Немецкие физики подтвердили работоспособность «невозможного» двигателя на электромагнитной тяге

Немецкие учёные подтвердили, что «невозможный» двигатель на базе электромагнитных волн действительно может создавать ненулевую тягу. Результаты своего исследования они презентовали 27 июля на конференции, посвящённой двигателям и энергетике, которую проводил Американский институт аэронавтики и астронавтики. Представлял работу профессор Мартин Таджмар из Дрезденского технологического университета.

Британский подданный и инженер Роджер Шойер основал компанию Satellite Propulsion Research Ltd в 2001 году специально для разработки электромагнитного двигателя (EmDrive) собственной конструкции. Инженер ранее работал в военной промышленности, принимал участие в космических проектах, включая разработку европейской системы глобальной навигации «Галилео».

Придуманный им двигатель на первый взгляд нарушает закон сохранения импульса — он создаёт тягу из-за отражения электромагнитного излучения от стенок отражательной камеры без какого бы то ни было реактивного выброса. Из-за сомнительной природы двигателя его долго не принимали всерьёз, однако, за проверку работоспособности в конце концов принялось НАСА — агентство с достаточно хорошей репутацией.

Испытания были проведены в прошлом году, и по их результатам агентство в апреле 2014 на конференции по двигателям подтвердило, что двигатель, испытанный ими, действительно создаёт (пусть и небольшую, 30-50 мкН) тягу. Отсутствие нарушений законов физики создатели двигателя объясняют тем, что движущиеся с околосветовыми скоростями магнитные волны подчиняются СТО, поэтому волны и камера находятся в разных системах отсчёта.

За проверку отвечал профессор Гарольд Уайт, который представил свою теоретическую модель работы двигателя. Он считает, что ускорение системе придают виртуальные частицы, которые рождаются в квантовом вакууме и ведут себя так же, как рабочее тело в ионных двигателях — только в данном случае рабочее тело извлекается из «самой ткани пространства-времени», что позволяет не тащить его с собой.

В презентации этого года профессор Мартин Таджмар указывает, что он с командой провели в лаборатории все тесты и подтвердили наличие реальной тяги у двигателя. При этом, как честно указывает учёный, «природа наблюдаемой тяги пока не ясна».

Как говорится в презентации: «Мы пронаблюдали тягу, совпадающую с предсказанными значениями, устранив при этом очень много возможных источников ошибок, что даёт основание для дальнейших исследований. На следующих этапах необходимо будет применить улучшенную магнитную изоляцию, дальнейшее проведение тестов в вакууме и улучшенные модели двигателя с увеличенными показателями тяги, и применением электронного управления, которое позволит настраивать устройство для поиска оптимального режима работы».

Придётся ли учёным переписать кое-какие представления о физических процессах, или же работа этого двигателя вполне объяснима с текущих научных позиций — покажет время. Но повторное подтверждение достаточно авторитетными исследователями даёт повод для осторожного оптимизма.

Интерес к устройству постоянно усиливается. Если на первых порах никто не принимал Шойера всерьёз, в частности, из-за отсутствия у него опубликованных научных работ, то сейчас у него есть и научная работа, и подтверждения работоспособности его детища. Конструкция аппарата гораздо проще, чем, например, те же ионные двигатели, и находится ближе к возможности создания «у себя в гараже».

На тему EmDrive существует уже неплохо наполненная википедия (на английском языке). В мае 2015 года румынский инженер собрал EmDrive самостоятельно и провёл независимое исследование работы этого «ведра с магнетроном», в результате чего также получил подтверждение работоспособности.

Если представить на минуту, что таким двигателем получится оснастить реальный межпланетный аппарат, это откроет невиданные доселе возможности для изучения Солнечной системы. Тот же полёт к Плутону, который у New Horions занял 9 с половиною лет, может быть осуществлён с двигателем типа EmDrive за 18 месяцев. И это только с учётом той тяги, которая была получена в лаборатории на сегодняшний день. Секрет в том, что такой двигатель сможет постоянно ускоряться, а не просто лететь по баллистической траектории.

Электромагнитный двигатель с КПД > 100%: миф или реальность?

Конечно, это справедливо. Любому двигателю нужен источник энергии. Двигателю внутреннего сгорания — бензин, электродвигателю — источник электроэнергии, например, аккумуляторы. Но бензин не вечен, его запас нужно постоянно пополнять, да и аккумуляторы требуют периодической подзарядки.

Однако если использовать источник энергии, который бы не нуждался в пополнении, то есть неисчерпаемый источник энергии, двигатель с КПД больше 100% вполне мог бы иметь право на существование.

На первый взгляд существование такого источника в природе невозможно. Однако это только на первый, неподготовленный, взгляд.

Возьмем, к примеру, гидроэлектростанцию. Вода, собранная в огромное водохранилище, падает с большой высоты плотины и вращает гидротурбину, которая, в свою очередь, вращает электрогенератор. Электрогенератор вырабатывает электроэнергию.

Вода падает под действием гравитации Земли. При этом совершается работа по выработке электроэнергии, хотя гравитация Земли, являясь источником энергии притяжения, не уменьшается. Затем вода под действием излучения Солнца и все той же гравитации снова возвращается в водохранилище. Солнце, конечно, не вечное, но на пару миллиардов лет его хватит. Ну а гравитация опять совершает работу, вытягивая влагу из атмосферы, и опять не уменьшаясь ни на йоту. По своей сути гидроэлектростанция является гидроэлектрогенератором с КПД больше 100%, только громоздким и дорогим в обслуживании. Тем не менее, работа гидроэлектростанций наглядно показывает то, что создание двигателя с КПД больше 100% вполне осуществимо, ведь не только гравитация может служить источником неисчерпаемой энергии.

