CN101322223A - 通过在气体介质中产生受控等离子体环境来增加粒子密度和能量的系统、设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种方法、设备和系统，通过将受控等离子体环境引入气体介质，克服气体介质中的空间电荷限制。本发明使用气体介质，向其提供能量，并产生电场，但是能够向电场提供若干数量级大小的能量而不会实质上将电场放电。通过增加等离子体密度、等离子体能量(以及等效的等离子体温度)和相关的粒子速度、或者上述参数的组合来部分地实现这种显著的能量提高。这种提高允许将电离能量用于迄今为止还未实现的实际应用。

Description

通过在气体介质中产生受控等离子体环境来增加粒子密度和能量的系统、设备和方法

技术领域

本发明涉及通过增加带电粒子的密度和能量，增加气体介质的空间带电限制。更具体而言，本发明涉及通过将受控等离子体环境引入气体介质，增加带电粒子的密度和能量。

背景技术

施加给给定空间体积中的气体粒子的电能产生了这样的可能性：电势差(PD)在施加了PD的阴极与阳极之间放电。大家已知这是“电弧”，类似于云层与地面之间、或者具有大PD的云层之间的闪电放电。电弧是这样一种现象：通过电弧，电流能够在带电表面之间的间隙穿过。尽管闪电通过高电压产生等离子体，但是电弧对许多应用有害，并且持续时间极短，不适于许多目的。仅当两个表面之间的电势差超过“最小电弧电压”时，才会出现电弧。最小电弧电压的值并非绝对的，而是取决于许多因素，例如保持电势差的材料、材料之间的距离、以及材料之间的介质，但是不限于此。术语“介质”意欲包括一种或多种元素的粒子群。例如在标准大气和压力下，一般公认的大气最小电弧电压在带电表面之间的距离为每米1,000,000伏特。对于在电弧发生之前能够施加给给定空间的PD的大小，很久以来就公认有一个实际应用的限制。这个限制称为“空间电荷限制电流”饱和点(又称为“带电空间限制”)或者给定空间体积能够适应的PD限制。电弧有效地释放了差异，有效地消除了跨过电场的PD。对于某些应用，放电是有益的。而对于另一些应用，放电抵消了输入介质的电能的可能好处，并限制了电弧发生之前能够施加的电能。例如，已知当提供足够的功率时，不对称电容器表现出合力，因为电场产生带电粒子，而带电粒子根据洛仑兹定律响应电场。不对称电容器一般是具有几何上不同的电极表面面积的电容器。被加上电压的不对称电容器周围的电势差产生不平衡力，因此产生小幅度的动力。过去几十年的挑战在于，在气体介质中没有电弧的情况下，产生动力所需的电能量的大小，也就是推力功率消耗比。虽然重量轻，不对称电容器模型已经显示出产生足够的力来克服它们本身质量的重力效应的能力，但是因为带电空间限制，不能使用实现这个特点的实际、商业化应用所要求的电能级别。部分地，电能的要求级别被限制为低于电弧释放PD的级别。

由于各种原因，很多研究人员利用离子及其运动来产生动力。一些美国专利描述了涉及不同环境中的动力的静电电荷。通过参考将这些专利合并于此。例如，1934年9月授予Brown的美国专利No.1,974,483涉及通过在可充电体积和关联电极的系统中提供并维持高电势的静电电荷来产生力或移动的方法。1949年1月授予Hergenrother的美国专利No.2,460,175涉及通过分子与用负电势提供能量的导电部件之间的吸引力将气体分子电离并移开分子的离子真空泵。1952年2月授予Mallinckrodt的美国专利No.2,585,810涉及用于推进飞机的射流推动设备以及电弧设备。1953年4月授予Hertzler的美国专利No.2,636,664涉及使气体分子受到电离力，导致它们在预定方向上运动的泵送方法。1956年10月授予Lindenblad的美国专利No.2,765,975涉及通过气体的电晕放电效应，不需要移动部分的气体的运动。1960年8月授予Brown的美国专利No.2,949,550涉及一种动电设备，利用电势产生力，导致结构与周围介质之间的相对运动。1964年2月授予Gehagen的美国专利No.3,120,363涉及利用离子放电的、比空气重的飞行设备以及推动和控制方法。2001年9月授予Campbell的美国专利No.6,317,310涉及的方法和设备公开了将两个空间的、不对称的电容器充电至高电势以产生推力。

