устройство для увеличения скорости движения объекта в газовой среде

Формула изобретения

1. Устройство для увеличения скорости движения объекта в газовой среде, включающее активную среду, систему накачки, резонатор и волоконный световод, отличающееся тем, что оно выполнено в виде системы независимых коаксиальных волоконных световодов-излучателей, оптически взаимосвязанных с соответствующей системой светоотражателей.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что светоотражатели выполнены в виде усеченных конусов и размещены на концевых частях волоконных световодов, при этом боковая поверхность конусов ориентирована от концевой части волоконного световода.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что торцы коаксиальных волоконных световодов сдвинуты по длине относительно друг друга на величину, как минимум необходимую для размещения светоотражателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области управления параметрами воздушной среды с целью уменьшения ее сопротивления при перемещении материальных объектов и может быть использовано в области воздухоплавания, космонавтики, скоростного железнодорожного транспорта.

Известен способ увеличения скорости движения корабля путем управления параметрами водной среды за счет разрушения агрегатов молекул воды на отдельные молекулы с целью уменьшения вязкости воды и соответственно сопротивления движению кораблей (В.Журавлева. Снежный мост над пропастью. Научн.-фант. рассказы. «Дет. лит.», 1971 г., с.27-34).

Известен способ увеличения скорости реактивной торпеды путем «помещения ее» в габариты каверны, создаваемой самим движущимся телом с подачей в зону каверны небольшого количества газа (см. журнал «Наука и жизнь», № 11, 2008 г., с.31-32), т.е. путем управления параметрами водной среды с целью резкого уменьшения гидродинамического сопротивления.

Недостатком способов является невозможность их использования для увеличения скорости объектов, перемещающихся в воздушной среде, например реактивных самолетов, ракет, скоростных железнодорожных поездов, т.к. в воздушной среде отсутствуют агрегаты молекул, а расстояния между молекулами значительно превосходят размеры самих молекул.

Предлагаемое изобретение решает задачу управления параметрами газовой (воздушной) среды, в частности, за счет уменьшения ее плотности с целью уменьшения сопротивления движению объектов.

Задача решается тем, что перемещение объекта или его части осуществляют по искусственному каналу с плотностью газа меньшей относительно окружающей среды, который создают путем лазерного излучения в направлении движения объекта.

Известно, что световой луч представляет собой электромагнитную волну, которая при распространении в среде воздействует на электронные оболочки ее атомов, при этом на атомы действуют силы как выталкивающие их из электромагнитного поля светового луча, так и втягивающие их в электромагнитное поле, в зависимости от частоты изменения поля, а именно от ее соотношения с так называемой резонансной частотой, характерной для данного вещества. Известно, что атомы любого вещества характеризуются вполне определенной частотой собственных колебаний электронной оболочки, при этом если частота внешнего электромагнитного поля выше этой собственной частоты, то электронная оболочка, а с ней и весь атом, из луча выталкивается, если ниже - втягивается внутрь луча. Для интенсификации воздействия луча на вещество выгодно, чтобы частота электромагнитной волны была близка к резонансной: чем меньше они различаются, тем сильнее взаимодействие поля с атомом вещества (см. журнал «Наука и жизнь», № 9, 1980 г., с.82-85, рис.1-5). Отметим, что это явление экспериментально подтверждено применительно к транспортированию паров щелочных металлов.

В нашем случае это явление целесообразно использовать для создания своеобразного «вакуумного канала» для перемещения в нем фюзеляжа реактивного самолета, космической ракеты, артиллерийского снаряда. Отметим, что вне «вакуумного канала» возникнет зона повышенной плотности воздуха, которая положительно скажется на грузоподъемности крыльев самолета.

Возможность формирования «вакуумного канала», далее упрощено транспортного канала или просто канала, обосновывается тем, что экспериментами подтверждено явление его возникновения в окружающей среде на пути лазерного луча, при этом время существования канала значительно превосходит продолжительность лазерного импульса в десятки тысяч раз, при этом плотность газа на пути луча уменьшается в сотни раз и такое разрежение сохраняется довольно долго (см. ж.«Наука и жизнь», № 9, 1980 г., с.84). Это открывает возможность снижения энергозатрат при генерировании импульсного лазерного луча на образование канала для перемещения в нем фюзеляжа лайнера.

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод, что оно существенно отличается от известного уровня техники введением новых существенных признаков, указанных выше и соответствует критерию новизны, изобретательского уровня и промышленно применимо.

Известны лазерные устройства, включающие активную среду, систему накачки и резонатор, излучающие лазерные лучи круглого или кольцеобразного сечения в непрерывном или в импульсном режимах.

К недостатком известных лазерных устройств следует отнести малые площади поперечных сечений светового луча, что препятствует их использованию для создания транспортных «вакуумных» каналов для перемещения по ним крупногабаритных скоростных материальных объектов самолетов, скоростных поездов, космических аппаратов, ракет.

Предлагаемое техническое решение решает задачу создания транспортного канала с пониженной плотностью газа относительно окружающей его среды для перемещения по нему крупногабаритных высокоскоростных материальных объектов.

