Способ и устройство для создания изменяемой силы тяги или упора

Способ и устройство для создания изменяемой силы тяги или упора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к гидро- и аэродинамике объектов, находящихся и движущихся в пространстве. Изобретение также относится к электрическим асинхронным машинам и может быть использовано в судостроении и ракетостроении. Предлагается новый тип движителя, способный создавать силу упора, независимо от характера среды. Изобретение является пионерным.

В качестве отдаленного аналога можно рассмотреть асинхронный электрический двигатель с короткозамкнутым ротором типа "беличья клетка". Вращающееся магнитное поле (ВМП) в двигателе создается за счет магнитопровода круговой конструкции, имеющей систему пазов и зубцов, расположенных по окружности внутренней расточки статора. При трехфазной системе питания в пазы укладываются три обмотки. Они распределены по окружности статора так, что между осями полюсов имеется угол в 120 градусов. Наличие в симметричной трехфазной системе временного и пространственного сдвига в 120 градусов обуславливает появление ВМП.

Путь распространения магнитного потока проходит через зубцы, обращенные к оси вращения магнитного поля зазоры между статором и ротором и тело ротора. На периферии магнитный поток замыкается по ярму. Магнитный поток пересекает стержни "беличьи клетки" (они проходят параллельно оси вращения), наводит в них электрический ток. От последнего возникает магнитное поле, взаимодействующее с первичным магнитным полем. Создается вращающий момент, приложенный к ротору (1, с.270-276). Ротор увлекается магнитным полем статора с некоторым отставанием (скольжением). На наружную поверхность статора магнитное поле почти не выходит (исключая потоки рассеяния). Однако в рассматриваемом случае (создание нового движителя) требуется его выход на поверхность статора, например раскручивание пограничного слоя среды, в которой движется объект. При этом пограничный слой должен обладать определенной электропроводностью. Указанное способно компенсировать силу давления среды на корпус объекта и снижать лобовое сопротивление.

С целью получения вращающегося магнитного поля при помощи трехфазной системы обмоток статора последние должны иметь оси, сдвинутые в пространстве на 120 градусов. Направление, в котором основная волна индукции имеет наибольшее значение, называют осью магнитного поля.

Магнитное поле, ось которого вращается, принято называть вращающимся магнитным полем. Если значение индукции в воздушном зазоре в точке, лежащей на оси полюса вращающегося поля, остается неизменным, то такое поле называют круговым вращающимся полем, так как его можно изобразить вращающимся вектором неизменной длины, описывающим своим концом окружность (4, часть вторая, с.186).

Другим аналогом может быть однофазный конденсаторный асинхронный электродвигатель, ротор которого выполнен в виде беличьей клетки или в виде тонкостенного немагнитного полого цилиндра (1, с.278-316). В этих двигателях используются две отдельные однофазные обмотки, распределенные в пазах статора и взаимно сдвинутые по его окружности на половину полюсного деления. В одну из обмоток включается фазосдвигающий конденсатор. При этом поле получается эллиптическим и снижается коэффициент полезного действия (КПД).

Третьим аналогом (прототипом) может быть асинхронный двухфазный управляемый двигатель (2, с.128-161). Ротор такого двигателя является короткозамкнутым и выполняется в виде беличьей клетки или полого немагнитного с внутренним магнитопроводом. На статоре двигателя располагаются две распределенные обмотки, сдвинутые в пространстве на 90 электрических градусов. Одна обмотка (ОВ) называется обмоткой возбуждения. Она постоянно включена в сеть переменного тока. Вторая обмотка (ОУ) является управляющей. Применяются следующие режимы управления: амплитудный, фазовый и амплитудно-фазовый. Этот аналог больше других может быть прототипом, так как вращается полый ротор (подобие пограничного слоя) и возможно плавное изменение скорости вращения.

Общей особенностью рассмотренных аналогов является обращение полюсов статора (зубцов статора) внутрь, к оси вращения. Последнее делает невозможным их использование для воздействия на пограничный слой и вынуждает осуществить конструктивные изменения.