在1959年3月授予Streib的美国专利No.2,876,965中可见跨过机翼的气体分子的非电离应用以产生升力。该专利涉及能够利用机翼的径向横截面作为有效机翼来垂直和水平飞行的环形翼飞机。

Brown观察到真空环境中的不对称电容器系统的非零合力。考虑到由于在介质(空气)中没有带电离子产生的情况下从电极蒸发的带电离子而在电极表面产生的压力，可以说明这种现象。Brown还观察到力在设备与周围的液体电介质之间产生相对运动，即，如果将设备保持在固定位置，则使电介质移动通过设备。此外，如果设备可以自由移动，则介质与设备之间的相对运动导致设备向前运动。这些现象可以通过这样的理论来解释：带电离子向电极表面的动量转移是产生合推力的机制，因为如果将系统保持在固定位置，则高能离子被改变方向，通过并环绕电容器移动，不损失任何动量。如果系统可以自由移动，则作为碰撞的结果，仍然有离子流动通过并环绕电容器，但是与将系统固定的情况相比，这个流动要弱很多，因为离子通过与电极表面的碰撞，损失了它们的动能和动量。此外，Klaus Szielasko(GENEFOwww.genefo.org“High Voltage Lifter Experiment：Biefield-Brown Effect orSimple Physics”最终报告，2002年4月)注意到当系统的极性反转时，装置的运动没有差别，因此推断带电离子受到的静电力不是推动的机制。支持其潜在原理的进一步指导可由下文获得：Canning，Francis X.，Melcher，Cory，Winet，Edwin，Asymmetrical Capacitors for Propulsion，Glenn Research Centerof NASA(NASA/CR-2004-213312)，Institute for Scientific Research，2004年10月，在本申请要求优先权的临时申请之后公开。

本发明之前，产生的动电场大量出现这样的问题：较高的能量输入得到低的输出或合力。虽然已知不对称电容器的一般概念和电离力的利用，但是不能产生足够的动力消除了许多潜在的应用。因此，迄今为止的困难在于，要求高电势将介质电离，并提供电场用于动力学离子电动效应，而没有损失以及没有与高电压电势关联的不希望的二次效应。这些效应包括电弧、实质上的电磁场和干扰、在周围物体上的静电累积、x辐射、产生臭氧、以及其它负效应。

因此，仍然需要增加具有气体介质的给定空间的能量级别，但是不会无意地通过电弧释放能量，从而克服空间电荷限制，以通过气体介质产生更大的力、更强的热、以及其它有益用处。

发明内容

本发明提供一种方法、设备和系统，通过在气体介质中产生受控等离子体环境，克服气体介质中的空间电荷限制。本发明在气体介质中使用受控等离子体，向气体介质提供能量，相比于只施加电能，将介质的能量大小提高若干数量级而不会实质上将电场放电。介质能量级别的这种显著提高部分地通过增加等离子体密度、等离子体能量(以及等效的等离子体温度)和相关的粒子速度、或者上述参数的组合来实现。这种提高允许将电离能量级别用于迄今为止还未实现的实际应用。

在一个实施例中，通过电磁辐射，例如通过激光器或发光二极管(LED)的环形阵列，或者电磁辐射的其它形式，应用系统以向包含的介质中引入受控等离子体环境，提高介质的能量级别。相比于只通过电能将粒子电离，在包含的气体介质中引入光子增加了电离粒子的数量。相比于以前不施加电磁辐射时所要求的电压级别，本发明利用电磁辐射，以实质上减小的电压级别显著地提高了介质的总能量。有利的是，减小的电压实质上能够消除由于迄今为止的现有技术的高电压级别导致的负面电弧效应。

