ДВИГАТЕЛЬ-ДВИЖИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ИНДУКЦИОННЫЙ Российский патент 1999 года по МПК H01P7/06 H01P11/00 

Изобретение относится к энергомашиностроению и касается усовершенствования электродинамических двигателей-движителей. Оно может найти применение на транспорте, в том числе в летательных аппаратах и в космической технике.

Известен электродинамический движитель, содержащий генератор электромагнитных импульсов, которые образуют электрическое поле вокруг заряженного электростатического элемента и создают электрическую движущую силу (патент РФ N 2093377). Недостатком этого движителя является использование электромагнитных импульсов. Это снижает мощность и КПД движителя, усложняет и утяжеляет конструкцию генератора.

Конструкция объемного резонатора давно известна в радиоэлектронике. Резонаторы предназначены для радиоэлектронных приборов СВЧ и устройств, используемых в волноводных трактах. Конструкция этих резонаторов не позволяет использовать их в качестве двигателей-движителей.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявленному изобретению является устройство резонатора, информация о котором изложена в книге М.Б. Голант и др. "Изготовление резонаторов и замедляющих систем электронных приборов". -М. : Сов. радио, 1969 г., стр. 37, 300-303, состоящее из генератора электромагнитных волн УКВ - СВЧ и вакуумного объемного резонатора.

Задачей данного изобретения является изменение конструкции объемных резонаторов с целью возможности использования их в качестве двигателей-движителей с высоким КПД.

Поставленные задачи решаются в этом изобретении за счет преобразования волновой электромагнитной энергии в электрическую силу путем воздействия электрических полей стоячих волн в объемном резонаторе на индуцированные электрические заряды различной величины на внутренних поверхностях противоположных стенок резонатора.

В изобретении предлагается использовать электромагнитные волны УКВ-СВЧ частотных диапазонов (10⁸...10¹¹ Гц) как наиболее подходящие по параметрам силовых полей и по конструктивным соображениям.

В объемном резонаторе генерируются стоячие электромагнитные волны типа TE_mn/ или TM_mn/, фиг.1, 2/, электрическое поле которых индуцирует на внутренней поверхности стенок резонатора переменные электрические заряды /фиг. 2/ за счет перемещения свободных электронов. На эти заряды в электрическом поле волны действует электрическая сила, причем она тем больше, чем больше концентрация зарядов и электрическое поле волны, которое взаимно усиливается этими же зарядами. На концентрацию зарядов, которую создают токи в стенках резонатора, влияет, кроме силы электрического поля, еще и электропроводность материала его стенок (вследствие кратковременности действия электрических полей). В стенке, изготовленной из высокопроводящих или тем более сверхпроводящих материалов, индуцирование зарядов происходит быстрее и их концентрации сильнее, чем в материалах менее электропроводных.

Увеличение концентрации электрических зарядов на поверхности стенки и, следовательно, усиление электрического поля достигается:
а/ за счет увеличения электропроводности материала стенки или ее покрытия. Идеальным покрытием может стать плюсовой сверхпроводник, "держащий" высокие частоты;
б/ за счет увеличения площади поверхности стенки (волнообразная, из множества мелких полусфер и т.д.).

Уменьшение концентрации электрических зарядов на поверхности стенки достигается применением металлов (материалов) с большим электрическим сопротивлением или уменьшением площади токопроводящей поверхности стенки.

Таким образом, если одну из стенок, перпендикулярную силовым линиям электрического поля волны в резонаторе выполнить из высокопроводящего (сверхпроводящего) материала, а противоположную - из менее проводящего, то из-за различной концентрации зарядов на его стенки будут действовать противоположные силы различной величины F₁ и F₂ /фиг. 2/. Разница этих сил и будет создавать движущую силу.

Для уменьшения силы, действующей на стенку резонатора, также предлагается использовать жидкий диэлектрик в качестве ее покрытия /фиг. 3/, при этом поверхности всех стенок покрываются высокопроводным или сверхпроводным металлом (материалом). Этим достигается сокращение потерь энергии при движении электронов.

