СПОСОБ МЕХАНИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТЕЛ Российский патент 1998 года по МПК F03G3/00 B62D57/00 

Изобретение относится к области различного рода движительных и тяговых устройств.

Известен способ механического взаимодействия тел, приводящих к созданию тягового усилия, приложенного к механической системе связанных между собой тел. В этом способе изменение суммарного импульса системы может быть обусловлено только посредством внешней силы, возникающей в результате создания взаимодействия с использованием силовых полей различных векторных структур и различной физической природы между некоторыми телами системы и телами, пространственно расположенными вне системы и механически в нее не входящими, например внешней средой [1].

Недостаток известного способа состоит в невозможности изменения суммарного импульса системы при взаимодействии тел, размещенных в пространстве, занимаемом системой.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному способу относится способ механического взаимодействия тел для создания тягового усилия в механической системе, включающий в себя приведение во вращение первого тела вокруг первого центра, создание вращения вокруг первого центра вторых тел и одновременное их перемещение по радиусам первого тела с обеспечением постоянства расстояний вторых тел относительно второго центра [2].

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является низкая надежность, обусловленная необходимость. обеспечения перемещения вторых тел по весьма сложной траектории: одновременно и по окружности, и по радиусу.

Технический результат изобретения - повышение надежности.

Указанный технический результат в предложенном способе механического взаимодействия тел для создания тягового усилия в механической системе, включающий использование силовых полей различных векторных структур, при этом в первом теле системы генерируют первообразное силовое поле, достигается тем, что посредством первообразного поля индуцируют во втором теле производное силовое поле, создают взаимодействие между вторым телом и третьим телом, при этом действие третьего тела на второе тело преобразуют в соответствии с векторной структурой производного силового поля в совокупность сил и прикладывают к первому телу, а равнодействующую сил производного поля, действующих на третье тело со стороны второго тела, прикладывают ко всем телам системы.

Предложены также конкретные варианты реализации способа, в которых:
- векторную структуру первообразного силового поля в первом теле создают из условия неравенства нулю потока вектора напряженности производного силового поля через замкнутую поверхность, разделяющую первое и второе тела;
- векторную структуру производного силового поля, индуцируемого во втором теле, создают из условия неравенства нулю потока вектора напряженности производного поля через замкнутую поверхность, разделяющую первое и второе тело;
- в качестве второго тела применяют жидкость;
- производное силовое поле индуцируют в жидкости в виде поля центральных сил выталкивания;
- первообразное силовое поле генерируют в виде центробежных сил инерции посредством приведения во вращение первого тела;
- индуцирование в жидкости производного поля центральных сил выталкивания осуществляют путем приведения жидкости и первого тела в совместное вращение с формированием в первом теле жидкостного кольцевого цилиндра;
- взаимодействие третьего тела со вторым телом осуществляют, с одной стороны, в виде выталкивания жидкостью, в которой индуцировано поле центральных сил, по направлению, не меняющемуся в процессе взаимодействия, третьего тела, погружаемого в часть сформированного жидкостного кольцевого цилиндра, а, с другой стороны, действие третьего тела на жидкость равномерно распределяют по поверхности, разделяющей первое тело и жидкость, в соответствии с векторной структурой производного поля центральных сил.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 - 5.

На фиг. 1, а,б,в,г отражены в общем силовые поля, возникающие в системе в процессе реализации способа:
фиг. 1, а - первообразное поле; фиг. 1,б - производное поле; фиг. 1,в - равнодействующая элементарных сил, действующих на третье тело со стороны производного поля во втором теле, приложенная в виде силы тяги ко всем телам системы; фиг. 1,г - схема распределения на замкнутую поверхность, разделяющую первое и второе тела, силовой реакции тел системы на третье тело, взаимодействующее с производным полем во втором теле.

На фиг. 2 отражены взаимодействующие тела устройства, реализующего частный вариант предложенного способа - посредством приведения первого тела (барабана) и жидкости в совместное вращение и погружения третьего тела (части объема цилиндра).

На фиг. 3 дан вид устройства, реализующего частный вариант предложенного способа, и отражена схема образования внутренних усилий в устройстве вследствие гидростатического, т. е. обусловленного полем тяготения, выталкивания жидкостью погруженного в нее тела.

На фиг. 4 отражено распределение элементарных сил гидродинамического давления со стороны вращающейся жидкости на погруженную в нее часть цилиндра.

На фиг. 5 изображено распределение элементарных сил гидродинамического давления, производимого цилиндром, на вращающуюся жидкость, и равномерное распределение центральных сил гидродинамического давления, производимого жидкостью, на внутреннюю поверхность барабана.

Предложенный способ взаимодействия тел реализуется следующим образом.

В полости 1 (фиг. 1, а,б,в,г), находящейся внутри первого тела 2 (в частном варианте реализации способа - в полости барабана 2 (фиг. 2 - 5), посредством определенного физического процесса (в частном варианте способа - посредством приведения во вращение барабана 2 в подшипниках 3, установленных в опорах 4, смонтированных на каркасе 5, в общем случае, выполняющем функцию всей совокупности тел системы (поз. 5 фиг. 1, а,б,в,г)), генерируют первообразное поле 6 (в частном варианте реализации способа - поле центробежных сил инерции), с помощью которого индуцируют во втором теле 7 (в частном варианте - в жидкости 7 фиг. 2 - 5), размещенных в полости 1, производное силовое поле 8 (в частном варианте - поле центральных сил гидродинамического выталкивания).

