Двигатель электромагнитного типа с двумя активными сверхпроводниковыми антеннами

 

Использование: на транспортных средствах, в том числе воздушных и космических летательных аппаратах. Технический результат заключается в преобразовании высокочастотной волновой электромагнитной энергии в магнитную движущую силу путем воздействия магнитных составляющих электродинамических полей, излучаемых каждой антенной, на высокочастотные токи в другой антенне. В результате параллельного расположения антенн на расстоянии половины их длины и смещения фаз токов в них на четверть периода векторы магнитных сил, действующих на каждую антенну, имеют одно и то же направление, создавая движущую силу. Антенны выполнены в виде электрических вибраторов, изготовленных из слоя сверхпроводниковых жил, применение которых повышает экономичность двигателя и уменьшает его массогабаритные показатели. 2 ил.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может найти применение на транспортных средствах, в том числе воздушных и космических летательных аппаратах. Известно изобретение /патент РФ RU 2141161 С1/, в котором предлагается двигатель-движитель электродинамический вибраторный, содержащий электрические проводники, выполненные в виде сверхпроводниковых электрических вибраторов, размещенных в вакуумной камере с отражателями параллельно друг другу на расстоянии примерно четверти длины волны пропускаемого по ним тока, имеющие смещение фаз на четверть его периода и разделенные перегородкой из твердого диэлектрика, заполняющего пространство между вибраторами.

Недостатками этого изобретения являются конструктивные просчеты и в связи с этим его практическая неприменимость, выражающаяся рядом причин: 1. Автором не учтена мощность, расходуемая на преодоление ЭДС электромагнитной индукции, вызванной приходящими электромагнитными волнами от соседнего вибратора, тогда как в изобретении именно эта мощность и будет полезной, идущей на совершение работы по перемещению двигателя. В сплошном сверхпроводниковом слое ЭДС будет достигать громадной величины из-за большого магнитного потока высокочастотных электромагнитных волн.

2. Автором не учтена зависимость силы тока от диаметра в сверхпроводниковом вибраторе, вследствие чего диаметр вибратора, рассчитанного на рабочий ток, становится соизмеримым с длиной волны тока, что приводит к рассогласованию фаз взаимодействующих токов и электромагнитных волн.

3. Размеры отражателей и диэлектрической перегородки должны быть много больше длины волны тока, что практически осуществимо только для достаточно коротких электромагнитных волн.

4. Отражатели формируют в объеме двигателя потоки электромагнитных волн, вызывающих дополнительные затраты мощности, происходящие вследствие многократного пересечения ими сверхпроводниковых вибраторов.

5. Использование любых криволинейных проводников, в том числе спиралей и катушек, и прямолинейных проводников в количестве больше одной пары нецелесообразно, так как они будут излучать электромагнитные волны значительно слабее, вследствие интерференции электромагнитных волн противоположных участков одного вибратора и/или соседних пар вибраторов. /Элементарный учебник физики. Под ред. Г. С. Ландсберга. Том 2, 3. - М.: Издательство "Наука", 1973, с.150-158/.

Задачей данного изобретения является создание устройства, способного генерировать значительную магнитную движущую силу при низком потреблении энергии и обладающего минимальными массогабаритными показателями.

Поставленная задача решается за счет изготовления антенн, покрытыми слоем сверхпроводниковых жил толщиной /диаметром/ d. Антенны 1 длиной L располагаются параллельно друг другу на межосевом расстоянии R, равном половине их длины. На антенны подается высокочастотное напряжение от генератора со смещением фаз на четверть периода (=0,25Т), которое вызывает появление по длине вибраторов резонансных /стоячих/ волн токов и напряжений с излучением электромагнитных волн, так как электрический вибратор является открытым колебательным контуром, настроенным на частоту генератора. Проведем математическое исследование процесса электромагнитного взаимодействия полученной системы антенн.

Пусть в первой антенне протекает переменный ток I₁, определяемый по формуле I₁=I_Msin(wt), (1) где I_M - амплитуда тока, А; w=2f - угловая частота переменного тока, рад/с; 2 - числовой коэффициент; - 3,14...; f - частота переменного тока, Гц; t - текущее время, с.

Тогда во второй антенне протекает переменный ток I₂, определяемый по формуле I₂=I_Msin(wt+/2), (2)
где +/2 - сдвиг фазы тока I₂ относительно тока I₁.

