Електричний двигун

Реферат: UA 82372 U UA 82372 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до машинобудування та може бути використана в космічній техніці, літакобудуванні і інших галузях. Відомі ракетні двигуни потребують використання твердого або рідкого палива і спеціальних стартових площадок [1] - Ракетные двигатели / Г.М. Мелькумов, Н.И. Мелик-Пашаев, П.Г. Чистяков, А.Г. Шиунов. - М.: Машиностроение, 1976. - 399 с. Найближчого аналога пристрою, що заявляється, не виявлено. В основу корисної моделі поставлена задача створити такий двигун, який би забезпечував рух матеріальних тіл за допомогою електричних зарядів, що рухаються в електричному полі, і не потребував спеціальних стартових площадок. Поставлена задача вирішується тим, що в корпусі двигуна розміщуються N пар (N ≥ 4) діелектричних труб, в яких навперемінно під впливом електричного поля рухаються електричні заряди, завдяки чому виникає сила тяги в напрямку дії цього поля (Фіг. 1, 2, 3). В двигуні, що заявляється, поставлена задача вирішується за рахунок того, що в корпусі двигуна розміщуються азимутально симетрично N пар діелектричних труб, в яких навперемінно під впливом електричного поля рухаються то назад, то вперед електричні заряди, причому угорі на заряди діє силове електричне поле з напругою Uc, а унизу - поле повернення зарядів з напругою Uп, де Uc >> Uп. Конструкція двигуна наведена на Фіг. 1, 2, 3. Двигун містить металевий корпус 1, металевий захисний екран 2, верхню 3 та нижню 9 діелектричні кришки, верхню 4 та нижню 8 металеві кільцеві пластини, верхню 5 та нижню 7 діелектричні вставки кільцевої форми, металеві контактні площадки 10 у вигляді половини циліндра в кожній діелектричній трубі, діелектричні прокладки 11 в кожній трубі, металеві контактні площадки 12 в кожній трубі, N пар діелектричних труб 6, стягуючі болти 13, та циліндричні металеві заряджені тіла (заряди) І в кожній трубі. На Фіг. 4 зображені напруги, які подаються на верхню 4 та нижню 8 металеві пластини від схеми електроживлення та керування (СЕК). Спочатку на верхню 4 та нижню 8 пластини подається напруга Uн, завдяки якій заряди І притягуються донизу, в цей час на контактні площадки 10 і 12 подається напруга заряду Uз = Uc. На проміжку часу τз відбувається зарядка циліндричних тіл І в кожній діелектричній трубі. Після цього на пластини 4 і 8 подається напруга повернення зарядів Uп, під дією якої вони рухаються угору зі швидкістю v п. Як відомо [2] Бонштедт Б.Э., Маркович М.Г. Фокусировка и отклонение пучков в электроннолучевых приборах. - М.: Сов. радио, 1967. - 272 с, на електричний заряд q в електричному полі діє сила F  q E , де E - напруженість електричного поля. При цьому швидкість руху заряду в електричному полі дорівнює   2qU / m , де U - напруга поля, m - маса заряду. Означимо товщину діелектричних вставок 5 і 7 через Δ і візьмемо довжину пробігу зарядів рівною Lпp. При цьому сила дії всіх зарядів буде визначатися за формулою: 2NqU 2NqU , так як L >>Δ. пр F  L пр L пр  dl  Таким чином, під дією поля повернення зарядів з напругою Uп заряди І починають рухатись угору з швидкістю  п  2qUп / m . На матеріальне тіло буде діяти сила 2NqU п . Lпр Через певний проміжок часу τп = Lпp/vп ці заряди досягають верхньої діелектричної вставки 5; в цей час на пластини 4 і 8 подається напруга силового електричного поля Uc, під дією якого Fп  40 45 50 заряди І рухаються униз зі швидкістю  с  2qUс / m , причому Uc >> Uп. На матеріальне тіло діє сила 2NqU с . Fс  Lпр Візьмемо Uc = 10Uп, тоді Fc = 10Fп. Результуюча сила тяги, яка буде діяти на матеріальне тіло (ракету, літак) з цим двигуном, буде рівною: Fp = Fc - Fп = 0,9Fc. Заряди І постійно рухаються то угору, то униз, але з різними швидкостями. Час руху зарядів униз буде дорівнювати: τс = Lпp/vc. Двигун працює наступним чином. Електричні заряди в діелектричних трубах