Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,916

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Казьмин Б.Н. 1 Трифанов И.В. 1 Рыжов Д.Р. 1
1 Сибирский государственный аэрокосмический университет им. академика М. Решетнева
Рассмотрены электрические и магнитные составляющие электромагнитного процесса, создающие плотность электрических и магнитных сил. Взаимодействие соответствующих составляющих создает электродинамический вектор импульса, движущий транспортное средство в направлении этого вектора. В качестве источника электроэнергии электродинамических движителей предлагается использовать энергию электронного взаимодействия электронных пучков, преобразуемую в электроэнергию
плотность электрических и магнитных сил электромагнитного процесса
взаимодействие электрических и магнитных составляющих
электродинамический вектор импульса силы
энергия электронного взаимодействия
электродинамический движитель
1. Плазменный двигатель с замкнутым дрейфом электронов: патент RU №2024785, 15.12.1994.
2. Плазменно-ионный комбинированный воздушно реактивный двигатель: патент RU №2397363, 20.08.2010
3. Казьмин Б.Н., Трифанов И.В. Электродинамический движитель: патент RU №2453972 бюл. №17, 20.06.2012.
4. Казьмин Б.Н. Способ производства энергии, патент RU №2262793 бюл №29, 20.10.2005
5. Казьмин Б.Н., Трифанов И.В. О возможности перехода энергии электронного взаимодействия в энергию электромагнитного процесса // Альтернативная энергетика и экологии. ISSN №1608 – 8298. – №2. – 2012
6. Казьмин Б.Н., Трифанов И.В. Об электронном генераторе электроэнергии Вестник СибГАУ ISSN 1816–9724. – Вып. 1(34). – Красноярск, 2011.
7. Казьмин Б.Н., Трифанов И.В. О возможности создания электронного источника электроэнергии // Вестник СибГАУ ISSN 1816-9724. – вып. 2(35). – Красноярск, 2011.
8. Шимони К. Теоретическая электротехника, – М.: «Мир», 1964.
9. Гольдфайн И.А. Векторный анализ и теория поля, – М.: Физматгиз, 1962.
10. Сена Л.А. Единицы физических величин и их размерности. – М.: Наука. – 1977.

Современные транспортные средства приводят в движение путем вращения колес, винтов, шнеков и других агрегатов за счет момента вращения (M = Fe) или за счет реактивной тяги – импульса силы (kaz001.wmf) создаваемых соответствующими двигательными установками.

Исследование и освоение космического пространства требует создания соответствующих транспортных средств и аппаратов. Современные аэрокосмические транспортные средства, использующие реактивную тягу (механический вектор импульса силы, mυ) расходуют специальное топливо, запасы которого на борту весьма ограничены. Поэтому эти средства могут быть применены только для освоения ближнего космоса.

Ионным и электрореактивным двигательным установкам [1, 2] помимо необходимого запаса на борту ионизируемого рабочего вещества, требуется мощные источники электроэнергии и соответствующее количество топлива, запасы ионизируемого вещества и топлива на борту всегда ограничены. Все это существенно уменьшает радиус действия и время жизни космического транспортного средства. Известны космические аппараты, использующие энергию и вещество ядерных реакций [3], которые могут негативно воздействовать на окружающую среду и человека. Поэтому приняты международные соглашения, существенно ограничивающие применение ядерных технологий в космосе.

Для исследования и освоения космического пространства нужны транспортные средства на основе электродинамических движителей [4] преобразующих электроэнергию в силу тяги, движущую транспортное средство. Они не расходуют рабочее вещество, не дают вредных выбросов и отходов, негативно воздействующих на персонал и экологию. Источники электроэнергии для электродинамических движителей и для жизнеобеспечения космических аппаратов должны использовать естественную неиссякаемую энергию, например энергию, электронного взаимодействия, преобразуемую в электроэнергию [4, 5, 6, 7, 8].

Рассмотрим возможности создания электродинамических движителей на основе электромагнитного вектора импульса силы.

Взаимодействие составляющих электромагнитного поля можно описать трехмерными электрическим и магнитным тензором объемной плотности энергии (напряжений) в объеме электромагнитного процесса [9].

kaz002.wmf; kaz003.wmf (1)

Здесь ε и µ – диэлектрическая и магнитная проницаемость среды соответственно; Ex, Ey, Ez – составляющие вектора напряженности электрического поля; Hx, Hy, Hz – составляющие вектора напряженности магнитного поля.

Источником этих напряжений являются объемные плотности сил электромагнитного процесса [9, 10].

divTE=fE; divTН=fН (2)

Выполнив операцию div тензоров (1), получаем вектора плотности электрических, магнитных и электромагнитных сил [9]:

kaz004.wmf

kaz005.wmf (2а)

kaz006.wmf

Здесь ρ – объемная плотность электрического заряда; kaz007.wmf и kaz008.wmf – изменение диэлектрической и магнитной проницаемости от плотности среды; grad ε и grad µ – пространственное изменение диэлектрической и магнитной проницаемости; j – вектор плотности тока; B – вектор индукции магнитного поля.

