Б о л д и н А. Ю.
Л Ж Е Ф И З И К А
(выдержки из архива независимого физика-исследователя)
Т О М 2
Б е з о п о р н ы й д в и ж и т е л ь ( Н Л О )
М о с к в а , 2 0 0 7
УДК 530.1 .
Болдин А.Ю. Лжефизика : выдержки из архива независимого физика-исследователя. Том 2 : Безопорный движитель НЛО. – М., 2007 , 85 с.
Книга содержит сведения об открытом специфическом эффекте в замкнутых механических системах, который может быть положен в основу принципа действия качественно новых движителей для транспортных средств с характеристиками класса НЛО, а также книга содержит критический анализ некоторых общеизвестных положений канонической газо-гидродинамики, проигнорировавшей классическую механику И.Ньютона для текучих сред, и ряд других сведений.
Книга может быть полезной для руководителей авиационно-космических концернов, для ученых-физиков, инженеров и прочих специалистов, работающих над проблемами новых движителей, а также для широкого круга читателей, интересующихся физикой и техникой. У читателя есть возможность сформировать собственное мнение о том, что же является лжефизикой – или подборка критикуемых общеизвестных ныне знаний или, наоборот, сама эта критика на базе уточняющих теорий. А истину в научном споре укажет и окончательный вердикт о чьей-то правоте вынесет, как всегда, главный судья – Время.
Табл. 1 , Ил. 7 .
Издается за счет автора и в авторской редакции.
ISBN 5-901088-03-4 © Болдин А.Ю., 2007.
Книгу автор посвящает своим родителям.
СОДЕРЖАНИЕ
Глава первая. Теоретические предпосылки. Анализ закона
сохранения импульса. . . . . . . 5
Уточненное применение закона сохранения импульса к замкнутой
механической системе : . . . . . . . 5
1. Замкнутая система тел со сконцентрированными массами . . 5
2. Замкнутая система тел с распределенными массами . . . 21
3. Резюме. . . . . . . . . . . 31
Дополнения к Анализу закона сохранения импульса
для замкнутой системы тел : . . . . . . 34
1. Возможность создания тяги внутри замкнутой системы . . . 34
2. Псевдо-тяговое усилие . . . . . . . . 39
3. Список литературы. . . . . . . . . 42
Дальнейшее СОДЕРЖАНИЕ
Глава вторая. Заявка на Изобретение. . . . . . . 43
Наименование и Формула Изобретения. . . . . . 43
Описание Изобретения. . . . . . . . . 44
Список цитируемой литературы. . . . . . . . 69
Дополнения к Описанию Изобретения. Анализ процесса
массопереноса и передачи импульса в пограничном
слое струи рабочего вещества : . . . . . 70
- Струя очень невязкого рабочего вещества в разных
вспомогательных веществах . . . . . . . 71
- Струя невязкого рабочего вещества в разных
вспомогательных веществах . . . . . . . 74
- Движение бесконечно вязкого рабочего вещества в разных
вспомогательных веществах . . . . . . . 76
- Заявленный «Способ создания тяги внутри
замкнутой системы» . . . . . . . . 78
5. Заключение. . . . . . . . . . 80
Фигуры графических изображений. . . . . . . 82
УТОЧНЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА
К ЗАМКНУТОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ
1. Замкнутая система тел со сконцентрированными массами.
Имеется система из двух неподвижных тел: первое тело – жесткая оболочка с закрепленной на ней сжатой пружиной, и внутри оболочки второе тело (рабочее) – твердый предмет, прилегающий к сжатой пружине, см. рис.1(а).
(а)
(б)
Рис.1. Схемы замкнутых механических систем.
В начальный момент времени позволим пружине разжиматься. Некоторый промежуток времени пружина будет воздействовать на первое и второе тела внутренней движущей силой упругости. Импульс этой силы по соответствующему уравнению придаст конечную скорость первому телу. Такой же импульс силы упругости второму телу придаст (в общем случае другую по величине) конечную скорость, противоположную по направлению первой. Но суммарный импульс двух тел как был нулевым до разжатия пружины, так и после останется нулевым всегда. Особенности поведения данной системы тел перечислены в табл.1, см. 3-й столбец.
Таблица 1. Сравнительный анализ замкнутых механических систем.
|
№ ст-ро-ки |
Физический пара-метр или процесс (обозначения да-лее: его наличие в системе тел (+), его отсутствие в системе тел (-) ) |
Система тел со сконцентрированными массами, см. рис.1(а) |
Система тел с распределенными массами, см. рис.1(б) |
|
ст.1 |
столбец 2 |
столбец 3 |
столбец 4 |
|
1 |
При перемещениях рабочего тела НЕИЗМЕННОСТЬ положения его центра массы относительно оболочки |
(-) т.к. с началом разжатия пружины твердый предмет движется и в пространстве, и относительно оболочки |
(+) т.к. при вращении гребного винта происходит общая циркуляция элементарных объемов воды внутри полностью заполненной оболочки |
|
2 |
НЕОГРАНИЧЕН-НОСТЬ во време-ни и МОНОТОН-НОСТЬ - и дейст-вия внутренней движущей силы, и перемещений рабочего тела влево до удара в левую стенку оболочки |
(-) т.к. горизонтальный размер оболочки невелик (небесконе-чен) и является фиксированным, а возврат твердого предмета направо связан с пульсациями по обычным законам механики |
(+) т.к. при таком же горизонтальном размере оболочки можно бесконечно долго вращать винт и по соплу толкать влево элементарные объемы воды, непрерывно сменяющие друг друга и ударяющие в левую стенку сосуда |
|
ст.1 |
столбец 2 |
столбец 3 |
столбец 4 |
|
3 |
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВЯЗИ между рабочим телом целиком и обо-лочкой, помимо их взаимодейст-вия через внутреннюю движущую силу и помимо удара в левую стенку оболочки |
(-) т.к. никаким другим образом твердый предмет не контакти-рует с оболочкой |
(+) т.к. вода контактирует со всеми стенками оболочки, но воздействие их друг на друга не автоматическое (как было бы при твердом агрегатном состоянии воды в виде льда), а подчиняется законам гидростатики и гидродинамики |
|
4 |
МАЛОСТЬ ДОЛИ МАССЫ рабочего тела, одновре-менно участвую-щей в движении к левой стенке |
(-) т.к. вся масса твердого предмета перемещается влево |
(+) т.к. при поперечном сечении сопла много меньшем, чем вер-тикальный размер оболочки – на-блюдается узкая струя воды, на-правленная влево, в толще воды |
|
Ст-ро-ки
ни-же |
Рассматривается ПЕРЕХОДНЫЙ РЕЖИМ с мо-мента включения внутренней движущей силы номинальной величины до момента стабилизации |
За момент стабили-зации принят конец удара твердого предмета в левую стенку оболочки (все сценарии последую-щего поведения системы тел описы-ваются аналогично и с тем же результатом) |
За момент стабилизации принято время, когда картина потоков во-ды в оболочке становится близ-кой к картине на установившемся режиме, при котором тяга гребно-го винта (приложенная к оболоч-ке вправо) полностью уравнове-шена ударами струи из сопла (направленной влево) в левую стенку оболочки, и также уравно-вешены остальные силы в гидро-динамической замкнутой системе |
|
ст.1 |
столбец 2 |
столбец 3 |
столбец 4 |
|
5 |
СВОДИМОСТЬ анализа переход-ного режима к из-учению одних только внутрених сил в системе тел и абсолютная НЕНУЖНОСТЬ поиска положения общего центра масс системы пу-тем расчета исхо-дя из начального и последующего взаимного поло-жения центра массы оболочки и центра массы рабочего тела |
(-) т.к. взаимное положе-ние центра массы оболочки и центра массы твердого предмета меняется по сравнению с началь-ным, и нужно применять соответ-ствующую формулу для координат общего центра масс системы, чтобы корректно сравнивать резуль-таты для разных моментов времени |
(+) т.к. взаимное положение центра массы оболочки и центра массы воды в оболочке не может измениться, поэтому относительное (к телам системы) положение общего центра масс системы априори не может меняться и оно абсолютно неважно, а важно совпадающее поведение центров масс, которое определяется силами в системе |
|
6 |
Сразу после включения внут-ренней движущей силы (она как всегда представ-ляет собой пару противоположных по направлению и одинаковых по модулю сил) левая сила в паре обеспечивает ускорение влево лишь МАЛОЙ ДОЛИ МАССЫ рабочего тела. Причем левая сила в паре дли-тельное время (вплоть до мо-мента удара левой границы рабочего тела в левую стенку обо-лочки) ни прямо ни косвенно на полную свою величину НЕ ВОЗДЕЙСТВУЕТ влево на левую стенку и всю обо-лочку даже через основную массу рабочего тела (упомянутое дли-тельное время именуем далее периодом време-ни прямого хода рабочего тела) |
(-) т.к. левая сила в паре приложена к целому твердому предмету.
(+) (это подразумевается заведомо, совсем неудивительно и при-водит к тривиальным конечным результа-там) т.к. левая сила в паре оказывает нулевое воздействие влево на оболочку, см. 3-ю строку данной таблицы.
|
(+) т.к. перепад давлений в области трубы с гребным винтом ускоряет влево элементарные объемы воды на малой длине с образованием узкой струи, которая выходит из сопла в левом направлении.
(+) (это нельзя заведомо утверждать, но это следует из законов гидродинамики; само по себе это в общем-то не парадоксально, но это приводит в итоге к интересным результатам, открывающим перспективный в технике специфический эффект, о котором извещает титульный лист настоящей компьютерной публикации) т.к. усилие влево на оболочке может быть вызвано только |
|
ст.1 |
столбец 2 |
столбец 3 |
столбец 4 |
|
|
|
|
водой, а в воде имеет место следующее: узкая струя из сопла не может через пограничный слой тянуть влево основную массу воды ввиду малой вязкости; передовой фронт струи отдает свой импульс стоячей воде с резким расширением потока с завихрениями, и также широк обратный поток воды направо; а расширение струйки в гидродинамике ведет к пропорциональному снижению силы от динамического давления по отношению к исходной силе у тонкой струйки; только по прошествии времени прямого хода передового фронта узкой струи влево - элементарные объемы воды в струе вблизи левой стенки оболочки теряют свой импульс влево при ударе и порождают усилие влево на оболочке, которое в дальнейшем остается точно равным величине левой силы в паре, образующей внутреннюю движущую силу. |
|
7 |
Сразу после включения внут-ренней движущей |
|
|
|
ст.1 |
столбец 2 |
столбец 3 |
столбец 4 |
|
|
силы (она как всегда представ-ляет собой пару противоположных по направлению и одинаковых по модулю сил) правая сила в паре на полную свою величину ВОЗДЕЙСТВУЕТ вправо на обо-лочку в замкнутой системе тел. Причем в результате этого воздействия – по-явление скорости и продолжающее-ся движение оболочки с положительным ускорением (в те-чение некоторого отрезка времени) при обоснован-ности этого движения – автоматически означает неиз-бежность с этим движением СОВПАДАЮЩЕ-ГО ДВИЖЕНИЯ центра массы рабочего тела в целом, а значит неизбежность точно такого же движения вправо и всей механи-ческой системы. |
(+) т.к. правый торец разжимающейся пру-жины упирается в правую стенку оболочки.
(-) т.к. ускоренное движение оболочки происходит вправо в отличие от движения твердого предмета влево в общем случае с другим ускорением; само по себе пере-мещение оболочки вправо под действием правой силы в паре не вызывает сомнений, ведь твердый предмет не закреплен на обо-лочке, и обоснованно применение второго закона Ньютона к оболочке с одной стороны (и аналогично к твердому предмету с другой стороны), учитывая сведения из 3-й строки данной таблицы.
|
(+) т.к. разность давлений воды на поверхностях лопастей вращающегося гребного винта создает тяговое усилие вправо на винте (как раз являющееся правой силой в паре), которое через вал двигателя, закрепленного на оболочке, приложено к самой оболочке в направлении направо.
