BG109217A - Метод за генериране на сили - Google Patents

Abstract

Методът се прилага за генериране на движещи сили,които да се използват за задвижване на различни транспортни средства и преди всичко на космически апарати, като се избягва контактът със заобикалящата среда или с изстрелваното в обратна посока на генерираната сила вещество. По метода се използва маховик (1), при който инерционният момент около една от трите главни оси на инерция, оста О1-О1, е много по-малък от инерционните моменти около другитедве от главните оси на инерция, осите О2-О2 и О3-О3. Маховикът (1) се върти около една от осите (О3-О3) с голям инерционен момент и едновременно с това е подложен на външни въздействия с честота, двапъти по-голяма от честотата на въртенето. При един от вариантите външното въздействие е махово движение около ос, перпендикулярна на оста на въртене на маховика, което е синхронизирано по фаза с въртенето. При друг вариант външното въздействие се състои от сили, упражнявани върху маховика, които също са синхронизирани по фаза с въртенето.

Description

Изобретението се отнася до метод за генериране на сили за придвижване и ориентиране в пространството на различни видове транспортни средства и преди всичко на космически апарати и може да бъде използвано за осъществяване на полети без това да зависи от околната среда и без да е свързано с носено на борда и изстрелвано в обратна посока на генерираните сили вещество.

Предшестващо състояние на техниката

Известен е първият закон на Нютон, според който всяко тяло се намира в състояние на покой или на равномерно и праволинейно движение докато въздействие от страна на други тела не го застави да промени това си състояние, (виж И. В. Савельев, Курс общей физики, Издательство Наука, Москва 1977г. том 1 стр.47.)

Известен е още закон за запазване на импулса, според който импулса на затворена система от материални точки остава постоянен. Импулса остава постоянен и при незатворена система от материални точки при условие че сумата от външните сили е равна на нула, (виж И. В. Савельев, Курс общей физики, Издатеьство Наука, Москва 1977г. том 1 стр.102.)

Недостатък на генераторите използващи метод за генеране на сили основан на тези природни закони е, че те зависят от средата в която се намират защото тя трябва да им осигури тяло, вещество или поле от което да се оттласнат, или пък за да избегнат зависимостта си от средата транспортните средства използващи такива генератори, трябва да носят на борда си тялото или веществото, от което да се оттласнат изтрелвайки го зад борда в посока обратна на желаната посока на генерираната двигателна сила.

Известен е още жироскопния ефект, при който ако маховик въртящ се около една ос се завърти около друга ос перпендикулярна на първата, то тогава той ще генерира въртящ момент, представен от двоица сили, перпендикулярен на първите две оси. (виж И. В. Савельев, Курс общей физики, Издательство Наука, Москва 1977г. том 1 стр.163.)

Най-близък аналог на изобретението се явява описанието на жироскоп на управляващ момент (пат. Ru. 95113429 клас А1 6 В 64 G 1/24 1995). При него ротор изпълняващ функцията на маховик и въртящ се около собствената си ос е лагеруван магнитно в корпус който е свързан чрез карданно окачване за космическия апарат. Към *· ·· ·· ···· ·« ···· t· · · ί · · · <··· . · · · · · · · йднЬ *c: м£хОвиКа; около;

^а - ^ж ·· ·· ·· · ·· ··· външна за ротора ос, което предизвиква появата на жироскопен въртящ момент, който се предава на космическия апарат.

Известно е, че за всяко тяло с произволна форма и разпределение на масата съществуват три взаимно перпендикулярни оси преминаващи през центъра му на инерция, които се наричат главни оси на инерция на тялото, които освен това могат да служат и като свободни оси на тялото, тоест като оси, при въртенето около които положението на тялото в пространството остава неизменно при отсъствието на външни сили, (виж И. В. Савельев, Курс общей физики, Издательство Наука, Москва 1977г. том 1 стр.138-139).