Взаимодействие соответствующих векторов электрических и магнитных величин образуют электродинамический вектор импульса силы, движущий транспортное средство в направлении этого вектора.

kaz009.wmf [Н∙с]. (3)

Здесь: AE – вектор электрической величины; Bн – вектор магнитной величины; φAB – угол между векторами. Максимальный импульс силы получим при взаимодействии ортогональных векторов AE и Bн.

Из полученных выражений следует, что вектора плотности электрических, магнитных и электромагнитных сил образуются произведением (взаимодействием) соответствующих векторных и скалярных электрических величин.

Определим электрические и магнитные составляющие, взаимодействие которых создаст вектор импульса силы, движущий транспортное средство в космическом пространстве в направлении этого вектора. Для этого воспользуемся теоремой получения физической величины и ее размерности [11]. Необходимо учитывать, что произведение векторной величины на скалярную, дает векторную величину. Векторное произведение векторов, дает вектор, а скалярное произведение векторов – скалярную величину [10].

Задаем исходную физическую величину – вектор силы тока I, A. Дополняющая его до вектора импульса силы совокупность физических величин должна быть

kaz010.wmf [Н∙с/А = Дж∙с/м∙А=В∙с∙м∙с/м2]→kaz011.wmf (4)

kaz012.wmfхkaz013.wmf→[АхВ∙с/м2]м∙с = [Н∙с]

Здесь: Ft – вектор импульса силы, Нс; B – вектор индукции магнитного поля, В∙с/м2; kaz014.wmf – активная длина тока (проводника с током), взаимодействующего с магнитным полем, м; kaz015.wmf – временной интервал (длительность) импульса, с; kaz016.wmf – циклическая частота электромагнитного процесса. За временной интервал t = 1 секунда, данный электромагнитный процесс совершит kaz017.wmf импульсов силы. Взаимодействующие вектора I и B должны быть ортогональными, чтобы Ft имел максимальное значение.

Задаем исходный вектор – напряженность электрического поля E [В/м]

Дополняющая электрическая величина

kaz018.wmf [Н∙с∙м/В = Кл∙с]→kaz019.wmf (5)

kaz020.wmfхkaz021.wmfхkaz022.wmf

Здесь q – количество электрического заряда, Кл; U – напряжение между обкладками конденсатора; С – электрическая емкость конденсатора, Ф.

Задаем исходный вектор – плотность тока J [А/м2]

Дополняющая электрическая величина

kaz024.wmf [Н∙с∙м2/А = В∙с∙м∙с]= Фkaz025.wmf (6)

kaz026.wmf

Здесь Ф – векторная величина, магнитный поток, Ф=BS, Вб = В∙с; kaz028.wmf – длина магнитной силовой линии, м (длина магнитного контура)

Плотность тока J может создавать силу тока проводимости kaz029.wmf, тогда получаем kaz030.wmf из (4). Плотность тока J может создаваться вектором электрического смещения (электрической индукции) kaz032.wmf; kaz033.wmf [Кл/м2]. Для этого вектора дополняющая электрическая величина

kaz034.wmf [Н∙с∙м2/Кл = В∙с∙м]=kaz035.wmf; (7)

kaz036.wmfхkaz037.wmf

Задаем исходный вектор – напряжение U [В].

Дополняющая электрическая величина

kaz038.wmf→[Н∙с/В = Кл∙с/м = В∙с∙Ф/м]→Фε (8)

kaz040.wmf→[В∙Ф/м х В∙с] = [Н∙с]

Задаем исходный вектор в виде электрического диполя ql, Кл∙м;

Дополняющая электрическая величина

kaz042.wmf→[Н∙с/Кл м = В∙с/м2]→B; (9)

kaz041.wmf.

Диполь ql может быть электропроводящим kaz045.wmf или диэлектрическим kaz046.wmf. Здесь электропроводимость магнитопровода, См и C электрическая емкость, в которой образуется электрический диполь, поляризующий диэлектрика.

Задаем исходный вектор – напряженность магнитного поля H, А/м.

Дополняющая электрическая величина

kaz047.wmf→[Н∙с/м/А = В∙с∙с]→Фτ; (10)

kaz049.wmf →[А/м х В∙с]=[Н∙с].

Вектора H и Ф колениарные по физической сущности. Для создания Ft они должны быть ортогональными, поэтому нужно построить магнитную цепь с ортогональными векторами магнитодвижущих сил, которые образуют ортогональные H и Ф.