(+) т.к. в случае воздействия на оболочку внешней силы вправо или в случае воздействия на оболочку не равнопарного не самоуравновешенного внутрен-него гидродинамического усилия вправо – оболочка с водой как единый объект придет в движе-ние согласно второму закону Ньютона, т.е. утягиваемая силой оболочка увлекает с собой вправо всю воду; так что здесь полная масса системы предопре-деляет по второму закону Ньютона общее ускорение системы при ее движении вправо, и для любых позднейших моментов времени также спра-ведливо характерное свойство исследуемой в этом столбце механической системы: центр массы оболочки, центр массы всей воды, центр масс целой системы тел – перемещаются абсолютно одновременно и оди-наково (см. строки 1,3,5 выше). В проведенном нами анализе осталось еще не доказанным |
|
ст.1 |
столбец 2 |
столбец 3 |
столбец 4 |
|
|
|
|
только одно - существование во время переходного режима именно не самоуравновешенного внутреннего результирующего усилия вправо на оболочке с циркулирующей водой. И доказа-тельство этого, опирающееся в основном на выводы 6-й строки, подытожено в нижеследующей строке данной таблицы. |
|
8 |
Расчет интегра-льных импульсов внутренних сил замкнутой систе-мы и опреде-ляемых ими импульсов тел системы, свиде-тельствующих о перемещениях центров масс тел и всей системы в пространстве. Интересующим нас конечным результатом яв-ляется векторная сумма интеграль-ных по времени импульсов |
Во внутренней движу-щей парной силе упругости разжимаю-щейся пружины - левая сила в паре в каждый момент време-ни (по 3-му закону Ньютона) тождествен-но равна по модулю правой силе в паре. Поэтому за период времени динамическо-го действия данной силы (это время может быть меньшим време-ни прямого хода твердого предмета, или может быть максимальным и огра-ничиваемым самым |
Когда лопасти вращающегося гребного винта дают импульс элементарным объемам воды в сопловой трубе и воспринимают обратный импульс (в соответ-ствии с законом сохранения импульса, незыблемым в любом взятом в отдельности локальном акте воздействия тел друг на друга), превращающийся в тягу гребного винта – тогда мы имеем дело с силами, отличными по физическим механизмам от типичных сил с характером взаимодействия (таких как пара сил кулоновского взаимодейст-вия двух электрических зарядов или пара сил по торцам сдеформированной пружины, что наблюдается в замкнутой |
|
ст.1 |
столбец 2 |
столбец 3 |
столбец 4 |
|
|
противоположно направленных двух сил в систе-ме (причем мгно-венные значения сил в общем слу-чае могут изме-няться во време-ни, усложняя вид интегралов). Окончательный ответ не зависит от последовате-льности решения: или сначала взять два инте-грала и потом их сложить; или сначала найти результирующую двух сил и потом взять интеграл, выражающий им-пульс результи-рующего усилия. Для удобства и четкости изложе-ния к системе тел в столбце 3 при-влечем первый путь решения, а к системе тел в столбце 4 привл-ечем второй путь решения задачи. Результат рас-чета импульсов по истечении времени прямого хода рабочего тела свидетель-ствует о том, что при изначальном нулевом импуль-се системы сразу включенные нену-левые импульсы внутри системы в специфическом частном случае порождают НЕ-НУЛЕВОЙ импу-льс системы, или в эквивалентной формулировке в других терминах, порождают явное ИЗМЕНЕНИЕ положения в про-странстве общего центра масс |
конечным моментом стабилизации, в зави-симости от удлинения пружины из началь-ного сжатого до свободного состояния по сравнению с нача-льным расстоянием между левой границей твердого предмета и левой стенкой оболоч-ки) при одинаковых соответствующих пределах интегриро-вания по времени - значения импульсов сил в паре тождест-венно равны, следова-тельно, тождественно равны по модулю им-пульс оболочки вправо и импульс твердого предмета влево. Векторная сумма указанных импульсов вправо и влево одно-значно обращается в ноль, т.е. суммарный импульс системы не претерпевает измене-ний, оставаясь таким же каким был до разжатия пружины (в нашем случае – нуле-вым). Это типичный пример правомерности закона сохранения импульса для замкну-той системы в целом. Примечательным здесь является лишь взаимоотношение перемещений по отдельности тел в системе. При действии разжимающейся пружины на твердый предмет и оболочку, имеющие разные мас-сы, более легкое тело из этих двух тел получит большую ско-рость, чем другое тело (в обратной пропорции отношения масс тел), и более легкое тело поэтому пройдет больший путь за время переходного режима. Т.е. координата центра массы более легкого |
системе из 3-го столбца настоящей таблицы). Но отличия здесь незначительные, и в трубе с вращающимся винтом у внутренней движущей силы левая сила в паре, ускоряющая влево элементарные объемы воды, и правая сила в паре, являющаяся тягой винта вправо, равны по модулю и противопо-ложны по направлению, т.е. к этой внутренней движущей силе применение уравнения третьего закона Ньютона обосновано, и она по формальным математи-ческим признакам похожа на классическую силу взаимодейст-вия двух тел, но без достижения полного совпадения в разновидностях сил. Еще более далеки от классической пары сил взаимодействия те усилия, что приложены к жесткой оболочке рассматриваемой замкнутой системы с распределенными массами воды, а именно: усилие вправо тяги гребного винта и усилие влево на левой стенке оболочки от динамического давления при ударах струи воды, теряющей свой импульс влево вблизи левой стенки оболочки. Нас не должен удерживать в рамках поверхностного анализа такой неопровержимый, но выборочный факт, что величины указанных двух усилий абсолютно одинаковы на устано-вившемся режиме течения воды. Для переходного режима обязательна детальная проверка реализации третьего закона Ньютона в каждый момент времени применительно к усилиям влево и вправо на оболочке. Их результирующая (которая не обязана автомати-чески равняться нулю - в отличие от классической пары сил взаимодействия) , проинтегриро-ванная по времени переходного режима, определяет приращение импульса замкнутой системы и ее перемещение в пространстве. Окончательный анализ дает следующие результаты. Сразу после начала переходного режи-ма усилие вправо на оболочку совпадает с правой силой из пары внутренней движущей силы, имеющей номинальную |
|
ст.1 |
столбец 2 |
столбец 3 |
столбец 4 |
|
|
системы, который изначально находился в состоянии покоя. Напомним, что догматическая трактовка закона сохранения импульса не допускает даже кратковременного отхода центра масс замкнутой системы от его положения покоя без воздействия внешней механи-ческой силы на систему. |
тела изменится сильнее, чем у другого тела, но несмотря на это координата общего центра масс системы по соответствующей формуле все равно не изменится (ведь влия-ние конкретного тела на положение общего центра масс системы тем ниже, чем меньше масса этого тела, и наоборот тем выше, чем больше его масса, что отражено в числителе цитируемой формулы в виде суммы не одних лишь координат, а в виде суммы произведений координаты центра массы тела на массу того же тела). Смеще-ние общего центра масс системы не на-блюдается не только в момент стабилизации, но и в любой момент времени в процессе |
величину, см. строку 7. Для уси-лия влево на оболочку, исходя из строки 6, характерна иная временная зависимость с тремя последовательными стадиями: сразу после начала переходного режима на первой стадии модуль усилия влево на оболочку составляет малую долю от номи-нальной величины внутренней движущей силы (в случае меньших поперечных размеров оболочки модуль усилия влево будет ниже номинальной вели-чины, наоборот, лишь на малую ее долю, но даже этого достаточно для существования специфического эффекта, описы-ваемого в настоящей работе); по мере продвижения влево фронта струи воды из сопла на второй стадии модуль усилия влево на оболочку постепенно возрастает с долей до почти единицы в сравнении с величиной номи-нальной внутренней движущей силы; по прошествии времени прямого хода струи во все последующие моменты времени на третьей стадии - усилие влево |
|
ст.1 |
столбец 2 |
столбец 3 |
столбец 4 |
|
|
|
всего переходного режима. В итоге, все выше-сказанное означает, что в данной строке таблицы при ответе на утверждение левого столбца должен быть поставлен здесь значок (-)
|
на оболочку точно равно левой силе из пары номинальной внутренней движущей силы, т.е. только на третьей стадии усилие влево на оболочке полностью компенсирует усилие вправо, изначально имеющее номиналь-ное значение, и только на третью стадию переходного режима (и на более поздний установивший-ся режим) распространяется об-ласть формального применения далеко не всеобъемлющего 3-го закона Ньютона к усилиям влево и вправо на оболочке с водой. Из сказанного следует, что на первой и второй стадиях во все моменты времени усилие влево на оболочку меньше усилия вправо, и их результирующее усилие не равно нулю, а его направление направо. Соответ-ственно, не является нулевым интегральный по времени импульс результирующего (не равнопарного не самоуравнове-шенного внутреннего гидро-динамического) усилия, под действием которого замкнутая система целиком начнет и |
|
ст.1 |
столбец 2 |
столбец 3 |
столбец 4 |
|
|
|
(-) |
продолжит двигаться с ускорением по 2-му закону Ньютона на протяжении всего времени прямого хода струи, что и требовалось доказать. Это означает, что в данной строке таблицы при ответе на утверждение, содержащееся во втором столбце, может быть поставлен здесь значок (+) |
|
9 |
В моменты вре-мени, следующие после времени прямого хода рабочего тела, ПРОДОЛЖАЕТ-СЯ поступатель-ное движение вправо жесткой оболочки в тече-ние сколь угодно долгого времени действия старто-вой внутренней движущей силы, а именно вплоть до окончания воз-можного другого переходного |
(-) т.к. в конце стартового переходного режима в момент стабилизации в конце удара твердо-го предмета в левую стенку оболочки – всё останавливается (и твердый предмет, и сама оболочка) либо навсегда при абсолют-но неупругом ударе, либо всё останавли-вается лишь на некоторый промежуток времени при абсолют-но упругом ударе, последствием которо-го будет движение |
(+) т.к. за время прямого хода узкой струи воды вся система целиком набирает конечную ненулевую скорость движения вправо (см. предыдущую строку таблицы), а затем эта скорость просто остается постоянной из-за обращения в ноль равнодейст-вующей сил в системе. Т.е. позже времени прямого хода до момента стабилизации и после момента стабилизации на установившемся режиме (дли-тельность которого ограничена только запасами энергии для вращения гребного винта) продолжается равномерное прямолинейное движение |
|
ст.1 |
столбец 2 |
столбец 3 |
столбец 4 |
|
|
режима с отклю-чением стартовой внутренней движущей силы по посторонним обстоятельствам. |
оболочки влево к изначальному ее положению, а не движение дальше вправо. |
исследуемой замкнутой системы (в том числе и жесткой оболочки) в правом направлении - в полном соответствии (на рассматривае-мом в данной строке интервале времени) с формулировкой 1-го закона Ньютона. Но сам 1-й закон Ньютона и эквивалентный ему закон сохранения импульса – оба этих закона (как показано в настоящей публикации) не носят всеобъемлющего характера и не работают, в частности, на начальных стадиях переходных режимов в замкнутой механической системе с распре-деленными массами рабочего тела, когда в масштабах всей системы определяющими являются существенные макро-эффекты при множестве локальных взаимодействий на микроуровне по упомянутым двум классическим законам. |
|
10 |
Переходный режим с включе-нием внутренней движущей силы вызывает пере-мещение вправо центра массы же-сткой оболочки на расстояние, явно ПРЕВЫШАЮЩЕЕ продольный горизонтальный размер оболочки, при том что в начальный мо-мент времени все тела замкнутой системы находи-лись в состоянии покоя. |
(-) т.к. максимально воз-можное перемещение оболочки равно по величине как раз продольному размеру оболочки – да и то лишь в случае, когда масса оболочки много меньше массы твер-дого предмета, а толщины стенок оболочки вместе с пружиной и твердого предмета (показанных на рис.1(а) ) близки к нулевому значению. Во всех остальных случаях перемещение вправо центра массы жесткой оболочки может быть только меньше величины продольного горизон-тального размера оболочки. Общий же центр масс данной замкну-той системы, напом-ним, ни при каких обстоятельствах не меняет своего положе-ния без внешнего силового воздействия.
|
(+) т.к. одинаковое прямолинейное движение центров масс всех тел исследуемой замкнутой системы (в том числе и жесткой оболочки на схеме рис.1(б) ) с ненулевой скоростью в правом направле-нии – не имеет принципиальных ограничений по времени, см. 9-ю строку таблицы. Ограничено время действия не самоурав-новешенного внутреннего гидродинамического усилия вначале переходного режима, и невелик импульс этого усилия. Поэтому при сопоставительно большой массе (имеющейся хотя бы у воды, полностью заполняющей внутренний объем оболочки) замкнутой системы – невелико ускорение, и мала скорость замкнутой системы (накопленная за время действия не самоуравновешенного внут-реннего усилия и позже остающаяся постоянной) в правом направлении. Но даже будучи малой (самое важное, что не являясь равной точно нулю), эта скорость, помноженная на сколь угодно большое время длительности установившегося режима, обеспечивает не лимитированное перемещение вправо всей замкнутой системы, которое может быть сколь угодно многократно больше, чем |
|
ст.1 |
столбец 2 |
столбец 3 |
столбец 4 |
|
|
|
|
не бесконечный продольный горизонтальный размер жесткой оболочки. Но это не основной результат. Даже если время движения системы с малой скоростью будет непродолжительным по тем или иным причинам, то все равно произойдет перемещение вправо всей замкнутой системы, причем не важно что оно может оказаться в несколько раз меньше характерной длины оболочки (а не больше ее). Главное, что независимо от конкретной величины переме-щения, есть как таковое передвижение именно общего центра масс замкнутой системы в случаях, аналогичных исследо-ванному примеру. |
2. Замкнутая система тел с распределенными массами.
Имеется система из двух неподвижных сначала тел: первое тело – цельная герметичная жесткая оболочка с закрепленными на ней узкой сопловой трубой и двигателем, на валу которого установлен гребной винт, располагающийся внутри сопловой трубы; а весь внутренний объем оболочки заполнен вторым телом (рабочим) – нетвердым веществом с малыми вязкостью и сжимаемостью, например, водой при комнатной температуре, см. рис.1(б).
Оболочка может быть: или тонкой вглубь чертежа, так что две ее стенки, параллельные плану чертежа, отстоят друг от друга на длину диаметра гребного винта; или более толстой вглубь чертежа, так что указанные две стенки оболочки удалены друг от друга на расстояние в несколько (в несколько десятков) диаметров винта. В последнем случае характерными являются два конструктивных варианта:
1) в первом варианте - всю толщину оболочки заполняет соответствующее количество сопел (с винтом в каждом), выстроенных по линии нормали к чертежу; тогда только для крайних сопел (и относимых к ним крайних воображаемых слоев воды, параллельных чертежу) справедлив учет касательных сил трения на плановых стенках оболочки в пограничном слое потоков воды; а у всех остальных сопел нет плановых стенок оболочки с их силами трения, т.е. все остальные посопловые воображаемые слои воды находятся в условиях плоской (двухмерной) задачи по ее точной математической постановке в плоскости чертежа на рис.1(б);
2) во втором варианте – посередине всей толщины оболочки расположено единственное сопло с винтом, что делает задачу объемной (трехмерной); в частном случае задача может быть осесимметричной относительно оси вала с гребным винтом, т.е. в математической постановке квази-двухмерной.
Отмеченные частные случаи отличаются наличием или отсутствием (а также направлениями и величинами в зависимости от скоростей потоков воды) касательных сил трения на плоскостях, параллельных плану чертежа. Но все это не имеет принципиального значения в описываемом специфическом эффекте из-за общей малости сил трения вследствие низкой вязкости рабочего тела. Кстати, по той же причине излишен учет касательных сил трения на всех других твердых стенках и элементах оболочки с водой.
Действительно существенными являются иные геометрические параметры жесткой оболочки, см. рис.1(б). В первую очередь, проходное поперечное сечение сопловой трубы (определяемое диаметром гребного винта, толкающего элементарные объемы воды влево) должно быть много меньше общего сечения оболочки поперек сопловой трубы, по большей части которого происходит обратный ток воды вправо. Т.е. стенки оболочки, на рис.1(б) параллельные оси симметрии, должны располагаться друг от друга на значительном расстоянии в сравнении с диаметром винта. Во-вторых, отдаление левой стенки оболочки на рис.1(б) от сопла должно быть не меньше нескольких диаметров винта, а желательно иметь его как можно большим - для увеличения времени прямого хода включенной узкой струи воды из сопла продольно влево и, в конечном итоге, для усиления заявленного специфического эффекта в замкнутых системах тел с распределенными массами. При этом, указанное отдаление левой стенки от сопла не должно быть намного больше поперечного размаха оболочки (с вычетом диаметра винта), а наоборот лучше, чтобы оно было намного меньше поперечного размаха оболочки. С другой стороны, близость всаса трубы с винтом к правой стенке оболочки на рис.1(б) даже на длину одного диаметра винта не влияет на существование описываемого эффекта. Отдаление всаса от правой стенки на большие расстояния лишь способствует упрощению картины давлений воды на внутренней поверхности правой стенки оболочки.
Основное внимание следует обратить не на установившийся режим течения воды в оболочке при вращении гребного винта, а на переходный режим, начинающийся после включения внутренней движущей силы до номинального значения (при включении нужные обороты винта и его тяговое усилие вправо достигаются за время много меньшее других характерных интервалов времени, на которые можно разбить весь переходный режим). Именно на переходных режимах проявляется интересующий нас специфический эффект.
Замкнутую систему на рис.1(б) полезно сравнить с ее модификацией, отличающейся повышенной длиной сопловой части трубы с винтом, доходящей до левой стенки оболочки при зазоре порядка диаметра винта. С началом переходного режима в данной модификации скорость потока воды влево в трубе станет номинальной позднее чем при короткой сопловой трубе, но здесь важно, что узкая струя воды из длинного сопла создаст динамическое усилие влево на левой стенке оболочки в номинальную величину намного раньше (и все же не мгновенно абсолютно) относительно основной (см. рис.1(б)) замкнутой системы, т.к. движение влево элементарных объемов несжимаемой воды у винта автоматически приводит к такому же движению влево воды у выхода длинной трубы постоянного диаметра, тогда как распространение влево фронта и окончательное формирование струи из короткого сопла через толщу воды происходит относительно медленно из-за образования вихрей и существенного расширения с замедлением струи к левой стенке оболочки. Значит, для модифицированной замкнутой системы (как и для основной замкнутой системы) также характерен специфический эффект на переходном режиме. Но просто, в первом случае специфический эффект слабее, чем в последнем случае при прочих равных условиях (и даже в основной замкнутой системе специфический эффект не очень сильный, так что его экспериментальное наблюдение требует особых приготовлений, т.е. подмечательно обнаружить такой эффект лишь из обыденной практики невозможно).
По указанным обстоятельствам, в настоящей публикации аналитически исследуется как более показательная именно та замкнутая система с распределенными массами, что изображена на рис.1(б). Особенности поведения данной системы тел и аргументы в пользу предсказываемого специфического эффекта перечислены в табл.1, см. 4-й столбец.
Единственное дополнительное поясняющее замечание к анализу табл.1 касательно специфического эффекта на переходном режиме таково. Во второй части строки 7 и в строке 8, где идет речь о движении замкнутой системы вправо с ускорением на начальных стадиях переходного режима, отсутствует следующее уточнение. При таком движении возникает инерционный (подобный гравитационному от силы тяжести) линейный перепад статических давлений в воде вдоль оси перемещений – давление у правой стенки оболочки меньше давления на уровне сопловой трубы, которое в свою очередь меньше давления у левой стенки оболочки. На этом перепаде давлений, в принципе, не обязательно концентрировать внимание, поскольку он не оказывает никакого влияния на циркуляцию воды при вращении гребного винта и на величины гидродинамических усилий вправо-влево на оболочке. Какое-то влияние отмеченный перепад давлений оказывал бы, если источником узкой струи влево из сопла был бы баллон повышенного давления воды. Степень такого влияния зависела бы от конкретных соотношений статических давлений, но она все равно не имеет принципиального значения и особенно пренебрежимо мала в случае, когда масса жесткой оболочки много больше полной массы воды в оболочке. Всё это явления второго и даже третьего порядка малости на фоне главного специфического эффекта.
