Дисковый электростатический мотор

Дисковый электростатический мотор

Электростатический дисковый мотор

Принцип Электростатической машины Influenzmaschine является обратимым. Если две машины связать друг с другом, одна может быть генератором а другая мотором Motor . Несколько улучшенный и более простой принцип только с одним диском и без Нейтрализаторов применен в этом простом опыте. Диск — здесь это печатная плата из фольгированного стеклотекстолита 13 см диаметром, на котором вытравлено 20 сегментов . Подшипник — это очень легко трущийся пластиковый подшипник. Напряжение подают с обеих сторон на жесть и одновременно на дуги из проволоки в верхнюю часть диска так чтобы они касались его поверхности и при вращении сегментов.

Проволочки-иголки лежат точно в направлении движения (в направлении против часовой стрелки) выше уголка из сетчатой жести. В проволочке-иголке возникает коронный разряд, вследствие чего заряды переносятся на сегмент диска. Затем он отталкивает себя от одноименно заряженной жестянки. Вследствие этого раскручивается сам мотор. На противоположной стороне заряды обратной полярности откачиваются проволочкой из секторов которые и отталкиваются также заряженной жестью, прежде чем заряд снова перенесется проволочкой-острием обратной полярности и вновь отталкивание возобновляется. Принцип можно формировать для демонстрационной четырехполюсной модели гораздо более эффективно. Сверх этого будут всегда два смежных электрода подающих с различной полярностью. Равнополюсные электроды лежат друг напротив друга. Четырехполюсное исполнение является компенсированным, так как заряженный сегмент имеет более значительный заряд по отношению к следующему электроду, таким образом действие его более мощно.

Второй комплект коронирующих заостренных электродов которые кое-что кончаются в середине электродов между двумя обкладками, имеют функцию выбрасывать заряды еще эффективнее на сегменты. Так как непосредственно под первым коронирующим электродом находится одноименно заряженный диск. Вследствие этого много зарядов отталкиваются и таким образом многие не могут собраться на сегменте. В середине между обоими сегментами начинает действовать уже сила отталкивания следующего электрода Косым положением коронирующих электродов достигают, что бы заряды стекали

несколько косо, более по касательной к радиусу диска, к направляющей его вращения и таким образом заряды отсасываются на сегменты более действенно.Все же и короткий электрод важен, чтобы появилась сила отталкивания, а неодноименные заряды удалялись точно тогда, когда сегмент прешел край электрода . Потому что сила отталкивания была бы направлена против направления вращения диска и тормозила бы его. Эта функция может быть сравнима например с Нейтрализатором, в Электрофорной машине, Influenzmaschine только что заряды отводятся здесь не относительно земли, а одинаково на противоположные полюса.

Это видео показывает, как мотор запитывается Электрофорной машиной, Influenzmaschine . Уже после нескольких оборотов он начинает раскручиваться самостоятельно. Разгон сопровождается сильным шелестом, который растет с увеличением числа оборотов. Это нужно приписывать очень незначительному току при разгоне. Вследствие этого исходное напряжение Электрофорной машины может быть вначале гораздо более высоко, чем позднее, когда мотор потребляет уже больший ток.

Если мотор запитывается от строчного трансформатора Zeilentrafo то разгон гораздо сильнее, так как он выдает больший ток. В фоновом режиме можно слышать звуки после включения строчного трансформатора. Также здесь мотор шелестит в начале гораздо сильнее, так как в этом случае напряжение без тока нагрузки поднимается легко. Напряжение было установлено при этом видео немного ниже напряжения пробоя и равнялось 18 кВ.