Как известно, постоянный магнит ниоткуда не получает энергию, а его магнитное поле не расходуется, когда им что-либо притягиваешь. Если постоянный магнит притянул к себе железный предмет, он тем самым совершил работу, но его сила при этом не уменьшилась. Это уникальное свойство постоянного магнита позволяет использовать его в качестве источника неисчерпаемой энергии.

Конечно, создание двигателя с КПД больше 100% на основе постоянного магнита очень смахивает на создание пресловутого «вечного двигателя», модели коего заполонили страницы интернета, но это не так. Магнитный двигатель не вечный, но даровой. Рано или поздно его детали износятся и потребуют замены. При этом сам источник энергии — постоянный магнит — практически вечен.

Правда, некоторые специалисты утверждают, что постоянный магнит постепенно теряет свою притягивающую силу в результате так называемого старения. Это утверждение неверно, но даже если бы это было так, он не изнашивается механически и вернуть его в прежнее, рабочее состояние можно всего одним магнитным импульсом. А производители современных постоянных магнитов гарантируют их неизменное состояние в течение как минимум 10 лет.

Двигатель, требующий перезарядки один раз в десять лет и при этом дающий чистую и безопасную энергию, вполне может претендовать на роль спасителя человеческой цивилизации от неизбежного энергетического Армагеддона.

Попытки создания магнитного двигателя с КПД больше 100% делались неоднократно. К сожалению, пока никому не удалось создать чего-либо серьезного. Хотя потребность в таком двигателе в наше время растет с небывалой скоростью. А если есть спрос, то предложения обязательно будут.

Одна из моделей такого двигателя и предлагается на суд специалистов в области электротехники и энтузиастов альтернативной энергетики.

В принципе, ничего сложного в модели магнитного двигателя нет. Однако создание такой модели весьма не просто. Требуются достаточно серьезное станочное оборудование и высокое качество производства.

На рисунке схематически

На схеме изображена конструкция магнитного двигателя с КПД больше 100%.

1. Постоянные магниты неодим-железо-бор с максимально возможной индукцией магнитного поля.
2. Немагнитный, диэлектрический ротор. Материал ротора — текстолит или стеклотекстолит.
3. Статор. Или подшипниковые щиты. Материал — алюминий.
4. Контактные кольца. Материал — медь.
5. Электромагнитные катушки. Соленоиды, навитые тонким медным проводом.
6. Контактные щетки. Материал электрографит.
7. Диск управления подачи электрического импульса на электромагнитные катушки.
8. Оптопары на просвет. Датчики управления подачи электрического импульса на электромагнитные катушки.
9. Шпильки статора, регулирующие зазор между постоянными магнитами и электромагнитными катушками.
10. Вал ротора. Материал — сталь.
11. Замыкающие магнитопроводы. Кольца из мягкого железа, усиливающие силу постоянных магнитов.

Постоянные магниты расположены в подшипниковых щитах по диаметру с чередующейся полярностью. Электромагнитные катушки расположены в роторе аналогичным способом.

Принцип работы магнитного двигателя основан на взаимодействии постоянного и электромагнитного полей.

Если по катушке намотанной медным проводом (соленоидом) пропустить электрический ток, то в нем возникнет магнитное поле, которое станет взаимодействовать с магнитным полем постоянных магнитов. Другими словами, катушка втянется в зазор между постоянными магнитами.

Если ток выключить, катушка выйдет из зазора между постоянными магнитами без сопротивления.

По своей сути магнитный двигатель является синхронным электромагнитным двигателем, только многополюсным, без использования железа в электромагнитных катушках. Железо хоть и усиливает магнитную силу электромагнитной катушки, в этом двигателе использоваться не может, поскольку остаточная индукция неодимовых магнитов достигает 1,5 Тл, и на перемагничивание железных сердечников электромагнитных катушек, которые намагничиваются под действием постоянных магнитов, затрачивается огромное количество энергии.

А катушка без сердечника будет взаимодействовать с постоянным магнитом при любых (даже самых малых) значениях электрического тока. И будет абсолютно инертна к постоянным магнитам, если тока в катушке не будет.

Конечно, конструкция электромагнитного двигателя, в котором применяются катушки медного провода без железного сердечника, не нова. Есть масса вариантов и масса оригинальных конструкций, в которых используется принцип взаимодействия постоянного тока и электромагнитной катушки без сердечника. Но ни одна конструкция не имеет КПД больше 100%. Причина этого не в конструкции двигателя, а в неправильном понимании природы как постоянного магнита, так и электрического тока.

Дело в том, что до сих пор магнитное поле постоянного магнита считается сплошным и однородным. И электромагнитное поле соленоида также считается однородным и сплошным. К сожалению, это большое заблуждение. Так называемое магнитное поле постоянного магнита в принципе не может быть сплошным, поскольку сам магнит имеет составную структуру из множества спрессованных в одно тело доменов (элементарных магнитов).

По своей сути домены — это те же магниты, только очень маленькие. А если взять два обычных магнита, положить их на стол одноименными полюсами вниз и попытаться сблизить, то нетрудно заметить, что они отталкиваются друг от друга. Так же отталкиваются и их магнитные поля. Так как же магнитное поле постоянного магнита может быть сплошным? Однородным да, но не сплошным.

Магнитное поле постоянного магнита состоит из множества отдельных магнитных полей размером порядка 4 микрон. Их называют силовыми линиями магнитного поля, и еще из школьной программы по физике все знают, как их обнаружить с помощью железных опилок и листа бумаги. На самом деле железные опилки сами становятся доменами и продолжают постоянный магнит. Но поскольку они не закреплены механически, как в толще постоянного магнита, они расходятся веерообразно, что еще раз подтверждает утверждение о том, что магнитное поле постоянного магнита не является сплошным.