Автором излагаемого открытия была предпринята попытка получить гидродинамические усилия в оболочке на установившемся и переходном режимах путем численных расчетов по МКЭ-программе ANSYS при помощи студентов МГТУ им.Н.Э.Баумана (особая благодарность за ПЭВМ-расчеты М.Б.Худобину). К сожалению, в результате лишь подтвердились личные подозрения в отношении теоретического содержания ANSYS (и других аналогичных программ) по динамике текучих сред , повторяющего положения общеизвестной газо-гидродинамики. Дело в том, что “теоретики” и учебнико-стряпатели “научной” газо-гидродинамики с момента ее возникновения и по сей день – не осведомлены и не понимают, в частности, следующего:
в материальном мире везде работает газо-гидродинамика в собственно Ньютоновском описании с некоторыми непринципиальными поправками; а такой простой объект как «струйка» среды и для нее уравнение Бернулли имеют физический смысл только внутри трубы относительно малого сечения, по которой среда из относительно большого сосуда повышенного давления вытекает во внешний относительно бесконечный объем с имеющимся нормальным давлением; причем статическое давление, падая к выходу из трубы, на самом выходе трубы и далее в струе вне трубы не меньше нормального давления на величину динамического давления (как ошибочно утверждается во всех учебниках и как методически некорректно измеряется в неправильно трактуемых экспериментах) , а точно равно нормальному давлению, т.е. меньше именно повышенного давления на величину динамического давления;
несмотря на десятки предлагаемых математических моделей турбулентности, ни одна из них объективно не описывает реальные локальные турбулентные явления (в тонкостях) в текучей среде, которые в первую очередь ответственны за газо-гидродинамические усилия, а все модели соревнуются фактически в подгонке к реальности одного лишь общего вида (по грубому) для потока среды.
По перечисленным и близким к ним причинам общеизвестная теоретическая газо-гидродинамика не позволяет корректно определять силы воздействия текучей среды на жесткие преграды. Затронутая тема заслуживает отдельного большого разговора, но все-таки не в рамках настоящего исследования.
В замкнутой системе на рис.1(б) неизбежная общая циркуляция воды (с обратным потоком до правой стенки оболочки) является усложняющим обстоятельством, в том числе и при анализе соотношения сил, действующих внутри замкнутой системы. В этом смысле, более ясная ситуация наблюдается в похожей замкнутой системе с распределенными массами, см. рис.2.
F
Рис.2. Схема замкнутой механической системы с водой и
с подвижной пластиной.
Данная замкнутая система содержит подвижную (вдоль оси симметрии) жесткую пластину с плотностью воды. Пластина имеет малую толщину и заметную площадь на виде по оси симметрии оболочки системы. Используя любую силу F классического ньютоновского взаимодействия, приложенную к правой стенке оболочки и к пластине, можно заставить последнюю двигаться в толще воды влево к левой стенке оболочки на рис.2. При этом левая сила в паре сил F будет уравновешена гидродинамическим сопротивлением пластины, сопровождаемым в основном локальной, огибающей пластину циркуляцией воды и частичным увлечением влево прилегающих объемов воды (небольших особенно по сравнению с общим объемом и поперечным сечением оболочки) с образованием хвостовых завихрений в воде. Локальность описываемого процесса имеет следствием достаточно простой расклад внутренних сил в замкнутой системе, см. рис.2. Пока пластина не приблизится к левой стенке оболочки, на жесткую оболочку системы будет действовать только правая сила в паре сил F , т.е. будет действовать не скомпенсированное усилие вправо. Когда пластина упрется в левую стенку оболочки, наступит равновесие на оболочке от пары сил F , но некоторое время будут ударять влево в левую стенку элементарные объемы воды, увлеченные влево предыдущим движением пластины. Таким образом, вплоть до полного успокоения в системе на протяжение некоторого времени будет существовать не скомпенсированное усилие на оболочке, но теперь уже влево. Импульс начального не скомпенсированного усилия вправо разгонит всю систему вправо, а импульс конечного не скомпенсированного усилия влево затормозит всю систему до исходной скорости перед включением силы F. В результате произойдет дополнительное (к исходному равномерному движению или покою) перемещение общего центра масс замкнутой системы на рис.2. Для подобной замкнутой системы тел с распределенными массами также характерен специфический эффект переходных режимов, к которому хотелось бы привлечь внимание читателей.
В целом, возвращаясь к табл.1, по завершении объяснения в ней череды физических параметров и процессов необходимо упомянуть об основных проявлениях специфического эффекта на переходных режимах в замкнутых системах тел с распределенными массами.
Если по установившемуся режиму видно, что струя воды из сопла слабо расширяется по ходу своего движения вдоль стенок оболочки на рис.1(б) (это наблюдается при ламинарном характере течения или при относительно небольших размерах оболочки), то переходный режим после включения внутренней движущей силы (после запуска вращения гребного винта) сопровождается не одним, а сразу двумя последовательными специфическими эффектами: сначала – при продвижении фронта струи к левой стенке оболочки вся система (покоившаяся до этого) ускоряется вправо, и при продвижении фронтов струй к левым углам оболочки вся система сохраняет накопленную скорость вправо (см. табл.1); потом – при продвижении фронтов обратных струй к правым углам оболочки вся система из-за противоположно направленного специфического эффекта замедляется до остановки, и далее в том числе на установившемся режиме вся система остается неподвижной; но что и в данном случае принципиально – новое положение общего центра масс системы не совпадает с изначальным положением, т.е. общий центр масс системы перемещается в пространстве (пусть даже на небольшое расстояние) за счет внутренних усилий в замкнутой системе. Строчкой ниже будет показано, что такое перемещение может быть кратковременным, но сам его факт имеет фундаментальное значение. Если в любой момент на установившемся режиме, например, убрать сцепление гребного винта с валом двигателя, то тяговое усилие винта вправо на оболочку почти мгновенно станет равно нулю, и пойдет переходный режим с постепенным прекращением циркуляции воды в оболочке. По инерции и по закону сохранения локальных импульсов (который никто не собирается отменять, в отличие от уточнения границ применения закона сохранения всесистемного импульса) элементарные объемы воды продолжат то движение, что было до того, т.е. усилия на стенках оболочки от динамического давления воды будут значительными долгое время. Сохранившееся усилие влево на левую стенку оболочки от ударов воды на оси симметрии (см. рис.1(б)) при отсутствии тягового усилия винта вправо – вызовет специфический эффект обратный к табл.1, и вся система придет в движение в левую сторону. По окончании полностью переходного режима с выключением внутренней движущей силы вся система может оказаться в том же месте, где она была еще до начала каких бы то ни было движений. Меньшая наглядность специфического эффекта отличает рассмотренный частный случай с узкими струями от основного варианта из табл.1.
Основной вариант подразумевает турбулентный характер течения воды в оболочке и относительно наибольший поперечный (вертикальный на рис.1(б)) размер оболочки. В этом случае на установившемся режиме струя из сопла, заметно расширяющаяся вдоль своей траектории, после удара в левую стенку оболочки и поворота с разделением при движении по левой стенке – не доходит до левых углов оболочки и образует широкий обратный поток воды к правой стенке оболочки. Переходный же режим после включения внутренней движущей силы (после запуска вращения гребного винта) заканчивается в общем, когда фронты расширенных струй вдоль левой стенки оболочки поворачивают по направлению к правой стенке оболочки и фактически сливаются с уже имеющимися широкими обратными потоками воды к правой стенке. По этой причине специфический эффект проявляется только единожды во время переходного режима, см. табл.1. А именно: при продвижении фронта струи из сопла к левой стенке оболочки вся система (покоившаяся до этого) ускоряется вправо; почти сразу же за достижением фронтом левой стенки, т.е. после разделения на фронты струй в центре (вблизи оси симметрии) левой стенки оболочки и позже далее (в том числе и на установившемся режиме) - вся система продолжает перемещаться вправо с накопленной скоростью.
От длительности работы на установившемся режиме, наступающем после переходного режима включения в работу, зависит расстояние, которое в итоге будет пройдено общим центром масс системы в основном варианте. В табл.1 получено, что это расстояние может быть сколь угодно большим само по себе и по наглядности. А прекращение работы на установившемся режиме и окончание нового переходного режима с выключением внутренней движущей силы – приводит не к возвращению системы в изначальное положение в пространстве, но лишь к невозможности дальнейшего отдаления от изначальных координат, т.е. приводит всего лишь к остановке замкнутой системы, причем на иных координатах. В описываемом основном варианте лучше используются выгодные уникальные возможности, заложенные в специфическом эффекте, и легче достижимой становится последняя главная цель, которая благодаря специфическому эффекту выходит из разряда неосуществимых. Речь идет о перманентной тяге (обеспечивающей постоянное ускорение абсолютно свободной механической системы) качественно нового движителя, принцип действия которого отличен от реактивной тяги (при выбросе неких масс из системы в окружающую среду) и замечателен отсутствием массо-обмена с окружающей средой. Т.е. качественно новый движитель характеризуется тем, что является частью полностью замкнутой механической системы, и при этом может длительно разгонять или тормозить данную систему. Такой движитель имеет множество эксплуатационных преимуществ по сравнению с любым ныне используемым движителем, особенно в области авиации и космонавтики.
Доработка основного варианта функционирования системы, см. рис.1(б), до принципа действия качественно нового движителя состоит в ряде манипуляций внутри оболочки с водой и главное – во вращении оболочки на 180 градусов вокруг оси, перпендикулярной плоскости чертежа, на корпусной раме, которая также принадлежит сборочной замкнутой системе. Это должно быть сделано на установившемся режиме течения воды в оболочке (по окончании переходного режима включения гребного винта), когда сборочная система обладает ненулевой скоростью вправо (при нулевой изначальной скорости сборочной системы). Тогда после указанных операций левая стенка оболочки станет правой (и наоборот), а узкая струя воды из сопла будет направлена вправо при продолжающейся работе гребного винта. И тогда новый переходный режим с выключением винта, сопровождаемый специфическим эффектом, вызовет не обнуление правой скорости сборочной системы, а наоборот, приведет к прибавлению скорости сборочной системы вправо. Затем оболочку со стоячей водой необходимо путем нового поворота на 180 градусов вернуть в положение, определяемое рис.1(б), причем подобные повороты оболочки сами по себе не влияют на скорость сборочной системы, т.е. удвоенная скорость вправо сохраняется у сборочной системы. Теперь можно снова включить гребной винт, и специфический эффект на соответствующем переходном режиме выразится в дополнительном приросте скорости сборочной системы вправо. На установившемся режиме - опять поворот оболочки на 180 градусов с последующим выключением гребного винта и новой прибавкой скорости. Данную последовательность действий можно повторять раз за разом, все время увеличивая скорость движения (без внешнего сопротивления и трения) сборочной системы. Это и есть перманентная тяга качественно нового движителя, принцип действия которого связан с очерченным специфическим эффектом.
В свете сказанного по-новому предстает такая загадка современности, как Неопознанные Летающие (плавающие под водой, перелетающие от звезды к звезде) Объекты – истинные НЛО или «летающие тарелки». Многочисленные наблюдения и факты свидетельствуют о том, что НЛО - суть материальные транспортные средства, изготовленные за пределами Солнечной системы. Для межзвездного перелета за разумные сроки (с постоянным ускорением сначала разгона, а потом торможения, и с постоянным наличием инерционной силы тяжести на космическом корабле) необходима большая и чрезвычайно длительно действующая тяга движителя космического корабля, несовместимая с принципом примитивного реактивного движения. Аналогично – для многочасовых зависаний НЛО при компенсации земной гравитации. Попытки всё объяснить и попробовать скопировать с помощью явной антигравитации недальновидны : пусть даже удастся “экранировать” притяжение Земли, но останется проблема движения вдоль поверхности Земли и проблема перемещения в межзвездном пространстве, где условие нулевой гравитации является просто данностью. Подобные проблемы и многие схожие препятствия снимаются, вероятно, путем применения движителя с принципом действия, близким к тому что описано выше и обеспечивающим фантастические летные характеристики класса НЛО (см. также Заявку на изобретение «Способ создания тяги внутри замкнутой системы»).
Отдельный вопрос, связанный с «летающими тарелками», касается огромного расхода энергии даже в маленьких НЛО, что конструктивно недостижимо на основе нынешних земных технологий, включая атомные энергетические установки и гипотетический управляемый термоядерный синтез. Ответ на вопрос об источнике энергии можно найти, в частности, в книге «Третий взгляд на проблему вечного двигателя» (г. Москва, 1998 год, 40 стр., Болдин А.Ю. – ISBN 5-901088-01-8) и в патенте № 2126585 Российской Федерации на изобретение «Электромашинный умножитель электрической мощности» с приоритетом от 28.01.1997 года. Остальные необычные особенности НЛО поддадутся объяснению также только после корректировки ряда специальных разделов общей физики.
3. Заключение.
Открыт специфический эффект, свидетельствующий о необязательности закона сохранения глобального импульса для замкнутой системы тел с распределенными массами, в противоположность безальтернативности закона сохранения глобального импульса для замкнутой системы тел со сконцентрированными массами (именно такие системы до сих пор рассматривались в механическом разделе физики). Под замкнутой системой тел с распределенными массами понимается такая система, в которой одно из тел (рабочее тело) равномерно распределено по некоему внутреннему объему системы, и его элементарные части могут перемещаться внутри этого объема, но так что центр массы рабочего тела не меняет своего положения относительно общего центра масс замкнутой системы. Естественно, причиной перемещений элементарных частей рабочего тела служат определенные силы, являющиеся именно внутренними силами системы. И естественно, при перемещениях элементарные части рабочего тела, контактирующие со стенками внутреннего объема системы, воздействуют на эти стенки соответствующими силами. Подобные взаимодействия, естественно, подчиняются закону сохранения локального импульса. На установившемся режиме циркуляции рабочего тела все внутренние силы находятся в равновесии.
Исключительность замкнутой системе тел с распределенными массами придают процессы в ней и само ее поведение на переходном режиме включения (или выключения) циркуляции рабочего тела. Показано, что в этом случае внутренние усилия в системе временно не дают равновесия. В результате временного превосходства одного из усилий над противоположным усилием и под действием импульса соответствующего усилия – в целом замкнутая система меняет свою скорость, т.е. наблюдается приращение глобального импульса замкнутой системы тел с распределенными массами, причем при нулевой равнодействующей внешних сил или при отсутствии внешних сил вообще. Такова суть специфического эффекта на переходных режимах, и таковы уточнения областей применения закона сохранения импульса, который теряет статус непреодолимого всеобъемлющего физического закона в материальном мире.
О специфическом эффекте, всесторонне рассмотренном выше, впервые было сообщено в заявках Российской Федерации на изобретение «Способ создания тяги внутри замкнутой системы» - заявка № 98103193 от 20.02.1998 года (бюллетень № 36 от 27.12.1998 года) и более ранняя заявка № 97110574 с датой приоритета 26.06.1997 года. А также о специфическом эффекте подробнее говорилось в дополнительных материалах к указанным заявкам на запросы патентной экспертизы по существу.
По прочтении настоящего описания специфического эффекта и других материалов – возможные отзывы, замечания и предложения просьба направлять по адресу : andrej-boldin@yandex.ru
Инженер-физик Болдин А.Ю. (работал - НИКИЭТ, Инженерный Центр Прочности при Министерстве Атомной Энергии), см. сайт www.1bolda.net.ru .
ДОПОЛНЕНИЯ К АНАЛИЗУ
ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА
ДЛЯ ЗАМКНУТОй СИСТЕМЫ ТЕЛ
Общеизвестный закон сохранения импульса в прикладном смысле формулируется следующим образом. Покоящаяся система тел может приобрести скорость только в случаях : воздействия на нее внешней силы (импульса) ; отталкивания каким-либо образом самой системы от некоторой внешней опоры ; выбрасывания системой тел частей своей массы и отталкивания от них (обычная реактивная тяга). Нижеследующий текст дополнительно показывает наличие исключений из этого закона, точнее сказать, наличие продолжения перечня случаев разгона системы тел : когда система полностью изолирована от внешней среды и является замкнутой системой всё-таки возможны случаи ее ускорения. Подобные новые нетрадиционные случаи саморазгона замкнутой системы опровергают всеобщность закона сохранения импульса в целом для замкнутой системы тел.
- 1. Возможность создания тяги внутри замкнутой системы.
1.1. Общие положения.
