молекулярный движитель помазкина

Формула изобретения

Молекулярный движитель, включающий преобразователь энергии рабочего вещества в кинетическую энергию теплового движения молекул, отличающийся тем, что он содержит активатор, направляющий одну половину молекулярного потока на отражатель, оборудованный нагревателем, а вторую половину на расположенный диаметрально противоположно отражателю поглотитель с охлаждающим устройством.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам, позволяющим получать движение систем за счет внутренних сил, получаемых от энергоносителей, и может быть использовано для организации движения различного рода наземных, надводных и подводных транспортных средств и летательных аппаратов.

Прямых аналогов и прототипов данное изобретение не имеет. Поэтому в качестве аналога и прототипа выбраны устройства для перемещения систем, близкие к заявляемому по достигаемой цели.

Известно устройство, позволяющее получать движение тел с помощью двигателей внутреннего сгорания (ДВС) [см. "Автомобильные двигатели", учебник для Вузов под редакцией М.С.Ховах, Машиностроение, М., 1977, 591 с.]. Любой ДВС содержит цилиндр (один или несколько), в котором, плотно прилегая к его внутренним стенкам, может свободно поступательно двигаться поршень. Герметичность прилегания наружных стенок поршня и внутренних поверхностей цилиндра обеспечивается с помощью компрессионных колец. Имеется устройство, которое готовит мелкодиспергированную топливовоздушную смесь (карбюратор), которую впрыскивают через впускной клапан в цилиндр, где она поджигается с помощью запальной свечи. Смесь, сгорая в цилиндрах по типу взрыва, сообщает поршням двигателя кинетическую энергию поступательного движения. Отработанные продукты сгорания топлива через выпускной клапан выбрасываются в атмосферу. Шатунно-кривошипный механизм превращает кинетическую энергию поршня во вращательную энергию маховика, которая с помощью карданного вала или шарнира равных угловых скоростей (ШРУС) передает вращательный момент на ведущие колеса, а те, за счет взаимодействия с внешней средой, позволяют системе перемещаться в пространстве.

В отличие от прелагаемого движителя, движение системы в целом можно получить только в результате сложного и многоэтапного взаимодействия внутренних сил с телами, не входящими в данную изолированную систему.

Кроме того, ДВС состоит из большого числа достаточно сложных и высокоточных деталей, для изготовления которых требуются прецизионные станки и инструменты. Велика экологическая нагрузка на окружающую среду.

Наиболее близким к заявляемому движителю является реактивный двигатель (РД) [см. Д.В.Сивухин "Общий курс физики", Механика, М., "Наука", 1979, с.114-119], который содержит камеру сгорания, заканчивающуюся выходным соплом. В камеру сгорания с помощью специальных дозирующих устройств и клапанов впрыскиваются окислитель и топливо, которое, сгорая, превращаются в раскаленный газ. Вылетая с большой скоростью из сопла, продукты окисления топлива за счет реактивной силы обеспечивают перемещение тела в пространстве.

Исходя из закона сохранения импульса, скорость такой системы (ракеты) можно рассчитать по формуле:

где v - скорость вылетающих газов, М - масса системы в целом, m - масса вылетающих газов

В этом случае U - это скорость только части системы "ракета-газы". Другая часть этой системы - газы - движется в противоположном направлении. Центр же массы системы "ракета-газы" остается неподвижен. Кроме того, газы, вылетающие из сопел ракеты, представляют серьезную опасность для окружающих предметов, животных и людей. Поэтому сфера использования этого двигателя весьма ограничена. Очень велика экологическая нагрузка на окружающую среду.

Технический результат - получение движения системы.

Задача решается тем, что разработан молекулярный движитель, включающий преобразователь энергии рабочего вещества в кинетическую энергию теплового движения молекул, которые с помощью активатора направляют одну половину молекулярного потока на отражатель, оборудованный нагревателем, а вторую половину - на расположенный диаметрально противоположно отражателю поглотитель с охлаждающим устройством.

На фиг.1 изображена принципиальная схема экспериментального молекулярного движителя, с помощью которого была подтверждена его работоспособность.

На фиг.2 приведен график зависимости средней скорости движения экспериментального молекулярного движителя от массы молекулярного потока, вылетающего из сопел активатора в единицу времени.

