Lem Andrew. Часть 3. Сильноточный электрореактивный двигатель

Дорога в небесах. Часть 3. Реактивный электрический двигатель. ЧИТАТЬ ПОЛНУЮ ВЕРСИЮ

Сильноточный электроракетный двигатель.

Вступление.

Вниманию читателей предлагается материал по теме "электрореактивных двигателей". Подчёркиваю, это авторское видение проблематики. То как должны быть устроены плазменные или ионные двигатели по мнению автора. Так как по сути "электрореактивные двигатели" уже придуманы, то на суд читателя предлагается по сути оптимизированный вариант тех конструкций. Для сокращения текста будут упущены некоторые уже общеизвестные теоретические моменты, касающиеся электрореактивных двигателей.

Плазменный ускоритель

Рассмотрим Принципиальную схема плазменного ускорителя.

В целом плазменные ускорители это устройства для получения потоков плазмы со скоростями 10-103 км/сек и более, что соответствует кинетической энергии ионов от ~10 эв до 105-106 эв. На нижнем пределе энергии П. у. соседствуют с генераторами низкотемпературной плазмы - плазматронами, на верхнем - с коллективными ускорителями заряженных частиц (см. Ускорения заряженных частиц коллективные методы). Как правило, П. у. являются ускорителями полностью ионизованной плазмы, поэтому процессы возбуждения и ионизации, а также тепловые процессы играют в них, в отличие от плазматронов, вспомогательную роль.

Плазменные потоки с большими скоростями можно получить разными способами, например воздействием лазерного луча на твёрдое тело. Однако к собственно П. у. относят лишь устройства (рис. 1), в которых ускорение и обычно одновременное приготовление плазмы осуществляются за счёт электрической энергии с помощью одного или нескольких специальных электрических разрядов.

Рис. 1. Принципиальная схема плазменного ускорителя.

В канале П. у. находятся одновременно частицы с зарядами обоих знаков - положительные ионы и электроны, т. е. не происходит нарушения квази-нейтральности. Это снимает ограничения, связанные с объёмным (пространственным) зарядом (см. Ленгмюра формула), и позволяет получать плазменные потоки с эффективным током ионов в несколько млн. а при энергии частиц ~ 100 эв. При ионных токах ~ 1000 а уже достигнута энергия частиц в несколько кэв.

Из П. у. ионы и электроны выходят практически с равными направленными скоростями, так что основная энергия потока приходится на ионы (вследствие их большой массы). Поэтому П. у. - это электрические системы, ускоряющие ионы в присутствии электронов, компенсирующих объёмный заряд ионов.

Реактивный двигатель на основе микроволновой воздушной плазмы

В основу предлагаемого двигателя положен созданный китайскими учеными прототип бестопливного реактивного двигателя на основе микроволновой воздушной плазмы. Предложенный китайцами двигатель работает на основе ионизации воздуха. Воздух под давлением подается компрессором в кварцевую трубу, выход которой можно считать условным соплом реактивного двигателя. Где-то на середине трубы к ней приставлена сужающаяся (для увеличения напряжённости магнитного поля) горловина волновода. На другом конце волновода закреплён магнетрон мощностью 1 кВт с рабочей частотой 2,45 ГГц. Во время запуска двигателя на идущий под давлением в трубе воздух производится почти точечный микроволновый удар и дальнейшее воздействие. Сила микроволнового излучения такова, что происходит сильнейшая ионизация потока воздуха. Возникает факел из плазмы, который вырывается из трубки и создаёт тяговое давление. Интересно отметить, как китайцы измеряли давление плазменного факела. Для этого они положили на отверстие выхлопа полый стальной шар и заполняли его металлическими шариками для подбора точного веса. Данные измерений не самые точные, но примерно дают представление о возможностях двигательной установки.

Прототип плазменного реактивного двигателя может создавать давление тяги той же величины, что и коммерческий реактивный двигатель используя только воздух и электричество.

Согласно измерениям и аппроксимации, удельная тяга лабораторного прототипа воздушно-реактивного микроволнового плазменного двигателя составила 28 Н/кВт. Это примерно столько же, сколько у современных керосиновых авиационных двигателей авиалайнеров. Если взять батарею электромобиля Tesla Model S мощностью 310 кВт, то тяга гипотетического плазменного двигателя может достигать 8500 Н. Для сравнения, винтовой электросамолет Airbus E-Fan использует два электропривода мощностью 30 кВт, которые в совокупности производят 1500 Н тяги. Нетрудно посчитать, что эффективность электросамолёта Airbus E-Fan составляет 25 Н/кВт, что ниже, чем у китайской разработки [4].

Использование данного прототипа позволит получать просто огромное количество плазмы 100 % ионизированной. Что автоматические превращает предлагаемый двигатель в сильноточный. Напомню, что обычные ЭРД рассчитаны на работу только в вакууме. А сильноточный двигатель рассчитан так же и на работу в атмосфере при необходимости. Итак, используя элементы китайского двигателя мы можем получим еще более мощный и эффективный двигатель.

Сильноточный электроракетный двигатель.

Предлагаемый двигатель конструктивно имеет несколько основных элементов. Разберём каждый из элементов предложенного ЭРД.