В основе создания любого технического средства лежит заложенный в нем принцип действия. Например можно напомнить, что история реактивного движения началась много веков назад, когда в Китае начали изготавливать первые пороховые ракеты исходя из практики даже без теоретического обоснования принципа реактивной тяги, который тем не менее тем самым был открыт. Позднее стали показательными опыты с подвешенным над огнем чайником с повернутым вбок носиком. При кипении воды в чайнике струя пара, выходившая из носика, создавала реактивную тягу, приводившую к вращению чайника. Подобные примеры помогли последующему созданию классической теории реактивного движения. Но лишь в середине XX века реализация принципа реактивного движения на необходимом техническом уровне привела к постройке целого семейства практически применимых устройств для перемещения крупных объектов в пространстве с помощью реактивных двигателей.
Также и принцип создания внешне проявляющейся тяги у замкнутой системы на основе процессов внутри самой замкнутой системы - на начальном этапе нуждается в примерах и доказательствах его осуществимости. По мнению автора представленных материалов :
этот принцип реализуем с применением особых явлений газо и гидродинамики (в том числе : длительное нескомпенсированное внутреннее средодинамическое усилие в “бесконечном” резервуаре замкнутой системы – пункт п.1.2 ниже ; то же в небольшой замкнутой системе – см. Заявку на изобретение «Способ создания тяги внутри замкнутой системы» ; кратковременное нескомпенсированное внутреннее средодинамическое усилие на переходных режимах – специфический эффект квази-тягового усилия в пункте п.1.3 ниже) , в отличие от не достигающих поставленной цели других предложений из области газо и гидродинамики – например, заявки на изобретения [1,2,6,7] , см. список литературы ниже ;
этот принцип реализуем на базе особых физических явлений иной природы (в том числе : уникальные электро-магнитные силовые взаимодействия ; использование свойств электро-магнитного эфира – рано или поздно его материальность будет признана на основе уже имеющихся и вновь полученных доказательств его существования в опровержение Специальной и Общей теории относительности) , в отличие от не достигающих поставленной цели таких технических предложений как [3,4,5] и соответствующих физических явлений .
Более развернутый обзор литературы выходит за рамки настоящего исследования.
1.2. Устройство-прототип с выхлопом воздуха в воду на установившемся режиме (к устройству согласно Описанию изобретения «Способ создания тяги внутри замкнутой системы»).
В устройстве-прототипе воздух под повышенным давлением поступает в продольное сопло в глубине воды в поле тяготения и бурлящим выхлопом выходит из воды перпендикулярно. При этом сопло развивает номинальную реактивную тягу То. Для данного пункта в общем-то не важен тип тягового усилия То, лишь бы оно было средодинамическим в текучей среде, равномерно распределенной по замкнутому объему. В качестве примера остановимся на реактивной тяге То=100 Гс сопла в воде при нагнетании воздуха в сопло с помощью компрессора бытового пылесоса. Данные условия имели место в авторском эксперименте на крутильных весах, рассмотренных в Описании изобретения. На коромысло весов было помещено устройство с компрессором и немалым резервуаром воды глубиной 20 см и площадью 50х50 см2 общей массой более 50 кГ. Резервуар был накрыт герметичным сводом, под которым находился компрессор. От камеры повышенного давления компрессора шла тонкая трубка, конечный участок которой – сопло было ниже уровня воды на несколько сантиметров и находилось почти в центре площади резервуара. Устройство-прототип испытывалось на установившемся режиме работы компрессора при постоянной циркуляции воздуха внутри герметичного свода над резервуаром с водой.
После включения компрессора на установившемся режиме коромысло крутильных весов выставлялось на начальное положение и аккуратно высвобождалось с целью наблюдения за последующим поведением устройства-прототипа. В опытах было замечено непрерывное смещение устройства в направлении тяги сопла То ,правда, с очень маленькой скоростью. Неидеальные условия эксперимента разрешают лишь предполагать, что существовала постоянная внутренняя нескомпенсированная тяга порядка всего нескольких долей одной Гс. Но не вызывает сомнений, что в устройстве-прототипе тяга сопла полностью (или практически полностью) уравновешивается продольным усилием от потоков воды в резервуаре, создаваемых струей воздуха из сопла. Причины этого представлены в Описании изобретения.
Даже при реальности ничтожной нескомпенсированной тяги в устройстве-прототипе, о серьезном её применении в технике трудно говорить. Ведь она на порядки меньше номинальной тяги То=100 Гс и особенно в сравнении с весом самого устройства около 50000 Гс. Смирившись с низкой эффективностью и с относительной громоздкостью устройства-прототипа, важно прийти к другим (принципиально важным для Теории) выводам.
Воспользуемся приемом мысленного эксперимента. Пусть есть возможность в аналогичном устройстве еще больше увеличить резервуар с водой до размеров, например : 10 км х 10 км х 10 км. Поместим опять в центр поверхности воды воздушный компрессор с утопленным продольным соплом. Включим компрессор и дождемся установившегося режима работы. Из общих соображений можно заключить, что из-за образования в воде замкнутых водяных вихрей в ограниченной области измененных давлений воды и из-за диссипации энергии в не идеальной жидкости - до стенок такого большого резервуара не дойдут ни малейшие возмущения от выхлопа воздуха. Т.е. номинальная тяга сопла (в нашем случае составляющаяся То=100 Гс) останется нескомпенсированной на все 100%. Это можно считать примером создания непрерывной тяги внутри замкнутой системы. Несмотря на желаемый результат подобное “глобальное” устройство с практической точки зрения явно не «доведено до ума».
Уменьшение размеров резервуара с водой будет сопровождаться уменьшением величины нескомпенсированной тяги. В пределе малости, для устройства-прототипа с водой на 50 кГ и меньше, как уже было описано, эта величина становится фактически нулевой. В целом же, принципиально важно, что нескомпенсированная тяга может составлять от номинальной активной тяги по обстоятельствам любую долю : от 0% до 100%. И даже несколько процентов нескомпенсированной тяги от номинала являются полезным техническим результатом для работоспособного нетрадиционного безопорного движителя.
В рассмотренном “глобальном” устройстве-прототипе отсутствие противосилы у номинальной тяги сопла (и превращение всей последней в нескомпенсированную тягу для замкнутой системы) достигается экстенсивным путем за счет масштабного фактора. Конструктивно приемлемые предложения вариантов способа создания тяги внутри замкнутой системы и дальнейшие усовершенствования конкретных устройств должны идти интенсивным путем, т.е. в нашем случае должны обеспечивать почти нулевую компенсацию номинальной тяги сопла при минимальных размерах резервуара со вспомогательной жидкостью. Первым шагом в этом направлении, по мнению автора, является заявленное изобретение.
1.3. Специфический эффект на переходных режимах
(квази-тяговое усилие).
Полное изложение методики экспериментов и теории специфического эффекта содержится в основном тексте Описания изобретения «Способ создания тяги внутри замкнутой системы» и в основном тексте Анализа закона сохранения импульса на примере замкнутой системы тел с распределенными массами, см. рис.1(б), при включении или выключении вращения гребного винта в воде. Данный эффект может считаться продолжением к списку уже известных принципов движения.
При соответствующей технической доработке устройство на рис.1(б), например, может быть установлено на колесное шасси. Пусть такая тележка и всё в ней неподвижны. После включения вращения винта на номинальные обороты - тележка начнет движение, продолжительность которого зависит от длительности установившегося режима (и от величины внешних сил трения и сопротивления, если их не удалось свести к нулю). В Описании изобретения доказано, что к такому движению не имеют отношения физические механизмы аналогичные [3] . Итак здесь важно, что разгон тележки происходит не за счет передачи крутящего момента на колеса шасси (и отталкивания от дороги) и не за счет обычной реактивной тяги с выбросом масс наружу, а за счет процессов, происходящих в замкнутом объеме устройства (хотя пока лишь на переходном режиме при выходе на установившийся режим работы двигателя гребного винта внутри устройства). Другой пример – такой же разгон первородного устройства на рис.1(б) в открытом космическом пространстве. Т.к. сила сопротивления вакуума равна нулю, то устройство будет двигаться с постоянной скоростью в течение длительности установившегося режима. До момента выключения гребного винта и вызванной этим остановки самого устройства, оно покроет по прямой любое заданное расстояние.
Таким образом, даже в подобном применении замкнутая система тел с распределенными массами как движитель может быть использована для перемещения присоединенных объектов в пространстве. Здесь появляется нескомпенсированная тяга, но только не долговременная (как в заявленном «Способе создания тяги внутри замкнутой системы»), а импульсная лишь во время переходного режима. Такое квази-тяговое средодинамическое усилие эквивалентно краткому действию внешней силы по последствиям для замкнутой системы тел, когда происходит приращение скорости общего центра масс. Этот же термин (квази-тяговое усилие) можно встретить в книге [9]. Но в ней рассматривается пример, представляющий собой чуть видоизмененную хрестоматийную задачу механики с взаимным смещением сконцентрированных масс в замкнутой системе двух тел. Приводящее к подобному смещению взаимное усилие в книге [9] правильнее было бы назвать : псевдо-тяговое (обманчивое кажущееся тяговым) усилие, потому что оно абсолютно не меняет скорость общего центра масс замкнутой системы, подчиняющейся закону сохранения импульса. Напомним решение данной задачи.
- 2. Псевдо-тяговое усилие.
Схема замкнутой системы в книге [9] по сути повторяет условия на рис.1(а). Изобразим эти условия задачи более полно с помощью рис.3.
Собол Со Сд (н)
0 L /2 L Х
L /2 L (к)
0 Сд Со Собол Х
Рис.3. Замкнутая система двух тел со сконцентрированными массами.
Пусть имеется покоящаяся оболочка длиной L и массой Мобол=М . Центр массы оболочки имеет координату Собол=L/2 , см. рис.3(н) начального состояния. В координате х=L находится твердое рабочее тело в виде диска массой Мд=М , так что Сд=L. Между диском и правой стенкой оболочки находится сжатая пружина, зафиксированная стопором. Внутри оболочки – вакуум, и снаружи то же. Оболочка с пружиной и диск образуют покоящуюся замкнутую систему. Ее общий центр масс определяется по формуле :
Cобол Мобол + Cд Мд 0,5 L М + L М
Cо = ------------------------------------ = -------------------------- = 3 L/4 ,
Мобол + Мд 2 М
см. рис.3(н).
В некоторый момент времени позволим пружине разжаться. При этом оболочка будет двигаться вправо, а диск - влево. Их механические импульсы (их количества движения) будут равны между собой :
Мобол Vобол = Мд Vд .
С учетом равенства масс Мобол=Мд=М , будут равны и модули V скоростей тел.
Через период времени (0,5 L / V) оболочка и диск пройдут каждый в свою сторону одинаковое расстояние L/2 и остановят друг друга равными импульсами. Будем считать удар абсолютно неупругим. Найдем координату общего центра масс замкнутой системы в конечном состоянии на рис.3(к) :
Cобол Мобол + Cд Мд L М + 0,5 L М
Cо = ------------------------------------ = -------------------------- = 3 L/4 ,
Мобол + Мд 2 М
т.е. числовое значение конечной координаты совпадает с числовым значением начальной координаты.
Таким образом, несмотря на видимое перемещение оболочки (к которому приковано внимание в книге [9] ) – общий центр масс всей замкнутой системы остался неизменным и неподвижным для конечного состояния, таков он и во всех промежуточных состояниях при движении тел. Также важно, что по окончании полного цикла прекратилось однонаправленное движение и рабочего тела (диска), и оболочки. При абсолютно упругом ударе диска в левую стенку оболочки - происходили бы возвратно-поступательные движения диска и оболочки, но общий центр масс замкнутой системы в любой момент времени имел бы всё ту же координату Cо=3L/4.
Текущий пункт п.2 закончим обобщением задачи с оболочкой и диском, см. рис.3. В случае Мд<>Мобол перемещение оболочки будет максимальным и равным L длине самой оболочки. Неподвижность общего центра масс данной замкнутой системы роднит всевозможные случаи друг с другом.
Рассмотренное перемещение оболочки не имеет никакого отношения к двигательным агрегатам и объясняется элементарной физикой. В отличие от истинного кратковременного квази-тягового усилия (по открытому специфическому эффекту, а не по книге [9] ). Покоящаяся замкнутая система типа рис.1(б) при включении двигателя приходит в движение и в процессе установившегося режима двигателя может пройти во сколько угодно раз большее расстояние, чем собственный её продольный размер L , что по схеме рис.3 совершенно невозможно. Превосходство квази-тягового усилия как настоящего движителя над псевдо-тяговым усилием несомненно, даже если за некоторое время перемещение устройства на рис.1(б) будет немногим меньше размера L . Потому что и в этом случае настолько перемещается именно общий центр масс замкнутой системы, тогда как по схеме рис.3 последний абсолютно не может быть сдвинут с места.
В свою очередь квази-тяговое усилие меркнет по сравнению с фантастическими возможностями нового движителя на основе такого принципа движения, который связан со Способом создания непрерывной тяги внутри замкнутой системы.
Список литературы.
1. Патент Франции № 2177153, кл. F 03 H 5/00, публ. 02.11.1973 г.
2. Заявка ФРГ № 4413479, кл. F 03 H 5/00, B 64 G 1/40, публ. 01.12.1994 г.
3. Патент США № 2886976, сер. 597805, кл. USA 74-112, публ. 1959 г.
4. Заявка ФРГ № 4010758, кл. F 03 H 5/00, B 64 G 1/40, публ. 10.10.1991 г.
5. Патент Российской Федерации № 2023203, кл. F 03 G 7/00, публ. 15.11.1994 г.
6. Патент Англии № 2130541, кл. B 64 G 1/40, публ. 06.06.1984 г.
7. Патент Франции № 2591283, кл. F 03 H 5/00, публ. 12.06.1987 г.
8. Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. -
Ленинград: Машиностроение, 1974 г., 480 с.
9. Бурдаков В.П. Физические проблемы космической тяговой энергетики. -
Москва: Атомиздат, 1969 г., стр. 24,25.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
« СПОСОБ СОЗДАНИЯ ТЯГИ ВНУТРИ ЗАМКНУТОй СИСТЕМЫ »
Заявка РФ № 98103193/06 от 23.02.1998г. с датой приоритета по более ранней заявке РФ № 97110574/28 от 26.06.1997г.
МПК (6) – F 03 H 5/00 , B 64 G 1/40
Публикация - RU БИ № 36 от 27.12.1998г. (Бюллетень изобретений, Заявки РФ на изобретения, стр. 212 )
Способ создания тяги внутри замкнутой системы, при котором в замкнутый объем помещают два текучих вещества, используют вспомогательную силу, направленную перпендикулярно продольному направлению, с которой текучие вещества притягиваются к продольной опорной стенке замкнутого объема, причем первое текучее вещество, являющееся вспомогательной жидкостью с малым коэффициентом вязкости, притягивается значительно сильнее и находится ближе к опорной стенке, чем второе текучее вещество, являющееся рабочим веществом, в непрерывном режиме обеспечивают всас рабочего вещества из замкнутого объема и нагнетание рабочего вещества в камеру высокого давления, и через ее сопло, открывающееся в толщу вспомогательной жидкости, осуществляют с образованием реактивной тяги продольный выброс струи рабочего вещества, на которое во вспомогательной жидкости действует архимедова сила, благодаря чему струя рабочего вещества отклоняется в направлении, противоположном вектору вспомогательной силы, а кроме того принимает минимальное значение ударный импульс, принадлежащий струе рабочего вещества в момент ее входа в область замкнутого объема, занятую рабочим веществом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве рабочего вещества применяют рабочую жидкость, которая не только слабее вспомогательной жидкости притягивается к опорной стенке, но вместе с тем обладает коэффициентом вязкости, на несколько порядков большим, чем коэффициент вязкости вспомогательной жидкости, которая в этом случае не воздействует на стенки замкнутого объема.
СПОСОБ СОЗДАНИЯ ТЯГИ ВНУТРИ ЗАМКНУТОй СИСТЕМЫ
Изобретение относится к нетрадиционным двигателям и может быть использовано для перемещения объектов в пространстве, а также в безопорных грузоподъемных механизмах. Применение изобретения позволит создать качественно новые транспортные средства: наземные - высокоскоростные бесколесные поезда, направляющая опора которых (в отличие от поездов на магнитной подушке) не должна быть силогенерирующей; воздушные - в которых подъемная сила и горизонтальная тяга (в отличие от вертолетов и самолетов) создаются без воздействия на воздух и независимо от него; космические - вертикальная тяга которых (в отличие от реактивных ракет) не сопровождается потерей массы топлива и практически не имеет ограничения времени действия.