Понимая, что магнитное поле может воздействовать только на свободные электрические заряды, находящиеся в пограничном слое (степень воздействия определяется силой Лоренца), условно заменим это воздействие на обычное, механическое, подобное от действия вращающегося диска, кольца или винта. Такое упрощение позволит приблизительно оценить необходимые скорость и мощность вращения. Далее в эти цифры будут внесены поправки.

С целью создания вращающегося магнитного поля используется принцип, лежащий в основе работы асинхронного двигателя (используется только статор). Его магнитная система проходит через внутреннюю часть, включающую воздушный зазор и ротор. В предлагаемой магнитной системе магнитный поток выходит на внешнюю поверхность статора (зубцы обращены от оси вращения, а ярмо перенесено внутрь).

Указанное пространство обладает магнитной проводимостью, более низкой по сравнению с магнитопроводом, выполненным, например, из электротехнической стали. При индукции, равной 1 Тл, падение намагничивающей силы на единицу длины потока по воздуху в 50-300 раз больше, чем на ферромагнитных участках магнитопровода. При индукции в зубцах в 2 Тл это отношение уменьшается до 6-8 (3, с.66). Очевидно, что в предлагаемой конструкции статора (назовем его обращенным статором) необходимо до минимума снизить длину пути магнитного потока вне магнитопровода (от полюса до полюса). Это достигается увеличением до возможного максимума числа пар полюсов.

Другое мероприятие заключается в подъеме индукции до возможного максимума в зубцах статора. Оно возможно за счет выбора материала магнитопровода и оптимальной геометрии. Длина пути магнитного потока по магнитопроводу должна значительно превышать длину пути вне его. При этом не должно происходить насыщение магнитопровода.

Рассмотренное подтверждается формулой для величины номинального пускового момента, приходящего на один ватт потребляемой мощности для асинхронного двигателя с полым ротором (2, с.148-152)

где: Р - число пар полюсов, f - частота питающей сети, А - коэффициент, структуру которого можно определить из указанного источника.

В соответствии с (1, с.271) вращающий момент многофазного асинхронного двигателя определяется выражением

где: m_ф - число фаз статора, U_ф - фазное напряжение питающей сети, ω₁ - угловая синхронная скорость вращающегося поля, К - сомножитель, включающий электрическое сопротивление и скольжение.

Из выражения 2 следует, что момент можно увеличить за счет увеличения напряжения (наиболее эффективно), числа фаз и снижения электрического сопротивления пограничного слоя среды, в которую помещен обращенный статор. Увеличение первых двух величин осуществляется обычными схемными решениями. Уменьшение сопротивления возможно за счет искусственного внесения в пограничный слой вещества (его раствора) например, электролита. Увеличение электропроводности возможно путем предварительной ударной ионизации. Последняя возникает (сопровождает) в процессе раскрутки пограничного слоя.

Основное назначение обращенного статора заключается в воздействии на пограничный слой среды (снижение лобового сопротивления), в которой движется объект (аппарат). Обращенный статор устанавливается в головной части аппарата перед и на самом напряженном (в смысле лобового сопротивления) участке. При этом ось вращения магнитного поля должна совпадать с продольной осью симметрии аппарата.

В указанной системе пограничный слой находится под действием центробежной силы, силы противодействия вхождению в магнитное поле и силы трения. Вкладывая энергию в магнитное поле обращенного статора, мы уменьшаем силу давления среды на корпус, т.е. силу трения. Последнее приводит к значительной экономии энергии главной энергетической установки.

Кинетическая энергия вращающегося пограничного слоя определяется по формуле

где: m - масса пограничного слоя, V - линейная скорость вращения пограничного слоя.

Массу пограничного слоя можно рассчитать по формуле

где геометрические параметры слоя: L - длина, R - наименьший радиус, δ - толщина, ρ - плотность слоя.

Синхронная (угловая) скорость вращения магнитного поля имеет зависимость

Центробежная сила, обусловленная вращением магнитного поля, имеет

где: m - масса элементарного объема пограничного слоя, R - радиус вращения и V - линейная скорость вращения элементарного объема.