本发明提供一种克服气体介质的空间电荷限制的方法，包括步骤：向气体介质中包含的粒子施加电磁辐射；以及向所述包含的粒子施加电场，而不通过电弧将所述电场放电，相比没有向粒子施加电磁辐射时向粒子施加的电场，所述电场具有更高的空间电荷限制能力。

本发明还提供一种用于克服气体介质的空间电荷限制的系统，包括：由气体粒子组成的包含的介质；电磁辐射源，适于向所述包含的介质施加电磁辐射；电场源，适于向所述包含的介质施加电场；以及控制器，连接所述电磁辐射源或所述电场源中的至少一个。

本发明还提供一种用于克服气体介质的空间电荷限制的系统，包括：向气体介质中包含的粒子施加电磁辐射的装置；以及不通过电弧将所述电场放电而向所述包含的粒子施加电场的装置，所述电场相比没有向粒子施加电磁辐射时向粒子施加的电场，具有更高的空间电荷限制能力。

附图说明

以上概述了本发明，下面参照本发明的实施例进行更详细的描述，实施例在附图中示出并在下文中描述。但是要注意，附图仅示出本发明的一些实施例，因此不应视作对本发明范围的限制，因为本发明也容许有其它等效的实施例。

图1A为存在于给定空间中的介质的示意图，给定空间中有粒子。

图1B为存在于给定空间中的介质的示意图，由于附加的电磁辐射提供了更大的总能量，所以给定空间中的粒子密度更大。

图1C为存在于给定空间中的介质的示意图，相比图1B，由于介质能量总的增加更多，所以给定空间中的粒子密度更大、速度更大。

图1D为本发明的不对称电容器和相关系统产生的电磁场环境的示意图。

图2A为以相比图1更简化的形式的基线不对称电容器的带电粒子示意图。

图2B为施加了电磁辐射的不对称电容器的带电粒子示意图，示出更大的粒子密度。

图2C为本发明加强电磁辐射的带电粒子示意图，示出得到更大的粒子密度和速度。

图2d为示出朗缪尔静电探针的伏安特性的示意图。

图3为经历与带电粒子的碰撞的中性粒子动量的动力的示意图。

图4为不对称电容器引擎的一个实施例的示意图。

图5A为使用不对称电容器的系统的一个实施例的横截面示意图。

图5B为图5A所示实施例的示意性俯视图。

图6为一个示例性实施例的功率预算的示意图。

图7A为无人驾驶机(UAV)的一个实施例的示意性立体图。

图7B为图7A的实施例的示意性俯视图。

图7C为图7A的实施例的示意性侧视图。

图8A为有人驾驶机(MAV)的一个实施例的示意性立体图。

图8B为图8A的实施例的示意性正视图。

具体实施方式

本发明涉及一种系统、方法和设备，能够通过向给定空间内的粒子施加电磁辐射，将气体粒子电离、加热、或者既电离又加热，对于给定的压力和温度而克服气体介质的空间电荷限制。电磁辐射在空间中产生高能态，例如等离子体，以产生相比现有技术更大的能量级别，同时减少或避免没有施加电磁辐射时通常会发生的电弧现象。通过控制等离子体密度、等离子体能量或粒子速度、等离子体温度、或者以上参数的组合来实现这种能量的增加。

在至少一个应用中，通过克服空间电荷限制，从不对称电容器中产生力，如同本发明所讨论的。但是，本发明并不限于此，因为克服给定空间中的空间电荷限制电流还有其它应用，例如产生强热源、通过引入电离气体对容器或室进行生物学消毒、以及其它工业、军事、医疗应用，根据在此公开的内容的细节、教导，对于本领域普通技术人员来说，上述应用显而易见。

在至少一个应用中，不对称电容器的不同电极具有不同的表面面积，这种电容器在轴向，也就是从大电极或负电极到小电极或正电极的连线方向上获得合力(net force)。这个力的方向与电源电压的极性无关，因为当极性改变时这些合力的方向不变。由于表面面积差别大，所以大电极或负电极上的合力远远大于小电极或正电极上的合力。

