом D1, создавая паразитный ток и увеличивая отрицательный потенциал катода D1, и возникновения потока электронов в сторону потока разогнанных ионов от катода D1. Для того, что бы избежать излишнего расходования вещества рабочего тела, следует организовать такое управление плазмотроном, чтобы поток плазмы из него обеспечивал концентрацию частиц в области действия сепаратора, по закону, повторяющему эпюру напряжения после двухполупериодного диодного моста и синфазному напряжению на питающем всю схему повышающем трансформаторе. Увеличивая и уменьшая амплитуду изменения потока плазмы из плазмотрона, можно осуществлять регулировку тяги двигателя. Токи в проводниках  и потоки частиц, будут самопроизвольно изменяться в зависимости от концентрации плазмы на выходе плазматрона, из за присутствующей в схеме глубокой отрицательной обратной связи. Наличие шунтирующих диоды резисторов R1 и R2, необходимо, для обеспечения тока через соответствующую обмотку, при обратном полупериоде напряжения, когда шунтируемый  ими диод запирается.

Эскиз конструкции двигателя в варианте однофазного источника тока представлен на рис. 3. И обмотка и магнитопровод должны быть изолированы между собой, от внутренней полости и с внешней стороны надёжным изолятором.
При бомбардировке анодов разогнанными электронами, будет происходить их сильный нагрев. Следует предусмотреть устройство для эффективного охлаждения анодов, желательно, что бы тепло выделенное на анодах, можно было бы возвращать в тепловой цикл энергоустановки. Как бы эффективно ни было охлаждение анодов, избежать их постепенного разрушения не удастся. Следует иметь ввиду, что часть вещества анодов после их разогрева будет разгоняться и выбрасываться  из двигателя вместе с основным рабочим телом. Возможно, что после первичного разогрева анодов, подача основного рабочего тела может быть вовсе остановлена, а поток ионов для разгона, будут генерировать разогретые аноды…  В этом случае управление тягой двигателя станет возможным только изменением мощности, генерируемой энергоустановкой. В любом случае, сами аноды следует рассматривать как один из основных расходных материалов, наравне с рабочим телом. Материал анодов должен быть тугоплавким и иметь большую атомную массу, что бы увеличить значение удельного импульса, при разгоне ионов оторванных от анодов. Например, имеет смысл попробовать в качестве материала анодов применить вольфрам.

Вишенка(ложка дёгтя) на торте

Внутри разгонных трансформаторов обязательно должен наблюдаться эффект самофокусировки плазменного пучка. С достижением этого пучка определённой плотности, должен усилиться эффект взаимного торможения встречных потоков ионов и электронов. При торможении электронов на встречных ионах, видимо, должен наблюдаться эффект схожий с эффектом торможения электронов на аноде диода – генерация рентгеновского излучения. Поток этого рентгеновского излучения должен быть направлен в сторону противоположную направлению скорости электронов, а значит, будет участвовать в создании общей тяги двигателя. Вероятно, что если, изучив особенности работы конструкции, поварьировать различными ее параметрами, формами, размерами  и материалами её элементов, а также параметрами питающеё его электроэнергии: напряжение, ток, мощность, частота, - можно надеяться, что удастся добиться значительного увеличения именно доли излучения в суммирующем импульсе тяги всего двигателя. Значит представленную конструкцию, можно будет рассматривать как пример «гибрида ионно-фотонного двигателя» и увеличивая его фотонную составляющую, и снижая потерю массы рабочего тела, можно будет значительно наращивать его эффективность.
В связи с этим, возникает резонная озабоченность тем, что в створе выхлопа двигателя будет присутствовать мощный поток жесткого рентгеновского излучения. С одной стороны, это накладывает серьёзные ограничения при маневрировании корабля, оснащённого такими двигателями, чтобы не допускать повреждения объектов попавших в створ выхлопа этих двигателей. С другой стороны, возникает соблазн использовать этот эффект в качестве нового лучевого оружия, озаботившись дополнительной фокусировкой этого пучка излучения.

Двигатель, трехфазный вариант.