під дією силового електричного поля з напругою Uc рухаються униз, при цьому виникає сила тяги у напрямку руху матеріального тіла (згідно з третім законом Ньютона), через деякий час заряди 1 UA 82372 U 5 10 15 досягають нижньої частини труби і починають рухатись угору під дією напруги повернення зарядів Uп, однак Uc >> Uп і Fc >> Fп; таким чином відбувається навперемінний циклічний рух зарядів і поступовий рух матеріального тіла. Наведемо приклад розрахунку основних параметрів двигуна і візьмемо реально досяжні значення q, Uc, τ, Δ, Lпр. 5 4 Для q = 0,05 К, Uс = 10 B, Uп = Uc/10 = 10 В, m = 4 кг, Δ = 5 мм, Lпp = 1 м, будемо мати (для N = 4): Fc = 40000 Н, vc = 50 м/с, τс = 0,02 с, Fп = 4000 Н,  п   с / 10  15,81 м/с, τп = 0,063 с. При цьому візьмемо тривалість одного циклу Т рівною 1 с, тоді час зарядки τз = Т - τс - τп = 0,917 с. Очевидно, що параметри двигуна можуть бути оптимізовані шляхом зміни q, Uc, m, N, Lпp. Можлива також зміна форми напруг Uc і Uп. Для того, щоб матеріальне тіло з цим двигуном перебороло земне тяжіння, необхідно, щоб 2 прискорення цього тіла gт було більше прискорення земного тяжіння q0 = 9,81 м/с , тобто qт > q0. Таким чином, маса матеріального тіла (ракети, літака) не повинна перевищувати значення М < Fp/10 = 0,9Fc/10. Для N = 4,M < 3600 кг. Для N = 8 (16 труб) буде: М < 7200 кг. Розрахуємо потужність, яку буде споживати двигун від схеми електроживлення і керування (СЕК). Потужність силового поля:  qUc 1 c   dt  2NqU c , так як T = 1 с. c T 0 Потужність повернення зарядів Рп = Рс/10, тому що Uп = Uc/10. Результуюча потужність споживання електроенергії: Pp  Pc  Pп  2NqU c  11 … Для N = 4 , будемо мати Рр = 44000 Вт, або 587 кінських сил. Очевидно, що силу тяги двигуна можна змінювати, регулюючи Uc, Uп, або q. Тривалості руху зарядів униз τс і угору τп орієнтовно можна розрахувати, але їх потрібно підбирати експериментально, тому що на швидкість руху зарядів впливають ряд факторів: інерція руху, сила земного тяжіння, сила тертя в діелектричних трубах та ін. СЕК може бути розташована всередині циліндра діаметра d (див. Фіг. 3). Треба відмітити, що результуючу силу тяги двигуна Fp і, відповідно, масу матеріального тіла М можна збільшити, використовуючи більшу кількість труб з зарядами і каскадне (послідовне) з'єднання декількох двигунів, але при цьому буде також збільшуватись потужність споживання електроенергії від дизель-генератора. Тіло з таким двигуном не потребує злітно-посадочної смуги, як літак, або спеціальної стартової площадки, як ракета. Є дуже ефективним і мобільним та може бути використаним в сучасному машинобудуванні. Pc  2N 20 25 30 35 40 45 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Електричний двигун, що містить циліндричний металевий корпус, металевий захисний екран, N пар ( N 4 ), розташованих азимутально симетрично в корпусі діелектричних труб, верхню та нижню діелектричні кришки, верхні та нижні металеві пластини кільцевої форми, верхні та нижні діелектричні вставки кільцевої форми, металеві контактні площадки у вигляді половини циліндра в кожній трубі, діелектричні прокладки біля контактних площадок в кожній трубі, металеві контактні площадки на протилежній частині в кожній трубі, стягуючі болти та циліндричні металеві заряджені тіла (заряди) в кожній трубі, причому на контактні площадки подається напруга для зарядки зарядів, що рухаються в діелектричних трубах, після цього з метою здійснення руху на верхні та нижні металеві пластини подається то напруга силового електричного поля Uc , то напруга поля повернення зарядів Uп , де Uc  Uп , завдяки чому виникає результуюча сила тяги у напрямку руху матеріального тіла Fp  Fc  Fп , де Fc  Fп , a відповідні напруги для роботи двигуна формуються схемою електроживлення та керування. 2 UA 82372 U 3 UA 82372 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4