Двигунна установка

Реферат: UA 104422 U UA 104422 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електронних (електричних) плазмових двигунів, які застосовуються як транспортний засіб, зокрема, для приведення в рух апаратів в космосі. Відома двигунна установка, що містить корпус і потужний лазер, промені якого виходять в навколишній простір, створюючи рушійну силу, причому промені лазера направляють в резонатор, що складається з системи дзеркал, одно або декілька з яких розташовані на прискорюваному об'єкті [Патент РФ № 64 298, F03H 3/00, 2007 г.]. Використання цієї двигунної установки характеризується недостатньою тягою. Відома також двигунна установка, що містить джерело електромагнітних полів високої напруженості, що включає газодинамічний замкнутий тракт, розділений по довжині діелектричною перемичкою, в нижній частині якого розміщені: блок живлення, система охолодження, система електродів і електроди іскрового проміжку для передіонізаціі, а вздовж газодинамічного тракту розміщений оптичний квантовий підсилювач, причому у внутрішньому просторі тракту розташована "решітка" у вигляді системи замкнутих контурів, утворених перпендикулярними хвилеводами, на перетині яких розташовані оптичні вузли, а також вони мають можливість з'єднуватися своїми введеннями поперемінно за допомогою роздільників із джерелами лазерного випромінювання, а виводами - з оптичним квантовим підсилювачем, самі ж виводи почергово з'єднані між собою оптичними муфтами. Крім того, система замкнутих контурів хвилеводів розміщена на багатоярусних внутрішніх майданчиках-балконах у форсажному блоці, що виконаний у вигляді порожнистого конуса, встановленого на платформі тягового блока, при цьому в просторі газодинамічного тракту розташовані оптичні блоки, що містять камери для накачування газової суміші і оптичні резонатори, які зв'язані за допомогою вихідного вікна лазера з роздільниками лазерного випромінювання, а всередині порожнистого конуса за допомогою штанги, закріпленої на платформі тягового блока, встановлений сферичний шарнір. При цьому джерело електромагнітних полів є потужним імпульсним газовим лазером високого тиску [Патент України № 83379, F03H 1/00, 2013 г.].· Використання цієї двигунної установки характеризується недостатньою тягою. Це пов'язано з тим, що в контурах, по яких циркулює лазерне випромінювання, не накопичується достатня щільність електромагнітної енергії. Відома також двигунна установка, що містить джерело електромагнітних полів високої напруженості, що включає газодинамічний замкнутий тракт, розділений по довжині діелектричною перемичкою, в нижній частині якого розташовано: блок живлення, система охолодження, система електродів, а вздовж газодинамічного тракту розміщений оптичний квантовий підсилювач, причому у внутрішньому просторі тракту розташована "решітка" у вигляді системи замкнутих контурів, утворених перпендикулярними хвилеводами, на перетині яких розташовані оптичні вузли, а також вони мають можливість з'єднуватися своїми вводами поперемінно за допомогою роздільників із джерелами лазерного випромінювання, а виводами з оптичним квантовим підсилювачем, самі ж виводи почергово з'єднані між собою оптичними муфтами. Крім того, система замкнутих контурів хвилеводів розміщена на багатоярусних внутрішніх майданчиках-балконах у форсажному блоці, що виконаний у вигляді порожнистого конуса, встановленого на платформі тягового блока, при цьому в просторі газодинамічного тракту розташовані оптичні блоки, що містять камери для накачування газової суміші і оптичні резонатори, які зв'язані за допомогою вихідного вікна лазера з роздільниками лазерного випромінювання, а всередині порожнистого конуса за допомогою штанги, закріпленої на платформі тягового блока, встановлений сферичний шарнір, при цьому джерело електромагнітних полів є потужним безперервним лазером високого тиску, крім того, установка забезпечена напівпрозорими дзеркалами, які встановлені після роздільників лазерного випромінювання, перед оптичними муфтами і позаду них, а також на виході випромінювання перед оптичним квантовим підсилювачем, причому між роздільниками на вході і напівпрозорими дзеркалами встановлені поляризаційні призми [Патент України № 96272, F03H 1/00, F03H 3/00, 2015 р.]