Сила статического давления среды на наружную поверхность обращенного статора или на элементарный объем пограничного слоя определяется по формуле

где: P_o - абсолютное давление на границе двух сред (воды и воздуха), γh - избыточное (дефицитное) давление, h - глубина погружения (высота полета) аппарата, γ - удельный вес среды.

Приравняв выражения 6 и 7, получим формулу для нахождения необходимой скорости вращения магнитного поля в зависимости от горизонта движения

Встречный поток оказывает динамическое давление на поверхность статора (точнее, его нормальная составляющая). Последняя связана с углом расхождения носовой части аппарата зависимостью

где: Р_дин - динамическое давление потока, Р_{н дин} - нормальная составляющая динамического потока, α - угол расхождения носовой части аппарата.

Общее давление среды на аппарат равно сумме нормальных составляющих статического и динамического

Приравняв выражения 6 и 9 и решая относительно V, получим зависимость для скорости вращения магнитного поля

Известно (I, c.11), что магнитное полз в расточке асинхронного статора может вращаться со скоростью от 1000 до 180000 об/мин. Частота питающего напряжения находится в диапазоне от 50 до 3000 Гц.

В случае самоходного подводного аппарата (СПА) наибольшая скорость набегающего потока составляет 1800 м/мин. Линейная скорость вращения ротора асинхронного двигателя мощностью 1000 Вт, диаметром 0,2 м и скоростью 3000 об/мин составляет 1880 м/мин.

Для летательного аппарата (ЛА) наибольшая скорость набегающего потока составляет 25800 м/мин. При среднем радиусе статора в 0,2 м поле должно совершать 20541 об/мин.

Приведенные данные показывают реальность выполнения данного предложения при использовании обычной технологии и материалов.

Таким образом обращенный статор должен быть электрической машиной, аппаратом многофазным, высоковольтным, многополюсным, с повышенной частотой питания, с запасом по мощности и скорости вращения магнитного поля. При этом его внешний диаметр в большинстве случаях определяется внешним диаметром объекта использования статора, внутренний диаметр и длина по оси вращения определяются необходимой мощностью. Ширина зубцов доводится до минимума, а их длина по оси вращения определяется максимально возможной индукцией в зубце. Межполюсное расстояние доводится до возможного минимума.

Рассчитаем необходимую мощность обращенного статора для СПА и ЛА используя формулы 3 и 4. Скорость вращения пограничного слоя должна во много раз превосходить скорость набегающего потока, точнее его составляющую, параллельную поверхности

где: K₁ - коэффициент превышения. При значительном K₁ траектория движения элементарного объема пограничного слоя будет представлять спираль с малым шагом. Более точное значение скорости можно рассчитать по формуле 11.

Пусть обращенный статор имеет внешний диаметр 0,4 м, плотность воды 1000 кг/м³, скорость набегающего потока 30 м/с, значения K₁:1,5, и 10, толщина пограничного слоя 0,01 м, угол расхождения носовой части аппарата 90 град и длину 0,64 м. При перечисленных значениях полезная мощность обращенного статора должна составлять соответственно: 1,8 кВт, 45 кВт и 180 кВт. При этом масса пограничного слоя составляет 8,21 кг.

Пусть обращенный статор для СПА имеет 40 пар полюсов, тогда в соответствии с формулой 5 обеспечить скорости вращения магнитного поля 21, 105 и 210 м/с можно, используя частоты питания 669, 3339 и 6678 Гц.

Для ЛА оценим необходимую полезную мощность, принимая указанные диаметр, длину обращенного статора, угол расхождения носовой части ЛА, значения коэффициента K₁. Плотность воздуха принимаем равной 1,226 кг/м³, а скорость набегающего потока 430 м/с. Масса пограничного слоя, рассчитанная по формуле 4, составляет 0,01 кг. Полезная мощность равна 0,5 кВт, 11,3 кВт и 45,3 кВт. Пусть статор имеет 40 пар полюсов, тогда для обеспечения скорости вращения магнитного поля в 301, 1505 и 3010 м/с необходимо иметь частоты питание в 9586, 47930 и 95860 Гц.