Метода за генериране на сили основан на жироскопния ефект използва маховик

представляващ ротационно тяло, инерционните моменти около две от главните оси на инерция на което са равни или приблизително равни помежду си, но са по-малки от инерционния момент около третата главна ос на инерция, която е избрана за ос на въртене.

Недостатък на генераторите, базирани на такъв метод е, че те могат да генерират еднократен импулс на момент в избраната посока, след което е неоходимо време за подготовка за генериране на следващия импулс в същата посока. Друг недостатък е, че този метод не може да се използва за генериране на сила.

Техническа същност

Задачата на изобретението е да създаде метод, с използването на който да бъде възможно да се генерират редица от последователни импулси на сили, които поради високата си честота от порядъка на от няколкостотин до няколкодесетки хиляди в секунда могат да бъдат трансформирани в постоянно действащи във времето сили, без за това да бъде необходимо да се осъществява контакт с вещество или с поле от околната среда, или с изхвърляно зад борда вещество.

Задачата е решена чрез използване на маховик с такава форма и конструкция, при който инерционният момент около една от трите главни оси на инерция е много помалък от инерционните моменти около другите две от главните оси на инерция, една от които представлява и ос на въртене.

В единия случай маховикът се върти около оста си на въртене, като едновременно с това извършва и махови движения около ос перпендикулярна на оста на въртене. Двете движения са синхронизирани така, че когато главната ос на инерция на

·· ·· ···· ·« ···· • · · · · * ··· j j }··_β · · · · j ··· • · · · · · · · · « маховика, инерционния момент около която е най-малък, преМийава през положение да е успоредна или да съвпада с оста на маховото движение, тогава маховикът описва единият от двата възможни полупериоди на маховото движение. А когато същата главнат ос на инерция на маховика преминава през положение да е перпендикулярна или да е кръстосана с оста на маховото движение, тогава маховикът описва другият от двата полупериода на маховото движение.

В другият случай маховикът се върти около оста на въртене с най-голям инерционен момент, която е и негова свободна ос на въртене, като едновременно с това върху него от страна на кабината на превозното средство се въздейства със сили по направление на желаната посока на генерираната сила Те са синхронизирани с въртенето така, че когато главната ос на инерция на маховика, инерционния момент около която е най-малък, преминава през положение да е успоредна или да съвпада с линията на желаното направление на генерираната сила, тогава от страна на кабината се въздейства върху маховика със сила по една от двете възможни посоки по линията на желаното направление на генерираната сила. А когато същата главна ос на инерция на маховика преминава през положение да е перпендикулярна или да е кръстосана с линията на желаното направление на генерираната сила, от страна на кабината се въздейства върху маховика със сила по другата от двете възможни посоки по линията на желаното направление на генерираната сила.

Предимствата на метода е, че може да се генерират постоянни във времето сили, които не зависят от тяло, вещество или от поле, от околната среда, или от вещество носено на борда на превозното средство с цел изстрелването му в посока обратна на генерираната сила.

Описание на приложените фигури

Изобретението е показано на приложените, фигури от които:

Фигура 1 -представлява илюстрация на използвания маховик.

Фигура 2 -примерна схема на реализация на предлагания метод за генериране на сили, при която външното въздействие е махово движение, показана в момент на осъществяване на единият полупериод на маховото движение.

Фигура 3 - примерна схема на реализация на предлагания метод за генериране на сили, при която външното въздействие е махово движение, показана в момент на осъществяване на другият полупериод на маховото движение.

·· ·· ·· ··♦» ·* ···· ··· · · I · ♦ · • ···· · I · ; » ···

Фигура 4 - примерна схема на реализация на предйаг^йи4 Meiro^ зв гейо^иЦне^ на сили, при която върху маховика се въздейства със сили, показана в момент на прилагане на едната от силите.

Фигура 5 - примерна схема на реализация на предлагания метод за генериране на сили, при която върху маховика се въздейства със сили, показана в момент на прилагане на другата от силите.