. Використання даної двигунної установки також характеризується недостатньою тягою у зв'язку з недостатньою щільністю електромагнітної енергії, що генерується в її контурах. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення двигунної установки шляхом зміни складу її елементів і забезпечення їх спеціального зв'язку один з одним, внаслідок чого забезпечується збільшення тяги двигунної установки. Поставлена задача вирішена тим, що двигунна установка, яка містить джерело електромагнітних полів високої напруженості у вигляді потужного безперервного лазера і включає газодинамічний замкнутий тракт, розділений по довжині діелектричною перемичкою, в нижній частині якого розташовані блок живлення, система охолодження, система електродів, а вздовж газодинамічного тракту розміщений оптичний квантовий підсилювач, причому у 1 UA 104422 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 внутрішньому просторі тракту розташована "решітка" у вигляді системи замкнутих контурів, утворених перпендикулярними хвилеводами, на перетині яких розташовані оптичні вузли, а також вони мають можливість з'єднуватися своїми вводами поперемінно за допомогою роздільників із джерелом лазерного випромінювання, а виводами – з оптичним квантовим підсилювачем, самі ж хвилеводи почергово з'єднані між собою оптичними муфтами, крім того, система замкнутих контурів хвилеводів розміщена на багатоярусних внутрішніх майданчикахбалконах у форсажному блоці, що виконаний у вигляді порожнистого конуса, встановленого на платформі тягового блока, при цьому в просторі газодинамічного тракту розташовані оптичні блоки, що містять камери для накачування газової суміші і оптичні резонатори, які зв'язані за допомогою вихідного вікна лазера з роздільниками лазерного випромінювання, а всередині порожнистого конуса за допомогою штанги, закріпленої на платформі тягового блока, встановлений сферичний шарнір, причому установка забезпечена напівпрозорими дзеркалами, які встановлені після роздільників лазерного випромінювання, перед оптичними муфтами і позаду них, а також на виході випромінювання перед оптичним квантовим підсилювачем, причому між роздільниками на вході і напівпрозорими дзеркалами встановлені поляризаційні призми, при цьому згідно корисної моделі, двигунна установка забезпечена двома додатковими багатоканальними підсилювачами тяги, один з яких являє собою тор, а другий - довгомірний циліндр, при цьому тор жорстко укріплений на циліндрі, встановленому співвісно установці, зовнішні оболонки як тора, так і циліндра виконані з еластичного матеріалу, всередині їх коаксіально із зазором розміщені виконані з провідних матеріалів елементи, які утворюють канали, що мають ту ж форму, що і зовнішні оболонки підсилювачів і які формують канали різної ширини, що чергуються, причому ширина вузьких каналів складає 5-7 мкм, а широких - в 10-15 разів більше, крім того, двигунна установка забезпечена встановленою по її осі ємністю з газовою сумішшю, яка з'єднана підводами з каналами всередині тора і циліндра, а лазер оснащений двома додатковими оптичними блоками, пов'язаними за допомогою лазерних вікон і роздільників випромінювання з каналами, що мають всередині підсилювачів більшу ширину, на їх вході і виході, а на елементах, що утворюють ці канали, додатково встановлені як дзеркала, що відбивають світло, так і напівпрозорі дзеркала, поверхня яких утворюють багатокутник. Технічним результатом від застосування пропонованої установки, в порівнянні з найбільш близькою з аналогів, являється підвищення її сили тяги. Це досягається тим, що в запропонованій конструкції підсилювачів в поєднанні з встановленою по осі ємністю газової суміші, яка забезпечує подачу її у внутрішні оптичні канали підсилювачів при оснащенні установки додатковими блоками з запропонованим зв'язком їх за допомогою лазерних вікон, забезпечується формування всередині каналів з більшою шириною збільшення тяги в кілька разів за рахунок підвищення щільності електромагнітного випромінювання, що обертається. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де: на Фіг. 1 зображений загальний вигляд двигунної установки; на Фіг. 2 зображений розріз двигунної установки (вигляд спереду); на Фіг. 3 зображений вигляд зверху двигунної установки; на Фіг. 4 зображений розріз двигунної установки (ізометрія); на Фіг. 5 зображена схема роботи "решітки"; на Фіг. 6 зображена схема роботи форсажного блока; на Фіг. 7 зображена схема роботи підсилювачів тяги. Двигунна установка містить джерело електромагнітних полів високої напруженості у вигляді газового лазера 1, працюючого у безперервному режимі, до складу якого входить газодинамічний тракт 2, розділеного по довжині діелектричною перемичкою 3. У нижній частині такту 2 розміщені блок живлення 4, система охолодження 5 і система електродів 6. Уздовж замкнутого газодинамічного такту 2 розташований оптичний квантовий підсилювач 7, а у внутрішньому просторі газодинамічного тракту 2 розташована "решітка" 8 у вигляді системи замкнутих контурів, утворених перпендикулярними хвилеводами 9, на перетині яких знаходяться спільні для них оптичні вузли 10. Хвилеводи 9 "решітки" 8 з'єднані своїми вводами 11, за допомогою роздільників лазерного випромінювання 12 з оптичними блоками 13, у складі камери для газової суміші 14 з оптичними резонаторами 15 і системою електродів 6 для накачування робочої газової суміші, а виведеннями 16 - з оптичним квантовим підсилювачем 7. Хвилеводи 17 своїми вводами 18 з'єднані за допомогою роздільників лазерного випромінювання 12 з оптичним блоком 13 і укладені на багатоярусних майданчиках-балконах 19 у форсажному блоці 20, який виконаний у вигляді конуса, встановленого на платформі 21 форсажного блока 20 і пов'язаного з оптичним квантовим підсилювачем 7. Оптичний резонатор 15 через вихідне вікно лазера 23, яке є джерелом лазерного випромінювання, пов'язаний з роздільниками лазерного випромінювання 12, а оптична муфта 24 з'єднується по черзі з хвилеводами 9 "решітки" 8. Управління вектором тяги форсажного блока 20 здійснюється за допомогою сферичного шарніра 25, закріпленого на штанзі 26, що встановлена на платформі 21 форсажного блока. Хвилеводи 9 "решітки" 8 і хвилеводи 17 форсажного блока 19 з'єднані 2 UA 104422 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 своїми вводами 11 і 18 через поляризаційні призми 27 і напівпрозорі дзеркала 28 за допомогою роздільників лазерного випромінювання 12 з вихідним вікном лазера 23, а виводами 16 і 22 через напівпрозорі стекла 28 з оптичним квантовим підсилювачем 7. При цьому хвилеводи форсажного блока 19 є двома групами, в одній з яких переміщення лазерного випромінювання має можливість рухатися за годинниковою стрілкою, а в іншій проти годинникової стрілки. Напівпрозорі дзеркала встановлюються також перед оптичною муфтою 24 і позаду неї. Крім того, двигунна установка забезпечена двома додатковими багатоканальними підсилювачами тяги, один з яких являє собою тор 29, а другий - довгомірний циліндр 30, при цьому тор 29 жорстко укріплений на циліндрі 30, встановленому співвісно установці. Зовнішні оболонки як тора 29, так і циліндра 30 виконані з еластичного матеріалу, всередині їх коаксіально із зазором розміщені виконані з провідних матеріалів елементи 31, які утворюють канали, що мають ту ж форму, що і зовнішні оболонки підсилювачів тяги і які формують канали різної ширини 32 і 33, що чергуються, причому ширина вузьких каналів складає 5-7 мкм, а широких - в 10-15 разів більше, крім того, двигунна установка забезпечена встановленою по її осі ємністю з газовою сумішшю 34, яка з'єднана підводами 35 з каналами 