Известен предположительный способ создания продольной тяги внутри замкнутой системы [1,2], при котором с помощью камеры высокого давления с соплом формируют продольную струю жидкости [1] (или газа [2]) для получения реактивного тягового усилия на камере высокого давления, а саму продольную струю жидкости (газа) отклоняют перпендикулярными струями жидкости (газа). Недостатком данного способа является то, что продольная составляющая ударного импульса струй не уменьшается, и воздействие струй на стенку замкнутой системы полностью уравновешивает реактивную тягу на камере высокого давления. Данный факт подтвержден автором заявляемого изобретения на прямых экспериментах.
Наиболее близким способом к предлагаемому является способ, в котором используется общеизвестное явление, наблюдаемое при выхлопе газа в толщу невязкой жидкости на поверхности Земли. В способе-прототипе продольную струю легкого газа тормозят и отклоняют в перпендикулярном направлении с помощью архимедовой силы, действующей на легкий газ в тяжелой жидкости, градиент гидростатического давления которой перпендикулярен продольной оси. Данный способ позволяет не только изменить продольное направление ударного импульса струи газа на перпендикулярное направление, но и на несколько порядков ослабить ударный импульс струи газа при ее выходе из невязкой жидкости. Но данный способ не приводит к созданию тяги внутри замкнутой системы. Его недостатком является следующее. Из-за малой вязкости газа (по сравнению даже с невязкой жидкостью, например водой) продольная струя газа увлекает капли жидкости, образующие продольный поток жидкости в резервуаре. Воздействие этого потока на торцевую стенку резервуара целиком уравновешивает реактивную тягу на камере высокого давления в случае относительно небольших (и технически приемлемых) размеров резервуара. Данный факт установлен автором заявляемого изобретения экспериментально.
Целью предлагаемого изобретения является исключение появления паразитного потока жидкости в резервуаре, применяемом для отклонения продольной струи с помощью архимедовой силы. Это позволит свести к минимуму воздействие выхлопов на стенки замкнутой системы и, самое главное, на торцевую стенку, противоположную камере высокого давления. Таким образом, при непрерывной циркуляции рабочего вещества, образующего у сопла продольную струю, реактивное тяговое усилие на камере высокого давления (ввиду своей частичной или полной нескомпенсированности) становится для замкнутой системы по кинематике тождественным обычной реактивной тяге, но без выбросов рабочего вещества в окружающее пространство.
Способ создания тяги внутри замкнутой системы характеризуется тем, что в замкнутый объем помещают два текучих вещества, используют силу, направленную перпендикулярно продольному направлению, с которой эти вещества притягиваются к одной из продольных стенок замкнутого объема, называемой опорной стенкой, причем текучие вещества подбирают такими, что первое из них, являющееся жидкостью с малым коэффициентом вязкости, притягивается значительно сильнее и находится ближе к опорной стенке, чем второе вещество, называемое рабочим веществом, обеспечивают всас рабочего вещества из замкнутого объема и нагнетание рабочего вещества в камеру высокого давления, и через ее сопло, открывающееся в толщу первого вещества, называемого вспомогательной жидкостью, осуществляют с образованием реактивной тяги выхлоп продольной струи рабочего вещества, на которое во вспомогательной жидкости действует архимедова сила, благодаря чему струя рабочего вещества отклоняется в направлении, противоположном вектору градиента гидростатического давления, а кроме того принимает минимальное значение ударный импульс, принадлежащий струе рабочего вещества в момент ее входа в область замкнутого объема, занятую рабочим веществом.
Для достижения цели изобретения в способе создания тяги внутри замкнутой системы применяют не газообразное, а жидкое рабочее вещество, которое наряду с перечисленными требованиями обладает коэффициентом вязкости, на несколько порядков большим, чем коэффициент вязкости вспомогательной жидкости, примыкающей к опорной стенке замкнутого объема.
На фиг.1 показан пример устройства, реализующего способ создания тяги внутри замкнутой системы в конкретном исполнении, нацеленном на получение горизонтальной тяги в земных условиях, когда силой, притягивающей текучие вещества к опорной стенке, является вертикальная сила тяжести. Фиг.2,3 поясняют работу дополнительных устройств и экспериментального стенда для проверки наличия исключений из закона сохранения импульса для целой замкнутой системы.
Устройство на фиг.1 помогает раскрыть сущность предлагаемого способа создания тяги внутри замкнутой системы. Замкнутый объем на фиг.1 образован стенками 1-6. В устройстве используются два текучих вещества: первое (вспомогательная жидкость) - ртуть (удельный вес 13,5 Гс/см3) и второе (рабочая жидкость вязкая) - эпоксидная смола (удельный вес 1,2 Гс/см3). Таким образом, в поле тяготения Земли более тяжелая ртуть вплотную примыкает к опорной стенке 2 замкнутого объема, см. фиг.1, а эпоксидная смола располагается сверху ртути. Кроме этого, коэффициенты вязкости h используемых текучих веществ полностью удовлетворяют перечисленным выше требованиям: у ртути h=0,015 пуаз, что близко к вязкости воды, а у эпоксидной смолы h=200 пуаз.
Для всаса эпоксидной смолы из замкнутого объема применяется насос 7 (например, насос шестеренчатого типа), способный перекачивать такую вязкую жидкость и создавать в камере 8 повышенное давление эпоксидной смолы, во много раз превосходящее давление ртути в резервуаре на уровне сопла 9. Благодаря этому на камере высокого давления 8 возникает реактивная продольная (в данном случае - горизонтальная) тяга Т влево, см.фиг.1. Одновременно из сопла 9, имеющего малое сечение, выбрасывается изначально узкая продольная (горизонтальная) струя 10 эпоксидной смолы.
Дальнейшее поведение струи 10 и явления в ртути могут быть описаны только после нескольких предварительных замечаний. Следует отметить, что все закономерности, которые будут упоминаться ниже, проверены автором заявляемого изобретения на опытах.
Рассмотрим схему истечения воздуха из баллона высокого статического полного давления Рп через симметричное сопло малого сечения в свободную земную атмосферу со статическим атмосферным давлением Ра=1000 Гс/см2 , причем Рп больше чем Ра всего на несколько десятков Гс/см2 . При этом на баллоне возникает обычная реактивная тяга То. Из практики известно, что сила воздействия струи воздуха (ударный импульс струи воздуха) на жесткую плоскость, перпендикулярную струе, не зависит от расстояния между плоскостью и соплом (пусть в одном случае плоскость 1 отстоит от сопла на длину, равную характерному проходному поперечному размеру сопла, умноженному на несколько единиц, а в другом случае плоскость 2 в свою очередь в несколько раз дальше от сопла, чем ранее плоскость 1). В этих случаях сила воздействия струи на плоскость одинакова и точно равна по величине, но противоположна по направлению вектору То.
В то же время, независимость силы струи от расстояния представляет собой не совсем тривиальный факт. Из практики известно, что струя воздуха в окружающем воздухе с удалением от сопла расширяется, т.е. увеличивается площадь воздействия струи на плоскость. Соответственно, площадь S1 круга динамического напорного давления на плоскости 1 намного меньше площади S2 аналогичного круга на плоскости 2. Если применить теорему о неразрывности струи, то при S2/S1=m скорость воздуха в струе вблизи плоскости 2 должна быть в m раз меньше, чем скорость воздуха у плоскости 1. Тогда динамическое давление, пропорциональное квадрату скорости, у плоскости 2 должно быть в m2 раз меньше, чем динамическое давление у плоскости 1. С учетом соотношения площадей S2=mS1 , общая сила воздействия струи воздуха на плоскость 2 должна уменьшиться в m раз по сравнению с плоскостью 1, чего нет в действительности.
Реально движение струи воздуха в окружающем воздухе происходит по непростым законам. Периферийные объемы воздуха в струе увлекают за собой прилежащие объемы окружающего воздуха, а сами частично теряют свою скорость. Поэтому к рассматриваемой струе не применима теорема о неразрывности струи. Результатом сложных перераспределений скоростей и частиц воздуха является наблюдаемое постоянство силы воздействия струи на перемещаемую преграду. Аналогично ведет себя струя жидкости в окружающей такой же жидкости.
Во всех деталях повторим только что рассмотренный опыт, но лишь с одной разницей. Снабдим сопло насадком в виде достаточно длинной трубы круглого сечения, в несколько раз большего по сравнению с проходным сечением сопла. В результате, соосные сопло и насадок образуют трубу со ступенчатым переходом от маленького к большому внутреннему диаметру. Стенки трубы отделяют идущий в ней поток воздуха от окружающего воздуха атмосферы Земли. По соплу и насадку движется только воздух струи, поэтому может быть применена теорема о неразрывности струи. Пусть сечение насадка в m раз больше сечения сопла. Тогда, повторив ранее проведенные рассуждения получаем, что сила воздействия струи воздуха на преграду после выхода струи из трубы уменьшается в m раз по сравнению с опытом без насадка. Т.е. по величине сила воздействия струи равна То/m. Это значение потом не меняется при отдалении жесткой преграды от выходного отверстия насадка. Прямые эксперименты полностью подтверждают всё сказанное.
Описанные опыты показывают, что расширение струи текучего вещества, происходящее без увлечения сторонних объемов этого же вещества, сопровождается уменьшением ударного импульса расширенной струи. Однако, у этого явления есть оборотная сторона. На кольцевой внутренней поверхности ступенчатого перехода от сопла к насадку возникает разрежение воздуха относительно атмосферного давления Ра. Поэтому на насадке наблюдается компенсирующая сила Тк , направленная вдоль скорости струи воздуха. Причем, величина силы Тк такова, что ее сумма с величиной сонаправленной силы струи То/m в опыте с насадком точно равна номинальному значению То реактивной тяги на баллоне, т.е.: Тк = То - (То/m) . Результирующая сила на устройстве, состоящем из баллона с соплом и насадком, (фактическая реактивная тяга всего устройства) сохраняет направление вектора То , но уменьшается до величины То/m .
Опыты с воздухом, подтверждающие описываемые закономерности, проводились автором заявляемого изобретения при значениях давления Рп , превосходивших значение Ра не более чем на 10 процентов. Т.е. разница давлений Рп-Ра=Ризб., представляющая собой избыточное давление в баллоне, составляла не более 100 Гс/см2. Это соответствует условию несжимаемости, характерному для жидкостей, используемых в предлагаемом способе создания тяги внутри замкнутой системы.
Обратимся к явлению-прототипу, использованному в настоящем изобретении, одним из конкретных исполнений которого служит устройство на фиг.1. Общая картина на фиг.1 повторяет хорошо знакомый многим людям опыт по выдуванию воздуха в воду на поверхности Земли через трубку, заканчивающуюся горизонтальным соплом. В непрерывном (установившемся) режиме работы прототипа – горизонтальная у сопла струя воздуха (рабочее текучее вещество - удельный вес 0,0013 Гс/см3, коэффициент вязкости h=0,00018 пуаз) с удалением от сопла расширяется и бурля поднимается в воде еще более широким выхлопом, выходя из воды в атмосферу вертикально вверх. Опыт показывает, что струя воздуха на выходе из воды имеет сечение, в десятки раз большее, чем изначальное ее узкое сечение внутри и вблизи сопла. Т.к. в воде выхлоп воздуха изолирован от атмосферного воздуха, то по ранее представленной закономерности, соответственно, во столько же десятков раз уменьшается вертикальный ударный импульс расширенной струи воздуха по сравнению с номинальным воздействием струи воздуха на преграду, если бы последняя располагалась непосредственно у горизонтального сопла в воде. Данное номинальное воздействие струи по величине равно горизонтальной реактивной тяге на воздушной трубке высокого давления с соплом.
Кроме того, горизонтальная у сопла струя воздуха отклоняется в вертикальном направлении архимедовой силой в воде. Благодаря этому горизонтальная составляющая вертикального ударного импульса (уменьшившегося в десятки раз) становится вообще пренебрежимо малой в сравнении с горизонтальной реактивной тягой на трубке с соплом. Эта тяга, однако, всё равно не остается нескомпенсированной. Ничтожная вязкость воздуха не препятствует проникновению масс воды (вспомогательное текучее вещество – жидкость, сама имеющая малый коэффициент вязкости h=0,010 пуаз и удельный вес 1 Гс/см3 ) в струю воздуха. Внедрившиеся массы воды получают горизонтальную скорость и образуют течение в резервуаре с остальной водой. Ударное воздействие этого течения на стенку резервуара, противоположную соплу, сводится к горизонтальному усилию, которое полностью уравновешивает реактивную тягу.
Несмотря на данный главный недостаток явления-прототипа, похожего на процессы в заявляемом устройстве на фиг.1, соответствующее устройство-прототип при работе в установившемся режиме имеет ряд положительных признаков. Так, оно оставляет свободу для дальнейших модернизаций с целью достижения нужного поведения рабочего и вспомогательного текучих веществ. В отличие например, от абсолютно тупикового устройства, в котором роль вспомогательной жидкости играет не вода (жидкость малой вязкости), а жидкость с очень большим коэффициентом вязкости. Вязкая вспомогательная жидкость не заходит в струю воздуха, не циркулирует в резервуаре, но за счет внутреннего самосцепления непосредственно воздействует на все стенки резервуара, создавая компенсирующее усилие. Выхлоп воздуха из сопла в вязкой вспомогательной жидкости идет по загибающемуся расширяющемуся стабильному каналу, по сути эквивалентному фигурной твердой преграде, т.е. с безусловным равновесием сил внутри замкнутой системы.
При создании предлагаемым способом нескомпенсированной тяги внутри замкнутой системы ключевую роль играют процессы во вспомогательной жидкости, отклоняющей струю рабочего вещества, т.к. собственно выхлоп рабочего вещества (что было доказано выше) может лишь на чуть-чуть компенсировать реактивную тягу сопла. Если вернуться к устройству-прототипу с выхлопом воздуха в воду, то уместно добавить следующее. Благодаря малой вязкости воды в устройстве-прототипе невозможно непосредственное утягивание вспомогательной жидкостью резервуара за все стенки. Но в устройстве с водой происходят другие явления. Ранее при характеристике прототипа было указано, что из-за минимальной вязкости воздуха и малой вязкости воды, струя воздуха увлекает капли воды. В результате, струя воздуха представляет собой бурлящий выхлоп воздушных пузырей с водяными прослойками. Вода со струей воздуха поднимается до границы раздела «вода-воздух» в замкнутом объеме и растекается в радиальных направлениях (при взгляде сверху, см. похожую фиг.1) потоками, образующими непрерывную циркуляцию воды в резервуаре.
Благодаря достаточному удалению бурлящего выхлопа от продольных стенок резервуара с водой, осевые (продольные) усилия на резервуаре появляются от невязкой воды только вследствие воздействия осевых потоков воды на стенки, перпендикулярные осевому направлению вдоль сопла. Ударный импульс «влево» потока воды на стенку 3 значителен, но меньше ударного импульса «вправо» продольного потока воды на стенку 1. Их разность целиком уравновешивает реактивную тягу на камере высокого давления воздуха, если размеры резервуара с водой незначительны.
При увеличении размеров резервуара до многокилометровых можно получить любую (вплоть до 100%) нескомпенсированность номинальной тяги воздушного сопла. Это возможно благодаря тому, что из-за образования в воде замкнутых водяных вихрей в ограниченной области возмущений давлений воды и из-за диссипации энергии в неидеальной жидкости - до стенок такого большого резервуара не дойдут ни малейшие возмущения воды от выхлопа воздуха. Теоретическая возможность получения указанным путем нескомпенсированной тяги внутри замкнутой системы является одним из доказательств наличия исключений из канонического закона сохранения импульса, не распространяющегося на некоторые специфические замкнутые системы в их глобальной динамике. Однако, такой путь неприемлем с практической точки зрения. Для промышленной применимости способ создания тяги внутри замкнутой системы должен обеспечивать близкую к 100% некомпенсацию номинальной тяги при минимальных размерах резервуара со вспомогательной жидкостью.