Конструирование:

При конструировании этой модели необходимо придерживаться нескольких важных пунктов:

• Пошипник должен быть очень легко-вращающимся и находится в состоянии скольжения. Все нормальные шарикоподшипники со смазочным материалом не подходят, они имеют слишком большое трение. Лучше всего подойдут подшипники из пластмассы со стеклянными шариками. Эти подшипники не смазывающиеся, и они легко приходят в состоянии скольжения. Если в вашем распоряжении нет никакого пластмассового подшипника нормальные также можно использовать, если всю смазку вымыть наружу и подшипник использовать сухим, без сальниковых колец. Диск должен вращаться в любом случае так легко, что бы вращение длилось около одной минуты, при прокручивании его от руки!
• Все углы и канты должны округляться. Особенно в дисках важно, чтобы не встречался никакой коронный разряд так как иначе заряды обратной полярности попадают на сегменты и ослабляют мощность двигателя. Все винты должны быть заглублены и быть окружены круглыми кантами. Также основания для электродов округлены на нижней стороне и укреплены снизу винтами из пластмассы на фундаментной плите.
• Коронирующие электроды должны быть обработаны очень чисто исключая любую заостренность. Уже маленькая округлость во главе, которая может возникнуть из-за повреждения, может предотвратить создание коронного разряда . Это должно контролироваться в затемненном помещении, есть ли на каждом электроде корона. Поэтому может быть, что один или несколько электродов не работают правильно и мотор может не достигать высокого числа оборотов.

Размеры:

Плексиглас ( Makrolon ) 15 x 15 cm 6 mm толщиной

Стеклотекстолит 13 cm диаметром, 1,5 mm толщиной20 сегментов, 30 mm длиной, снаружи 7 mm , внутри 5 mm толщиной, закругленные по краям

Синтетический, Type : CM 626, не смазываемый ID : 6 mm , AD :19 mm

5 mm толщины Алюминиевый стержень20 mm промежуток друг меду другом

4 mm толщина Алюминиевый стержень, ca . 60° заточка.короткий электрод: 30 mm длины
длинный электрод: 50 mm длины

1,5 mm толщины Алюминиевый лист, с закругленными краями40 mm длины, снаружи 25 mm , внутри 20 mm ширины

Топологический чертеж ротора

Ротор изготовлен травлением из односторонней покрытой медью платы из стеклотекстолита . Габариты ограничительного квадрата составляют 140x140mm. Белые площади будут вытравлены , черные останутся. Диск вырезается по внешнему кругу. Нужно обращать внимание, чтобы это кольцо меди не осталось, так как может дойти до коронных разрядов и коротких замыканий. В крайнем случае медь должна быть спилена по краю.

Наблюдения и измерения

• нтересно, что сконструированный таким образом мотор вращается всегда только в одном направлении, без разницы какой полярности к нему приложено напряжение. Направление вращения определяется только геометрическим расположением коронирующих электродов по отношению к электродам на диске.
• Можно попытатся сделать вывод из этого, что он должен был бы функционировать также и с переменным током. Однако, опыт запитки мотора с CW-Teslatrafo при 1,3 Мгц показал, что ничего не работало. С импульсным TeslaТрансформатором Impuls-Teslatrafo напротив, можно устанавить совершенно легкое вращение, что я приписываю остающей постоянной составляющей и возникающей обратной составляющей при зажигании искры. Напротив, при более низких частотах, как например, с поджигающим трансформатором при 10 кВ и 50 Гц он достигает уже 200U / минуту.
• Впредь еще нужно обдумать, потому что этот электростатический принцип не является обратимым. Если электроды замыкаются накоротко после поднимайся, то мотор не тормозит сильнее, как это был бы в случае с магнитным мотором. Даже если диск находится под нагрузкой, никакое изменение и трансформация зарядов в электродах не возникает!
• Еще гораздо интереснее, что ток мотора возрастает только с ростом числа оборотов. В момент разгона ток так незначителен, что он не поддается измерению. Только если сегменты приходят в движение, заряды перетекают и ток начинает течь. Если мотор нагружается, то число оборотов вследствие этого вынужденно падает но ток не растет!