32 і 33 всередині тора і циліндра, а установка оснащена двома додатковими оптичними блоками 36, пов'язаними за допомогою лазерних вікон 37 із роздільниками випромінювання 38 з каналами, що мають всередині підсилювачів більшу ширину 33, на їх вході 39 і виході 40, причому входи 39 розташовані біля основи циліндра, а виходи 40 - на частині сполученої з тором, на елементах, що утворюють ці канали, розташовані дзеркала, що відбивають світло 41 і додатково встановлені напівпрозорі дзеркала 42, поверхня яких утворюють багатокутник. Робота двигунної установки здійснюється наступним чином. Від автономного блока 4 живлення газового лазера високого тиску 1, працюючого у безперервному режимі і розташованого в нижній частині газодинамічного тракту 2, подається напруга на електроди 6 для збудження активного об'єму газової суміші, що надходить в камеру 14, розміщену в оптичному резонаторі 15. Електронний пучок, впливаючи на активну речовину, викликає індуковане випромінювання у безперервному режимі, яке надходить на вихідні вікна лазера 23 і далі через роздільники лазерного випромінювання 12 на поляризаційні призми 27 і напівпрозорі дзеркала 28 в систему вертикальних і горизонтальних хвилеводів 9 на вводі 11. При русі лазерного випромінювання по вертикальних і горизонтальних хвилеводах вони перетинаються в точках, які є для них спільними оптичними вузлами 10, доходячи до напівпрозорих дзеркал 28, розташованих перед оптичною муфтою 24, лазерне випромінювання частково проходить через напівпрозоре дзеркало 28 і далі надходить на оптичну муфту 24. Інша частина випромінювання, відбиваючись від напівпрозорого дзеркала 28, повертається назад по хвилеводу до такого ж напівпрозорого дзеркала 28, розташованого на вводі 11 хвилеводів 9, і повністю від нього відбивається. Система з плоскопаралельними напівпрозорими дзеркалами 28 з хвилеводом між ними утворює резонатор, усередині якого існують дві електромагнітні хвилі, що рухаються в протилежні сторони. Довжина резонатора підбирається так, щоб на ній укладалося ціле число півхвиль для утворення стоячої хвилі. Частина випромінювання, що надійшла на оптичну муфту 24, проходячи через неї, здійснює поворот на 180 градусів і переходить через напівпрозоре дзеркало 28 в паралельні хвилеводи, на виході яких також розташовані напівпрозорі дзеркала 28, після яких частина випромінювання, проходячи через напівпрозоре дзеркало 28, потрапляє в оптичний квантовий підсилювач 7, а інша частина, відбившись від напівпрозорого дзеркала 28, рухається в протилежну сторону. З оптичного квантового підсилювача 7 лазерне випромінювання знову надходить у вертикальні і горизонтальні хвилеводи "решітки" 8. У сформованій системі замкнутих контурів на площині, яку обходить лазерне випромінювання, воно рухається по периметру контурів за годинниковою стрілкою з кутовою швидкістю Ω зі знаком "+", а при русі проти годинникової стрілки з кутовою швидкістю Ω - зі знаком "-", як показано на Фіг. 5 (на схемі контури з обходом проти годинникової стрілки позначені кружечком, за годинниковою стрілкою - позначені заштрихованим кружечком). Крім того, лазерне випромінювання у безперервному режимі роботи лазера надходить через вихідне вікно лазера 23 на роздільники лазерного випромінювання 12, далі на поляризаційну призму 27, напівпрозоре дзеркало 28 і далі на вводи 18 хвилеводів 17, розташованих на внутрішніх майданчиках-балконах 19 у форсажному блоці 20, що має форму порожнистого конуса, встановленого на платформі 21 форсажного блока 20. На кожному майданчику-балконі 19 утворюється система з двох замкнутих контурів, які лазерне випромінювання у безперервному режимі роботи обходить по периметру, - один за годинниковою стрілкою, інший - проти годинникової стрілки. 