Примери за изпълнение

Методът за генериране на сили се реализира от маховик (1) показан на фиг.1. Той представлява тяло с такава форма и конструкция, при което инерционният момент

около една от трите главните оси на инерция преминаващи през центъра му на инерция, оста Ol-Οι, които са и свободни оси на въртене, е много по-малък от инерционните моменти около другите две от главните оси на инерция Ο2-Ο2 и Оз-Оз, една от които, оста Оз-Оз е избрана за ос на въртене. Изпълнението на тези условия означава че цялата или почти цялата маса на маховика (1) е концентрирана по оста 01-01 или в близката и околност по нейното протежение. При това положение равнината в която лежат осите Ο2-Ο2 и Оз-Оз която не е показана на фигурите, разделя масата на маховика на два срещуположни клона разположени по протежение на оста 01-01, които също не са означени на фигурите.

При първия вариант, показан на фиг.2 и фиг.З маховикът (1) се върти около оста Оз-Оз и едновременно и синхронизирано по фаза с въртенето извършва махови движения около оста 04-04. Двете движения са синхронозирани така, че когато оста 0101 преминава през положение да е успоредна или да съвпада с оста 04-04, тогава маховикът описва единият от двата възможни поилупериоди на маховото движение, което условно можем да наречем “право”, а когато същата ос 01-01 преминава през положение да е перпендикулярна или да е кръстосана с оста 04-04, тогава маховикът описва другият от двата поилупериода на маховото движение, което условно можем да наречем “обратно”.

При описването на “правия” полупериод показан на фиг.2 всяка елементарна маса от двата клона на маховика (1) описва пространствени траектории, проекциите на които върху равнини (3) успоредни на равнината на маховото движение, която не е означена на фигурите, представляват семейства от криви линии (4) с противоположна едно на друго изпъкналост. Както е известно всяка елементарна маса от маховика (1) движейки се по крива линия ще изпитва центростремително ускорение равно на радиуса • · · · · · 4 · ·

4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 на кривината по ъгловата скорост на квадрат, което умножено· псн масата величината на центобежната сила, (виж И. В. Савельев, Курс общей физики, Издательство Наука, Москва 1977г. том 1 стр. 121-124). Когато сумираме елементарните центробежни сили действащи за всяка елементарна част от траекторията на всяка елементарна маса от маховика (1) в рамките на един “прав” полупериод, че установим че на всеки клон поотделно действат сумарни сили означени условно Fl и Fr, които са успоредни помежду си но са насочени в противоположни посоки по направления перпендикулярни на оста 04-04. При определено съчетание между геометричните параметри двете сумарни сили могат да бъдат равни или различни по големина.

Описването на “обратния” полупериод показан на фиг.З има за цел да върне маховика в изходно за описване на “правия” полупериод положение. Елементарните маси от двата клона на маховика (1) описват пространствени криви, проекциите на които в равнината на маховото движение представляват криви линии с близка но не и с противоположна изпъкналост, които не са показани на фигурите. Ето защо възможното генериране през “обратния” полупериод на сили обратни на генерираните през “правия” полупериод сили Fl и Fr, е минимализирано. Силите генерирани през “обратния” полупериод обаче са важни при генерирането на двигателна сила.

Резултантните генерирани сили представляват баланс от силите генерирани през “правия” и през “обратния” полупериоди на маховото движение.

При втория вариант, показан на фиг.4 и фиг.5, маховикът (1) се върти около оста Оз-Оз която е и негова свободна ос на въртене, като едновременно с това върху него от страна на кабината на превозното средство (2) се въздейства със сили F1 и F2 по направление на желаната посока на генерираната сила 05-05. Те са синхронизирани с въртенето така, че когато оста 01-01 преминава през положение да е успоредна или да съвпада с линията на желаното направление на генерираната сила 05-05, наречено условно “работно положение”, от страна на кабината (2) се въздейства върху маховика (1) със сила F1 по една от двете възможни посоки по линията 05-05, а когато оста 01-01 преминава през положение да се пресича или да се кръстосва с линията 05-05, наречено условно “възстановяващо положение”, от страна на кабината (2) се въздейства върху маховика (1) със сила F2 по другата посока по линията 05-05.

