Александр Фролов - Новые космические технологии

Итак, движение может быть создано в результате асимметричного (в пространстве) энергообмена с окружающей средой. Позже, в главе о нанотехнологиях, мы вернемся к этому вопросу, показав еще один метод реализация данного принципа. Сейчас вернемся к механическим системам, использующим инерциальные свойства тела, движущегося по траектории переменного радиуса кривизны.

Эффективность таких инерциоидов может быть очень высокая, например, в 1980-е годы в Канаде и США испытывали инерционный привод по схеме Торнсона (Brandson R. Thomson), в котором эксцентрики двигаются по траектории кардиоиды. Данный привод был достаточно мощный для того, чтобы обеспечивать движение лодки с пассажирами. По энергозатратам, данный привод экономнее, чем бензиновый лодочный винтовой мотор примерно в 20 раз. Изобретение подробно описано в патенте US 4631971, от 30 декабря 1986 года.

Рассмотрим схему инерциоида Торнсона, рис. 39. Серыми кружками на схеме показано положение эксцентрика при его движении, которое создается путем суммирования двух движений: орбитального и собственного вращения. Применение пары эксцентриков позволяет устранить боковой импульс, передаваемый корпусу.

Рис. 39. Схема инерциоида Торнсона

Орбитальный валик «обкатывает» шестеренку, которая установлена на валу мотора. Моторов может быть два, но они должны работать синхронно. Обычно, для каждого эксцентрика создают свою шестеренку привода, которую «обкатывает» орбитальный валик, но оба привода синхронизированы, поскольку имеют один общий мотор.

Экспериментальные данные, подтверждающие перспективность схемы Торнсона, были получены моим братом Фроловым Алексеем Владимировичем. При наличии интереса заказчиков к данной теме, мы готовы разработать комплект конструкторской документации для изготовления привода по схеме Торнсона.

В настоящее время, разработаны компьютерные программы для моделирования кардиоиды и конструирования инерциоидов Торнсона. На рис. 40 показан один из вариантов конструкторского решения, в котором две подвижных шестеренки обкатывают неподвижную центральную шестеренку.

Рис. 40. Компьютерное моделирование инерциоида

Итак, если траектория движения центра масс имеет форму кардиоиды, то центробежная сила, и сила реакция на корпус устройства, имеет разную величину в разных направлениях. Движущая сила обусловлена здесь, как и в других похожих схемах, градиентом центробежной силы.

В настоящее время, авторов изобретений по теме «инерциоиды» очень много. Хотелось бы рассказать про тех, кого я знал лично. Примером многолетней бескорыстной исследовательской работы в данном направлении являются проекты Константина Дмитриевича Шукалова, Иваново. В 1996 году, он приезжал в Санкт-Петербург на конференцию, и демонстрировал свои модели в работе, рис. 41.

Рис. 41. Константин Дмитриевич Шукалов демонстрирует один из своих инерциоидов, 1996 год

Одна из моделей Шукалова показана на рис. 42. В данной конструкции привода, питание на электромагнит подается по проводу. Два эксцентрика движутся по траектории постоянного радиуса, но их взаимодействие имеет особенность: в одном крайнем положении, они ударяются друг о друга, импульс «гасится». В другом крайнем положении, они ударяются о пружины, передавая корпусу два сонаправленных импульса.

Рис. 42. Один из инерциоидов Шукалова

По поводу закона сохранения импульса, для рассматриваемой конструкции, необходимо отметить, что при соударении грузов, их импульс преобразуется в тепловую энергию деформации вещества, из которого сделаны движущиеся грузы. При сжатии пружин, в другой фазе рабочего цикла, энергия частично преобразуется в тепло, но большая часть кинетической энергии движущихся грузов передается корпусу движителя.

Данная схема Шукалова представляется весьма перспективной для практического внедрения.

Практическое применение таких приводов возможно не только в авиации, на судах или в космосе, но и в роли привода любой колесной техники, причем технологически устраняется система передачи крутящего момента на колеса (трансмиссия) и создается качественно новый уровень техники. Все, что требуется для внедрения данной перспективной технологии на транспорте, это интерес заказчиков и инвесторов.

Отдельно можно выделить тип инерциальных движителей, которые используют эффекты, возникающие при вынужденной прецессии гироскопа. Напомню, что метод Полякова есть частный случай практического использования данного явления.

Суть эффекта, в классическом понимании: гироскоп стремится сохранять момент вращения, и любой поворот оси его вращения (вынужденная прецессия) создает пару сил, то есть, дополнительный крутящий момент, компенсирующий данный поворот. На рис. 43 показана векторная суперпозиция сил, возникающая при вынужденной прецессии оси гироскопа.

Рис. 43. Силы, возникающие при вынужденной прецессии оси гироскопа

Возникающая сила F настолько мощная, что способна поворачивать человека, сидящего на вращающемся табурете – «скамейке Жуковского», если у него в руках небольшой, но быстро вращающийся гироскоп. Важная особенность: сила F не линейная, она создает поворот оси вращения гироскопа в плоскости XOY, если на ось действует внешняя сила, поворачивающая ее в плоскости ZOY. Другая особенность – эффект увеличивается, если гироскоп вращается быстрее, и поворот оси в плоскости ZOY происходит быстрее.

Согласитесь, что данная ситуация чем-то напоминает возникновение силы Лоренца, или силы Магнуса. Попробуем найти аналогии и причины возникновения данной силы, в рамках эфиродинамики. На рис. 44 показан гироскоп, который вращается вокруг оси Y, и поворачивается в плоскости YOZ.

Рис. 44. Векторное сложение скоростей в верхней и нижней части гироскопа

Возникает пара гироскопических сил: F1 направлена вверх, и F2 – вниз, в плоскости XOY, с точки зрения наблюдателя, который видит вращение гироскопа вокруг оси Y по часовой стрелке (правое вращение). Какие могут быть причины появления данной пары сил?

Отметим следующий факт: разные части прецессирующего гироскопа движутся с различной скоростью относительно внешней среды. Скорость движения частиц верхней части гироскопа, относительно внешней среды, за счет сложения сонаправленных векторов скоростей V1и V2, больше, чем скорость движения частиц нижней части гироскопа, относительно среды. В результате, как и в газодинамике, в соответствии с законом Бернулли, давление внешней среды на частицы материи в разных частях гироскопа не одинаковое, то есть, возникает градиент давления среды на прецессирующий гироскоп. Эффект проявляется как в воздухе, так и в вакууме, поэтому у нас есть повод говорить о эфиродинамическом давлении внешней среды на частицы материи гироскопа.

Читать дальше