Но если магнитное поле постоянного магнита состоит из множества магнитных полей, то и электромагнитное поле соленоида тоже не может быть сплошным. Оно так же должно состоять из множества отдельных магнитных полей. Однако в катушке медного провода нет доменов, есть проводник и электрический ток. А электрический ток — это поток свободных электронов. Каким образом этот электронный поток может создавать магнитное поле?

Магнитный момент электронов обусловлен собственным вращением электронов — спином. Если электроны вращаются в одном направлении и в одной плоскости, их магнитные моменты суммируются. Поэтому они ведут себя подобно доменам в постоянном магните, выстраиваясь в электронные столбы и создавая отдельное электромагнитное поле. Количество таких электромагнитных полей зависит от напряжения электрического тока, приложенного к проводнику.

К сожалению, пока не установлена количественная связь между напряжением и числом магнитных полей. Нельзя сказать, что напряжение в 1 Вольт создает одно поле. Над решением этой задачи еще предстоит поломать голову ученым. Но то, что связь есть, установлено определенно. Определенно установлено и то, что одно магнитное поле постоянного магнита может соединиться только с одним магнитным полем соленоида. Причем наиболее эффективна эта связь будет тогда, когда толщина этих полей совпадет.

Толщина магнитных полей постоянного магнита составляет порядка 4 микрон, поэтому площадь магнитного полюса не должна быть большой, иначе придется пускать на обмотку соленоида слишком большое напряжение.

Возьмем, например, магнит, у которого площадь полюса равна 1 квадратному сантиметру. Разделим его на 4 микрометра. 1/0,0004=2500.

То есть для эффективной работы катушки с магнитом, у которого площадь магнитного полюса 1 квадратный сантиметр, необходимо подать на эту катушку электрический ток с напряжением 2500 Вольт. При этом сила тока должна быть очень маленькой — примерно 0,01 Ампера. Точные значения силы тока еще не установлены, но известно одно: чем меньше сила тока, тем выше КПД. Очевидно, причиной этому является то обстоятельство, что электрическая энергия переносится электронами. Однако один электрон не может перенести большое количество энергии. Чем больше энергии переносит электрон, тем больше потерь от столкновения электронов с атомами в кристаллической решетке проводника электротока.

Если же в работе участвует множество слабо возбужденных электронов, то энергия между ними распределяется поровну и электроны гораздо свободнее проскальзывают между атомами кристаллической решетки проводника. Вот почему по одному и тому же проводнику ток малой силы и высокого напряжения можно передать с гораздо меньшими потерями на сопротивление, чем ток малого напряжения и большой силы.

Таким образом, для эффективного взаимодействия электромагнитной катушки без сердечника с постоянным магнитом необходимо навить катушку тонким проводом (порядка 0,1 мм) с большим количеством витков (около 6 000) и подать на эту катушку электроток большого напряжения. Только при таких условиях двигатель получит возможность иметь КПД больше 100%. Причем чем меньше сила тока в электромагнитных катушках, тем выше КПД. Более того, электрический ток на катушку можно подавать короткими импульсами — в тот момент, когда катушка приблизилась к постоянному магниту на минимальное расстояние. Это еще больше повысит эффективность работы двигателя. Но самую большую эффективность двигатель приобретет в том случае, когда электромагнитные катушки закольцевать с конденсаторами, создав некоторое подобие колебательного контура, широко применяемого в радиоэлектронике для создания электромагнитных волн. Ведь по закону о сохранении энергии электроток не может исчезнуть бесследно. В колебательном контуре он всего лишь перемещается из электромагнитной катушки в конденсатор и обратно, создавая при этом электромагнитные волны. При этом потери электроэнергии минимальные и обусловлены только сопротивлением материала. А на создание электромагнитных волн энергия практически не тратится. По крайней мере, так утверждает учебник по физике. И если использовать это явление на взаимодействие с постоянными магнитами, получим механическую энергию, практически не потратив на это электрическую.

В общем, можно констатировать, что секрет двигателя с КПД больше 100% не в конструкции двигателя, а в принципе взаимодействия постоянного магнита и электромагнитной катушки с электрическим током.

Возьмем, к примеру, автомобильный двигатель внутреннего сгорания. Есть автомобили, двигатели которых имеют простейшую конструкцию и потребляют 20 литров топлива на 100 километров пути, при этом обладая мощностью каких-то 70 лошадиных сил. А есть автомобили, двигатели которых увешаны электроникой, потребляющие всего 10 литров топлива на 100 километров пути, но имеющие мощность до 200 лошадиных сил. Хотя принцип действия у всех автомобилей одинаков. Разница лишь в том, как используется этот принцип действия. Можно просто залить порцию топлива в цилиндр двигателя и как попало поджечь его, а можно подготовить высококачественную топливную смесь, вовремя впрыснуть е в цилиндр и вовремя поджечь.

В электромагнитном двигателе цилиндром служит электромагнитная катушка, а топливом — электрический ток. Но для двигателей внутреннего сгорания придуманы различные виды топлива. От дизельного до высокооктанового. И для каждого типа двигателя предназначен свой тип топлива. Двигатель, рассчитанный на работу с высокооктановым бензином, не может работать на дизельном топливе. И даже работая на низкооктановом бензине, он не сможет дать тех технических возможностей, которые от него требуют.

У электрического тока тоже два параметра — cила тока и напряжение. Электрический ток высокого напряжения можно сравнить с высокооктановым бензином. Пуская на катушку электрический ток высокого напряжения, необходимо следить, чтобы смесь не была слишком обогащенной. То есть сила тока должна быть достаточной, но не превышала необходимой, иначе излишняя энергия просто вылетит в трубу и значительно уменьшит КПД двигателя.

Конечно, сравнивать электромагнитный двигатель с двигателем внутреннего сгорания не совсем уместно. Повысить мощность двигателя внутреннего сгорания можно, увеличив давление в камере сгорания. С электромагнитным двигателем такой фокус не удастся. Можно увеличить длину импульса в электромагнитной катушке. Мощность, конечно, увеличится, но и КПД упадет.