一般地，本发明准备以优选的频率提供外部能量，将粒子激发为离子，或者将离子激发为高能离子，以产生等离子体状态。本发明通过产生能够控制的等离子体，提供较小的能量输入来获得较大的力输出。公知的术语“等离子体”意欲包括高能的自由移动电子和离子的集合，离子也就是失去电子的原子。需要能量将电子从原子剥离，以产生等离子体。为了产生等离子体而输入粒子的能量可以是不同的来源：热、电、或光(紫外光或激光器发出的强光)。如果没有足够的维持功率，则等离子体重新结合为中性气体。

图1A为存在于给定空间中的介质的示意图，给定空间中有粒子。在给定的压力和温度下，给定空间中由粒子16组成的介质1具有限定的第一能量级别，用矢量24的长度表示。由气体粒子组成的介质可存在于大气中，或者来自液体(例如水下)中的注入气体介质、或者在外大气层环境(例如外层空间)中。为了本发明的目的，给定空间包含粒子，除了粒子是强制注入(例如通过粒子的离子射流，如下所述)的情况之外。术语“包含”包括对超出一定空间周界的大部分粒子的运动的限制。这种限制包括实体边界(例如壁)、非接触边界(例如磁场产生的磁边界、或者电场中由于洛仑兹力产生的电边界)、或者其它类型的接触边界和非接触边界，但是不限于此。在给定的压力和温度下，对于给定空间，粒子16具有一定的能量(因此温度)，用矢量24的长度表示，还具有一定的粒子密度，用介质1中的粒子数目表示。在空间内，因为粒子运动而存在空间电荷电流。通过向介质提供能量(一般通过施加电压)，能够提高空间电荷电流的值。但是，发生电弧3之前能够提供的能量大小受限，所以采用术语“空间电荷限制电流”。电弧3释放能量，即短路，并降低介质中的电能级别。在电弧之前更高的介质能量级别是有益的，可用于在此所述的应用和其它应用。

图1B为存在于给定空间1中的介质的示意图，由于附加的第一波长范围的电磁辐射(通过电磁辐射源20施加)对电离粒子提供了更大的总增加，所以给定空间中的电离粒子密度更大。图1C为存在于给定空间1中的介质的示意图，由于源20的附加电磁辐射，介质的电离粒子密度更大，由于附加的第二波长范围的电磁辐射(通过电磁辐射源20A施加)，电离粒子的速度更大，相比图1B，介质粒子16的总能量(由矢量24表示)进一步增加。附图相互结合进行描述。发明人发现，能够克服空间电荷限制电流的限制，也就是，通过向其中有粒子的介质施加独立的能量源或电磁辐射源，能够增加空间电荷限制电流。

现有技术致力于向介质施加电压或者增加压力或温度，如Canning et al在NASA/CR-2004-02133412中提出的。但是，较高的电压仍然导致可向介质施加的能量的大小受限，并且较高的压力不适用于很多应用。

向介质施加的电磁辐射可以是多种波长，如下详述。电磁辐射能够使得给定空间中有更多粒子，从而增加粒子密度，或者增加粒子速度(一般导致介质温度增加)，或者既增加粒子密度又增加粒子速度，使得给定空间中的能量全部增加。重要的是，作用在粒子上的电场经历的任何力的大小都能够增加若干数量级。

图1D为本发明的不对称电容器和相关系统产生的电磁场环境的示意图，仅作为通过本发明增加空间电荷限制电流的好处的一个实例。附图提供对不对称电容器的操作的一些理解，以更好地理解本发明的创造性改进。表示从带电粒子转移的动量的矢量(即某一方向上的力)的大小既不成比例也不准确。电磁场线是近似的。