Для того, чтобы уменьшить пульсацию и связанные с ней паразитные вибрации в двигателе и энергоустановке, можно рассмотреть вариант компоновки двигателя, состоящего из трёх однофазных частей, питаемых тремя различными фазами от трехфазного источника электрического тока.
Вариант простого механического объединения трёх однофазных частей в трехфазную конструкцию представлен на рис. 4. В таком расположении, можно внутренние части двигателей подключить к нейтрали, а внешние к трем разным фазам, обеспечив подключение к  питающему повышающему трансформатору по схеме звезда. Можно конечно объединить внутренние части отдельных двигателей в одно пространство, но мне не хочется отнимать хлеб у конструкторов, если они вдруг заинтересуются этой идеей.

В любом случае, похоже, придётся иметь свои плазмотроны для каждой части двигателя, со своими устройствами управления. Кроме того, что применяя трехфазный вариант удастся значительно снизить вибрации конструкций и пульсации тяги, удастся полностью исключить моменты времени, когда тяга и выхлоп двигателя отсутствуют полностью. В связи с этим…

Вишенка на торте №2

При предыдущем рассмотрении мы исходили из того, что двигатель, обсуждаемый выше, должен работать исключительно в условиях вакуума. Если поместить этот двигатель в однофазном варианте в атмосферу, и предположить, что удалось его «запустить», то несложно понять, что высокотемпературный поток плазмы «вытянет» всю «атмосферу», не только из внутренних полостей разгонных трансформаторов, но и из всей конструкции двигателя, если конечно загерметизировать его сверху. Но в однофазном варианте, существует момент, когда плазма и тяга отсутствуют, и в эти моменты, внутренние полости двигателя будут снова заполняться атмосферным воздухом, через нижнее сопло двигателя, со скоростью звука. В трехфазном варианте, можно попробовать избежать эффекта повторного заполнения конструкций двигателя атмосферным воздухом, используя тот факт, что в каждый момент времени, в какой-то части двигателя присутствует плазма и создаётся тяга. Каждая плазменная струя будет взаимодействовать с атмосферным воздухом, нагревая и отбрасывая его назад, образуя некоторый конус выхлопа.  Если ограничить возможность атмосферного воздуха проникать в неработающие полости двигателя по кратчайшему пути параллельно нижнему срезу разгонных трансформаторов, на уровне, где конус соседнего выхлопа имеет минимальное сечение, вероятно удастся полностью предотвратить его повторное проникновение внутрь конструкции двигателя. Добиться этого, можно разместив ниже нижнего среза разгонных трансформаторов специальную «бленду», герметично соединённую с основной конструкцией двигателя и препятствующую проникновению воздуха вдоль нижнего среза разгонных трансформаторов в их внутренние полости, как изображено на Рис.5..

Размер такой «бленды», можно рассчитать или определить экспериментально. Важно то, что такое дополнение может снять существенное ограничение – использование двигателя только в вакууме.

Если идеи, изложенные выше в качестве гипотез, удастся подтвердить на практике, на горизонте возникает перспектива создания космического корабля с ядерной энергетической установкой, оснащённого подобными двигателями, который сможет стартовать и садиться непосредственно на поверхность планеты. В ходе решения проблемы обеспечения независимости энергоустановки корабля от внешней среды, используемой нынешними тепловыми машинами в качестве холодильника, могут пригодиться идеи изложенные в статье ПРО «СОЛНЕЧНЫЙ ПАРОВОЗ»(ЭНЕРГОУСТАНОВКА).

Перспективы использования таких кораблей могут быть очень широкими, от лихтеров на маршрутах планета-орбита, до автономных разведывательных рейдеров для исследования Солнечной системы, включая её самые дальние уголки. Использование же этих двигателей в сочетании с Солнечной энергетической установкой, позволит создать наименее затратный орбитальный флот, для использования его в центральной части Солнечной системы. Такие же двигатели можно использовать для ориентации и корректировки орбит «орбитальных космических станций».

Продолжающееся уже более полувека бесперспективная тенденция, по усовершенствованию космических «керосинок», ясно демонстрирует, что настало время сделать шаг в каком-то другом направлении. Почему бы не попробовать шагнуть в сторону «Солнечного паровоза»?
P.S: Оказывается ЖЖ редактор переставляет местами слова, поэтому после публикации сам не мог понять, что написано...
Вроде всё поправил...

Tags: Космос, Моё, Солнечный паровоз
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 1 comment