Увеличивать мощность электромагнитного двигателя следует лишь путем увеличения количества полюсов. Это словно собачья упряжка: одно животное, конечно, реальной силы не имеет, но два десятка — это уже что-то весьма серьезное. Поэтому в двигателе применяется многополюсная система, все катушки в которой подключены параллельно. В мощных двигателях количество полюсов может исчисляться сотнями.

В небольшой модели двигателя гораздо эффективнее применять систему, в которой электромагнитные катушки расположены в роторе. В данном случае катушка работает одновременно с двумя магнитами. Это в два раза увеличивает эффективность работы катушки даже при том, что импульс на катушки предается через щеточный узел.

В больших двигателях с многороторной системой гораздо эффективнее применять систему с постоянными магнитами на роторе. Конструкция упрощается, а катушки, которые работают только на одну сторону, находятся только на крайних статорах. Катушки же внутренних статоров работают сразу на две стороны.

В природе самым сильным животным является слон, но он много ест и вес, который он способен поднять, значительно меньше его собственного веса. Поэтому КПД его работы очень низок.

Маленький муравей ест очень мало, а вес, который он может поднять, превышает его собственный вес в 20 раз. Чтобы получить упряжку с большим КПД, нужно запрягать в нее не слона, а кучу муравьев!

Владимир Чернышов

Двигатель на постоянных магнитах — схема синхронного устройства, принцип действия и изготовление своими руками

Двигатели на протяжении многих лет используются для преобразования электрической энергии в механическую различного типа. Эта особенность определяет столь высокую его популярность: обрабатывающие станки, конвейеры, некоторые бытовые приборы – электродвигатели различного типа и мощности, габаритных размеров используются повсеместно.

Основные показатели работы определяют то, какой тип конструкции имеет двигатель. Существует несколько разновидностей, некоторые пользуются популярностью, другие не оправдывают сложность подключения, высокую стоимость.

Двигатель на постоянных магнитах используют реже, чем асинхронный вариант исполнения. Для того, чтобы оценить возможности этого варианта исполнения, следует рассмотреть особенности конструкции, эксплуатационные качества и многое другое.

Устройство

устройство

Электродвигатель на постоянных магнитах не сильно отличается по виду конструкции.

При этом, можно выделить следующие основные элементы:

1. Снаружи используется электротехническая сталь, из которой изготавливается сердечник статора.
2. Затем идет стержневая обмотка.
3. Ступица ротора и за ней специальная пластина.
4. Затем, изготовленные из электротехнической стали, секции редечника ротора.
5. Постоянные магниты являются частью ротора.
6. Конструкцию завершает опорный подшипник.

Как любой вращающийся электродвигатель, рассматриваемый вариант исполнения состоит из неподвижного статора и подвижного ротора, которые при подаче электроэнергии взаимодействую между собой. Отличие рассматриваемого варианта исполнения можно назвать наличие ротора, в конструкцию которого включены магниты постоянного типа.

При изготовлении статора, создается конструкция, состоящая из сердечника и обмотки. Остальные элементы являются вспомогательными и служат исключительно для обеспечения наилучших условий для вращения статора.

Принцип работы

Принцип работы рассматриваемого варианта исполнения основан на создании центробежной силы за счет магнитного поля, которое создается при помощи обмотки. Стоит отметить, что работа синхронного электродвигателя схожа с работой трехфазного асинхронного двигателя.

К основным моментам можно отнести:

1. Создаваемое магнитное поле ротора вступает во взаимодействие с подаваемым током на обмотку статора.
2. Закон Ампера определяет создание крутящего момента, который и заставляет выходной вал вращаться вместе с ротором.
3. Магнитное поле создается установленными магнитами.
4. Синхронная скорость вращения ротора с создаваемым полем статора определяет сцепление полюса магнитного поля статора с ротором. По этой причине, рассматриваемый двигатель нельзя использовать в трехфазной сети напрямую.

В данном случае, нужно в обязательном порядке устанавливать специальный блок управления.

Виды

В зависимости от особенностей конструкции, существует несколько типов синхронных двигателей. При этом, они обладают разными эксплуатационными качествами.

По типу установки ротора, можно выделить следующие типы конструкции:

1. С внутренней установкой – наиболее распространенный тип расположения.
2. С внешней установкой или электродвигатель обращенного типа.

Постоянные магниты включены в конструкцию ротора. Их изготавливают из материала с высокой коэрцитивной силой.

Эта особенность определяет наличие следующих конструкций ротора:

1. Со слабо выраженным магнитным полюсом.
2. С ярко выраженным полюсом.

Равная индуктивность по перечным и продольным осям – свойство ротора с неявно выраженным полюсом, а у варианта исполнения с ярко выраженным полюсом подобной равности нет.

Кроме этого, конструкция ротора может быть следующего типа:

1. Поверхностная установка магнитов.
2. Встроенное расположение магнитов.

Кроме ротора, также следует обратить внимание и на статор.

По типу конструкции статора, можно разделить электродвигатели на следующие категории:

1. Распределенная обмотка.
2. Сосредоточенная обмотка.

По форме обратной обмотке, можно провести нижеприведенную классификацию:

1. Синусоида.
2. Трапецеидальная.

Подобная классификация оказывает влияние на работу электродвигателя.

Преимущества и недостатки

Рассматриваемый вариант исполнения имеет следующие достоинства:

1. Оптимальный режим работы можно получить при воздействии реактивной энергии, что возможно при автоматической регулировке тока. Эта особенность обуславливает возможность работы электродвигателя без потребления и отдачи реактивной энергии в сеть. В отличие от асинхронного двигателя, синхронный имеет небольшие габаритные размеры при той же мощности, но при этом КПД значительно выше.
2. Колебания напряжения в сети в меньшей степени воздействую на синхронный двигатель. Максимальный момент пропорционален напряжению сети.
3. Высокая перегрузочная способность. Путем повышения тока возбуждения, можно провести значительное повышение перегрузочной способности. Это происходит на момент резкого и кратковременного возникновения дополнительной нагрузки на выходном валу.
4. Скорость вращения выходного вала остается неизменной при любой нагрузке, если она не превышает показатель перегрузочной способности.