При въртенето си около оста Оз-Оз елементарните маси от двата клона на маховика (1) са подложени на центростремителни ускорения, които не са показани на фигурите, равни на радиуса по ъгловата скорост на квадрат, действащи по оста 01-01 и насочени към оста на въртене Оз-Оз, тоест центростремителните ускорения действащи (

^υ *·· ······ • · ··· · · · ·· ··· • ·· ··· · · · ·· · ··«· · · · ·· · върху единия клон са насочени срещу ценртостремителните ускорения* действащи върху другия клон. Центробежните сили породени от тези ускорения, които също не са показани на фигурите, са равни по големина и насочени в обратни посоки. Затова маховикът (1) е балансиран от към действащите му вътрешни сили и оста му Оз-Оз е относително неподвижна в пространството.

При “работното положение” показано на фиг.4 от страна на кабината (2) се въздейства върху маховика (1) със сила F1. Първоначално маховикът (1) реагира като неподвижно тяло съгласно третият закон на Нютон, (виж И. В. Савельев, Курс общей физики, Издательство Наука, Москва 1977г. том 1 стр.56), с реактивна сила, която не е показана на фигурата, равна по големина и обратна по посока на F1. Съгласно вторият закон на Нютон (виж И. В. Савельев, Курс общей физики, Издательство Наука, Москва 1977г. том 1 стр.50), в резултат на действието на силата F1 маховикът, (1) се оказва подложен на друго ускорение, която също не е показано на фигурата, и което умножено по масата на маховика (1) дава силата на неговата реакция, която е равна на F1, но насочена обратно на нея. Това ускорение действа също по оста 01-01, защото при “работното положение” тя временно съвпада или сключва малък ъгъл с оста Os-Os. Това ускорение обаче има еднаква посока и за двата клона на маховика (1), тоест ако за единият клон то е насочено към оста Оз-Оз, то за другият клон то е насочено в посока обратна на оста Оз-Оз. Това означава, че на единият клон на маховика (1) ще действа сумарно ускорение равно на сумата от ускорението по вторият закон на Нютон и центростремителното ускорение, а за другият клон ще действа сумарно ускорение равно на разликата от ускорението по вторият закон на Нютон и центростремителното ускорение. Различните сумарни ’ ускорения ще породят различни по големина сили, действащи в двата клона на маховика (1) и насочени в противоположни посоки. Разликата от тези сили ще породи допълнителна реакция на маховика (1).

Прилагането на силата F2 при “възстановяващото положение” показано на фиг. 5, има за цел да възстанови благоприятното положение на маховика (1) спрямо кабината (2). Тъй като при “възстановяващото положение” оста 01-01 е перпендикулярна или кръстосана на линията Os-Os, то ускорението по втория закон на Нютон, породено според реакцията на маховика (1) на силата F2 по третия закон на Нютон, ще бъде насочено и за двата клона на маховика (1) перпендикулярно на действащите там центростремителни ускорения. Това ще минимализира допълнителната реакция на маховика (1).

Генерираната двигателна сила представлява разликата между силите F1 и F2.

Приложение (използване) на изобретението

Метода за генериране на сили се реализира от маховика (1) и от устройства, които не са показани на фигурите. В първия вариант показан на фиг.2 и фиг.З тези устройства придават на маховика (1) въртеливо движение около оста Оз-Оз и синхронозирано с него по фаза махообразно движение около оста 04-04, а във втория вариант, показан на фиг.4 и фиг. 5, те придават на маховика (1) въртеливо движение около оста Оз-Оз и синхронозирано с това по фаза въздействие със сили F1 и F2.