Это странное поведение исследовалось следующими измерениями. Для этих диаграмм строчный трансформатор Zeilentrafo с более постоянным напряжением нагружался 4-х полярным мотором. Ток мерился в земляном проводе микроамперметром ( µA), а число оборотов бесконтактным методом при помощи оптического датчика. Отдельные кривые показывают ток для постоянного напряжения при поднимающейся вплоть до максимума числа оборотов. Повышение тока разгона, как в случае с электромагнитными моторами, отсутствует полностью.Далее следует учесть, что продолжая кривую для 17 кВ, она не пересечет координату тока в нуле. Из этого следует, что здесь присутствует уже около 2 µA потерь на коронные разряды, которые не встречают сегменты. При около 18 кВ происходят уже первые электропробои.

В эту диаграмму вносились достигнутые максимальные числа оборотов с соответствующими этому токами при различных напряжениях. Отчетливо можно определить, что число оборотов возрастает линейное с напряжением, ток растет, однако в квадрате к числу оборотов. Из тока и напряжения ожидаемая кривая вычисленной мощности нагрузки похожа по существу на кривую движения в воздухе. (имеются очевидно ввиду потери на трение в воздухе [ MSN ]) Похоже на характеристики вентилятора где она возрастает пропорционально числу оборотов.

Из этого можно сделать вывод, который очень важен: для электростатического мотора ток для числа оборотов, а напряжения для крутящего момента. Наоборот как в случае с электромагнитным мотором. Более высокое напряжение вызывает более сильное и мощное действие на сегменты и таким образом получается более высокий крутящий момент. Однако, тем не менее, ток поднимается только как последствие более высокого числа оборотов и связанной вместе с тем повышенной нагрузки. Это также прекрасно указывает пример с электростатическим цилиндрическим двигателем Walzenl?ufer который нуждается более чем в 10 кратном токе. Для мощного действия ток не ответственен никоим образом. Он является только побочным продуктом и возникает, когда заряды переносятся на сегменты (похожий случай как при проблеме конденсатора Kondensatorproblem и нужно сравнивать с EMK в случае электромагнитного мотора.

Реакция тока могла бы быть убрана, если не отводить заряды, а только перебрасывать

их вокруг зон коллектора, при этом, однако, речь не идет об источниках напряжения.

Для этого можно было бы воспользоваться эффектом чаши фарадея Faraday Faraday-Bechers

которая может принимать все заряды предмета и сохранять. Этот эффект мог бы

применяться, чтобы удалять заряды после прохождения электрода с сегментов диска, а

затем сохранять его и передавать снова на противоположную сторону.

Всем этим странным, необратимым поведением неизвестны электромагнитные моторы. Они ведут себя частично и даже полностью противоположно этому. Одно из этих поведений с действием диода могло бы указывать на то, что в электростатике скрыт принцип Свободной энергии. Testatika показывает нам это.

Ионный двигатель установил мировой рекорд

Космическое агентство NASA совместно с американской компанией Aerojet Rocketdyne разработало ионный двигатель на ксеноне, который к настоящему моменту проработал более 48 тыс. часов, или пять с половиной лет. Разработку планируется использовать для космических миссий на дальние расстояния.

Электроракетная система, установившая мировой рекорд по продолжительности работы среди космических двигателей любого типа, была создана NASA в рамках проекта NEXT (NASA’s Evolutionary Xenon Thruster). В компании Aerojet Rocketdyne, которая проектирует и производит жидкостные ракетные двигатели, был создан ионный ускоритель для этой установки. Тестирование двигателя происходит в Исследовательском центре Гленна в Кливленде, штат Огайо. К декабрю прошлого года установка уже работала в течение 43 тыс. часов.

NEXT представляет собой солнечный электрический двигатель, который использует электроэнергию, вырабатываемую солнечными панелями космического корабля. Ксенон ионизируется, а после разгоняется электростатическим полем, что позволяет развить космическому кораблю скорость свыше 144 тыс. км/час. Подобный результат намного превосходит тот, которого можно добиться с помощью обычного химического ракетного двигателя. Кроме того, размер NEXT гораздо меньше, чем стандартный ракетный двигатель.