3 UA 104422 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Після проходження контурів лазерне випромінювання надходить на напівпрозорі дзеркала 28, частково проходить через ці дзеркала і надходить на виході з хвилеводів 22 в оптичний квантовий підсилювач 7, а інша частина випромінювання відбивається від напівпрозорого дзеркала 28 і повертається назад по хвилеводу до напівпрозорого дзеркала 28, від якого повністю відбивається, утворюючи "стоячу" хвилю. Така система хвилеводів 17, розташованих на майданчиках-балконах 19 у форсажному блоці 20 утворює систему кільцевих резонаторів. Після оптичного квантового підсилювача 7 випромінювання знову надходить на вводи 18 хвилеводів 17 форсажного блока 20. Управління вектором тяги форсажного блока 20 здійснюється за допомогою сферичного шарніра 25, закріпленого на штанзі 26, встановленого на платформі 21 форсажного блока 20. Вектор тяги при включенні системи контурів в роботу спрямований перпендикулярно площинам, на яких розміщена система контурів, його напрям співпадає з віссю конуса до його вершини. Віддаючи команди на включення в роботу сферичного шарніра 25, система управління дозволяє встановлювати вершину конуса у будьякій заданій точці. При русі лазерного випромінювання у безперервному режимі уздовж хвилеводів, при обході по периметру пари контурів проти годинникової стрілки з кутовою швидкістю Ω зі знаком "-" і за годинниковою стрілкою з кутовою швидкістю Ω зі знаком "+", як показано на Фіг. 5, в стаціонарному гравітаційному полі відбуватиметься "запізнювання" в часі. При русі лазерного випромінювання в безперервному режимі воно також надходить з додаткових оптичних блоків 36 через вихідні оптичні вікна лазерів 37 на роздільники лазерного випромінювання 38, далі воно надходить на два додаткових багатоканальних підсилювача тяги, один з яких - тор 29, а другий - довгомірний циліндр 30. Лазерне випромінювання надходить на вводи 39 каналів з більшою шириною, переміщується як за годинниковою стрілкою по зовнішньому периметру за допомогою дзеркал, що відбивають світло 41, так і по внутрішньому периметру каналів 33 за допомогою дзеркал, що відбивають світло 41 проти годинникової стрілки з кутовою швидкістю ± Ω, крім того лазерне випромінювання в безперервному режимі здійснює також поступальний рух в циліндрі 30 уздовж циліндричної осі, а в торі 29 - уздовж осі тора, рухаючись по спіралі з невеликим кроком. З ємності 34 через підводи 35 газова суміш, аналогічна за хімічним складом газовій суміші, що циркулює в газодинамічному тракті 2 рухової установки 1, подається в канали 33 і 32 додаткових підсилювачів: тора 29 і циліндра 30, для надання їм додаткової міцності і жорсткості, крім того, газова суміш, яка є активним середовищем, що розташовується між напівпрозорими дзеркалами 42, що утворюють в каналах більшої ширини 33 систему резонаторів, посилює лазерне випромінювання, яке проходить через цю систему. Системи з плоско паралельними напівпрозорими дзеркалами 42, що знаходяться на певній відстані один від одного, простір між якими заповнено активним середовищем - газовою сумішшю, розташовуються по периметру руху лазерного випромінювання по каналах більшої ширини 33. Довжина резонаторів підбирається таким чином, щоб на них вкладалося ціле число півхвиль, що обумовлює утворення "стоячих" хвиль. Частина випромінювання, проходячи через напівпрозорі дзеркала 42, відбивається від дзеркал 41 і потрапляє в наступний резонатор, а частина випромінювання, відбившись від напівпрозорого дзеркала, рухається в протилежний бік. Після проходження каналів більшої ширини 33 по всій довжині лазерне випромінювання в безперервному режимі надходить на виході 40 з каналів з більшою шириною в оптичний квантовий підсилювач 7, після якого випромінювання знову надходить на вводи 39 каналів більшої ширини 33. Така система каналів з більшою шириною 33, розташованих в додаткових багатоканальних підсилювачах тяги, один з яких - тор 29, а другий - довгомірний циліндр 30, утворює систему об'ємних резонаторів. При русі лазерного випромінювання в безперервному режимі уздовж хвилеводів і каналів з більшою шириною, з використанням систем