Александр Фролов - Новые космические технологии

Анализируя процесс энергообмена в движителе Дина, необходимо отметить важную роль упругого взаимодействия, хотя этот аспект мало обсуждается в публикациях по данной теме. В устройстве Дина, происходит упругая передача импульса от перемычки корпусу в одну сторону (вверх), и неупругое торможение перемычки о поперечный тормоз, при движении в другую сторону. Теоретически, данная задача хорошо проработана, и относится к физике взаимодействия тел.

Известно, что столкновение тел может приводить к разным результатам: при упругом столкновении тела и корпуса устройства, в основном, корпусу передается импульс, а при неупругом столкновении (ударной деформации) большая часть импульса преобразуется в тепло. Схема эксперимента, который был мной показан аудитории конференции «Новые Идеи в Естествознании», в 1996 году, изображена на рис. 37.

Рис. 37. Эксперимент по упругому и неупругому взаимодействию

Идея эксперимента довольно старая, она была опубликована, хотя и без объяснений причин данного явления, еще в 1935 году [17].

Итак, предположим, что на направляющем стержне могут скользить влево и вправо два грузика с отверстиями, например, два свинцовых цилиндра диаметром 15 мм и высотой 30 мм. Между ними расположена пружина, которая в начальный момент сжата, и удерживается в данном положении нитью. В правой части оси, был установлен резиновый амортизатор толщиной 5 мм.

На рис. 38 показаны три последовательных кадра из видеозаписи данного эксперимента, который проводился на полированном столе в аудитории конференции «Новые идеи в естествознании», 1996 год. Суть эксперимента состоит в следующем: нить, которая удерживает пружину в сжатом состоянии, разрушают каким-либо образом, например, пережигают. Тела, оттолкнувшись друг от друга в центральной точке корпуса, скользят в разные стороны, и каждое из них, по-разному, взаимодействует с опорой в конце своего пути.

Рис. 38. Эксперимент по асимметрии взаимодействия

С той стороны, где взаимодействие упругое (справа установлен амортизатор), опоре передается больший импульс, в результате чего, она сдвигается в данную сторону. С другой стороны (слева) тело ударяется об опору жестко, большая часть его кинетической энергии преобразуется в тепловые деформации. Положение устройства на столе, до и после взаимодействия тел с корпусом, отличается: после взаимодействия, устройство сдвигается в ту сторону, где установлен амортизатор.

Данный опыт легко повторим, в том числе, на подвесе, на плавающей платформе и т. п. В каждом случае, суммарный импульс, передаваемый корпусу данного устройства в результате взаимодействия, не равен нулю, следовательно, в аналогичной конструкции движителя, мы можем получать однонаправленный импульс периодически, причем, без видимого взаимодействия с внешней средой, то есть, с какой либо опорой. Тем не менее, взаимодействие с окружающей средой здесь также есть, поскольку этот эксперимент – один из вариантов асимметричного «энтропийного движителя», описанного ранее, и показанного на рис. 1. С одной стороны, в данном экспериментальном устройстве энтропия минимальная, здесь создается макроимпульс, передаваемый корпусу движителя через амортизаторы, как и в движителе Дина. С другой стороны, энтропия процесса взаимодействия намного больше, так как частицы вещества получают при взаимодействии, в основном, неупорядоченные импульсы, а в результате деформаций, выделяется тепловая энергия, которая передается окружающей среде.

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.

Глава 9 Прецессия гироскопа

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.