Дополнительно докажем отличную от опорного трения природу появления вращения коромысла в опытах с гидродинамическим устройством в переходных режимах. Рассмотрим схему на фиг.3 дублирующего демонстрационного эксперимента, проведенного автором заявляемого изобретения. На фиг.3 показан вид сверху крутильных весов, жесткая ось Z вращения которых висит на только что упомянутом крюке ручной тали, способном поворачиваться в своей внешней обойме, которая закреплена на испытательном стенде. Противовес на фиг.3 уравновешивает вес быстроходного электродвигателя с тем, чтобы ось вращения весов, жестко связанная с коромыслом, находилась в вертикальном положении относительно поверхности Земли. Статор электродвигателя прикручен к коромыслу так, что ось ротора электродвигателя параллельна оси Z. Электромагнитные силы, создающие крутящий момент на роторе и обратный момент на статоре, не дают суммарной проекции на ось Х. Но любой момент в электродвигателе, взятый сам по себе, автоматически прикладывается вокруг оси Z и может вызвать поворот крутильных весов на фиг.3. Для простоты будем считать электромагнитный момент на статоре одинаковым Мо при разгоне двигателя и на номинальных оборотах Wо двигателя. Нас будет интересовать поведение крутильных весов опять-таки на переходных режимах включения или выключения электродвигателя.
При включении электродвигателя, см. фиг.3, на статоре мгновенно появляется момент Мо против часовой стрелки, (по причине жесткой связи статора с коромыслом) одновременно являющийся одним из двух слагаемых момента М вокруг оси Z . Также мгновенно на ротор начинает действовать противоположный вращающий момент (-Мо) по часовой стрелке. Этот момент разгоняет ротор, но в начальный период не передается коромыслу вокруг оси Z, т.к. ротор может свободно вращаться относительно статора и коромысла. Т.е. момент (-Мо) временно не дает вклада в момент М вокруг оси Z . Вследствие этого, статорный момент Мо остается нескомпенсированным вокруг оси Z, и ненулевой суммарный момент М вызывает вращение коромысла вокруг оси Zна фиг.3, которое до включения электродвигателя покоилось. Такой результат переходного режима наблюдался экспериментально и был следствием обозначенного эффекта, а теоретически существующее малое трение покоя в упорном подшипнике крюка подвески крутильных весов здесь не причём.
После выхода ротора на номинальные обороты Wо электродвигателя коромысло продолжало вращаться с постоянной угловой скоростью. Причиной этого является обращение в ноль момента М вокруг оси Z . Крутящий электромагнитный момент на роторе весь работает на преодоление сил трения в креплении ротора на номинальных постоянных максимальных оборотах. Через данные силы роторный момент (-Мо) передается на статор электродвигателя а в конечном счете на коромысло с осью и полностью компенсирует статорный момент Мо. Поэтому в установившемся режиме суммарный момент вокруг оси Z равен нулю: М=0.
Если прервать установившийся режим путем выключения питания электродвигателя, то все электромагнитные силы мгновенно пропадут : пропадает статорный момент Мо ; перестает действовать на ротор крутящий электромагнитный момент (-Мо), но сохраняется в первые мгновения точно такой же величины - момент сил трения движения в креплении вращающегося ротора на статоре. Этот момент, постепенно уменьшаясь, продолжает действовать вплоть до полного торможения ротора, когда сам момент становится нулевым. За время переходного режима выключения момент (-М) вокруг оси Z(см. фиг.3), равный нескомпенсированному моменту сил трения движения ротора по часовой стрелке, постепенно останавливает коромысло, которое на установившемся режиме вращалось против часовой стрелки. Если же на установившемся режиме коромысло было принудительно остановлено внешним воздействием, то после выключения электродвигателя коромысло приходит в движение в отрицательном направлении оси Х, но с той же характерной угловой скоростью.