Устройство на фиг.1, иллюстрирующее предлагаемый способ создания тяги внутри замкнутой системы, лишено отмеченных недостатков устройства-прототипа. Вместо воды в нем используется ртуть, очень близкая к воде по вязкости. Поэтому в установившемся режиме на осевые усилия в резервуаре могут оказывать влияние только осевые потоки ртути в резервуаре. Благодаря использованию в качестве рабочего вещества очень вязкой жидкости (например, эпоксидной смолы), исключается внедрение капель ртути в струю 10 эпоксидной смолы, см. фиг.1. Этому же служат высокие (по сравнению с водой) значения поверхностного натяжения для ртути и эпоксидной смолы. Таким образом, струя эпоксидной смолы не уносит непосредственно с собой ртуть, и сколько-нибудь существенные потоки ртути в резервуаре отсутствуют.
Несмотря на то, что удельный вес эпоксидной смолы на три порядка выше удельного веса воздуха, в ртути на них действует почти одинаковая результирующая сила вертикальных сил. На 1см3 воздуха действует выталкивающая архимедова сила 13,5 Гс. При вычитании из нее веса 1см3 воздуха получаем результирующую силу: f возд. = 13,5 - 0,0013 ~ 13,5 Гс. По аналогии для эпоксидной смолы результирующая сила равна: f эпокс. = 13,5 - 1,2 = 12,3 Гс.
При заданном сечении сопла - заданной реактивной тяге соответствует определенное динамическое давление струи. Одна и та же величина этого давления может иметь место при высокоскоростной струе легкого воздуха или при низкоскоростной струе тяжелой эпоксидной смолы. Воздействие этих струй тождественно. Но относительно невысокая скорость струи эпоксидной смолы в устройстве на фиг.1 дополнительно гарантирует кардинальное уменьшение потоков ртути в резервуаре.
Из последних двух положений следует, что поведение струи 10 эпоксидной смолы в устройстве на фиг.1 не отличается от поведения струи воздуха в случае ее выброса в толщу ртути. Это поведение совпадает с описанным ранее при рассмотрении явления-прототипа. А именно: струя эпоксидной смолы, см. фиг.1, расширяется (теряет основную долю своего ударного импульса) и меняет продольное (горизонтальное) направление на вертикальное. Поэтому при входе расширенной струи в область замкнутого объема, занятую эпоксидной смолой - уменьшившийся ударный импульс «вверх» имеет величину горизонтальной составляющей, на несколько порядков меньшую, чем в случае мнимого расположения стенки 1 вблизи сопла 9.
Воздействие «вправо» на стенки устройства на фиг.1 практически отсутствует как со стороны эпоксидной смолы – рабочей жидкости, так и со стороны ртути – вспомогательной жидкости, причем именно в установившемся режиме. Благодаря этому, горизонтальная реактивная тяга Т «влево» остается нескомпенсированной, т.е. достигается цель заявляемого изобретения.
Полный анализ явлений при работе устройства на фиг.1 требует учета эффекта пограничного слоя струи эпоксидной смолы, в котором за счет диффузии происходит незначительный массоперенос прилежащих объемов ртути. Из курса газо и гидродинамики известно, что полное номинальное продольное воздействие представляет собой сумму воздействия от эффекта пограничного слоя (касательные усилия на продольных поверхностях) и воздействия от лобовых эффектов (нормальные усилия на торцевых поверхностях).
Оценим соотношение этих воздействий для случая нахождения устройства на фиг.1 в условиях невесомости. В этом случае продольная струя 10 эпоксидной смолы, не расширяясь и не отклоняясь, будет доходить до стенки 1 и оказывать на нее динамическое давление, т.е. воздействие вследствие лобовых эффектов. Наряду с этим по всей длине струи от сопла 9 до стенки 1 будет наблюдаться передача некоторого количества движения от эпоксидной смолы к ртути в пограничном слое струи. Вызванный этим незначительный поток ртути «вправо» также будет ударять в стенку 1, что является воздействием от эффекта пограничного слоя. Сумма описанных воздействий будет полностью уравновешивать номинальную реактивную тягу «влево» сопла 9. При этом воздействие собственно эпоксидной смолы на стенку 1 по величине будет многократно больше, чем воздействие от эффекта пограничного слоя. Такое соотношение обеспечивают следующие факторы: минимальная смешиваемость эпоксидной смолы и ртути; минимальная способность ртути смачивать другие материалы, т.к. поверхностные молекулы ртути взаимодействуют друг с другом значительно сильнее, чем с прилегающими молекулами любого другого вещества; повышенная вязкость эпоксидной смолы и ,что особенно важно, наоборот малая вязкость ртути.
Для конкретности дальнейшего изложения примем номинальную тягу сопла 9 в ртути равной То=100 Гс, причем в условиях невесомости она будет уравновешена суммой сил с примерным соотношением: сила от эффекта поверхностного трения в пограничном слое Тт=10 Гс «плюс» сила от динамического давления струи эпоксидной смолы Тд=90 Гс.
По сравнению с рассмотренным случаем, при работе устройства на фиг.1 в штатных условиях земного притяжения изменится только вид струи эпоксидной смолы, для установившегося режима показанный на фиг.1. Продольный (горизонтальный) участок струи 10 здесь имеет укороченную длину, что еще более уменьшает продольное воздействие, обусловленное эффектом пограничного слоя. С запасом оставим величину силы Тт=10 Гс неизменной.
Заявляемый способ создания тяги внутри замкнутой системы направлен на существенное снижение лобовых воздействий струи рабочего вещества, т.е. на уменьшение силы Тд. Выбор текучих веществ в устройстве на фиг.1 ,вероятно, не идеален. Поэтому трудно ожидать полного исключения силы Тд (Тд=0). Учитывая это, остановимся на частичном сохранении силы Тд: Тд=10 Гс. Тогда результирующая тяга, эквивалентная внешней силе, приложенной к замкнутой системе на фиг.1, принимает следующее значение:
Т = То - ( Тт + Тд ) = 100 - 20 = 80 Гс ,
т.е. составляет 80% от номинальной реактивной тяги сопла 9.
Нескомпенсированная тяга величиной не все 100% от номинальной тяги, а в данном примере всего 80% - это всё равно положительный и нормальный результат, исходя из ранее сделанных выводов о достижимости создания тяги внутри замкнутой системы с регулируемой любой степенью компенсации тяги сопла. Достижение нескомпенсированной тяги хотя бы в 1% от тяги сопла уже будет означать революцию в технике и переворот в понимании соответствующих законов физики. Последующие исследования, оптимальный подбор обоих текучих веществ и другие технические доработки позволят приблизить сумму (Тт+Тд) к нулю в сравнении с величиной То реактивной тяги сопла, причем с одновременным выполнением требования минимальных размеров резервуара со вспомогательной жидкостью.
Предлагаемое изобретение представляет собой способ существенного уменьшения напорного воздействия на стенки замкнутого объема со стороны струи рабочего вещества как непосредственно ею самой, так и опосредованно через динамику вспомогательной жидкости. Первая составляющая кардинально уменьшается уже в устройстве-прототипе. Но в нем имеют место существенные потоки вспомогательной жидкости, приводящие к полной компенсации номинальной реактивной тяги сопла в случае малых размеров резервуара. В заявляемом устройстве данные потоки уменьшаются во много раз. Из общего объема уменьшившегося потока вспомогательной жидкости только часть составляют массы вспомогательной жидкости, пришедшие в движение вследствие эффекта диффузии в пограничном слое струи рабочего вещества. Т.е. здесь и в других подобных задачах - воздействие, обусловленное одним лишь эффектом диффузии, по определению не может полностью уравновесить реактивную тягу сопла.
Даже при наличии некоторого воздействия на стенки резервуара из-за эффекта поверхностной диффузии - заявляемое изобретение позволяет существенно снизить основную вторую составляющую - прямое увлечение капель ртути толщей струи эпоксидной смолы. Всё это в сочетании с одновременным кардинальным уменьшением горизонтальной проекции ударного импульса струи эпоксидной смолы, выходящей из ртути, см. фиг.1. В итоге, расклад внутренних сил в системе свидетельствует о том, что полной компенсации реактивной тяги сопла не происходит. Этого достаточно для появления долговременной тяги, прикладывающейся к замкнутой системе, т.е. достигается цель изобретения.
На первый взгляд, предлагаемый способ создания тяги внутри замкнутой системы противоречит общеизвестному закону сохранения импульса. На самом же деле, этот закон справедлив только для замкнутой системы, в которой перемещаются тела со сконцентрированными массами. Этот закон имеет исключения, проявляющиеся в некоторых газо-гидродинамических замкнутых системах с распределенными массами и в соответствующих устройствах, а также в ряде иных случаев. Ранее приведенный пример с устройством-прототипом с "безграничным" резервуаром с водой является одним из доказательств того, что в замкнутой системе может существовать долговременная нескомпенсированная тяга, придающая постоянное ускорение изолированной замкнутой системе без потери ее массы и без ее взаимодействия с внешними телами и средами.
Другим доказательством не абсолютности закона сохранения импульса является работа определенных газо и гидродинамических устройств на переходных режимах - при включении источника тяги внутри замкнутой системы и при выключении источника тяги после его работы на установившемся режиме. Рассмотрим одно из таких устройств более подробно.
Представим себе герметичную сферическую оболочку не "безграничного", но достаточно большого радиуса порядка нескольких метров. Оболочка заполнена воздухом под давлением чуть большим атмосферного давления Ратм. . К оболочке с помощью нитевых растяжек прикреплен маленький электродвигатель, на валу которого установлен воздушный винт – пропеллер диаметром в несколько сантиметров. Электродвигатель расположен в центре оболочки. Здесь же находится батарейка, которая питает электродвигатель с помощью электрического ключа, управляемого дистанционно радиосигналами. Ось вала двигателя будем называть продольной осью. Пусть при включенном двигателе выхлопная воздушная струя от пропеллера идет не в сторону двигателя, а в свободную сторону по продольной оси. С приближением к участку оболочки, который назовем напорным, струя воздуха расширяется относительно диаметра пропеллера, но всё равно радиус пятна напорного воздействия струи на оболочку много меньше радиуса самой оболочки. При вращающемся пропеллере на нём, на валу, на электродвигателе и в конечном итоге на оболочке существует продольная сила тяги пропеллера, направление которой свяжем с положительным направлением оси Х. Эта сила тяги в установившемся режиме работы рассматриваемого простейшего газодинамического сферического устройства целиком уравновешена отрицательным продольным усилием на напорном участке оболочки, воспринимающем ударный импульс струи воздуха от пропеллера. Даже способ управления электродвигателем призван исключить всякие сомнения в том, что мы имеем дело с истинно замкнутой системой тел с некими массами.
В курсе физики в примерах на закон сохранения импульса рассматривается движение тел в замкнутых системах, причем по характерным признакам некоторые тела удобно именовать рабочими телами, т.к. перемещения таких тел наиболее заметны и важны для функционирования систем. Найдем рабочее тело в описанном газодинамическом сферическом устройстве. Электродвигатель закреплен на оболочке, поэтому является ее частью и не может быть рабочим телом. Вал электродвигателя с пропеллером могут вращаться вокруг продольной оси, но не могут перемещаться вдоль этой главной оси Х относительно оболочки, и также не являются рабочим телом. Внутри оболочки только может циркулировать воздух, который и играет роль рабочего тела с распределенными перемешиваемыми массами. В данной замкнутой системе вторым и последним телом (обычным со сконцентрированными массами) является оболочка вместе с прикрепленными к ней электродвигателем и остальными деталями.
Полный анализ в примерах на закон сохранения импульса в замкнутой системе двух тел включает два аспекта, непосредственно касающихся рабочего тела :
а) перемещение центра массы рабочего тела, учитываемое при определении положения общего центра масс всей системы ;
б) воздействие рабочего тела на второе тело (в нашем случае на оболочку), и наоборот.
Касаясь аспекта а), изучение нужно начать со следующего. И в процессе запуска электродвигателя, и при работе электродвигателя на установившемся режиме, и во время остановки пропеллера - имеют место факты :
+ линейная скорость лопастей при вращении пропеллера много меньше скорости звука в воздухе ; еще меньше скорость потоков воздуха на всасе и выхлопе пропеллера ; отсюда, отсутствуют скачки уплотнения воздуха, характерные для сверхзвуковых скоростей ;
+ лишь в малых объемах воздуха вокруг лопастей пропеллера – плотность воздуха лишь на несколько процентов отличается (где в меньшую сторону, где в большую) от плотности воздуха во всем остальном объеме герметичной оболочки ; циркуляция воздуха в оболочке происходит именно потому, что воздух стремится как раз к выравниванию статических давлений (и плотностей) во всем внутреннем объеме оболочки.
По перечисленным причинам положение центра масс воздуха относительно оболочки никогда не меняется, несмотря на движение воздуха. Т.е. не может быть и речи о влиянии циркуляции воздуха (рабочего тела рассматриваемого устройства) на положение общего центра масс всей замкнутой системы, тем более в случае когда полная масса воздуха внутри сферической оболочки много меньше массы оболочки с остальным оборудованием. Таким образом, аспект а) выпадает из дальнейшего анализа. Этот вывод становится еще более очевидным при использовании в качестве рабочего тела несжимаемой жидкости, без пузырей заполняющей внутренний объем герметичной оболочки. Такова одна из специфических особенностей замкнутых систем тел с распределенными массами.
Существо обсуждаемой проблемы заключено в аспекте б). При наличии потоков воздуха в газодинамическом сферическом устройстве от вращения пропеллера, т.е. при наличии разницы давлений воздуха на двух основных поверхностях лопастей во время работы электродвигателя – в целом на оболочку действует не малопродолжительный импульс внутренней силы (как при первичном взаимодействии твердых тел в типичных замкнутых системах в простых примерах из курса физики), а сколь угодно долговременная внутренняя сила-тяга, связанная с поддержанием безостановочного движения рабочего тела. С другой стороны, непрерывное перемещение воздуха в струе от пропеллера создает динамическое давление на напорном участке оболочки. Это давление, умноженное на площадь воздействия струи на оболочку, рождает внутреннюю противосилу, которая на установившемся режиме находится в полном балансе с постоянной номинальной тягой пропеллера. Упомянутые силы и являются предметом основного анализа, но не для понятного установившегося режима, а для имеющих специфику переходных режимов работы электродвигателя с пропеллером. Речь идет конкретно о включении электродвигателя от нулевых до номинальных оборотов с дальнейшим сохранением последних. А также о выключении электродвигателя с номинальных оборотов до полной остановки, когда происходят процессы, аналогичные но обратные включению.
Пусть в исходном состоянии газодинамическое сферическое устройство, будучи изолированной замкнутой системой в пространстве, неподвижно, и электродвигатель выключен. В начальный момент времени tн, см. фиг.2(а), подадим напряжение на электродвигатель с пропеллером. Номинальные обороты вал двигателя набирает быстро, особенно в сравнении с временем, которое потребуется струе воздуха на распространение до напорного участка оболочки. Поэтому для простоты будем считать включение электродвигателя мгновенным. Соответственно, зависимость тяги на пропеллере от времени будет представлять собой скачкообразную функцию. Это изображено на фиг.2(а), где : Тп – тяга пропеллера – она же внутренняя сила, действующая на оболочку в положительном направлении оси Х ; То – номинальное значение тяги при номинальных оборотах двигателя. При времени t ³ tн величина Тп равняется номинальной То вплоть до поступления команды на выключение электродвигателя.
В период времени [tн,tр] , см. фиг.2(б), тяга на пропеллере уже есть, а первый воздух, вытолкнутый пропеллером, еще не успел дойти до стенки оболочки. Только в момент времени tр фронт струи воздуха при распространении достигает напорного участка оболочки. Даже после этого формирование струи до установившегося состояния происходит совсем не мгновенно, а постепенно в течение отрезка времени [tр,tк] . Соответственно, постепенно увеличивается напорное воздействие струи на оболочку. Это усилие Ту на напорном участке оболочки в отрицательном направлении оси Х из-за ударного импульса струи для простоты будем считать меняющимся линейно во времени [tр,tк] , см. фиг.2(б). С момента времени tк конца переходного режима сила Ту имеет номинальную постоянную величину То для установившегося режима. Фиг.2 иллюстрирует предположение из общих соображений о запаздывании появления усилия Ту по отношению к тяге пропеллера Тп после запуска электродвигателя.