К недостаткам рассматриваемой конструкции можно отнести более сложную конструкцию и вследствие этого более высокую стоимость, чем у асинхронных двигателей. Однако в некоторых случаях, обойтись без данного типа электродвигателя невозможно.

Как сделать своими руками?

Провести создание электродвигателя своими руками можно только при наличии знаний в области электротехнике и наличия определенного опыта. Конструкция синхронного варианта исполнения должна быть высокоточной для исключения возникновения потерь и правильности работы системы.

Зная то, как должна выглядеть конструкция, проводим следующую работу:

1. Создается или подбирается выходной вал. Он не должен иметь отклонений или других дефектов. В противном случае, возникающая нагрузка может привести к искривлению вала.
2. Наибольшей популярностью пользуются конструкции, когда обмотка находится снаружи. На посадочное место вала устанавливается статор, который имеет постоянные магниты. На валу должно быть предусмотрено место для шпонки для предотвращения прокручивания вала при возникновении серьезной нагрузки.
3. Ротор представлен сердечником с обмоткой. Создать самостоятельно ротор достаточно сложно. Как правило, он неподвижен, крепится к корпусу.
4. Механической связи между статором и ротором нет, так как в противном случае, при вращении будет создавать дополнительная нагрузка.
5. Вал, на котором крепится статор, также имеет посадочные места для подшипников. В корпусе имеется посадочные места для подшипников.

Большая часть элементов конструкции создать своими руками практически невозможно, так как для этого нужно иметь специальное оборудование и большой опыт работы. Примером можно назвать как подшипники, так и корпус, статор или ротор. Они должны иметь точные размеры. Однако, при наличии необходимых элементов конструкции, сборку можно провести и самостоятельно.

Электродвигатели имеют сложную конструкцию, питание от сети 220 Вольт обуславливает соблюдение определенных норм при их создании. Именно поэтому, для того, чтобы быть уверенным в надежной работе подобного механизма, следует покупать варианты исполнения, созданные на заводах по выпуску подобного оборудования.

В научных целях, к примеру, в лаборатории для проведения испытаний по работе магнитного поля часто создают собственные двигатели. Однако они имеют небольшую мощность, питаются от незначительно напряжения и не могут быть применены в производстве.

Рекомендации

Выбор рассматриваемого электродвигателя следует проводить с учетом следующих особенностей:

1. Мощность – основной показатель, который влияет на срок службы. При возникновении нагрузки, которая превосходит возможности электродвигателя, он начинает перегреваться. При сильной нагрузке, возможно искривление вала и нарушение целостности других компонентов системы. Поэтому следует помнить о том, что диаметр вала и другие показатели выбираются в зависимости от мощности двигателя.
2. Наличие системы охлаждения. Обычно особого внимания на то, как проводится охлаждение, никто не уделяет. Однако при постоянной работе оборудования, к примеру под солнцем, следует задуматься о том, что модель должна быть предназначена для продолжительной работы под нагрузкой при тяжелых условиях.
3. Целостность корпуса и его вид, год выпуска – основные моменты, на которые уделяют внимание при покупке двигателя бывшего употребления. Если имеются дефекты корпуса, велика вероятность того, что конструкция имеет повреждения и внутри. Также, не стоит забывать о том, что подобное оборудование с годами теряет свой КПД.
4. Особое внимание нужно уделять корпусу, так как в некоторых случаях можно провести крепление только в определенном положении. Самостоятельно создать посадочные отверстия, приварить уши для крепления практически невозможно, так как нарушение целостности корпуса не допускается.
5. Вся информация об электродвигателе находится на пластине, которая прикрепляется к корпусу. В некоторых случаях, есть только маркировка, по расшифровке которой можно узнать основные показатели работы.

В заключение отметим, что многие двигатели, которые были произведены несколько десятилетий назад, зачастую проходили восстановительные работы. От качества проведенной восстановительной работы зависят показатели электродвигателя.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

Электрический ракетный двигатель (электроракетный двигатель)

Электрический ракетный двигатель (электроракетный двигатель).

 

 

Электрический ракетный двигатель (электроракетный двигатель) – ракетный двигатель, принцип работы которого основан на преобразовании электрической энергии в направленную кинетическую энергию частиц.

 

Электроракетный двигатель, сущность, устройство, принцип работы

История возникновения электрических ракетных двигателей

Классификация, типы и виды электрических ракетных двигателей

 

Электроракетный двигатель, сущность, устройство, принцип работы:

Электрический ракетный двигатель (электроракетный двигатель, ЭРД) – ракетный двигатель, принцип работы которого основан на преобразовании электрической энергии в направленную кинетическую энергию частиц. В таких двигателях в качестве источника энергии для создания тяги используется электрическая энергия бортовой энергоустановки космического аппарата.

По физике процессов электрический ракетный двигатель отличается от других разновидностей ракетных двигателей – от жидкостных и твердотопливных. Последние два используют химическую энергию.