Заметим, что движение электрического заряда в магнитном поле определяется силой Лоренца

где: е - величина заряда, - векторное произведение скорости V движения заряда относительно создающих магнитное поле источников на напряженность магнитного поля Н (5, с.407-409).

Сила направлена перпендикулярно векторам (векторное произведение перпендикулярно направлениям обоих перемножаемых векторов). При этом сила F_m совпадает по направлению с [] для положительного заряда и направлена навстречу [] для отрицательного заряда.

Вследствие перпендикулярности к сила F_m столько изменяет направление скорости , не изменяя ее величины, т.е. только искривляет траекторию заряда. В случае постоянства скорости и напряженности сила также постоянна и равна произведению Ускорение, сообщаемое заряду силой F_m, постоянно по величине и перпендикулярно траектории заряда, т.е. траектория является окружностью. При этом заряды, имеющие разные знаки, вращаются в противоположном направлении.

В промежутке между магнитными полюсами плоскость вращения зарядов перпендикулярна внешней поверхности зубцовой зоны и расположена поперек. Располагая над зубцовой зоной (с определенным зазором) механическую преграду (магнитный шунт-отражатель), можно использовать силу Лоренца, бомбардируя зарядами внутреннюю поверхность шунта, для получения силы упора. Таким образом, можно преобразовать электромагнитную энергию в механическую, не имея перемещающихся механических узлов и деталей. Меняя пространственное расположение шунта, можно изменять расположение магнитных силовых линий, находя их оптимальную ориентацию.

На практике магнитное поле неоднородно. Скорость не перпендикулярна . При этом скорость можно разложить на две составляющие: V_n, лежащую в плоскости, перпендикулярной Н, и V_t, направленную вдоль Н. Вторая составляющая превращает движение по окружности в движение по спирали. Время обращения по спирали также не зависит от V, как и время обращения по окружности.

Представим магнитное поле, вращающееся над зубцовой зоной обращенного статора, в виде части сферы, в которой наибольшая напряженность имеет место в продольной плоскости, проходящей через середину зубцов и пазов. Рассмотрим упрощенные траектории выхода свободных зарядов из магнитного поля, в которое они попадают в результате вращения поля. Пусть заряды попадают только в пространство до наибольшей напряженности и они создаются разрядным устройством (его электродами), расположенным перед обращенным статором. Заряды будут выталкиваться силой Лоренца из магнитного поля на его внешнюю (ближайшую к разрядному устройству) поверхность по сложной, спиралевидной траектории. Для однородного поля при ускорение а и радиус вращения определяются по формулам:

где m - масса заряда.

В некоторых случаях (конструктивные особенности или ходовые и летные) нет необходимости иметь магнитное поле, вращающееся по окружности. Достаточно иметь поле, перемещающееся по замкнутой, эллиптической кривой или подобной ей, по незамкнутой кривой, по прямой линии и т.п. В этом случае обращенный статор круговой превращается в некруговой, или в развернутый нелинейный или в линейный.

"Разрезая" круговой обращенный статор по радиусу в районе паза, можно путем "развертывания" (его в линейку (прямоугольный параллелепипед) или в иную фигуру получить непрерывное движение магнитного поля в одну сторону, например слева направо. Располагая такую линейку (фигуру) на корпусе объекта (аппарата) и ориентируя ее по-разному относительно оси симметрии, можно получить необходимый эффект снижения лобового сопротивления.

Алюминиевый стакан вращается в расточке статора, так как его материал обладает электронной проводимостью и сцеплен с магнитным потоком. Наличие указанных условий является обязательным. Существование в материале (пограничном слое) свободных зарядов разного знака и в равном количестве обусловит появление вихревых токов противоположного направления и соответствующих вращающих моментов, компенсирующих друг друга. Отсутствие потокосцепления у пограничного слоя также обусловит нулевой вращающий момент.

При наличии результирующего вращающего момента пограничный слой, прошедший обращенный статор, по структуре (поле скоростей) будет подобен пограничному слою, образованному на корпусе корабля или ЛА. Его средняя скорость будет обусловлена средней скоростью вращения магнитного поля и скоростью перемещения объекта (сложение двух векторов). Пульсационная составляющая (наличие турбулентности) определяется неравномерностью магнитного поля и неоднородностью пограничного слоя.