Переходный режим включения струи воздуха можно провести иначе. На расстоянии диаметра пропеллера напротив пропеллера установим воздухонепроницаемую шторку размерами в два диаметра пропеллера. Включим электродвигатель на постоянную работу и дождемся стабильной циркуляции воздуха с очень короткой продольной струей воздуха из пропеллера. Эта струя давит на шторку силой, передающейся оболочке и уравновешивающей тягу пропеллера. В начальный момент времени tн с помощью электромагнита резко сдвинем шторку вбок подальше от пропеллера, открывая тем самым путь постепенного распространения струи воздуха в продольном направлении. Сила на шторке от струи резко исчезает, оставляя без пары сохраняющуюся тягу пропеллера. Поэтому последняя в течение некоторого времени является единственной и доминирующей продольной силой в замкнутой системе. В этом и в остальном поведении данные переходные режимы включения совершенно одинаковы и выявляют один и тот же специфический эффект в динамике замкнутых систем тел с распределенными массами.
На рассматриваемую сферическую оболочку с момента времени tн действует со направлено оси Х интегральный импульс силы òТп(t)dt . На оболочку также действует противо направлено оси Х интегральный импульс силы òТу(t)dt . Сумма этих интегралов будет равна площади трапеции на фиг.2(в). Неравенство этой площади нулю подтверждает существование несбалансированной внутренней силы Т=Тп+Ту , являющейся для замкнутой системы простой силой-тягой, изменяющей динамику системы в целом.
Из курса физики известно : если на покоящуюся систему подействует импульс силы, то в результате система приобретет некоторое количество движения: TDt=mV. В свете этого положения интерпретация графика на фиг.2(в) не составляет труда :
+ в течение времени [tн,tк] в замкнутой системе (или можно смело говорить – на замкнутую систему) газодинамического сферического устройства действует сила Т=Тп+Ту¹0 ; это приводит к тому, что общий центр масс замкнутой системы приобретает некоторую скорость V¹0 ;
+ при t ³ tк сила Тп полностью уравновешена силой Ту, поэтому по Первому закону Ньютона общий центр масс замкнутой системы продолжает двигаться со скоростью V (в отсутствие внешних сил трения и сопротивления), накопленной к концу переходного режима.
Таким образом, мы пришли к выводу : при запуске электродвигателя с пропеллером неподвижная сферическая оболочка со всем содержимым придет в движение по оси Х и (в условиях невесомости и вакуума) пройдет расстояние, пропорциональное времени работы электродвигателя на установившемся режиме. Т.е. такое расстояние запросто может быть заведомо намного больше, чем диаметр самого устройства. Это пример последствий действия кратковременного истинного квази-(в значении «близко к» непрерывности)-тягового усилия в замкнутой системе.
Существование данного кратковременного квази-тягового усилия может считаться опровержением всеобщности канонического закона сохранения импульса. Т.к. если оставаться в плену идеологии догм этого закона, то поведение газодинамического сферического устройства (и движение составляющих его тел от действия продольных внутренних сил) может быть только следующим :
- когда масса рабочего тела (воздуха внутри оболочки) много меньше массы оболочки с другими деталями, тогда смещение сферической оболочки вдоль оси Х должно быть практически незаметным ;
- заметным смещение оболочки должно быть когда масса рабочего тела сравнима с массой оболочки ; а вообще максимально возможное перемещение оболочки должно быть равно диаметру самой сферической оболочки (и то лишь при условии доминирования массы рабочего тела над массой оболочки при выполнении также геометрических требований) , но всё равно с обязательной последующей окончательной остановкой оболочки на данной отметке ;
- во всех случаях общий центр масс замкнутой системы ни на миг ни на микрон не должен смещаться ни во время ни по окончании переходных процессов.
В реальности, поле действия этих правил не всеобъемлющее, они не работают в некоторых явлениях материального мира. Исключением из этих правил может считаться анализируемый специфический эффект квази-тягового усилия при переходных режимах в замкнутых системах тел с распределенными массами.
Снова обратимся к газодинамическому сферическому устройству, к которому имеет отношение фиг.2. При выключении электродвигателя с пропеллером, до этого работавшего в установившемся режиме с номинальными оборотами, на замкнутую систему устройства действует импульс силы Твыкл.=Тп+Ту¹0 в отрицательном направлении оси Х за счет обратных эффектов : тяга на пропеллере пропадает быстрее, чем воздействие инерционной струи воздуха на напорный участок герметичной оболочки. Данный эффект обнаруживается двояко. Если до выключения электродвигателя общий центр масс замкнутой системы двигался со скоростью V¹0 , полученной при первом (на включение) переходном режиме, то после прекращения вращения вала двигателя - общий центр масс замкнутой системы остановится и далее будет находиться в состоянии покоя на сколь угодно большом удалении от самой начальной своей координаты. Если до выключения электродвигателя газодинамического сферическое устройство было закреплено и неподвижно, а непосредственно перед выключением освобождено, то при остановке двигателя оно приобретет постоянную скорость (-V)¹0 в отрицательном направлении оси Х.
Описанные теоретически явления в переходных режимах поддаются проверке на прямых экспериментах. Громоздкое газодинамическое сферическое устройство целесообразно развернуть в космосе на орбите Земли, где имеет место вакуум и невесомость. При переходном режиме включения электродвигателя с пропеллером можно зарегистрировать прямолинейное удаление замкнутой системы от наблюдателя без внешнего силового воздействия на систему со стороны наблюдателя. Это был бы абсолютно чистый опыт. Похожее меньших размеров устройство, заполненное на этот раз жидкостью (водой), в обычных земных условиях целесообразно установить для уменьшения сил трения на крутильные весы так, чтобы продольные с осью Х квази-тяговые горизонтальные усилия создавали крутящий момент вокруг вертикальной оси Z. В случае питания электродвигателя от внешнего источника тока с помощью отдельного кабеля – гибкие электрические провода от электродвигателя выводятся вдоль оси вращения весов и с провисанием закрепляются на неподвижных частях испытательного стенда для исключения влияния натяжения проводов на поворот весов.
По аналогии с описанным выше легко предсказать кинематику крутильных весов с гидродинамическим устройством, имеющим электродвигатель с гребным винтом, на переходных режимах. При включении двигателя следует ожидать поворота коромысла весов, изначально покоившихся, и продолжения кручения весов с малой постоянной угловой скоростью на установившемся режиме работы двигателя. Так что со временем само устройство пройдет по окружности расстояние, превышающее соответствующий размер корпуса устройства, прежде чем силы трения и сопротивления у крутильных весов остановят их вращение. Но на этом расстоянии совсем не обязательно концентрировать внимание, поскольку даже незначительного поворота достаточно для доказательства смещения общего центра масс замкнутой системы без импульса внешней силы и без импульса от выброса масс системы, а вследствие обнаруженных специфических эффектов. Поведение гидродинамического устройства при выключении электродвигателя (с обратным изменением поворота крутильных весов) также можно объяснить на базе рассмотренных выше теоретических вариантов.
На практике последние опыты с крутильными весами содержат в себе еще одну методическую сложность. Она касается типа оси вращения весов и способа подвески оси на неподвижной опоре. Если применить жесткую ось, закрепленную на коромысле крутильных весов, и шарнирную (подшипниковую) опору, то это дает повод критически настроенным оппонентам задать дежурный вопрос - не вызвано ли описанное вращение весов и перемещение устройства одним лишь толчковым (при включении или выключении электродвигателя) отталкиванием оси вращения от опоры за счет разницы коэффициентов трения покоя и скольжения (качения) в шарнире (подшипнике) опоры, т.е. за счет превосходства трения покоя над трением движения. В отличие от «Машины Нормана-Дина» [3], которая при собственной вибрации “на щётках” ползет по поверхности, такой механизм движения в наших опытах заранее специально исключается простыми мерами (уменьшение диаметра шарнира или подшипника, смазка поверхностей, увеличение размаха коромысла крутильных весов и др.). Кроме того, после реализации указанных мер есть возможность прямой проверки не ответственности опоры за наблюдаемое изменение динамики крутильных весов с замкнутой системой в виде гидродинамического устройства, заполненного водой.
При наличии существенного механизма трения в шарнире (подшипнике), взаимность трения покоя двух контактирующих деталей неизбежно должна приводить также и к тому, что при начале принудительного вращения вокруг оси Z самой опоры в испытательном стенде – должна туда же поворачиваться ось крутильных весов и вместе с ней должно приходить в движение коромысло с не работающим гидродинамическим устройством. И наоборот, если при вращении самой опоры ось и коромысло крутильных весов остаются неподвижными, то это однозначно свидетельствует о пренебрежимой малости трения покоя. На макете гидродинамического устройства на крутильных весах с жесткой осью вращения путем прямой экспериментальной проверки по данному методу автором было получено, что в рассматриваемых обстоятельствах механизм трения в опоре отсутствует (с практической точки зрения) даже при использовании серийного крюка ручной тали с упорным подшипником. Тем более будут неуместны по этому поводу возражения критически настроенных оппонентов в случае применения в опытах на переходные режимы шарнирных (подшипниковых) опор, специально разработанных и изготовленных для этих целей.
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 Z на 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 Z весов.
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.
АНАЛИЗ ПРОЦЕССА МАССОПЕРЕНОСА И ПЕРЕДАЧИ ИМПУЛЬСА
В ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ СТРУИ РАБОЧЕГО ВЕЩЕСТВА
в изобретении «Способ создания тяги внутри замкнутой системы»
При изучении любого явления необходимо принимать во внимание все процессы, формирующие данное явление, а также оценивать вклад каждого процесса в суммарное проявление. При рассмотрении по существу настоящего изобретения эксперты могут выразить сомнение в работоспособности, как пример, устройства на фиг.1 следующей мотивировкой : техническое решение в изобретении позволит уменьшить компенсирующие потоки вспомогательной жидкости за счет сведения к минимуму внедрения этой жидкости в толщу струи рабочего вещества (лобовые явления) ; но не исчезнет поток вспомогательной жидкости из-за процесса массопереноса и передачи импульса в пограничном слое струи рабочего вещества (далее – Процесс – касательного типа), как составляющая полного явления течения струи рабочего вещества во вспомогательной жидкости.
В общем справедливое замечание не опровергает автоматически работоспособность изобретения (не означает быстрое решение вопроса), а наоборот только ставит на повестку вопрос : достаточно ли потока вспомогательной жидкости от Процесса, чтобы в одиночку полностью уравновесить тягу сопла, т.е. привести к отсутствию нескомпенсированной тяги внутри замкнутой системы. Другими словами – является ли Процесс препятствием для работоспособности устройства на фиг.1. Ответим на поставленный вопрос, проанализировав основные случаи течения некого вещества в ином веществе (по вязкостям). Тем самым покажем, что во всех случаях вклад Процесса лишь сопоставим с вкладом так называемых лобовых явлений, причем только сумма их полновесных дает полное номинальное воздействие струи, без специальных мер равное номинальной тяге сопла. При сниженном одном и сохранившемся другом их сумма неизбежно становится меньше номинального значения.
1. Струя очень невязкого рабочего вещества (газа - например воздуха) в разных вспомогательных веществах.
1.1. Очень вязкое вспомогательное вещество - в пределе “бесконечно” вязкое вещество - твердое тело в виде воздуховода.
Данный вариант рассмотрим на основе опыта с использованием компрессора от бытового пылесоса. На выхлопе компрессора смонтируем короткое сопло диаметром 2 см. Пусть при номинальных оборотах компрессора в выхлопной камере поддерживается номинальное избыточное давление воздуха, так что на компрессоре наблюдается номинальная реактивная тяга То для конкретности «влево», а струя воздуха из сопла распространяется соответственно «вправо». Теперь возьмем жесткую длинную прямую трубку такого же сечения, что и сопло компрессора. Соосно нарастим сопло этой трубкой с помощью герметичной мягкой муфты. Свяжем трубку с устройством для измерения силы Тт поверхностного трения (которое целиком характеризует интересующий нас Процесс), см. описания подобных приборов, например в книге – Повх И.Л., Аэродинамический эксперимент в машиностроении, Ленинград, Машиностроение, 1974 г., 480 с. Остальные условия работы компрессора оставим без изменения, а именно сохраним величину тяги То собственно на компрессоре с развязкой от длинной трубки.
Известно, что реактивная тяга То «влево» на компрессоре должна быть уравновешена воздействием «вправо» струи воздуха, выходящей из сопла. В опыте с длинной трубкой это воздействие складывается из двух составляющих :
+ сила Тт увлечения трубки «вправо» за счет Процесса касательного типа ;
+ сила «вправо» воздействия на жесткую преграду струи воздуха после ее выхода из длинной трубки, причем скорость этой струи оказывается меньше, чем в исходном опыте с коротким соплом.
Относительный вклад указанных сил зависит от длины прямой трубки, но влияние Процесса пограничного слоя не абсолютно и не единственно даже при “бесконечно” длинной трубке.
1.2. Вспомогательное вещество средней вязкости – жидкость.
На поверхности Земли на выхлоп воздуха в жидкость с её градиентом гидростатических давлений будет действовать вертикальная Архимедова сила. При горизонтальном положении сопла будет наблюдаться явление-прототип для устройства на фиг.1, подробно рассмотренное в Описании заявленного изобретения. Эмитацию условий невесомости дает выхлоп воздуха из вертикального сопла вверх из-под поверхности жидкости. Наличие концентрированной струи воздуха от поверхности, а значит наличие существенного ударного импульса вышедшей струи воздуха – однозначно говорит о том, что воздействие от Процесса является лишь добавкой к силе вышедшей из жидкости воздушной струи для их суммарной компенсации сопловой тяги вниз. По той же самой причине, при организации потока воздуха вдоль гладкой поверхности жидкости с возбуждением волн у жидкости – не может быть и речи о том, что энергия волн от Процесса здесь единственная. Более того, Процесс в основном только порождает волны, а увеличивает размеры и скорость волн главным образом лобовой напор потока воздуха.
1.3. Очень невязкое вспомогательное вещество – такое же как рабочее вещество (воздух).
В случае полной совместимости веществ Процесс диффузии и перемешивания в пограничном слое протекает наиболее интенсивно. Опишем соответствующий эксперимент (см. фиг.4), проведенный автором. Для поддержания циркуляции воздуха применялся компрессор пылесоса. Режим его работы был таков, что статическое давление Рп превышало атмосферное давление Ратм. всего на несколько процентов, поэтому сжимаемостью воздуха можно пренебреч. Сопло на камере повышенного давления компрессора и все остальные трубы имели равное круглое сечение, поэтому скорость воздуха внутри воздуховода везде одинаковая. На практике в установившемся режиме компрессор развивал реактивную тягу То, и что самое важное, за воздухозаборником справа наблюдался значительный поток воздуха. Это на первый взгляд несколько неожиданно, ведь : из сопла выходит ровно столько воздуха, сколько входит в воздухозаборник ; но если предположить, что в воздухозаборник входит лишь часть воздуха, вышедшего из сопла, то со временем струя воздуха в трубах должна ослабеть до нулевой скорости, чего не происходит в действительности.
На самом деле, опыт на фиг.4 является еще одним подтверждением констатации, содержащейся на стр.4,5 Описания изобретения : периферийные объемы воздуха в струе увлекают за собой прилежащие объемы окружающего воздуха, т.е. имеет место Процесс массопереноса и передачи импульса на границе струи и окружающего воздуха. При этом исходная струя замедляется и расширяется, но на входе в воздухозаборник разгоняется до номинальной скорости в фиксированном сечении, так что воздух, выходящий из сопла, в том же количестве входит в воздухозаборник. А присоединенные массы окружающего воздуха, получившие скорость от струи, продолжают двигаться дальше и образуют наблюдаемый поток воздуха правее воздухозаборника.
Теперь изучим силовые факторы. На свободном всасе компрессора равнодействующая сил равна нулю (разрежение по давлению в камере всаса компенсируется ударным импульсом вошедшей струи). В воздухозаборнике на фиг.4 немного иная ситуация. Для входа струи номинальной скорости требуется меньшее разрежение по давлению, поэтому преобладающий ударный импульс струи воздуха, вошедшей в воздухозаборник и повернувшей под прямым углом, создает на воздухозаборнике ненулевое усилие Тз. Воздействие на помещенную преграду от потока воздуха правее воздухозаборника можно целиком отнести на счет Процесса. Но только сумма этого воздействия и силы Тз точно уравновесит реактивную тягу То сопла. Сказанное справедливо и при размещении устройства на фиг.4 в некотором замкнутом объеме, заполненном воздухом. Если затем каким-то образом исключить лобовые явления, порождающие силу Тз , то одно воздействие от Процесса останется меньше величины То, и в замкнутом объеме возникнет непрерывная во времени нескомпенсированная тяга. Ее значение не будет равно То, а будет ниже То (но не до нуля) именно на величину воздействия, связанного с Процессом массопереноса и передачи импульса в пограничном слое струи воздуха из сопла. Т.е. нескомпенсированная тяга будет равна значению Тз , но в направлении вектора То. Конкретное же соотношение Тз и То зависит от конструктивных и других факторов.