Как и в обычном химическом ракетном двигателе в ЭРД также присутствует рабочее тело, которым выступает, как правило, газ (аргон, ксенон, аммиак, азот, гидразин и т.п.), иногда – жидкость, смеси жидкости и газа, жидкие металлы, пары металлов и твердые вещества (например, фторопласт), а также их смеси. Рабочее тело также истекает из сопла двигателя и создает тягу. В отличие от химического ракетного двигателя скорость истечения потока рабочего тела в ЭРД имеет высокое значение и составляет от 3 км/с и более. При этом верхняя граница скорости истечения частиц газа или другого рабочего тела неограниченна и по предварительным оценкам составляет порядка 210 км/с. Электрическая мощность ЭРД колеблется от сотен ватт до мегаватт. В настоящее время для электрических ракетных двигателей различных типов характерны следующие скорости истечения рабочего тела – от 10 до 60 км/с, электрическая мощность – от 0,8 до 7 КВт. КПД таких двигателей составляет порядка от 30 до 60%. Сам газ – рабочее тело (если в качестве рабочего тела используется газ) хранится в жидком виде.

В отличии от химическим двигателей электрические ракетные двигатели имеют исключительно высокий удельный импульс, составляющий до 100 км/с и более. Однако большой потребный расход энергии (1-100 кВт/Н тяги) и малое отношение тяги к площади поперечного сечения реактивной струи (не более 100 кН/м2) ограничивают максимальную целесообразную тягу ЭРД несколькими десятками ньютон. Недостатком электрических ракетных двигателей также является малое ускорение космического аппарата, которое составляет десятые или даже сотые доли ускорения свободного падения (g), что ограничивает применение таких двигателей только космическим пространством. Поэтому для запуска космического аппарата с Земли к другим планетам необходимо комбинировать обычные химические ракетные двигатели с электрическими.

Для ЭРД характерны малые размеры – порядка 0,1 м и более, а также масса порядка нескольких кг.

 

История возникновения электрических ракетных двигателей:

Впервые идею использования электрической энергии высказывал К.Э. Циолковский в 1912 г. еще в начале развития ракетной техники. В статье «Исследование мировых пространств реактивными приборами» (Вестник воздухоплавания, №9, 1912 г.) он писал: «… с помощью электричества можно будет придавать громадную скорость выбрасываемым из реактивного прибора частицам…».

В 1916-1917 гг. Р. Годдард экспериментально подтвердил реальность осуществления этой идеи.

В 1929-1933 гг. под руководством В. П. Глушко был создан один из первых действующих электрических ракетных двигателей. Впоследствии на некоторое время работы по разработке ЭРД были прекращены.

Они возобновились только в конце 1950-х – начале 1960-х гг. и уже к началу 1980-х гг. в СССР и США испытано около 50 различных конструкций электрических ракетных двигателей в составе космических аппаратов и высотных атмосферных зондов.

В настоящее время ЭРД широко используются в космических аппаратах: как в спутниках, так и в межпланетных космических аппаратах.

 

Классификация, типы и виды электрических ракетных двигателей:

По принципу действия ЭРД подразделяются на три большие группы:

– электротермические (электронагревные) ракетные двигатели,

– электростатические ракетные двигатели,

– электромагнитные ракетные двигатели,

каждая из которых объединяет в себя несколько видов.

Для каждого типа и вида двигателя используется определенное рабочее тело: газ, жидкость или твердое вещество.

В электротермическом ракетном двигателе электрическая энергия служит для нагрева рабочего тела – газа до температуры 1000-5000 К. Газ, истекая из реактивного сопла (аналогичного соплу химического ракетного двигателя), создаёт тягу. В таком двигателе термическая энергия струи газа преобразуется в кинетическую энергию струи в сопле двигателя. Обычно используется сопло Лаваля, позволяющее ускорить газ до сверхзвуковых скоростей.

Электротермические ракетные двигатели подразделяются на следующие виды: омические, электродуговые, индукционные и электровзрывные.

В электростатическом ракетном двигателе ускорение одноимённо заряженных частиц рабочего тела – газа, паров металла, жидкости или твердого вещества осуществляется в электростатическом поле, которые истекая из сопла, создают тягу.

По виду ускоряемых частиц различают ионные и коллоидные ракетные двигатели.

В ионном двигателе заряженными частицами выступают положительно заряженные ионы. В коллоидном двигателе – положительно заряженные микроскопические (размером в доли микрометров) «коллоидные» частицы (капли, пылинки и т.д.), которые по размерам и массе на 4-6 порядков превышают ионы. Рабочим телом в коллоидных двигателях выступают жидкие легкоплавкие металлы (галлий, цезий, висмут и пр.) и их соединения.

В электромагнитном ракетном двигателе (также именуемый плазменный ракетный двигатель) тяга создается за счёт разгона в электромагнитном поле под действием силы Ампера рабочего тела – газа, жидкости, жидкого металла или твердого вещества (например, фторопласта), превращённого в плазму. Сила Ампера возникает в результате взаимодействия протекающего по плазме электрического тока с магнитным полем. Плазма в двигателе обычно формируется путём термической ионизации рабочего тела при пропускании его через зону горения электрической дуги (дугового разряда). Содержание ионов в газе быстро возрастает с повышением температуры и понижением давления.

По режиму работы различают стационарные и импульсные электромагнитные ракетные двигатели.

Стационарные электромагнитные ракетные двигатели работают непрерывно. Их разновидностями являются холловские двигатели (двигатели на основе эффекта Холла) и МГД-двигатели.

Импульсные электромагнитные ракетные двигатели работают в режиме кратковременных импульсов длительностью от нескольких микросекунд до нескольких миллисекунд. Варьируя частоту включений двигателя и длительность импульсов, можно получать любые необходимые значения суммарного импульса тяги.

Разновидностями импульсных электромагнитных ракетных двигателей являются пинчевые двигатели, двигатели с бегущей волной, коаксильные и линейные (шинные, рельсовые) двигатели.

На базе указанных основных типов (классов) ЭРД создаются различные промежуточные и комбинированные варианты, в наибольшей степени отвечающих конкретным условиям использования.