За все время своей работы NEXT использовал 870 кг ксенона, обеспечивая такую производительность установки, для которой потребовалось бы 10 т обычного ракетного топлива. Планируется, что работа NEXT будет приостановлена в ближайшее время, так как результаты проекта уже оправдали все возложенные на него ожидания. Полученные данные позволяют предположить специалистам NASA, что ионный двигатель можно будет использовать во время космических миссий на дальние расстояния.

Старший научный сотрудник Института космических исследований РАН Александр Родин рассказал, что в России прорабатывалась идея использования ионного двигателя для полета на Марс.

«Преимущество ионного двигателя в том, что на единицу массы топлива он может передать очень большую скорость космическому аппарату. Но самая большая проблема в том, что космические миссии будут длиться очень долго — десятки лет. Двигатели обладают малой тягой, а траектория движения корабля на таком двигателе будет похожа на спираль. Минусы пока перевешивают плюсы, поэтому я не верю, что здесь ожидаются какие-то прорывы. При малой тяге двигатель должен работать долгое время», — отметил г-н Родин.

По словам старшего научного сотрудника отдела изучения галактик и переменных звезд ГАИШ Владимира Сурдина, ионные двигатели на ксеноне очень надежны.

«На них уже летают многие спутники, их используют японцы, а не только американцы. Но это довольно капризная технология, поэтому для оснащения кораблей ионными двигателями на ксеноне требуется высокий уровень техники», — добавил г-н Сурдин.

Электростатические двигатели своими руками

Indium FEEP Multiemitter (IFM) Nano Thruster — это самый маленький высокоточный ракетный двигатель, созданный в Европе. Он отлично подходит для поддержания и корректировки положения в космосе малых спутников формата CubeSat, а также сведения их с орбиты. Двигательная установка летательного аппарата может состоять как из одного, так и из нескольких таких устройств.

IFM Nano Thruster представляет собой миниатюрный ионный двигатель. Тяга в нем создается потоком ионизированного газа, состоящего из заряженных электрическим полем атомов индия. Конструкция двигателя предусматривает использование этого металла в жидком состоянии. При комнатной температуре индий — твердое вещество, поэтому перед поступлением в двигатель он нагревается.

Центральная деталь Nano Thruster — зубчатая вольфрамовая корона диаметром всего 1 см. Все 28 зубцов короны — это отдельные полые иглы, по которым жидкий индий под влиянием капиллярного эффекта движется от основания к кончику.

В обычном состоянии за счет силы поверхностного натяжения жидкость не вытекает, а удерживается в микроскопических отверстиях на концах игл. Но когда на индий воздействует электрическое поле, на поверхности жидкости образуются мельчайшие конусы, из которых в сторону от основания короны выстреливают положительные ионы, создающие тягу.

Ее сила очень мала, что позволяет с высокой точностью корректировать положение спутника. У IFM Nano Thruster тяга составляет от 10 до 400 микроньютон, пиковое усилие может достигать 1000 микроньютон (1 миллиньютон). Для сравнения, типичный ионный двигатель развивает 20–250 миллиньютон.

Indium FEEP Multiemitter Nano Thruster — это результат 15-летней совместной работы Европейского космического агентства (ЕКА) и австрийской организации FOTEC. В основе устройства лежит изобретение главного технологического центра ЕКА — электростатический ракетный двигатель с термоэмиттером (FEEP). Надежность тонких игл короны подтверждена многими тысячами часов тестов, проведенных в рамках программы ЕКА Technology Development Element. Nano Thruster уже испытан в космосе и теперь продается фирмой ENPULSION — дочерней компанией FOTEC.

Изначально IFM Nano Thruster разрабатывался для проведения высокоточных гравитационных измерений в верхних слоях атмосферы, где приборам необходимо компенсировать небольшое аэродинамическое сопротивление. Сейчас Indium FEEP Multiemitter Nano Thruster используется польско-финским производителем спутников ICEYE. Также рассматривается возможность применения двигателя в будущих проектах ЕКА.