1.4. Вспомогательное вещество существенно менее вязко по сравнению с воздухом - в пределе вакуум.
Происходящие здесь явления подобны случаю, описанному ниже в пункте п.2.3. В случае вакуума (как бы вспомогательного вещества) струя воздуха ни с чем не взаимодействует, и Процесс отсутствует. Тогда как лобовые явления сохраняются в лице продольных импульсов всех молекул воздуха в струе.
2. Струя невязкого рабочего вещества (жидкости – например воды) в разных вспомогательных веществах.
2.1. Очень вязкое вспомогательное вещество - в пределе “бесконечно” вязкое вещество - твердое тело в виде водопровода.
Аналогичное исследование проведено выше в пункте п.1.1.
2.2. Вспомогательное вещество - сама вода.
Происходящие здесь явления совпадают с описанными ранее в пункте п.1.3.
2.3. Вспомогательное вещество существенно менее вязко по сравнению с водой - например, воздух.
Рассмотрим опыт со струей воды из горизонтального шланга над поверхностью Земли. В установившемся режиме на поведение струи воды, выходящей из шланга, заметное влияние оказывает только сила тяжести. При небольшом расстоянии от сопла шланга до жесткой преграды (назовем её мишенью, в которую бьет струя воды) – действием силы тяжести можно пренебреч, и считать струю воды горизонтальной и прямой. Из практики всем известно, что такая струя воды в воздухе сохраняет цельность вплоть до момента контакта с мишенью. Уточним геометрию мишени – это круг размером в сечение струи воды при их контакте, причем круг мишени находится спереди вблизи пространной жесткой преграды, силовым образом развязанной с мишенью и перпендикулярной к струе воды. Полное по представлению воздействие струи воды на препятствия имеет две составляющие. Основная доля принадлежит лобовому непосредственному ударному импульсу струи воды – горизонтальное усилие Тм на мишени. Значительно меньшая вторая составляющая – это воздействие на остальную площадь жесткой преграды со стороны слабого продольного потока воздуха, увлекаемого (по касательной) струей воды за счет Процесса в пограничном слое струи воды, которая сопровождает реактивную тягу на шланге.
Предлагаемое изобретение (согласно Описанию) направлено на кардинальное уменьшение воздействий на стенки замкнутого объема от всех лобовых явлений в струе рабочего вещества, одновременно, естественно при невозможности полностью избавиться от воздействия вспомогательного вещества на стенки замкнутого объема вследствие Процесса, и в итоге направлено на создание полезной тяги внутри замкнутой системы.
В качестве демонстрации решим данную задачу искусственно на примере водяного шланга в окружающем воздухе, принимая во внимание похожесть соотношений вязкостей рабочего и вспомогательного веществ в устройстве на фиг.1 и в настоящем пункте п.2.3. Рассмотрим тележку, на которой стоит герметичная оболочка, наполовину заполненная водой. С помощью водяного насоса будем брать воду из резервуара герметичной оболочки и нагнетать ее в горизонтальный шланг над водой в воздухе внутри оболочки. Стенка оболочки напротив сопла шланга устроена аналогично преграде с мишенью, как было очерчено одним абзацем выше. После попадания в мишень вода стекает обратно в резервуар, и таким образом, непрерывно циркулирует при установившемся режиме. Если мишень связать с оболочкой, то описанное устройство будет покоиться из-за сбалансированности внутренних сил, перечисленных одним абзацем выше. Если мишень не связывать с оболочкой, а поддерживать ее положение относительно оболочки с помощью любой внешней силы через стенку оболочки, то почти полная реактивная тяга шланга вызовет ускоренный разгон устройства с тележкой. Это обычный пример на действие внешней силы (правда, необычное неявное действие), но здесь он приведен с другой целью – еще раз показать ограниченность влияния единолично силы от Процесса на динамику замкнутой или незамкнутой системы тел.
В последнем случае ударный импульс струи воды на мишени уравновешивается следящей внешней силой (-Тм). Воздействие на остальную стенку рядом с мишенью оказывает только поток воздуха из-за Процесса в пограничном слое струи воды. При неизменной скорости струи воды - неизменна продольная сила на оболочке от потока воздуха из-за Процесса. Т.е. как говорилось и раньше, модуль этой силы существенно меньше модуля силы Тм и ,тем более, существенно меньше модуля номинальной реактивной тяги на шланге, приложенной к оболочке. Поэтому результирующая двух сил на оболочке конструкции далеко не равна нулю, а представляет собой нескомпенсированную тягу почти номинальной величины исходя из реактивной тяги шланга.
Это доказывает, что сила от Процесса не может выполнять чужую работу, брать всё на себя, и совершенно не обязана полностью уравновешивать реактивную тягу в отсутствие других воздействий от струи рабочего вещества на стенки герметичной оболочки.
- 3. Движение “бесконечно” вязкого рабочего вещества (твердого тела)
в разных вспомогательных веществах.
3.1. Вспомогательное вещество - также твердое тело второе.
Данный вариант относится к динамике в общей механике физики и к механике деформируемого твердого тела, т.е. выходит за рамки динамики текучих сред, и его рассмотрение не обязательно.
3.2. Вспомогательное вещество на много порядков менее вязко по сравнению с твердым рабочим телом – принципиального значения не имеет, будь это невязкая жидкость или очень невязкое газообразное вспомогательное вещество (например, воздух на поверхности Земли). В текучих средах движение твердого тела везде описывается одинаково, но для конкретности ограничимся рамками газодинамики в воздухе.
Пример 1.
Пусть имеется прямой металлический стержень длиной L и диаметром d, много меньшим размера L . Внешней силой вдоль оси стержня заставим его двигаться в атмосфере Земли со скоростью Vо. При равномерном движении стержня - внешняя сила (которую примем за номинальную) будет уравновешена силой полного профильного сопротивления воздуха. Последняя определяется, как сумма лобовой силы сопротивления давления Тд на торцах и касательной силы сопротивления трения Тт по длине стержня, см. главу IX из книги – Повх И.Л., Аэродинамический эксперимент в машиностроении, Ленинград, Машиностроение, 1974 г., 480 с. Сила Тд возникает из-за разницы давлений воздуха на торцах стержня, а сила Тт представляет собой интеграл касательных напряжений по цилиндрической поверхности и порождается Процессом в пограничном слое. Точное соотношение этих сил зависит от фактических условий задачи и от ряда других факторов.
Пример 2.
Теперь согнем данный стержень в кольцо, совместим торцы стержня и произведем сварку. Получится тор, срединный диаметр которого равен: D=L/p . Обеспечим возможность вращения тора вокруг оси, перпендикулярной его плоскости и проходящей через центр кольца, без опор и трения в них (например, с помощью магнитной подвески тора). Внешней силой заставим тор вращаться с угловой скоростью, которой будет соответствовать линейная скорость Vо поверхности тора, точно равная скорости стержня в примере 1.
При равномерном вращении тора внешняя сила будет уравновешена единственной здесь силой сопротивления воздушного трения Тт от Процесса, т.к. сила сопротивления давления Тд=0. При этом величина силы Тт одинакова в обоих примерах данного пункта п.3.2 Дополнений к Описанию изобретения. Таким образом, для поддержания скорости Vо в примере 2 требуется внешняя сила, меньшая чем номинальная внешняя сила в примере 1. Или иначе: при прекращении действия внешней силы на скорости Vо - тор будет вращаться до остановки значительно дольше по времени, чем будет двигаться до остановки стержень из примера 1. Это подтверждается поведением волчков, а также функционированием гироскопов и супер-маховиков. Т.е. сила Тт не достигает величины номинальной силы полного профильного сопротивления и сама по себе относительно мала. Важно отметить, что единственность силы Тт от Процесса наблюдается только в случаях, подобных примеру 2. К тому же, такая единственность и вся работа силы Тт до конца - связаны с большой длительностью движения и с большим перемещением каждой точки рабочего тела в заданном направлении, когда общий путь многократно превосходит характерный размер L объекта. Всего этого нет в заявленном изобретении и в устройстве на фиг.1.
Рассмотренные примеры еще раз доказывают, что вклад Процесса пограничного слоя в явлениях газо и гидродинамики не может быть равен 100% от полного номинального воздействия противотяги, а в ряде задач этот вклад настолько мал, что может не учитываться в оценках первого приближения.
- 4. Струя вязкого жидкого рабочего вещества (эпоксидной смолы) в невязком жидком вспомогательном веществе (ртути) согласно заявленному Способу создания тяги внутри замкнутой системы.
В устройстве на фиг.1 по Описанию и Формуле изобретения вспомогательным веществом является невязкая ртуть, очень близкая по вязкости к воде. Эпоксидная смола, используемая в качестве рабочего вещества, на несколько порядков более вязкая, чем ртуть или вода. Данный вариант имеет много общего с пунктом п.2.3 выше, для которого характерен небольшой относительный вклад Процесса пограничного слоя в полный баланс тягового усилия.
Начнем оценки с более простого случая, когда устройство на фиг.1 находится в условиях невесомости. Тогда, продольная струя 10 эпоксидной смолы, не расширяясь и не отклоняясь, будет доходить до стенки 1 и оказывать на нее динамическое давление, т.е. это будет воздействие вследствие лобового напора самой струи. Наряду с этим по всей длине струи от сопла 9 до стенки 1 будет наблюдаться передача некоторого количества движения от эпоксидной смолы к ртути в пограничном слое струи. Вызванный этим незначительный поток ртути «вправо» также будет ударять в стенку 1, что является воздействием от Процесса пограничного слоя. Сумма описанных воздействий будет полностью уравновешивать номинальную реактивную тягу «влево» сопла 9. При этом воздействие собственно эпоксидной смолы на стенку 1 по величине будет многократно больше, чем воздействие от Процесса. Такое соотношение обеспечивают следующие факторы : минимальная смешиваемость эпоксидной смолы и ртути ; минимальная способность ртути смачивать другие материалы, т.к. поверхностные молекулы ртути взаимодействуют друг с другом значительно сильнее, чем с прилегающими молекулами любого другого вещества ; повышенная вязкость эпоксидной смолы и ,что особенно важно, наоборот малая вязкость ртути.
Для наглядности дальнейшего изложения примем номинальную тягу сопла 9 в ртути равной То=100 Гс, причем в условиях невесомости она будет уравновешена суммой сил с примерным соотношением : сила от Процесса поверхностного трения в пограничном слое Тт=10 Гс «плюс» сила от динамического давления струи эпоксидной смолы Тд=90 Гс.
По сравнению с рассмотренным случаем, при работе заявленного устройства в штатных условиях земного притяжения изменится только вид струи эпоксидной смолы, для установившегося режима показанный на фиг.1. Продольный (горизонтальный) участок струи 10 здесь имеет укороченную длину, что еще более уменьшает продольное воздействие, обусловленное Процессом пограничного слоя. С запасом оставим величину силы Тт=10 Гс неизменной.
Предложенный Способ создания тяги внутри замкнутой системы направлен на существенное снижение лобовых воздействий струи рабочего вещества (как самой на стенки, так и на вспомогательное вещество, контактирующее со стенками), т.е. на уменьшение более сложной силы Тд . Выбор текучих веществ в устройстве на фиг.1, вероятно, не идеален. Поэтому трудно ожидать полного исключения силы Тд (Тд=0). Учитывая это, остановимся на частичном сохранении силы Тд : Тд=10 Гс. Тогда результирующая тяга, эквивалентная внешней силе, приложенной к замкнутой системе на фиг.1, принимает следующее значение:
Т = То - ( Тт + Тд ) = 100 - 20 = 80 Гс ,
т.е. составляет 80% от номинальной реактивной тяги сопла 9.
Нескомпенсированная тяга величиной не все 100% от номинальной тяги, а в данном примере всего 80% - это всё равно положительный и нормальный результат, исходя из принципиальной достижимости (показанной в материалах Сайта) создания тяги внутри замкнутой системы с регулируемой любой степенью компенсации тяги сопла. Обеспечение нескомпенсированной тяги хотя бы в 1% от тяги сопла уже будет означать революцию в технике и переворот в понимании соответствующих законов физики. Последующие исследования, оптимальный подбор обоих текучих веществ и другие технические доработки позволят приблизить каждое слагаемое и всю сумму (Тт+Тд) к нулю в сопоставлении с величиной То реактивной тяги сопла, причем с одновременным выполнением требования минимальных размеров резервуара со вспомогательной жидкостью.
Заключение.
Заявленное изобретение представляет собой способ существенного уменьшения напорного продольного воздействия на стенки замкнутого объема со стороны струи рабочего вещества как непосредственно ею самой, так и опосредованно через динамику вспомогательной жидкости. Первая составляющая (лобовой ударный импульс самой струи рабочего вещества на стенки) кардинально уменьшается уже в устройстве-прототипе с выхлопом воздуха в воду. Но в нем имеют место потоки вспомогательной жидкости : значительный - вследствие лобовых явлений подталкивания вспомогательной жидкости струей ; и довесочный поток - вследствие касательного Процесса массопереноса и передачи импульса от струи к вспомогательной жидкости в пограничном слое струи рабочего вещества. А общий поток приводит к полной компенсации номинальной реактивной тяги сопла в случае малых размеров резервуара вспомогательной жидкости.
В заявленном устройстве на фиг.1 аналогичный общий поток вспомогательной жидкости уменьшается во много раз в основном за счет минимизации лобовых явлений взаимодействия вспомогательной жидкости и струи рабочего вещества. Из всего объема уменьшившегося потока вспомогательной жидкости ,всё равно, только часть составляют массы вспомогательной жидкости, пришедшие в движение вследствие Процесса в пограничном слое струи рабочего вещества. Т.е. здесь и в других подобных задачах – в одиночестве воздействие, обусловленное одним лишь Процессом, имея малую относительную величину, «по определению» не может полностью уравновесить реактивную тягу сопла.
Даже при наличии некоторого сопровождающего воздействия вспомогательной жидкости (ртути) на стенки резервуара из-за Процесса - заявленное изобретение позволяет существенно снизить основную вторую составляющую от прямого увлечения капель ртути толщей струи эпоксидной смолы. И всё это в сочетании с одновременным кардинальным уменьшением продольной горизонтальной проекции ударного импульса струи эпоксидной смолы, выходящей из ртути, см. фиг.1. В итоге, расклад внутренних сил в замкнутой системе получается таким, что полной компенсации реактивной тяги сопла не происходит. Этого достаточно для появления долговременной тяги, прикладывающейся к замкнутой системе, т.е. достигается цель изобретения, и предложенный «Способ создания тяги внутри замкнутой системы» может быть использован для перемещения объектов в пространстве.
ФИГУРЫ ГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИй
к Описанию изобретения «Способ создания тяги внутри замкнутой системы»
и Дополнениям к Описанию
4
воздух
3
II - эпоксидная
смола 1
7
I - ртуть
Т 8 10
9 2
Вертикальные стенки резервуара – не стенки 1 и 3 , а
другие две вертикальные стенки 5 и 6 – находятся друг от друга
на расстоянии , сравнимом с остальными габаритами резервуара .
ФИГУРА 1
Тп
То
0 (а)
tн t
Ту
0 tр tк t (б)
-То
Т=Тп+Ту
То
0 (в)
tн tр tк t
ФИГУРА 2
коромысло противовес
Wо (ротор) ось Z
Мо (статор) М
ось Х
ФИГУРА 3
воздух Ратм.
То
воздух Рп струя Тз
сопло воздухозаборник
ФИГУРА 4
Научно-техническое издание
Болдин Андрей Юрьевич
« Лжефизика :
выдержки из архива независимого физика-исследователя .
Том 2 :
Безопорный движитель НЛО. »
___________________________________________________________________
Подписано в печать __ . __ .2007 г. Формат 60х84/16. Печать офсетная.
Объем 5,5 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ _____ .
Отпечатано в типографии фирмы «______» .
Москва, ______________ .
Сконвертировано и опубликовано на http://SamoLit.com/