 

© Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

 

карта сайта

электроракетный двигатель принцип работы петухов для самолета
устройство электроракетного двигателя
международная конференция по электроракетным двигателям
космические ядерные энергоустановки и электроракетные двигатели
электрические ракетные двигатели космических аппаратов эрд
электрический ракетный двигатель принцип работы своими руками

 

Коэффициент востребованности 484

обзор, принцип работы. Двигатель на магнитах

Возможность получения свободной энергии для многих учёных в мире является одним из камней преткновения. На сегодняшний день получение такой энергии осуществляется за счёт альтернативной энергетики. Природная энергия преобразовывается альтернативными источниками энергии в привычную для людей тепловую и электрическую. При этом такие источники обладают основным недостатком — зависимостью от погодных условий. Подобных недостатков лишены бестопливные двигатели, а именно — двигатель Москвина.

Двигатель Москвина

Бестопливный двигатель Москвина представляет собой механическое устройство, которое преобразует энергию наружной консервативной силы в кинетическую энергию, которая вращает рабочий вал, без потребления электроэнергии или какого-либо вида топлива. Такие устройства являют собой фактически вечные двигатели, работающие бесконечно долго до тех пор, пока прилагается усилие к рычагам, а детали не изнашиваются в процессе преобразования свободной энергии. В процессе работы бестопливного двигателя образуется бесплатная свободная энергия, потребление которой при подключении генератора является законным.

Новые бестопливные двигатели представляют собой универсальные и экологически чистые приводы для различных механизмов и устройств, которые работают без вредных выбросов в окружающую среду и атмосферу.

Изобретение в Китае безтопливного двигателя сподвигло учёных-скептиков на проведение экспертизы по существу. Несмотря на то, что многие аналогичные запатентованные изобретения находятся под сомнением по причине того, что их работоспособность в силу определённых причин не была проверена, модель бестопливного двигателя полностью работоспособна. Образец устройства позволил получить свободную энергию.

Бестопливный двигатель на магнитах

Работа различных предприятий и оборудования, как и каждодневный быт современного человека, зависит от наличия электрической энергии. Инновационные технологии позволяют практически полностью отказаться от использования подобной энергии и устранить привязку к определённому месту. Одна из подобных технологий позволила создать бестопливный двигатель на постоянных магнитах.

Принцип работы магнитного электрогенератора

Вечные двигатели делятся на две категории: первого и второго порядка. Под первым типом подразумевают оборудование, способное вырабатывать энергию из воздушного потока. Двигателям второго порядка для работы требуется поступление природной энергии, — воды, солнечных лучей или ветра — которая преобразуется в электрический ток. Несмотря на существующие законы физики, учёные смогли создать вечный бестопливный двигатель в Китае, который функционирует за счёт производимой магнитным полем энергии.

Разновидности магнитных двигателей

На данный момент выделяют несколько видов магнитных двигателей, для работы каждого из которых требуется магнитное поле. Единственное различие между ними — конструкция и принцип работы. Двигатели на магнитах не могут существовать вечно, поскольку любые магниты теряют свои свойства спустя несколько сотен лет.

Самая простая модель — двигатель Лоренца, который реально собрать в домашних условиях. Для него характерно антигравитационное свойство. Конструкция двигателя строится на двух дисках с разным зарядом, которые соединены посредством источника питания. Устанавливают её в полусферический экран, который начинает вращаться. Такой сверхпроводник позволяет легко и быстро создать магнитное поле.

Более сложной конструкцией является магнитный двигатель Серла.

Асинхронный магнитный двигатель

Создателем асинхронного магнитного двигателя был Тесла. Его работа строится на вращающемся магнитном поле, что позволяет преобразовывать получаемый поток энергии в электрический ток. На максимальной высоте крепится изолированная металлическая пластина. Аналогичная пластина зарывается в почвенный слой на значительную глубину. Через конденсатор пропускается провод, который с одной стороны проходит через пластину, а с другой — крепится к её основанию и соединяется с конденсатором с другой стороны. В такой конструкции конденсатор выполняет роль резервуара, в котором накапливаются отрицательные энергетические заряды.

Двигатель Лазарева

Единственным работающим на сегодняшний день ВД2 является мощный роторный кольцар — двигатель, созданный Лазаревым. Изобретение учёного отличается простой конструкцией, благодаря чему его можно собрать в домашних условиях при помощи подручных средств. Согласно схеме бестопливного двигателя, используемую для его создания ёмкость делят на две равные части посредством специальной перегородки — керамического диска, к которому крепят трубку. Внутри ёмкости должна находиться жидкость — бензин либо обычная вода. Работа электрогенераторов такого типа основывается на переходе жидкости в нижнюю зону ёмкости через перегородку и её постепенном поступлении наверх. Движение раствора осуществляется без воздействия окружающей среды. Обязательное условие конструкции — под капающей жидкостью должно размещаться небольшое колёсико. Данная технология легла в основу самой простой модели электродвигателя на магнитах. Конструкция такого двигателя подразумевает наличие под капельницей колёсика с закреплёнными на его лопастях маленькими магнитами. Магнитное поле возникает только в том случае, если жидкость перекачивается колёсиком на большой скорости.

Двигатель Шкондина

Немалым шагом в эволюции технологий стало создание Шкондиным линейного двигателя. Его конструкция представляет собой колесо в колесе, которая широко применяется в транспортной промышленности. Принцип работы системы строится на абсолютном отталкивании. Такой двигатель на неодимовых магнитах может быть установлен в любом автомобиле.

Двигатель Перендева

Альтернативный двигатель высокого качества был создан Перендевым и представлял собой устройство, которое для производства энергии использовало только магниты. Конструкция такого двигателя включает в себя статичный и динамичный круги, на которые устанавливаются магниты. Внутренний круг беспрерывно вращается за счёт самооталкивающей свободной силы. В связи с этим бестопливный двигатель на магнитах такого типа считается наиболее выгодным в эксплуатации.