В предпочтительных вариантах реализации предложенного способа векторные структуры как первообразного силового поля 6, так и производного силового поля 8 создают из условия неравенства нулю потоков векторов напряженности этих полей через замкнутую поверхность, разделяющую первое тело 2 и второе тело 7, т. е.

Здесь интегрирование ведется по поверхности S_(1,2), разделяющей первое и второе тела;
соответственно значение напряженностей первообразного и производного полей;
векторы нормалей к площадкам dS, направленные в одну и ту же сторону относительно поверхности S_(1,2).

В частном варианте реализации способа во внутреннюю полость 1 вращающегося барабана 2 подают жидкость 7, выполняющую функцию второго тела, которая под действием сил внутреннего трения увлекается во вращение поверхностью барабана 2, принимая форму кольцевого жидкостного цилиндра (поз. 7 фиг. 2 - 5).

В жидкость 7, в которой индуцировано производное поле 8, погружают третье тело 9 системы (фиг. 1, а,б,в,г), которое, в частном варианте, для повышения эффективности взаимодействия с вращающейся жидкостью 7 выполняют в форме прямого кругового цилиндра 9 (фиг. 2 - 5) и также приводят во вращение в подшипниках 10, установленных на траверсах 11, смонтированных на каркасе 5, с угловой скоростью, совпадающей по направлению и величине с угловой скоростью вращения барабана 2.

Погружение части объема вращающегося цилиндра 9 во вращающуюся жидкость 7 обуславливает уменьшение радиуса ее свободной поверхности и вызывает две принципиально отличающиеся по результатам силовые реакции, действие которых может быть рассмотрено на основе закона независимости действия сил.

В стационарном состоянии сила производящая выталкивание цилиндра 9 из вращающейся жидкости 7, является равнодействующей двух сил выталкивания первая из которых индуцируется полем тяготения, а вторая - первообразным полем центробежных сил инерции:

При этом

где сила, приложенная к траверсам 11 со стороны каркаса 5 и обеспечивающая погружение цилиндра 9 во вращающуюся жидкость 7.

1. Сила гидростатического выталкивания F(г.с)(2,3)

, индуцируемая в жидкостном цилиндре 7 полем тяготения и направленная вертикально вверх, пропорциональна объему жидкости, вытесненному погруженной частью цилиндра 9, плотности жидкости, напряженности поля тяготения g и приложена к цилиндру 9, а через траверсы 11 - к каркасу 5 (фиг. 3). С такой же по величине силой цилиндр 9 действует на жидкость 7 независимо от того, покоится она, или движется. Давление, производимое цилиндром 9 на жидкость 7, в соответствии со структурой поля сил выталкивания, параллельных силам тяготения, передается на дно барабана 2 и далее на подшипники 3. В итоге, к каркасу 5 оказываются приложенными две противоположно направленные силы , равные по величине, которые полностью компенсируют друг друга, вызывая возникновение растягивающих напряжений в стойках каркаса 5, а также увеличение силы давления на подшипники 3 и 10 соответственно на величины представляет собой гидростатическую составляющую силы
Иными словами, результирующая сила, приложенная к системе тел, находящихся в поле тяготения, содержащей сосуд с жидкостью, в который погружено одно из тел системы, тождественно равна весу всех составных элементов системы.

Для этого случая величины суммарных потоков через замкнутую поверхность S_(1,2), разделяющую первое и второе тела, векторов напряженностей поля тяготения и индуцированного в жидкости 7 поля параллельных сил выталкивания, определяемые по уравнениям (1) и (1'), равны нулю.

2. Сила гидродинамического выталкивания являющаяся равнодействующей элементарных центральных сил выталкивания приложенная к цилиндру 9, частично погруженному во вращающуюся жидкость 7, индуцируется центробежными силами инерции, возникающими внутри вращающегося барабана 2 (фиг. 4). Гидродинамическое давление во вращающейся жидкости направлено нормально к внутренней поверхности барабана 2 и вызывает возникновение в нем растягивающих напряжений; сумма же проекций элементарных сил гидродинамического давления на любую ось, в том числе и на направление погружения цилиндра 9 (в описываемом примере оно совпадает с вертикальным), всегда равна нулю, т. е. изменения величин гидродинамического давления во вращающейся жидкости 7 и механических напряжений в барабане 2, обусловленные, например, изменением скорости вращения, никоим образом не могут сказаться на изменении веса системы.

Сила гидродинамического выталкивания являясь частью общей силы выталкивания приложена к цилиндру 9, а через траверсы 11 - к каркасу 5 и, соответственно, ко всем телам системы, жестко связанным с ним (фиг. 4). Сила - гидродинамическая составляющая силы с которой цилиндр 9 действует на вращающуюся жидкость 7 (фиг. 5), преобразуется в совокупность элементарных сил направленных перпендикулярно погруженной части поверхности цилиндра 9, и вследствие наличия в жидкости силового поля 8 с центрально-осевой структурой оказывается в конечном итоге равномерно распределенной по всей внутренней поверхности вращающегося барабана 2.