Задача решается тем, что транспортный канал создают системой независимых коаксиальных волоконных лазерных излучателей, при этом концевую часть каждого из них оснащают светоотражателем в форме усеченного конуса.

Предлагаемое решение иллюстрируются чертежами, а именно: на фиг.1 - общий вид полета реактивного самолета, космического аппарата, ракеты, движения сверхскоростного поезда, спортивного автомобиля; на фиг.2 - вариант размещения дополнительных волоконных лазерных излучателей на реактивном самолете, вид спереди; на фиг.3 - продольный разрез волоконного лазерного излучателя «А»; на фиг.4 - разрез А-А фиг.3; на фиг.5 - волоконный световод.

Лазерный излучатель «А» представляет собой систему независимых коаксиальных волоконных лазерных излучателей, при этом излучатель 1 является стержневым и представляет собой пучок волоконных световодов, включающих сердцевины из кварцевого стекла 2 и полимерные оболочки 3, причем показатель преломления оболочки 3 меньше показателя преломления сердцевины 2. Сердцевина и оболочка обеспечивают распространение излучения, а внешнее покрытие 4 предохраняет световод от внешних воздействий. На концевую часть стержневого излучателя 1 помещен светоотражатель 5 в форме усеченного конуса. На стержневой излучатель 1 помещен коаксиальный волоконный излучатель 6 со светоотражателем 7. На излучатель 6 помещен коаксиальный волоконный излучатель 8 со светоотражателем 9 и волоконным излучателем 10. Отметим, что внешние диаметры волоконных излучателей 6, 8, 10 соизмеримы с наибольшим диаметрам светоотражающих конусов 5, 7, 9.

В качестве квантовых генераторов могут быть применены индивидуальные газодинамические лазеры с передачей лазерного излучения по волоконным световодам к системе независимых лазерных излучателей. Для повышения эффекта работы газодинамического лазера на больших высотах целесообразно обеспечить ввод в камеру сгорания небольшого количества воды в объеме 1-2% от расхода газа, поступающего к резонатору. Возможно использование волоконных лазеров, обладающих высокими показателями надежности и значительным ресурсом работы, при условии соответствия их мощности необходимым затратам на создание транспортного канала, которая может быть определена опытном путем. Не исключается возможность установки резонаторов непосредственно в выходных соплах реактивных двигателей.

Реализация способа осуществляется следующим образом. Реактивный самолет «Б» с двигателями на крыльях (фиг.1) осуществляет взлет в штатном режиме. После набора высоты и вхождения самолета в назначенный «коридор» полета осуществляют запуск индивидуального газодинамического лазера (не показан), который передает лазерное излучение по волоконным световодам к излучателю «А» и соответственно через систему излучателей 1, 6, 8, 10 в атмосферу в направление движения самолета. Лазерные лучи, попадая на светоотражающие конусы 5, 7, 9, расходятся в радиальном направлении и, воздействуя на окружающую среду, создают вокруг самолета транспортный канал с пониженной плотностью, при этом площадь транспортного канала соразмерна площади поперечного сечения фюзеляжа самолета. Воздух, вытесненный из канала, способствует увеличению его плотности в зоне крыльев и повышению несущей способности крыльев, причем сопротивление на крыльях увеличится в меньшей степени относительно уменьшения сопротивления канала фюзеляжу самолета. Стержневой излучатель 1 направляет энергетический поток в осевом направлении с наибольшей мощностью, остальные энергетические потоки от светоотражающих конусов 5, 7, 9 убывают в указанном цифровом порядке. Частота электромагнитного поля лазерного излучения должна быть меньше частоты собственных колебаний электронных оболочек молекул воздуха, тогда последние будут втягиваться в лазерные лучи и выносится ими, создавая транспортный канал для самолета. Возможна работа лазерного излучателя «А» в импульсном режиме при использовании других типов лазерных устройств. Управление самолетом будет происходить в замедленном режиме из-за частичного попадания хвостовых рулей в зону транспортного канала. Однако при необходимости эффективное управление может быть быстро восстановлено путем выключения квантового генератора.

Перед посадкой заблаговременно отключают систему лазерных излучателей посадку осуществляют в штатном режиме.

Отметим, что для особо крупного аэробуса (фиг.2) возможна схема размещения, практически по контуру его носовой части, излучателей представленных стержневыми излучателями 1 в комбинации с излучателем «А», при этом количество излучателей 1 устанавливается опытным путем.

Предлагаемый способ увеличения скорости движения может быть рекомендован для использования на современном сверхскоростном железнодорожном транспорте или транспорте на магнитной «подушке», движущегося со скоростью более 300 км/ч. В этом случае не возникают проблемы управления транспортом и созданием транспортного канала ограниченного сечения, в то же время возможно получение значительного снижения энергозатрат в условиях благоприятной погоды (отсутствие тумана, снегопада и т.д.).

Светоотражатели выполнены в виде усеченных конусов и размещены на концевых частях волоконных излучателей, боковая поверхность конусов ориентирована от концевой части волоконного излучателя. Торцы коаксиальных излучателей сдвинуты относительно друг друга на величину, как минимум, необходимую для размещения светоотражателя.