Рассмотрим пригодность обращенного статора для работы в различных средах. Металлы обладают электронной проводимостью. Свободные электроны, имеющие минусовой заряд, обуславливают появление результирующего вращающего момента. Жидкости и газы обладают ионной проводимостью. В них имеются как частицы, заряженные плюсом, так и минусом. При их равном количестве результирующий момент равен нулю (нет вращения).

В обычных (естественных) условиях жидкости и газы электрически нейтральны. Однако существуют обстоятельства (условиям), при которых они теряют нейтральность и становятся полярными. При этом разность потенциалов может достигать очень большой величины (разряд между облаками или между облаком и землей). Указанное обуславливает необходимость наличия на корпусе объекта перед обращенным статором участка для интенсивной электризации пограничного слоя. Во избежание разряда как участок, так и поверхность статора должны быть покрыты электроизолирующим слоем. Длина участка определяется необходимой степенью электризации.

Назовем первый участок траектории относительного движения пограничного слоя участком поляризации. Второй участок вниз по потоку назовем участком раскручивания. На этом участке находится обращенный статор. Третий участок, создающий наибольшее сопротивление, назовем участком сопротивления. Благодаря работе обращенного статора пограничный слой на третьем участке должен иметь дефицит плотности. На четвертом участке плотность пограничного слоя восстанавливается из-за действия сил Архимеда на раскрученные массы. Этот участок назовем участком коллапса.

В создании вихревых токов и соответствующих моментов участвуют заряженные частицы, обладающие массой (в том числе и присоединенной). Уточним характер взаимодействия вихревых токов разного (противоположного) направления, их магнитных полей с основным вращающимся магнитным полем. Воздух является парамагнетиком (относительная магнитная проницаемость больше 1), и при воздействии внешнего магнитного поля создается преимущественное направление в расположении элементарных магнитных моментов, воздух оказывается намагниченным. Степень намагниченности незначительна.

Роль орбитальных моментов мала в намагничивании. Основными элементарными носителями магнетизма являются спиновые моменты, образующиеся в результате вращения электрона вокруг своей оси. Однако их может оказаться недостаточным, и необходима дополнительная операция над пограничным слоем. С целью выбивания электронов с высоких уровней в атомной структуре возможна ударная ионизация с помощью искрового разряда. В воздухе образуются электронные лавины, приводящие к образованию каналов повышенной электропроводности. Скорость распространения электронной лавины меньше, чем скорость образования электропроводящего канала. Последнее обусловлено фотонной ионизацией воздуха (6, с.372-377 и 5, с.213).

Система искровых разрядников размещается на корпусе ЛА на первом участке, перед обращенным статором, равномерно по окружности. Подача высокого напряжения на электроды может быть синхронизирована с перемещением магнитного поля. При этом очередной разряд должен происходить с опережением, величина которого определяется временем ионизации промежутка: электрод, обращенный статор. Отметим, что использование ударной ионизации является мерой, дополняющей электризацию пограничного слоя от трения. При сравнительно малой скорости перемещения ЛА, при коротком первом участке такая мера может оказаться основной.

В случае СПА ионный разбаланс в воде можно осуществить следующим образом. Во-первых, впрыскиванием в пограничный слой раствора вещества, имеющего необходимые ионы и обладающего повышенной электропроводностью. В качестве такого может быть щелочной электролит с удельной электропроводностью 6 См/м. Такие ионы можно отбирать из раствора, в котором происходит электролиз. Источником отрицательно заряженных ионов является пространство, окружающее анод. Источником положительно заряженных ионов является пространство, окружающее катод. Отбирая часть ионов одного знака полярности и впрыскивая их под давлением в пограничный слой, можно осуществить электризацию. Способ громоздкий, дорогой и тяжело управляемый. Его также можно использовать и для ЛА.