Маховикът (1) представлява главния елемент на метода за генериране на сили, от който се отнемат генерираните сили за придвижване или ориентиране на транспортното средство в пространството. В първия вариант показан на фиг.2 и фиг.З генерираните от маховика (1) сили се предават чрез оста Оз-Оз на свързаната с нея ос 04-04 и оттам на кабината (2). Във втория вариант, показан на фиг.4 и фиг.5, генерираните от маховика (1) сили се предават чрез реакцията на силите F1 и F2 върху кабината (2), предавани и чрез закрепените за нея устройства, които създават силите F1 и F2. И в двата случая маховикът (1) остава неразделна част от системата от материални точки.

Транспортното средство или космическия апарат се състоят от маховика (1), и от кабина (2), на която са монтирани устройствата, които придават на маховика необходимите движения, и още от източниците на енергия, полезния товар и останалото оборудване които също не са показани на фигурите. Всички те могат да бъдат разглеждани според закона за запазване на импулса като затворена система от

материални точки, или като незатворена такава, при която сумата от външните сили е равна на нула. Всички те, намирайки се свързани в система, променят състоянието си на покой или на равномерно и праволинейно движение под въздействие на генерираните по предлагания метод сили.

Claims (2)

1. Метод за генериране на сили, съдържащ маховик масата на който е разпределена около трите му главни оси на инерция така, че инерционните моменти около две от главните оси на инерция да са равни или почти равни помежду си и да са по-малки от инерционния момент около третата главна ос на инерция която е и ос на въртене, която е свързана с перпендикулярна ос 04-04, която от своя страна е свързана с кабината на превозното средство (2), като маховикът се завърта около оста си на въртене и едновременно с това извършва махово движение около оста 04-04 създавани от устройства свързани с кабината (2) които не са показани на фигурите, характеризиращ се с това, че маховикът (1) представлява тяло масата на което е разпределена около трите му главни оси на инерция 01-01, Ο2-Ο2 и Оз-Оз по такъв начин, че инерционните моменти около една от главните му оси на инерция 01-01 да е много по-малък от инерционните моменти около останалите две от главните оси на инерция Ο2-Ο2 и Оз-Оз, една от които, оста Оз-Оз, е избрана за ос на въртене, като маховикът (1) синхронизирано по фаза с въртенето около оста Оз-Оз извършва циклични махови движения около оста Ο4-Ο4, като двете движения са синхронизирани по такъв начин, че когато, в зависимост от посоката на въртене на маховика и от желаната посока на генерираните сили, оста 01-01 преминава или е близка до положението да съвпада или да е успоредна на оста 04-04, оста Оз-Оз описва единият от полупериодите на маховото движение, намирайки се близко или съвпадайки със средното си положение Оз’-Оз’, а когато оста 01-01 преминава или е близка до положението да е перпендикулярна или да е кръстосана на оста 04-04, оста Оз-Оз описва другия от полупериодите на маховото движение, намирайки се близко или съвпадаща със средното си положение Оз’-Оз’.

2. Метод за генериране на сили съгласно претенция 1, съдържащ маховикът (1) с главна ос на инерция Оз-Оз която е избрана за ос на въртене, характеризиращ се с това, че избраната за ос на въртене Оз-Оз, е тази от трите главни оси на инерция, около която • · • 9 »♦·· ···· инерционният момент на маховика (1) е най-голям, а също така тя е и свободна ос на въртене, като синхронизирано по фаза с въртенето около оста Оз-Оз върху маховикът (1)се въздейства със сили F1 и F2 упражнявани по желаното направление на генерираната сила Os-Os от страна на кабината (2) чрез маханизъм който не е показан на фигурите, така че когато оста 01-01 преминава или е близка до положението да съвпада или да е успоредна на желаното направление на генерираната сила Os-Os върху маховика се въздейства със сила F1 в една от двете възможни посоки по желаното направление на генерираната сила Os-Os, а когато оста 01-01 преминава или е близка до положението да е перпендикулярна или да е кръстосана на желаното направление на генерираната сила Os-Os върху маховика се въздейства със сила F2 в противоположната от двете възможни посоки по желаното направление на генерираната сила Os-Os.