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

• Назад
• Вперёд

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Электроракетный двигатель принцип работы

Электрический ракетный двигатель (электроракетный двигатель)

Электрический ракетный двигатель (электроракетный двигатель) – ракетный двигатель, принцип работы которого основан на преобразовании электрической энергии в направленную кинетическую энергию частиц.

Электроракетный двигатель, сущность, устройство, принцип работы

Принцип работы основан на преобразовании электрической энергии в направленную кинетическую энергию частиц.

В таких двигателях в качестве источника энергии для создания тяги используется электрическая энергия бортовой энергоустановки космического аппарата.

Электрические ракетные двигатели имеют исключительно высокий удельный импульс, составляющий до 100 км/с и более. Однако большой потребный расход энергии (1-100 кВт/Н тяги) и малое отношение тяги к площади поперечного сечения реактивной струи (не более 100 кН/м2) ограничивают максимальную целесообразную тягу ЭРД несколькими десятками ньютон. Недостатком электрических ракетных двигателей также является малое ускорение космического аппарата, которое составляет десятые или даже сотые доли ускорения свободного падения (g), что ограничивает применение таких двигателей только космическим пространством. Поэтому для запуска космического аппарата с Земли к другим планетам необходимо комбинировать обычные химические ракетные двигатели с электрическими.

История возникновения электрических ракетных двигателей

Впервые идею использования электрической энергии высказывал К.Э. Циолковский в 1912 г. В статье «Исследование мировых пространств реактивными приборами» (Вестник воздухоплавания, №9, 1912 г.) он писал: «… с помощью электричества можно будет придавать громадную скорость выбрасываемым из реактивного прибора частицам…»

В 1916-1917 гг. Р. Годдард экспериментально подтвердил реальность осуществления этой идеи.

В 1929-1933 гг. под руководством В. П. Глушко был создан один из первых действующих электрических ракетных двигателей. Впоследствии на некоторое время работы по разработке ЭРД были прекращены.

Они возобновились только в конце 1950-х – начале 1960-х гг. и уже к началу 1980-х гг. в СССР и США испытано около 50 различных конструкций электрических ракетных двигателей в составе космических аппаратов и высотных атмосферных зондов.

В настоящее время ЭРД широко используются в космических аппаратах: как в спутниках, так и в межпланетных космических аппаратах.

Классификация, типы и виды электрических ракетных двигателей

По принципу действия:

– электротермические (электронагревные) ракетные двигатели,

– электростатические ракетные двигатели,

– электромагнитные ракетные двигатели.

Для каждого типа и вида двигателя используется определенное рабочее тело: газ, жидкость или твердое вещество.

По режиму работы различают стационарные и импульсные электромагнитные ракетные двигатели.

Стационарные электромагнитные ракетные двигатели работают непрерывно. Их разновидностями являются холловские двигатели (двигатели на основе эффекта Холла) и МГД-двигатели.

Импульсные электромагнитные ракетные двигатели работают в режиме кратковременных импульсов длительностью от нескольких микросекунд до нескольких миллисекунд. Варьируя частоту включений двигателя и длительность импульсов, можно получать любые необходимые значения суммарного импульса тяги.

Разновидностями импульсных электромагнитных ракетных двигателей являются пинчевые двигатели, двигатели с бегущей волной, коаксильные и линейные (шинные, рельсовые) двигатели.

На базе указанных основных типов (классов) ЭРД создаются различные промежуточные и комбинированные варианты, в наибольшей степени отвечающих конкретным условиям использования.

Как работают ракетные двигатели?