Экспериментальный молекулярный движитель содержит (см. фиг.1) испаритель 1, активатор 2, который с помощью двух сопел 3 направляет молекулярные потоки 7 в направлении отражателя 4 и поглотителя 5. Отражатель содержит нагреватель, который поддерживает его температуру выше температуры испарения рабочего вещества, а поглотитель включает охлаждающее устройство, которое поддерживает его температуру ниже температуры конденсации рабочего вещества. Все части движителя жестко смонтированы на платформе 6. В качестве рабочего вещества использовалась обычная водопроводная вода. Температура отражателя T₁ была равна +100°С (температура кипения воды), температура поглотителя Т₂ была - (6-8)°С (что ниже температуры конденсации воды).

Рассчитаем силу, которая возникает в результате взаимодействия одной газовой молекулы со стенкой, нагретой выше температуры испарения этого вещества. Столкновение будет происходить по закону абсолютно упругого удара. Согласно второму закону Ньютона импульс силы, который получает стенка при ударе об нее молекулы, равен:

где m - масса молекулы, v_y - скорость, которую имеет молекула при температуре испарения, v₀ - скорость молекулы при отражении от горячей стенки, t_y - время взаимодействия молекулы со стенкой.

Наиболее вероятную скорость теплового движения молекулы можно рассчитать по формуле (см. любой Вузовский учебник по "Общей физике" или по "Молекулярной физике"):

где R - универсальная газовая постоянная, Т - температура в градусах Кельвина, - молярная масса рабочего вещества (кмоль).

Если молекула газа (пара) сталкивается со стенкой, охлажденной ниже температуры конденсации этого вещества, то взаимодействие будет подчиняться закону абсолютно неупругого удара. И тогда импульс силы, действующей на стенку, равен:

где F_н - сила воздействия на стенку, t_н - время удара (по существу, время конденсации молекулы), m - масса молекулы, v_y - скорость, которой обладает молекула при температуре испарения.

Если соберем систему из жестко связанных между собой генератора молекулярных пучков (1, 2, 3, см. фиг.1), отражателя (4) и поглотителя (5), то в результате столкновения молекул с отражателем и поглотителем вся система получит результирующий импульс силы в направлении отражателя, равный:

Естественно, при взаимодействии со стенками n молекул результирующий импульс возрастет в n раз, т.е. суммарный результирующий импульс будет равен:

где N_A - число Авогадро, m - масса газов, вылетающая из сопла активатора в единицу времени (движущая масса), - молярная масса рабочего вещества.

Для проверки работоспособности этой идеи был собран движитель, принципиальная схема которого изображена на фиг.1. В качестве рабочей жидкости была использована водопроводная вода, которая испарялась с помощью регулируемого электронагревателя мощностью до 3 ква. Этот же электронагреватель поддерживал температуру отражателя +100°С. Производительность электронагревателя (количество испаренной массы воды в единицу времени) была заранее оттарирована по величине электротока, который измерялся амперметром класса 0,5. Все детали движителя жестко крепились на платформе, которая могла свободно плавать в ванне с водой. Расстояние, проходимое движителем во всех опытах, было одинаковым (0,3 м). Время, за которое движитель проходил этот путь, определялось секундомером с точностью до 0,1 секунды. Температура отражателя была равна +100°С, поглотителя -(6-8)°С.

Фиксировали движитель в начальном положении. По величине электротока устанавливали режим испарения. После выхода испарителя на рабочий режим производили 7-10 измерений скорости. Затем устанавливали новый режим испарения и проводили новую серию измерений. Результаты измерений приведены на фиг.2. Каждая точка - результат статистической обработки 7-9 измерений. Видно, что скорость движения, как это следует из теоретических рассуждений, в зависимости от движущей массы увеличивается практически линейно. Следует заметить, что значение скорости, вычисленное по формуле (1), и значение, полученное экспериментально, разнятся почти в 10 раз. Очевидно, это связано с тем, что скорости молекул, с которыми они долетают до отражателя, становятся за счет столкновения с молекулами воздуха значительно меньше. Всего проведено более 200 измерений.

Устройство движителя чрезвычайно просто и для его изготовления не требуется специальных станков и инструментов. Движитель экологически абсолютно чист.