В связи с тем, что сверхпроводниковые антенны имеют одинаковый диаметр, амплитуды токов I_M в антеннах равны друг другу и определяются по формуле
I_М = DB_кр/_o, (3)
где D - диаметр антенны, м;
В_кр - критическая индукция магнитного поля на поверхности антенны, Тл;
_o = 410^-7 Гн/м - магнитная постоянная.

Переменные токи I₁ и I₂ порождают в окружающем антенны пространстве переменные электромагнитные поля Э₁ и Э₂, распространяющиеся в виде электромагнитных волн.

Магнитная индукция B₁ поля Э₁ на расстоянии R от первой антенны определяется по формуле
B₁ = (_o/(2R))I_Мsin(wt-/2), (4)
где -/2 - сдвиг фазы магнитной индукции B₁ поля Э₁ относительно тока I₁;.

2 - числовой коэффициент.

Магнитная индукция В₂ поля Э₂ на расстоянии R от второй антенны определяется по формуле
B₂ = (_o/(2R))I_Мsin(wt). (5)
Сила Ампера F₁, действующая на первую антенну, определяется по формуле
F₁ = I₁B₂L = (_oL/(2R))I²_Мsin²(wt). (6)
Сила Ампера F₂, действующая на вторую антенну, определяется по формуле
. (7)
Знаки "+" и "-" указывают направления действия сил F₁ и F₂: "+" - сила F₁ направлена к второй антенне (притяжение первой антенны); "-" - сила F₂ направлена от первой антенны (отталкивание второй антенны). Таким образом, силы F₁ и F₂ действуют в одном направлении - от первой антенны к второй антенне по прямой, соединяющей их продольные оси. При смене фаз токов I₁ и I₂ направление действия сил изменяется на противоположное.

Величина теоретической тяги F_T определяется по формуле
F_T = (/_o)(B_крD)²(L/2R)). (8)
Коэффициент полезного действия определяется по формуле
= F_Ф/F_T = ((1-D/R)(1-D/(2R)))², (9)
где F_Ф - фактическая тяга, Н;
(1-D/R) - коэффициент, учитывающий рассогласование фаз токов и волн;
(1-D/(2R)) - коэффициент, учитывающий наложение магнитного поля волн.

Удельная мощность Р_уд определяется по формуле
Р_уд=Р/F_t=(dc/(2R)), (10)
где Р - полная мощность, Вт;
c=310⁸ м/с - скорость света.

ПротивоЭДС в антенне в общем случае определяется суммой трех потерь напряжения: на активном, реактивном сопротивлениях и на преодоление ЭДС индукции от приходящей электромагнитной волны. Применение сверхпроводниковых материалов и настройка антенн на частоту генератора устраняют две первые составляющие, а ЭДС индукции Е определяется по формуле
(11)
где dL - активная площадь одной сверхпроводниковой жилы, м².

Изготовление антенн из слоя сверхпроводниковых жил обеспечивает работоспособность двигателя и повышает его экономичность за счет резкого снижения ЭДС индукции, вызываемой электромагнитными волнами тока соседней антенны. Все эти конструктивные особенности делают изобретение практически применимым, значительно увеличивают движущую силу, повышают экономичность двигателя и уменьшают его массогабаритные показатели.

Изобретение поясняется фиг.1 и 2, где изображена конструкция двигателя по длине и в поперечном разрезе. Она включает в себя источник электроэнергии, генератор высокочастотных электромагнитных волн с устройством для питания антенн /не показаны/. Антенны 1 располагаются на межосевом расстоянии R друг от друга. Силу тяги антенн воспринимают цилиндрические корпуса 2, покрытые теплоизолятором 3. Охлаждение антенн - проточное, хладоноситель - жидкие газы с температурой кипения ниже критической температуры сверхпроводника /насосы, ожижители, баки с хладоносителем /не показаны/. Закрепление антенн производится любым технически обоснованным способом с использованием диэлектрических крепежных элементов.

Длина антенн выбирается конструктивно. Двигатель работает от источника электрической энергии, которая преобразуется в высокочастотном генераторе в волновую электромагнитную энергию, которая питает антенны. Смещение фаз токов в антеннах можно устроить за счет разности длины подводящей части антенн на четверть длины волны, а также другими способами.

Формула изобретения

Двигатель электромагнитного типа с двумя активными сверхпроводниковыми антеннами, содержащий электрические проводники, выполненные в виде электрических вибраторов из сверхпроводникового материала, расположенные параллельно друг другу и имеющие смещение фаз на четверть периода пропускаемого по ним тока, отличающийся тем, что антенны установлены на расстоянии половины их длины и изготовлены из слоя сверхпроводниковых жил.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2