Оптимальным способом электризации пограничного слоя является самостоятельный разряд (искровой разряд для воздуха). Разряд должен проходить в поперечном направлении (относительно перемещения пограничного слоя (ПС)) и близко к обращенному статору (ОС). Во избежание короткого замыкания электрической схемы в начале разряда схема автоматом защиты должна отключаться от электродов разрядника. Самостоятельный разряд может иметь разрушительные последствия, что при реализации способа заставит перейти к несамостоятельному. При этом последним легче управлять. Таким образом, и для СПА разряд является способом электризации ПС.

Электропроводность воды (особенно соленой и теплой) значительно превышает электропроводность воздуха. Последнее позволяет в случае СПА значительно увеличить расстояние между электродами и уменьшить напряжение на них.

В случае ЛА уместно вспомнить закон Столетова: наибольший ток для газа наблюдается при одном и том же отношении напряженности поля (электрического) к давлению (12, с.211). При изменении высоты ЛА необходимо изменить и напряжение на электродах. В противном случае несамостоятельный (тихий) разряд может превратиться в самостоятельный (разрушительный).

В случае водной среды (СПА) с увеличением давления (глубины погружения) электропроводность уменьшается для глубин ниже скачка плотности (температуры). При маневрировании СПА в этом диапазоне глубин можно ориентироваться на закон Столетова. Однако выше скачка плотности закономерность обратная, так как здесь электропроводность в основном определяется увеличением температуры при погружении (антарктическая водная структура). В умеренных широтах температура с глубиной понижается, уменьшается электропроводность и можно более уверенно ориентироваться на закон Столетова. Иными словами, вертикальный разрез электропроводности (температуры) является критерием для определения величины напряжения на электродах разрядного устройства.

При быстром движении СПА на его корпусе возможна кавитация, образование областей с дефицитом давления, с избытком свободных ионов и с увеличением электропроводности (6, с.517). Первый участок, там, где расположено разрядное устройство, а также пространство обращенного статора может быть местом кавитации, усиливающейся последующим кольцом второго разрядного устройства и обращенного статора (двухступенчатая "раскрутка" пограничного слоя). В начальный период такая система работает в водной среде (этап разгона). Последующий этап работы происходит в водно-газовой среде. При торможении работа происходит в водной среде. С увеличением глубины (статического давления) кавитационная составляющая должна уменьшаться.

Система может быть многоступенчатой, т.е. состоять из значительного количества пар. Каждая пара включает разрядное устройство и статор. При этом статор может быть как кольцевым (обращенным), так и некольцевым и даже развернутым в линейку. Последнее определяется конструкцией объекта (носителя). Общей конструктивной особенностью таких объектов является существенное различие площади поперечных сечений. Это обуславливает и различие диаметров (радиусов) обращенных статоров из разных пар и еще большее различие их энергетических характеристик.

Электромагнитный движитель, состоящий из нескольких пар разрядных устройств и обращенных статоров, должен удовлетворять следующим требованиям.

1. Каждая пара должна иметь магнитный шунт - отражатель, нависающий над обращенным статором (ОС) и разрядным устройством (РУ).

2. Угол наклона отражательной поверхности шунта предыдущей пары должен учитывать угол расхождения корпуса носителя. При этом отраженный поток свободных зарядов и присоединенной массы не должен тормозиться последующей парой. Для усиления действия суммарной силы упора характеристики (конструктивные и энергетические) двух смежных пар должны быть согласованы.

3. Величина зазора между шунтом и РУ и ОС последующей пары должна быть больше зазора предыдущей пары.

4. Степень нависания шунта над РУ у последующей пары должна быть меньше нависания предыдущей пары. Указанное обуславливается увеличением скорости пограничного слоя.

5. Число пар полюсов ОС последующей пары должно быть больше числа пар полюсов ОС предыдущей пары. Последнее определяется увеличением диаметра ОС.

6. Частота напряжения электропитания ОС и РУ последующей пары должна быть больше частоты питания ОС и РУ предыдущей пары. Указанное обуславливается снижением скорости перемещения магнитного поля ОС из-за увеличения числа пар полюсов.

7. Скорость вращения (перемещения) магнитного поля ОС последующей пары должна быть больше скорости вращения магнитного поля ОС предыдущей пары.

