СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ ГИРОСКОПИЧЕСКОГО МОМЕНТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК F16H33/10 

Преимущественные области техники: энергетика, транспорт.

Уровень техники

Прототипом данного изобретения являются центробежные маховичные аккумуляторы энергии.

Под воздействием на вращающиеся аккумуляторы внешними силами, создающими прецессию их осей вращения, возникает сила сопротивления, называемая гироскопическим моментом.

Эти свойства маховика используют для стабилизации положения в пространстве различных устройств, в частности навигационных приборов, относительно оси вращения земли.

Формула гироскопического момента для прототипа:

где

M_г - переменный гироскопический момент,

m - постоянная приведенная масса,

R - постоянный радиус момента инерции маховика,

Ω_п -переменная угловая скорость вращения маховика,

ω_п - переменная, угловая скорость прецессии оси вращения маховика,

I - постоянный момент инерции маховика,

H_п - переменный кинетический момент маховика.

Однако маховичные аккумуляторы обладают относительно малыми удельными величинами гироскопического момента и энергоемкостью кинетической энергии, что связанно с ограничением возможности увеличения угловой скорости.

/ С.А.Шестов. Гироскоп на земле, в небесах и на море. М.: Знание, 1989 г./

Раскрытие изобретения

Целью данного изобретения является получение в центробежном аккумуляторе энергии ряда положительных в сравнении с сопоставимым прототипом отличий: увеличение удельных величин гироскопического момента, увеличение удельной энергоемкости аккумулятора.

Это достигается созданием прецессии без воздействия на аккумулятор внешними силами, созданием дополнительно к центробежной аэродинамической силы.

Формула аэродинамической силы:

где V - окружная скорость в м/с; V=Ω_п ω_п,

S - площадь крыла [м²],

ρ - плотность воздуха [кг/м³],

C_x - коэффициент подъемной силы.

Формула гироскопического момента для данного изобретения:

где R_п - переменный радиус момента инерции грузов.

Устройство (см. чертеж) содержит:

Корпус 1; катушку 2 с направленной вверх осью вращения 3, на которой размещены упругие аккумуляторы энергии 4.

Ось 3 оперта на карданов шарнир 5, через который связана с корпусом 1.

Пару подобных между собой рычагов 6 с грузами 7.

Рычаги 6 кинематически связаны между собой с возможностью синхронного поворота их относительно своих осей 8, закрепленных на противоположных сторонах катушки 2.

Шкивы 9, тросы 10, двигатель 11, генератор 12, антифрикционные покрытия или устройства.

Аккумуляторы энергии 4 выполнены в виде упругих лент, которые в противоположных направлениях намотаны на ось катушки 2 и закреплены на ней одним концом, а противоположным концом через шкивы 9 независимо связаны с рычагами 6 посредством тросов 10.

Грузы 7 выполнены в виде аэродинамических крыльев.

Работа устройства

Центробежный аккумулятор энергии приводят во вращательное движение двигателем 11.

Возникающей центробежной силой переменной величины синхронно поворачивают подвижные рычаги 6 с грузами7 аэродинамической формы, изменяя величину радиуса момента инерции центров тяжести грузов 7.

Возникает переменный по величине гироскопический момент, который создает:

во-первых, прецессию обоих концов оси 3 центробежного аккумулятора с угловой скоростью, равной угловой скорости этой оси, а вершины конусов, очерчиваемых концами оси 3, располагаются в центре тяжести центробежного аккумулятора;

во-вторых, внутри тел упругих аккумуляторов энергии 4 возникает переменное по величине напряжение растяжения, передаваемое от рычагов 6 через шкивы 9 и тросы 10.

При этом с увеличением радиуса момента инерции расстояние вдоль оси 3 между центрами тяжести грузов 7 уменьшается.

Аэродинамическая форма грузов 7 создает дополнительную к центробежной силе аэродинамическую силу.

Изобретение относится к области энергетики и транспорта. Способ увеличения гироскопического момента направлен на увеличение радиуса момента инерции за счет уменьшения расстояния между центрами тяжести грузов вдоль оси вращения. Форма грузов в виде крыльев создает дополнительно к центробежной силе аэродинамическую силу. Устройство, реализующее способ увеличения гироскопического момента, представляет собой центробежный аккумулятор кинетической и потенциальной энергий, обладающий большой величиной гироскопического момента и энергоемкости. Это достигается за счет принудительного создания прецессии концов его оси вращения с угловой скоростью, равной угловой скорости этой оси вращения, расположения и траектории перемещения подвижных грузов, выполненных в форме аэродинамических крыльев. Изобретение позволяет увеличить гироскопический момент, удельную энергоемкость аккумулятора и уменьшить удельную его массу. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ увеличения величины гироскопического момента центробежного аккумулятора энергии, заключающийся в том, что с началом вращательного движения центробежного аккумулятора возникающей центробежной силой подвижные рычаги с грузами синхронно поворачиваются, изменяя величину радиуса момента инерции центров тяжести этих грузов, что приводит к возникновению переменного по величине гироскопического момента, создающего, во-первых, прецессию оси вращения с угловой скоростью, равной угловой скорости самой оси вращения, а вершины воображаемых конусов, очерчиваемых концами оси вращения, располагаются в центре тяжести центробежного аккумулятора, во-вторых, внутри тел упругих аккумуляторов энергии возникает напряжение растяжения, отличающийся тем, что с увеличением радиуса момента инерции расстояние между центрами тяжести грузов вдоль оси вращения уменьшается, а форма грузов в виде крыльев создает дополнительно к центробежным аэродинамическую силу.

2. Устройство содержит корпус, катушку, на которой размещены упругие аккумуляторы энергии, катушка осью вращения оперта на Карданов шарнир, через который связана с корпусом, пару подобных между собой рычагов с грузами, рычаги кинематически связаны между собой с возможностью синхронного поворота их относительно своих осей, закрепленных на противоположных сторонах катушки, шкивы, тросы, двигатель, генератор, антифрикционные покрытия и ролики, отличающееся тем, что аккумуляторы упругой энергии, выполненные в виде упругих лент, попарно в противоположных направлениях спирально намотаны на ось катушки и закреплены на ней своими концами диаметрально противоположно; через шкивы групп противоположно намотанных лент пропущены тросы, посредством которых каждая лента в группе независимо связана с рычагом, грузы на рычагах выполнены в форме аэродинамических крыльев, расположенных противоположно-симметрично друг к другу.