Чтобы обеспечить сильные электрические поля и предотвратить пробой, в резонаторе должен быть создан глубокий вакуум.

Применение резонанса электромагнитных волн повышает мощность устройства за счет накопления электромагнитной энергии в резонаторе - резком увеличении электрических и магнитных полей в стоячей волне, что в сочетании с применением сверхпроводящих материалов позволит двигателю работать в энергосберегающем режиме. Энергопитание двигателя может осуществляться от генераторов электромагнитных волн, выпускаемых отечественной промышленностью, например, магнетронов.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан поперечный разрез объемного резонатора с конструкцией его стенок и характером силовых линий электрических и магнитных полей для волны TE₁₀. На фиг. 2 представлен продольный разрез участка объемного резонатора с характером силовых линий электрического поля волны TE₁₀ и характер концентрации зарядов на его противоположных стенках. На фиг. 3 изображен вариант конструкции стенок резонатора с применением жидкого диэлектрика.

Устройство двигателя-движителя состоит из жестко соединенных между собой источника электроэнергии, генератора УКВ-СВЧ с подводящим волноводом /на фигурах не показаны/ и объемного резонатора, противоположные стенки которого 1, или их покрытие 2, выполнены из металлов /материалов/, имеющих различную электропроводность.

Как один из способов уменьшения силы, действующей на стенку резонатора, предлагается одну из стенок, на которую замыкаются силовые линии электрического поля волны, покрыть жидким диэлектриком 3, удерживаемым твердым диэлектриком 4 /фиг. 3/.

Объемный резонатор по длине может быть выполнен в виде прямолинейных или криволинейных отрезков с отражательными стенками на торцах, в кольцевой, спиральной форме и т. д. Для обеспечения высоких параметров электрических полей внутри резонатора должен поддерживаться глубокий вакуум.

Двигатель-движитель работает от источника электроэнергии, которая преобразуется в генераторе в высокочастотную волновую энергию и поступает через подводящий волновод в объемный резонатор, в котором образует стоячие электромагнитные волны типа TE или TM. Замыкаясь на противоположные стенки резонатора силовые линии создают различную концентрацию зарядов на противоположных стенках резонатора. За счет этого силовое воздействие электрического поля волны на стенку с большей электропроводностью /на ее заряд/ будет превосходить силовое воздействие на противоположную стенку, имеющую меньшую электропроводность, или покрытие из жидкого диэлектрика. Разница в этих силах создает движущую электрическую силу, действующую в одном направлении на всю конструкцию, так как все ее элементы жестко соединены между собой.

Двигатель-движитель электродинамический индукционный, состоящий из генератора электромагнитных волн УКВ-СВЧ-частотных диапазонов, вакуумного объемного резонатора электромагнитных волн типа ТЕ или ТМ; противоположные стенки резонатора, на которые замыкаются силовые линии электрического поля волны, имеют разную электропроводность или у них различна площадь токопроводящей поверхности. В качестве электропроводящего материала стенок резонатора может быть использован металл. Стенки резонатора могут иметь покрытие из высокопроводящих или сверхпроводящих материалов. Технический результат заключается в изменении конструкции объемных резонаторов с целью возможности использования их в качестве двигателей-движителей с высоким КПД. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Двигатель-движитель электродинамический индукционный, состоящий из генератора электромагнитных волн УКВ-СВЧ-частотных диапазонов, вакуумного объемного резонатора электромагнитных волн типа ТЕ или ТМ, отличающийся тем, что противоположные стенки резонатора, на которые замыкаются силовые линии электрического поля волны, имеют разную электропроводность или у них различна площадь токопроводящей поверхности. 2. Двигатель-движитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве электропроводящего материала стенок резонатора использован металл. 3. Двигатель-движитель по п.1, отличающийся тем, что стенки резонатора имеют покрытие из высокопроводящих или сверхпроводящих материалов.