Увеличение же силы давления на подшипники 3 происходит только вследствие параллельных сил выталкивания, индуцируемых полем тяготения, и не может сказаться на изменении, например, веса системы.

Величины потоков векторов напряженностей через поверхность S_1,2 как первообразного поля - поля центробежных сил инерции, так и производного поля - поля центральных сил выталкивания во вращающейся жидкости, не равны нулю. Это объясняется тем, что угол между направлением нормали к элементу dS цилиндрической поверхности барабана и направлением векторов напряженности обоих полей равен нулю, а потому значение cosα в скалярном произведении равно 1.

Таким образом, в предложенном способе механического взаимодействия тел, направленная вдоль траверс 11 сила гидродинамического выталкивания, приложенная ко всем телам системы со стороны производного поля 8, не уравновешивается силой, равной ей по величине и противоположно направленной; обратное действие тел системы на производное поле, направленное по прямой линии, преобразуется в совокупность центральных сил, равномерно растягивающих барабан 2. Последнее, в свою очередь, и является причиной появления нескомпенсированного усилия F_т определенного направления, приложенного ко всем телам системы:

Абстрагируясь от конкретных конструктивных особенностей устройства, реализующего предложенный способ, можно сделать вывод, что в качестве материального объекта - опоры, механически независимого от системы, т. е. не относящегося к числу ее тел, но находящегося в пространстве, занимаемом системой, можно использовать силовые поля, создаваемые внутри системы. При этом неравный нулю импульс силы, приложенный ко всем телам системы, возникает, когда опорные поля имеют векторную структуру, удовлетворяющую уравнению (1'), и являются производными, т. е. созданными в определенных физических процессах другими, первообразными полями, причем последние могут генерироваться и телами самой системы. Так, в частном варианте предложенного способа первообразное поле - это центрально-осевое поле центробежных сил инерции, а производное поле - центрально-осевое поле сил выталкивания, индуцируемое первообразным полем в приведенной во вращение жидкости.

Предложенный способ открывает возможность создания универсальных тяговых элементов, конструктивно независящих от свойств внешней среды.

Источники информации:
1. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. - М.: Наука, 1990, 624 с.

2. ИК Patent Application GB 2111654 A 1981. Applicant Agofure Anthony Etaniyohwo, 173 Aba Road, po Box 535, Port Harсourt, Nigeria.

Способ предназначен для создания движительных тяговых устройств. Способ включает использование силовых полей различных векторных структур, при этом в первом теле системы генерируют первообразное силовое поле, посредством которого индуцируют во втором теле производное силовое поле, создают взаимодействие между вторым и третьим телами, при этом действие третьего тела на второе тело преобразуют в соответствии с векторной структурой производного силового поля в совокупность сил и прикладывают к первому телу, а равнодействующую сил производного поля, действующих на третье тело со стороны второго тела, прикладывают ко всем телам системы. Способ позволяет повысить надежность создания тягового усилия. 7 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Способ механического взаимодействия тел для создания тягового усилия в механической системе, включающий использование силовых полей различных векторных структур, при этом в первом теле системы генерируют первообразное силовое поле, отличающийся тем, что посредством первообразного поля индуцируют во втором теле производное силовое поле, создают взаимодействие между вторым и третьим телами, при этом действие третьего тела на второе тело преобразуют в соответствии с векторной структурой производного силового поля в совокупность сил и прикладывают к первому телу, а равнодействующую сил производного поля, действующих на третье тело со стороны второго тела, прикладывают ко всем телам системы. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что векторную структуру первообразного силового поля в первом теле создают из условия неравенства нулю потока вектора напряженности производного силового поля через замкнутую поверхность, разделяющую первое и второе тела. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что векторную структуру производного силового поля, индуцируемого во втором теле, создают из условия неравенства нулю потока вектора напряженности производного поля через замкнутую поверхность, разделяющую первое и второе тела. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве второго тела применяют жидкость. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что производное силовое поле индуцируют в жидкости в виде поля центральных сил выталкивания. 6. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что первообразное силовое поле генерируют в виде центробежных сил инерции посредством приведения во вращение первого тела. 7. Способ по пп.4 и 5, отличающийся тем, что индуцирование в жидкости производного поля центральных сил выталкивания осуществляют путем приведения жидкости и первого тела в совместное вращение с формированием в первом теле жидкостного кольцевого цилиндра. 8. Способ по пп.4 и 5, отличающийся тем, что взаимодействие третьего тела с вторым осуществляют, с одной стороны, в виде выталкивания жидкостью, в которой индуцировано поле центральных сил, по направлению, не меняющемуся в процессе взаимодействия, третьего тела, погружаемого в часть сформированного жидкостного кольцевого цилиндра, а, с другой стороны, действие третьего тела на жидкость равномерно распределяют по поверхности, разделяющей первое тело и жидкость, в соответствии с векторной структурой производного поля центральных сил.