На практике, покоящееся устройство на фиг.3 путем включения электродвигателя, выдержки на установившемся режиме без внешнего вмешательства и последующего выключения электродвигателя с остановкой коромысла – легко может быть повернуто вокруг оси Z более чем на 180 градусов. Данные эффекты переходных режимов полезно использовать для изменения ориентации искусственных спутников Земли взамен реактивных микродвигателей, расходующих массовое топливо. Применяемые в некоторых космических системах гиродины (специальные гироскопы для сохранения заданной ориентации в пространстве) дополнительно могут производить эффекты переходных режимов при соответствующем регулировании направлений вращения приводных электродвигателей.
Перечисленные выше закономерности наблюдались автором заявляемого изобретения экспериментально. Из сказанного видно, что работа устройства на фиг.3 в переходных режимах внешне полностью тождественна работе газодинамического сферического устройства (поясняемой фиг.2) и аналогичного гидродинамического устройства на крутильных весах. При этом, в опытах с гидродинамическим устройством отличительной особенностью является то, что момент вокруг оси Z представляет собой момент квази-тягового векторного усилия, т.е. произведение длины плеча коромысла на модуль усилия вдоль оси Х. В то время как в опытах на фиг.3 участвуют только чистые вращающие моменты на электродвигателе.
На последние надо обращать внимание при подготовке испытаний гидродинамического устройства в переходных режимах с помощью крутильных весов. Недопустимо чтобы вал электродвигателя, вращающего гребной винт, был параллелен оси Z поворота коромысла. В случае параллельности по схеме фиг.3 моменты, действующие в электродвигателе, будут вносить паразитный вклад в суммарный момент вокруг оси Z и будут затенять главный специфический эффект от квази-тягового гидродинамического усилия вдоль оси Х. Для исключения этого проще всего расположить двигатель с валом параллельно оси Х и укрепить гребной винт непосредственно на валу двигателя. Тогда в электродвигателе вращающие моменты вокруг оси Х не будут влиять на повороты крутильных весов вокруг оси Z. Справедливость данного требования также была проверена с помощью устройства на фиг.3 с соответствующими изменениями. В экспериментах на переходных режимах электродвигателя со свободным валом - коромысло покачивалось от земли вверх-вниз в плоскости деталей крутильных весов, но не поворачивалось вокруг вертикальной оси Z, т.е. коромысло не сдвигалось горизонтально вдоль оси Х.
Это еще одно доказательство того, что собственные толчки электродвигателя и теоретически восприимчивый к ним механизм трения в опоре жесткой оси вращения крутильных весов - особенно – могут быть нивелированы и не имеют отношения к кинематике гидродинамического устройства на переходных режимах в соответствующих опытах. Чтобы совсем покончить с темой опоры крутильных весов, напомним альтернативный вариант. Коромысло крутильных весов можно подвесить в испытательном стенде с помощью цельной податливой на кручение гибкой нити, оба конца которой заневолены. Тогда вообще не будет почвы для сомнений относительно влияния трения поверхностей опоры, и методически всё будет еще более обоснованным. Кстати, крутильные весы, точно показанные на фиг.3, с нитевой подвеской на переходных режимах ведут себя абсолютно также, как было описано ранее для случая подшипниковой (шарнирной) опоры оси Zвесов.