Создание магнитного двигателя в домашних условиях

Магнитный генератор можно собрать в домашних условиях. Для его создания используются три вала, соединённых друг с другом. Расположенный в центре вал обязательно поворачивается к остальным двум перпендикулярно. К середине вала крепится специальный люцитовый диск диаметром четыре дюйма. К другим валам крепятся аналогичные диски меньшего диаметра. На них размещают магниты: восемь посередине и по четыре с каждой стороны. Основанием конструкции может выступить алюминиевый брусок, который ускоряет работу двигателя.

Преимущества магнитных двигателей

К основным достоинствам подобных конструкций относят следующее:

1. Экономия топлива.
2. Полностью автономная работа и отсутствие необходимости в источнике электроэнергии.
3. Можно использовать в любом месте.
4. Высокая выходная мощность.
5. Использование гравитационных двигателей до их полного износа с постоянным получением максимального количества энергии.

Недостатки двигателей

Несмотря на имеющиеся преимущества, у бестопливных генераторов есть и свои минусы:

1. При длительном нахождении рядом с работающим двигателем человек может отмечать ухудшение самочувствия.
2. Для функционирования многих моделей, в том числе и китайского двигателя, требуется создание специальных условий.
3. Готовый двигатель подключить в некоторых случаях довольно сложно.
4. Высокая стоимость бестопливных китайских двигателей.

Двигатель Алексеенко

Патент на бестопливный двигатель Алексеенко получил в 1999 году от Российского агентства по товарным знакам и патентам. Для работы двигателю не требуется топливо — ни нефть, ни газ. Функционирование генератора строится на энергии магнитных полей, создаваемых постоянными магнитами. Обычный килограммовый магнит способен притягивать и отталкивать порядка 50–100 килограммов массы, в то время как оксидно-бариевые аналоги могут воздействовать на пять тысяч килограммов массы. Изобретатель бестопливного магнита отмечает, что настолько мощные магниты для создания генератора не требуются. Лучше всего подойдут обычные — один к ста либо один к пятидесяти. Магнитов такой мощности достаточно для работы двигателя на 20 тысячах оборотов в минуту. Мощность будет гаситься за счёт передающего устройства. На нём и располагаются постоянные магниты, энергия которых приводит двигатель в движение. Благодаря собственному магнитному полю ротор отталкивается от статора и приходит в движение, которое постепенно ускоряется из-за воздействия магнитного поля статора. Такой принцип действия позволяет развить огромную мощность. Аналог двигателя Алексеенко можно применять, к примеру, в стиральной машине, где его вращение будет обеспечиваться маленькими магнитами.

Создатели бестопливных генераторов

Специальное оборудование к автомобильным двигателям, которое позволяет машинам передвигаться только на воде без использования углеводородных добавок. Подобными приставками сегодня оснащаются многие российские автомобили. Использование подобного оборудования позволяет автомобилистам сэкономить на бензине и снизить количество вредных выбросов в атмосферу. Для создания приставки Бакаеву понадобилось открыть новый тип расщепления, который и использовался в его изобретении.

Болотов — учёный XX века — разработал автомобильный двигатель, которому для запуска требуется буквально одна капля топлива. Конструкция такого двигателя не подразумевает цилиндров, коленчатого вала и любых других трущихся деталей — они заменены двумя дисками на подшипниках с небольшими зазорами между ними. Топливом является обычный воздух, который расщепляется на азот и кислород на высоких оборотах. Азот под воздействием температуры в 90^оС сгорает в кислороде, что позволяет двигателю развить мощность в 300 лошадиных сил. Русские учёные, помимо схемы бестопливного двигателя, разработали и предложили модификации многих других двигателей, для функционирования которых требуются принципиально новые источники энергии — к примеру, энергия вакуума.

Мнение учёных: создание бестопливного генератора невозможно

Новые разработки инновационных бестопливных двигателей получили оригинальные наименования и стали обещанием революционных перспектив в будущем. Создатели генераторов сообщали о первых успехах на ранних этапах тестирования. Несмотря на это, в научной среде до сих пор скептически относятся к идее бестопливных двигателей, и многие учёные высказывают свои сомнения на этот счёт. Одним из противников и главных скептиков является учёный из Калифорнийского университета, физик и математик Фил Плейт.

Учёные из противоборствующего лагеря придерживаются мнения о том, что сама концепция двигателя, не требующего для работы топлива, противоречит классическим законам физики. Баланс сил внутри двигателя должен сохраняться всё то время, что создаётся тяга внутри него, а согласно закону импульса, такое невозможно без использования горючего. Фил Плейт не раз отмечал, что для ведения разговоров о создании подобного генератора придётся опровергнуть весь закон сохранения импульса, что нереально сделать. Проще говоря, для создания бестопливного двигателя требуется революционный прорыв в фундаментальной науке, а уровень современных технологий не оставляет и шанса на то, чтобы сама концепция генератора такого типа рассматривалась всерьёз.

На аналогичное мнение наводит и общая ситуация, касающаяся подобного типа двигателя. Рабочей модели генератора на сегодняшний день не существует, а теоретические выкладки и характеристики экспериментального устройства не несут никакой существенной информации. Проведённые замеры показали, что тяга составляет порядка 16 миллиньютонов. При следующих измерениях данный показатель увеличился до 50 миллиньютонов.

Британец Роджер Шоер ещё в 2003 году представил экспериментальную модель бестопливного двигателя EmDrive, разработчиком которой он и являлся. Для создания микроволн генератору требовалось электричество, добываемое посредством использования солнечной энергии. Данная разработка вновь всколыхнула в научной среде разговоры о вечном двигателе.

Разработка учёных была неоднозначно оценена в NASA. Специалисты отметили уникальность, инновационность и оригинальность конструкции двигателя, но при этом утверждали, что добиться значимых результатов и эффективной работы можно только в том случае, если генератор будет эксплуатироваться в условиях квантового вакуума.