Задаем исходный вектор в виде магнитного момента IS, А∙м2, где I – сила тока в обмотке индуктора; S – площадь витка обмотки, м2

kaz051.wmf→[Н∙с/А∙м2=В∙с∙с/м2 м]→kaz052.wmf; (11)

kaz053.wmfхkaz054.wmf→[А∙м2х В∙с/м2]с/м = [Н∙с].

Рекомендации для практического осуществления данного способа создания вектора kaz055.wmf, аналогичные способу (10).

На рисунке показано устройство, с помощью которого может быть реализован способ создания электродинамической тяги (9).

kaz1.tif

Способ создания электродинамической тяги

Устройство представляет собой магнитную цепь, состоящую из источника электроэнергии 1 переменного тока и замкнутого магнитопровода 2, выполненного из электропроводящего ферромагнитного материала, с обмоткой возбуждения 3, соединенной с клеммами тока источника электроэнергии 1. На внутренней и внешней поверхностях магнитопровода 2 расположены электроды, соответственно 4 и 5 в виде полос, охватывающие эти поверхности. Электроды 4, 5 соединены с клеммами переменного напряжения источника электроэнергии 1.

Работает устройство следующим образом. С помощью обмотки 3, подключенной к клеммам тока источника электроэнергии 1, в магнитопроводе 2 возбуждают магнитное поле с вектором магнитной индукции:

kaz056.wmf→[В∙с/м2 = А∙Ом∙с/м2], (12)

где I – сила тока в обмотке возбуждения, А; w – число витков в обмотке; µ – магнитная проницаемость магнитопровода, Ом∙с/м; l – длина магнитного контура, м.

Под действием переменного напряжения источника электроэнергии 1, образуют между электродами 4, 5 в электропроводящей среде магнитопровода электрические диполи:

kaz057.wmf→[Кл∙м = В∙c∙м/Ом], (13)

где U – напряжение на электродах, В; g – электропроводимость магнитопровода, Ом-1; l – длина электрического диполя – расстояние между электродами, м; t – длительность импульса силы, с, kaz058.wmf; f – рабочая частота источника электроэнергии переменного тока, Гц.

В результате взаимодействия ортогональных векторов B и ql, изменяющихся с циклической рабочей частотой (ω=2πf) источника электроэнергии 1 переменного тока, получают электродинамический вектор импульса силы:

kaz059.wmf→[А∙Ом∙с/м2 × В∙с∙м/Ом] = [Н∙с], (14)

который за интервал времени t = 1 секунда воздействует 2f раз на транспортное средство, обладающее данной магнитной цепью, и движет транспортное средство в направлении вектора импульса силы Ft.

При инвертировании фазы одной из возбуждающих величин, тока или напряжения, соответствующий вектор и вектор импульса силы инвертируются, а транспортное средство станет двигаться в направлении, противоположном первоначальному.

Источники электроэнергии и электродинамические движители, использующие энергию электронного взаимодействия [4, 5, 6, 7, 8]. Не требуют сжигания топлива, не расходуют рабочую среду, не образуют вредные выбросы и отходы и могут безостановочно работать десятки лет, до физического старения и износа комплектующих, деталей, узлов и агрегатов энергосиловых установок мобильных аппаратов.

Выводы

Существующие реактивные, электрореактивные и использующие энергию и вещество ядерных реакций транспортные средства и космические аппараты, имеющие малый радиус действия, пригодны только для исследования и освоения ближнего космоса. Кроме того, они могут оказывать негативное воздействие на персонал и экологию.

Электродинамические движители, преобразующие электромагнитную энергию в силу тяги, движущую транспортное средство или космический аппарат, не расходуют рабочее вещество, не дают вредных выбросов и отходов, негативно воздействующих на персонал и экологию.

Источники электроэнергии для электродинамических движителей и жизнеобеспечения космических аппаратов, преобразующие энергию электронного взаимодействия в электроэнергию не расходуют топливо, не образуют вредные выбросы и отходы и могут безостановочно работать десятки лет до естественного физического старения изоляции, электродов, контактов, комплектующих, энергосиловых узлов и агрегатов.

Показана возможность образования векторов плотности электрических, магнитных и электромагнитных сил за счет объемной плотности энергии электромагнитного процесса, которую можно использовать и для создания электродинамической тяги, движущей транспортное средство в космическом пространстве в направлении вектора силы.

Показаны способы создания электродинамического вектора импульса силы путем взаимодействия соответствующих векторных и скалярных электрических и магнитных величин электромагнитного процесса, даны рекомендации для их практического осуществления и приведено техническое решение.


Библиографическая ссылка

Казьмин Б.Н., Трифанов И.В., Рыжов Д.Р. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 5. – С. 58-61;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=31800 (дата обращения: 02.04.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074