Из проведенного анализа прецедентных газо и гидродинамических замкнутых систем, родственных устройству на фиг.1 по заявляемому Способу создания тяги внутри замкнутой системы, следуют выводы :
1) Канонический закон сохранения импульса применим только для замкнутых систем, в которых внутренними силами смещаются центры масс тел, но не происходит изменения скорости общего центра масс (который в простейшем случае всё время неподвижен). Этот закон не всегда действует, например, для замкнутых систем с распределенным по объему рабочим веществом, циркулирующим в заданных внутренних емкостях. Такие замкнутые системы могут разгонять сами себя без взаимодействия с внешней средой и без обычной реактивной тяги. В газо и гидродинамических устройствах, рассматриваемых в описании изобретения, единственно правильным является прямой анализ протекающих явлений и возникающих силовых факторов, а не формальная ссылка на закон сохранения импульса ;
2) Теоретически (см. фиг.2) и косвенно экспериментально показано, что в соответствующих устройствах в переходных режимах возникают кратковременные квази-тяговые усилия, способные инициировать перемещение общего центра масс данных устройств, т.е. с помощью внутренних усилий можно принципиально менять положение самих устройств целиком в пространстве. Но конкретно эти устройства не позволяют получить в себе нескомпенсированную долговременную тягу на установившемся режиме. С другой стороны, достоинствами данных устройств являются простота достижения квази-тяговых усилий и незначительные габариты герметичной оболочки ;
3) Устройство-прототип с выхлопом воздуха во вспомогательное вещество (воду), находящееся в "бесконечном" резервуаре, теоретически приводит к созданию нескомпенсированной долговременной тяги на установившемся режиме. Но огромные габариты являются серьезным препятствием на пути практического использования такого устройства в качестве реального движителя.
Переходя к заявляемому Способу создания тяги внутри замкнутой системы с примером в виде главного устройства на фиг.1, с учетом того что закон сохранения импульса всей системы не является непреодолимой абсолютной преградой, на основе всего вышесказанного можно заключить следующее.
Предлагаемый способ создания тяги внутри замкнутой системы и конкретное устройство, см. фиг.1, лишены недостатков способов и устройств из пунктов 2) и 3) при сохранении их достоинств. Устройство на фиг.1 позволяет при малых габаритах получить долговременную нескомпенсированную тягу на установившемся режиме работы насоса, прокачивающего рабочее вещество. Таким образом, непрерывная работа устройства на фиг.1 будет сопровождаться постоянным ускорением движения общего центра масс этого устройства в свободном пространстве. В разделах описания изобретения, непосредственно касающихся устройства на фиг.1, проанализированы основные гидродинамические явления, и показана достижимость поставленной цели изобретения - получение непрерывной во времени нескомпенсированной тяги в замкнутом объеме.
Для создания вертикальной тяги внутри замкнутой системы устройство на фиг.1 располагают таким образом, чтобы сопло 9 было направлено вниз. Для притяжения текучих веществ к опорной стенке 2 используют, например, центробежные горизонтальные силы, к тому же во много раз превосходящие силу тяжести Земли. Также могут быть использованы магнитные или электростатические силы, что ведет к уменьшению количества двигающихся деталей, испытывающих механический износ. В этом случае в нетрадиционных двигателях должны применяться специфические текучие вещества.
Дополнительные преимущества нетрадиционных двигателей, работа которых основана на предлагаемом способе создания тяги внутри замкнутой системы, выявляет известное положение о том, что заданную тягу можно получить при уменьшении сечения сопла с одновременным пропорциональным увеличением давления в камере сжатия, что к тому же сопровождается уменьшением объемного расхода рабочей жидкости. Сверхвысокие давления в жидком практически несжимаемом рабочем веществе (в устройстве на фиг.1) достигаются экономичным путем с применением одной лишь электрической энергии, питающей приводной электродвигатель соответствующего насоса. Это значительно проще и безопаснее, например, камер сгорания существующих реактивных двигателей, в которых даже предельное давление газов не столь велико.
Уменьшение сечения сопла для рабочей жидкости позволяет уменьшить размеры и массу нетрадиционных движителей по сравнению с реактивными двигателями и тем более с топливными баками ракет-носителей. В предлагаемом способе создания тяги внутри замкнутой системы не используется токсичное химическое топливо и отсутствуют выбросы продуктов сгорания в атмосферу Земли, что особенно ценно с точки зрения экологии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент Франции № 2177153, кл. F 03 H 5/00, публ. 02.11.1973г.
2. Заявка ФРГ № 4413479, кл. F 03 H 5/00, кл. B 64 G 1/40, публ. 01.12.1994г.
3. Патент США № 2886976, сер. 597805, кл. 74-112, публ. 1959г.