Освоение космоса — самое удивительное из мероприятий, когда-либо проводимых человечеством. И большую часть удивления составляет сложность. Освоение космоса осложняется массой проблем, которые нужно решить и преодолеть. Например, безвоздушное пространство, проблема с температурой, проблема повторного входа в атмосферу, орбитальная механика, микрометеориты и космический мусор, космическая и солнечная радиация, логистика в условиях невесомости и другое. Но самая сложная проблема — это просто оторвать космический корабль от земли. Здесь не обойтись без ракетного двигателя, поэтому в этой статье мы рассмотрим именно это изобретение человечества.

С одной стороны, ракетные двигатели настолько просто устроены, что за небольшую копейку вы сможете построить ракету самостоятельно. С другой стороны, ракетные двигатели (и их топливные системы) настолько сложны, что доставкой людей на орбиту, по сути, занимаются только три страны мира.

Когда люди задумываются о двигателе или моторе, они думают о вращении. К примеру, бензиновый двигатель автомобиля производит энергию вращения, чтобы двигать колеса. Электродвигатель производит энергию вращения для движения вентилятора или диска. Паровой двигатель делает то же самое, чтобы вращать паровую турбину.

Ракетные двигатели принципиально отличаются. Ракетные двигатели — это реактивные двигатели. Основной принцип движения ракетного двигателя — это знаменитый принцип Ньютона, «на каждое действие есть равное противодействие». Ракетный двигатель выбрасывает массу в одном направлении, а благодаря принципу Ньютона движется в противоположном направлении.

Ракетный двигатель, как правило, выбрасывает массу в форме газа под высоким давлением. Двигатель выбрасывает массу газа в одном направлении, чтобы получить реактивное движение в противоположном направлении. Масса идет от веса топлива, которое сгорает в двигателе ракеты. Процесс горения ускоряет массы топлива так, что они выходят из сопла ракеты на высокой скорости. Тот факт, что топливо превращается из твердого тела или жидкости в процессе сгорания, никак не меняет его массу. Если вы сожжете килограмм ракетного топлива, вы получите килограмм выхлопа в виде горячих газов на высокой скорости. Процесс сжигания ускоряет массу.

«Сила» ракетного двигателя называется тягой. Тяга измеряется в ньютонах в метрической системе и «фунтах тяги» в США (4,45 ньютона тяги эквивалентны одному фунту тяги). Фунт тяги — это количество тяги, необходимое для удержания 1-фунтового объекта (0,454 кг) неподвижным относительно силы тяжести Земли. Ускорение земной гравитации составляет 9,8 м/с².

Одной из забавных проблем ракет является то, что топливный вес, как правило, в 36 раз больше полезной нагрузки. Потому что помимо того, что двигателю нужно поднимать вес, этот же вес и способствует собственному подъему. Чтобы вывести крошечного человека в космос, нужна огромная ракета и много-много топлива.

Обычная скорость для химических ракет составляет от 8000 до 16 000 км/ч. Топливо горит около двух минут и вырабатывает 3,3 миллиона фунтов тяги на старте. Три основных двигателя космического шаттла, например, сжигают топливо в течение восьми минут и вырабатывают около 375 000 фунтов тяги каждый в процессе горения.

Будущее ракетных двигателей

Мы привыкли видеть химические ракетные двигатели, которые сжигают топливо для производства тяги. Но есть масса других способов для получения тяги. Любая система, которая способна толкать массу. Если вы хотите ускорить бейсбольный мячик до невероятной скорости, вам нужен жизнеспособный ракетный двигатель. Единственная проблема при таком подходе — это выхлоп, который будет тянуться через пространство. Именно эта небольшая проблема приводит к тому, что ракетные инженеры предпочитают газы горящим продуктам.

Многие ракетные двигатели крайне малы. К примеру, двигатели ориентации на спутниках вообще не создают большую тягу. Иногда на спутниках практически не используется топливо — газообразный азот под давлением выбрасывается из резервуара через сопло.

Новые конструкции должны найти способ ускорить ионы или атомные частицы до высокой скорости, чтобы сделать тягу более эффективной. А пока будем пытаться делать электромагнитные двигатели и ждать, что там еще выкинет Элон Маск со своим SpaceX.