Форма сопел в форме "клешь" обусловлена тем, что все вещества являются диамагнетиками в той или иной степени. И частицы плазмы тоже обладают этим свойством. Это проявление диамагнетизма плазмы: она всегда стремится перейти в область более слабого магнитного поля. Поэтому при создании сопла для лучшего истечения частиц плазмы нужно сформировать магнитное поле таким образом, что бы плазменный сгусток при своём движении под действием диамагнитных сил двигался из более плотного магнитного поля в менее плотную области минимального магнитного поля. "Клешь" просто один из вариантов реализации ускорения плазмы за счёт диамагнитного ответа на приложенное внешнее магнитное поле. Магнитное поле при такой конфигурации в пространстве будет дополнительно выталкивать во вне заряженные частицы.

Генератор плазмы

В качестве генератора плазмы можно использовать "Magnetron" + "RF Power Supply" +"AIR copmressor". Среди генераторов и ускорителей плазмы он занимает среднее место между плазматронами и ускорителями частиц как и рельсотрон. Более того он теоретически может дать 100 % ионизированную плазму и ускоряет поток из обеих частиц как положительных так и отрицательных. Но не исключаю, что возможно для достижение большего эффекта между свч-генератором и "отклоняющим магнитными полем" следует установить "рельсотрон". Или вообще заменить "Магнетрон" на рельсотрон.

Пробкотрон.

Вот тут уже начинается главное отличие от общепринятых электроракетных двигателей. Пробкотрон он же выполняет две функции "сепарация" и "ускорение"
- сепарация, разделяет газ на два отдельных потока. В один "рукав" должны идти положительно заряженные частицы во второй отрицательно заряженные ионы или электроны.

Как этого добиться? Если заряды входят в магнитное поле перпендикулярно то они вращаются перпендикулярно к силовым линиям магнитного поля но в противоположные стороны. Если же частица войдут под неким углом к магнитным силовым линиям то в этом случае положительные частицы будут двигаться по спирали в один рукав, а отрицательно заряженные в другой. Положительные и отрицательные частицы оказываются у разных полюсов пробкотрона.

Для этого на пути плазмы должно находится отклоняющее магнитное поле, которое и обеспечивает вхождение заряженных частиц плазмы под неким углом к магнитным силовым линиям разделяющего магнитного поля. И в конечном итоге обеспечивает образования вихрей из заряженных частиц.

Как это вихревое движение объясняет "букварь?"

Вторая функция пробкотрона-- это "ускорение" за счет "кулоновского расширения".

Кулоновское расширение.

Как только произошла сепарация зарядов между зарядами одного знака возникает кулоновские силы отталкивания, которые очень существенно ускоряют заряженные частицы одного знака.

Смысл сепарации именно в этом разделить заряды и придать дополнительный импульс ускорить частицы за счёт "кулоновского взрыва" или же кулоновского отталкивания,

которое по эффективности не чуть не ниже теплового расширения, а даже его превосходит и происходит при относительно низких температурах.

МГД ускорители.

Принцип работы МГД - генератора тоже известен и хорошо описан в научно популярной литературе. МГД ускоритель -это тоже самое конструктивно, что и МГД - генератор, работающий на горячей газовой струе.

Но вместо генерации тока на МГД ускоритель наоборот подаётся электрический ток который и ускоряет струю ионов между пластинами. Таким образом МГД-генератор становится МГД-ускорителем.

Зачем нужен МГД - ускоритель? Кинетической или тепловой энергии, а также диамагнитной силы может не хватить для разделения плазмы на плюс и минус поэтому лучше перестраховаться использовав несколько МГД усилителя как дополнительные ускорители плазмы. Оттягивая с помощью МГД-ускорителей частицы плазмы от места впрыска в пробкотрон. Конечно тепловое и диамагнитное ускорения, должны превысить тормозящий эффект вызванные кулоновским притяжением между частицами в месте впрыска. Но лучше перестраховаться в идеале конечно можно было обойтись и без МГД-ускорителя, особенно если окажется, что ускорение вызванное "кулоновским расширением" достаточно для создания высокоскоростного выхлопа. Но несмотря на это имеет смысл снабдить выходы из пробкотрона дополнительными ускорителями, которые будут дополнительно разгонять частицы плазмы.

Литература

-- https://www.youtube.com/watch?v=UHfCaqyZ5EY&t=204

-- https://online.mephi.ru/courses/physics/electricity/data/course/5/5.3.html

-- https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=33821

-- http://femto.com.ua/articles/part_2/2692.html

-- https://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/072/391.htm

-- https://ru.wikipedia.org/wiki/Закон_Кулона

-- https://building-tech.org/%D0%A2%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%B8/sozdan-prototyp-bestoplyvnogo-reaktyvnogo-dvygatelya-na-osnove-mykrovolnovoy-vozdushnoy-plazmi

-- https://studfile.net/preview/413180/

4.Китайцы создали мощный плазменный реактивный двигатель из микроволновки, компрессора и батарейки Геннадий Детинич https://3dnews.ru/1010339

Комментарии: 7, последний от 08/06/2023. © Copyright Lem Andrew (biomarket@ukr.net) Размещен: 05/02/2023, изменен: 02/07/2023. 13k. Статистика. Статья: Изобретательство Двигатели Иллюстрации/приложения: 26 шт. Скачать FB2		Ваша оценка:

Lem Andrew : другие произведения.

Часть 3. Сильноточный электрореактивный двигатель