8. Мощность источника электропитания последующей пары должна быть больше мощности источника питания предыдущей пары.

9. Мощность ОС и РУ последующей пары должна быть больше мощности ОС и РУ предыдущей пары.

10. Общая потребляемая мощность движителя равна сумме мощностей всех пар РУ и ОС плюс мощность вспомогательных систем.

11. С целью компенсации силовой асимметрии количество пар ОС и РУ должно быть четным.

12. Увеличение силы упора (тяги) осуществляется последовательным включением количества пар. Минимальный упор (тяга) обеспечивается включением одной (первой, наименее мощной) пары. Наибольший упор (тяга) обеспечивается включением (постепенным) всех пар ОС и РУ.

13. Промежуточное значение силы упора обеспечивается включением одной или нескольких пар.

14. Закономерности изменения конструкции и мощности РУ в случае синхронизации работы ОС и РУ аналогичны перечисленным.

15. Промежутки между парами при увеличении их мощности (порядкового номера) должны увеличиваться. Последнее должно обеспечить увеличение массы пограничного слоя.

15. Количество пар ОС и РУ определяется необходимой мощностью движителя, диапазоном изменения скоростей и дискретностью их.

Целью изобретения является создание простого, надежного движителя, обладающего высоким КПД и способного работать в воде, в воздухе и в безвоздушном пространстве. Цель достигается использованием электромагнитного принципа без применения вращающихся (перемещающихся) механических узлов и деталей.

Сущность изобретения заключается в следующем. С помощью специальной электрической машины, преобразованного (обращенного или развернутого) статора создается вращающееся (перемещающееся) магнитное поле, выходящее на его внешнюю поверхность. Перед статором размещается разрядное устройство, электроды которого имеют контакт с пограничным слоем среды. Электрические разряды, пронизывающие пограничный слой, насыщают его свободными зарядами. Над ОС или PC и РУ нависает магнитный шунт - отражатель. Свободные заряды, попадая в магнитное поле, выталкиваются силами Лоренца, отражаются от шунта и создают силу упора.

Работа ОС и РУ должна быть синхронной (выше КПД). Электрическое поле РУ должно синхронно с магнитным полем ОС перемещаться в пространстве. Конструкция РУ должна повторять конструкцию ОС, т.е. напротив зубцов ОС, охватывающих межполюсное расстояние, должны располагаться электроды разрядного промежутка. Система электродов, подключенных к одной фазе питания, должна размещаться в одной плоскости, поперек движения потока. В другой плоскости размещаются электроды другой фазы. Между плоскостями должен быть изоляционный промежуток, предотвращающий паразитный разряд.

Движение ЛА и СПА возможно с переменной скоростью и изменяемым горизонтом. Последнее обуславливает изменение нормальной составляющей общего давления на поверхность аппарата (см. ф.10) и пограничный слой. Изменяется сила трения между движущимися частями пограничного слоя (ПС). Для компенсации увеличения силы трения между частями присоединенной массы ПС (на эту массу не действует сила Лоренца, см. ф.13) необходимо увеличить скорость вращения магнитного поля. При уменьшении силы трения целесообразно уменьшить ее и тем самым сэкономить энергию. Возможность гибко изменять скорость вращения магнитного поля (МП) в зависимости от параметров перемещения аппарата является необходимым условием оптимальной работы. Рассмотренное обуславливает необходимость использования в качестве ОС и PC асинхронного двухфазного (двухобмоточного) управляемого статора, несмотря на его недостатки.

Перечислим необходимые действия для снижения лобового сопротивления ЛА. летящего на одной высоте при постоянной скорости.

1. Расположение перед участком поверхности ЛА, создающего наибольшее сопротивление ОС.

2. Расположение перед ОС разрядного устройства (РУ).

3. При помощи ОС создание магнитного поля, вращающегося вокруг оси симметрии (продольной оси) указанного участка.

4. Раскручивание магнитного поля до необходимой скорости.

5. Усиление магнитного поля до необходимой напряженности.

5. Расположение перед ОС разрядного устройства.