不对称电容器2一般包括第一电极4、第二电极6、介质11，第一电极4与第二电极6通过介质11分开一段距离，介质11包括气体(例如空气)、真空(例如空间)、或者液体。真空空间中的操作一般可优选地使用介质注入。对于液体中的操作，一般地，引擎会被提供能量，与电极之间的等离子体作用，引擎还会被供以蒸发的液体，例如具有气体性质的水蒸气，通过下面讨论的关联碰撞足以电离。第一电极具有适当地环绕暴露在介质中的部分的第一表面面积，同样地，第二电极具有第二表面面积，对于不对称电容器来说，这些表面面积不同。此外，每个电极的绝对大小以及一个电极与另一个电极的相对大小可导致电极产生的合力的差别。一般，第一电极为阳极，第二电极为阴极，阳极比阴极具有更多的正电荷(电压)。一般，阴极的表面面积更大。电极可具有任何几何形状或者与其它形状的组合，并且在一个或多个电极中具有几何图案，例如开孔等等。阳极例如可以是发射器线、叶片、或盘，阴极可以是薄片、叶片、或盘，但是不限于此。电极可以是任何适当的材料，包括铜、铝、钢、或者能够在电极之间建立电磁场的其它材料。一般，电极包括导电材料以建立电磁场。对于一些应用来说，重量、成本、电导率、结构的整体性、以及其它因素可确定特定电极的确切材料或材料的组合。例如，可在密度更小和/或电导率更低的材料上使用密度更大和/或电导率更高的第一材料，形成复合电极，但是不限于此。此外，电极可以是电连接在一起的多个表面，以改变特定电极的表面面积。按照惯例，通过电源8向阳极施加正电压，而阴极关于阳极为负，虽然也可以将极性反转。参照图1A至图1C，通常，电源8可向空间1提供电场源。在一些实施例中，可以向两个电极都施加电压，阳极通常正电势更高。可使用交变电流(AC)和直流电(DC)。

当在至少一个电极例如阳极上施加电压时，因为与电极相比，电极之间的介质相对地不导电，所以在电极之间产生电磁场。为了本发明的目的，按照这样的电场来讨论场：电场12具有变化强度的电场线，在电极之间的中心点处，电场线一般与电极之间拉伸的线9平行，而在电极附近，电场线弯曲甚至反转。磁场14的磁场线在电场线上的任何特定点，一般都与电场线垂直。因此，在电极之间的中心点，磁场线一般与线9垂直。电场用于向介质中的粒子16提供能量，产生带有若干电荷值的离子，磁场用于在离子的特定位置处的磁场的方向上吸引离子。因为电场和磁场延伸为远离从电极到电极的直线，所以远离直线并包围电极的粒子也受影响。因此，包围电极的这种粒子也可以包括在这里宽泛地限定为“在电极之间”的体积中，如电磁场区域28所示。术语“粒子”在这里被宽泛地使用，包括中性粒子和带电(即“电离”)粒子，除非具体上下文另有指定。粒子可以是分子或原子或亚原子粒子，例如电子、中子、质子，以及其它亚原子粒子。

具体而言，向不对称电容器2施加电压时，传导电流从较小的或正的电极4向较大的或负的电极6流动。根据安培定律，该传导电流产生环绕电容器的方位角磁场。为了清楚起见，在该系统中采用圆柱坐标，轴向取为沿着从负电极到正电极的线9的方向。“子系”带电粒子在介质(一般是空气、或水蒸气或如上所述引入的其它介质)中产生，由于与“父系”电子和离子的碰撞而蒸发或者从电极表面发射出去，除了前述电场产生的力(eE)之外，“子系”带电粒子还受到洛仑兹力(j×B或enV×B)，其中矢量用黑体字母表示。这里，“父系”意欲表示承载传导电流的初级带电粒子，而“子系”意欲表示通过与父系带电粒子的碰撞而产生的次级带电粒子。在电极6的顶部和底部，由于洛仑兹力，离子被沿着径向向内推动(在圆柱坐标中：-z×-φ＝-r，其中(z)表示电场的轴向分量，(φ)表示磁场方向，(r)表示离子的运动方向)。

在电极6的上部平坦表面，由于力(-r×-φ＝-z)，离子被向上推动，其中，向上的方向是朝向较小的正电极4的方向。在靠近顶表面的区域，离子被沿着径向向内推动和向上推动。由于在电极底部电场的轴向分量(z)的反转方向(φ)，在较大的或负的电极6的下表面，离子的向上运动被反转，因此使磁场的方向(φ)反转。由于远离第一电极4，所以这个区域的力被认为比上部区域的力要弱，导致在轴向分量(z)的方向上的合力。靠近正的、较小的电极4的离子经历类似的运动，但是是在轴向分量(z)的相反方向上。