прямокутних, кільцевих і об'ємних резонаторів, що дозволяють, особливо за рахунок об'ємних резонаторів, у кілька разів підвищити щільність енергії обертового електромагнітного випромінювання при обході по периметру пар контурів і каналів з більшою шириною проти годинникової стрілки з кутовою швидкістю Ω зі знаком "-", і за годинниковою стрілкою з кутовою швидкістю Ω - зі знаком "+", як показано на Фіг. 5 і Фіг. 7 в стаціонарному гравітаційному полі, в системі відліку, що рівномірно обертається, при синхронізації годинників після повернення у вихідну точку відбуватиметься "запізнювання" в часі на вкрай незначну величину, що зумовлює виникнення сили тяги в напрямку, протилежному вектору прискорення вільного падіння. Таким чином, застосування запропонованої двигунної установки характеризується більш високою, більш ніж у 3 рази, силою тяги у порівнянні з найбільш близькою з аналогів. 4 UA 104422 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 25 30 35 Двигунна установка, що містить джерело електромагнітних полів високої напруженості у вигляді потужного безперервного лазера і включає газодинамічний замкнутий тракт, розділений по довжині діелектричною перемичкою, в нижній частині якого розташовані блок живлення, система охолодження, система електродів, а уздовж газодинамічного тракту розміщений оптичний квантовий підсилювач, причому у внутрішньому просторі тракту розташована "решітка" у вигляді системи замкнутих контурів, утворених перпендикулярними хвилеводами, на перетині яких розташовані оптичні вузли, що мають можливість з'єднуватися своїми вводами поперемінно за допомогою роздільників з джерелом лазерного випромінювання, а виводами - з оптичним квантовим підсилювачем, самі ж хвилеводи почергово з'єднані між собою оптичними муфтами, крім того, система замкнутих контурів хвилеводів розміщена на багатоярусних внутрішніх майданчиках-балконах у форсажному блоці, що виконаний у вигляді порожнистого конуса, встановленого на платформі тягового блока, при цьому в просторі газодинамічного тракту розташовані оптичні блоки, що містять камери для накачування газової суміші і оптичні резонатори, які зв'язані за допомогою вихідного вікна лазера з роздільниками лазерного випромінювання, а всередині порожнистого конуса за допомогою штанги, закріпленої на платформі тягового блока, встановлений сферичний шарнір, причому установка забезпечена напівпрозорими дзеркалами, які встановлені після роздільників лазерного випромінювання, перед оптичними муфтами і позаду них, а також на виході випромінювання - перед оптичним квантовим підсилювачем, крім того, між роздільниками на вході і напівпрозорими дзеркалами встановлені поляризаційні призми, яка відрізняється тим, що двигунна установка забезпечена двома додатковими багатоканальними підсилювачами тяги, один з яких являє собою тор, а другий - довгомірний циліндр, при цьому тор жорстко укріплений на циліндрі, встановленому співвісно установці, зовнішні оболонки як тора, так і циліндра виконані з еластичного матеріалу, всередині їх коаксіально із зазором розміщені виконані з провідних матеріалів елементи, які утворюють канали, що мають ту ж форму, що і зовнішні оболонки підсилювачів, і які формують канали різної ширини, що чергуються, причому ширина вузьких каналів складає 5-7 мкм, а широких - в 10-15 разів більше, крім того, двигунна установка забезпечена встановленою по її осі ємністю з газовою сумішшю, яка з'єднана підводами з каналами всередині тора і циліндра, а лазер оснащений двома додатковими оптичними блоками, пов'язаними за допомогою лазерних вікон і роздільників випромінювання з каналами, що мають всередині підсилювачів більшу ширину, на їх вході і виході, а на елементах, що утворюють ці канали, додатково встановлені як дзеркала, що відбивають світло, так і напівпрозорі дзеркала, поверхні яких утворюють багатокутник. 5 UA 104422 U 6 UA 104422 U 7 UA 104422 U 8 UA 104422 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9