7. Ориентация РУ относительно оси вращения магнитного поля (совмещение их осей).

8. Установка между ОС и РУ необходимого зазора.

9. Ориентация РУ относительно ОС (совмещение зубцов и электродов).

10. Синхронизация работы ОС с работой РУ.

11. Установка необходимой мощности разряда (напряжения).

12. Установка необходимой длительности разряда (п.может отсутствовать).

13. При необходимости установка второго комплекта ОС и РУ, при этом магнитное и электрическое поле должно вращаться в обратную сторону (п.п.1-12 повторяются).

14. Установка третьего комплекта ОС и РУ, при этом магнитное и электрическое поле должны вращаться в направлении, совпадающем с полем первого комплекта (п.п.1-12 повторяются).

15. Установка четвертого комплекта ОС и РУ, при этом магнитное и электрическое поле должно вращаться в направлении, совпадающем с полем второго комплекта (п.п.1-12 повторяются).

Количество комплектов ОС и РУ определяется продольной протяженностью участка поверхности ЛА, создающего наибольшее сопротивление.

Рассмотрим более подробно действия, лежащие в основе работы РУ. С целью повышения КПД работа РУ и ОС должна быть синхронизирована, т.е. они должны запитываться от одного источника переменного напряжения. В основе необходимости синхронизации лежит принцип: нет магнитного поля, не нужны свободные электроны в ПС. При максимальном магнитном поле должно быть наибольшее количество свободных электронов в ПС. Между напряженностью магнитного поля и количеством электронов должна существовать прямо пропорциональная зависимость.

В соответствии с действием силы Лоренца заряды, попавшие и образованные в ПС, проходя магнитное поле будут вращаться по спирали и подниматься (отклоняться) от поверхности ЛА (СПА). При этом у электронов и положительно заряженных ионов вращение происходит в противоположных направлениях. По мере выхода из магнитного поля (отклонения от поверхности) радиус вращения зарядов увеличивается (магнитное поле слабеет). Ось спирали направлена в сторону вращения магнитного поля. Легкие электроны быстрее увлекаются полем и выходят на его периферию. Тяжелые ионы (протоны) отстают от электронов. Однако после разгона они дольше следуют за полем и их периферийное положение более удалено от оси вращения (центрифугирование зарядов).

Перечень действий, снижающих лобовое сопротивление СПА, идущего на одной глубине при постоянной скорости, аналогичен рассмотренному (способ первый). Роль присоединенной массы в рассмотренном движении зарядов возрастает, так как увеличиваются межмолекулярные силы притяжения.

Движение ЛА и СПА с увеличивающейся скоростью сопровождается увеличением количества зарядов, оказывающихся в промежутке между РУ и ОС. Последнее обуславливает некоторое торможение аппарата ПС. Уменьшить его можно путем увеличения скорости вращения магнитного поля. Здесь уместна грубая аналогия с работой бульдозера: его рабочий орган - щит должен располагаться под острым углом к линии движения. Увеличение окружной составляющей в магнитном поле позволит увеличить количество зарядов, размещенных перед фронтом вращающегося магнитного поля, и вовлечь их во вращательное движение.

Изменение скорости вращения магнитного поля асинхронного статора возможно путем изменения частоты питающего напряжения (см. ф.5). Однако такое изменение возможно в узком диапазоне частот (препятствуют распределенные параметры электромагнитной системы, снижающие мощность). Возможно изменять скорость вращения путем изменения числа пар полюсов (см. ф.5). Иметь несколько фиксированных скоростей или расширенный диапазон скоростей можно, применяя многообмоточную систему и изменяемую частоту питания. Такое исполнение заставляет применять сложный переключатель обмоток и сложный источник питания. При этом оптимальный режим работы ОС будет на одной скорости или в узком диапазоне изменение скоростей.

Использование двухобмоточного управляемого ОС сопровождается резким падением КПД (полезной мощности) и значительным увеличением степени эллиптичности магнитного поля. Однако здесь возможно плавное изменение скорости в большом диапазоне. При этом отработаны схемы включения ОС в системы автоматического регулир