动(即推动)力是特定电极的整个体表面上压力(通过与高能离子的碰撞而产生)的合力，导致电极4上的合力5和电极6上的合力7，合力7与合力5的方向相反。每个电极的合力对准线9的方向，但是方向相反(即沿着坐标轴系统的z轴)。因为电极表面面积的差别，所以电极6上的合力大于电极4上的合力。使用不对称电容器的整个系统通过线9的轴向方向(即从负的或较大的电极到正的或较小的电极的线的方向)上合力5、7的矢量和获得合成的合力26，与电源的极性无关。

虽然关联电子的运动与离子的运动完全相反，但是电子的动量转移与离子的动量转移相比，被认为是可以忽略不计的。因此，离子向中性粒子的动量转移被认为是对合动力做出贡献的主要机制。在从较小的电极4远离较大的电极6末端的方向上产生粒子的离子射流18，能够进一步从电容器发出力。

一般，由于传导电流产生的磁场而导致的洛仑兹力的大小的量级与静电力相比可以忽略不计。但是人们认为，当等离子体的局部电流密度由于欧姆加热和电导率增加而显著增加时，在可能出现强磁场的局部点洛仑兹力也可以足够大。在这些点，大小的量级可以为每平方厘米兆安培，因此洛仑兹力与静电力相当或更大。

有了对不对称电容器的操作的基本理解，下面进一步讨论本发明的创造性方案。在至少一个实施例中，在不对称电容器电极之间的介质的体积中产生粒子的增强电离环境，可增加带电粒子的密度、粒子的温度、或者这两者都增加。增强的带电粒子可升级到等离子体级别的环境，可根据等离子体密度和平均等离子体温度(因此影响粒子速度)而受控制。术语“等离子体”意欲一般地表示电中性的、由离子、电子和中性粒子构成的高度电离气体。等离子体是与固体、液体以及普通气体不同的物质态。

通过向粒子提供电磁辐射，例如紫外线辐射、红外线辐射、射频辐射、其它频率的辐射、或者这些辐射的组合，可产生粒子的增强电离环境。该环境一般包括至少部分的等离子体。可使用一个或多个电磁辐射源20、20A来提供这种辐射。优选地，根据要电离的粒子使用一定波长的辐射将粒子升级到等离子体状态。通过一个或多个电源22、22A给源20、20A供电，电源22、22A可与电源8相同。

根据本发明的教导，可以提高从不对称电容器得到的合力的值而不需要增加电源8给电容器的输入功率。当然，电磁辐射源需要输入功率来进行电离，从而可能产生受控等离子体环境。但是，系统的净增益能够以显著的裕度为电场提供能量，甚至达到大小的一个量级以上。

通过向电极之间的体积施加电磁辐射，能够进一步为通过提供给电极的功率而产生的电磁场中的粒子提供能量。电磁辐射能够增加电极之间(包括电场中粒子的体积)的等离子体密度。通过使用替代的电磁辐射源，电磁辐射还能够增加等离子体温度，等离子体温度增加粒子速度。在一些实施例中，对于等离子体密度和温度都能够增加电场。此外，在发展显著的不对称能量场之前，电场能够被提供能量。

增加等离子体密度和/或等离子体温度允许通过不对称电容器系统的合力增加功率输出，迄今为止成为限制因素，而不管多年的努力。在下文中详述的称为“空间电荷限制电流”的术语是出现饱和之前给定空间中离子的电荷的最大量，并限制更多的电荷。增加饱和值可允许合力的增加和功率输出的增加。

现有技术致力于有伴随物限制和复杂化的高电压。发明人通过允许对于不对称电容器使用较低的电压，以及通过一个以上波长的电磁辐射放大给粒子的能量，发展了一种在饱和级别以伴随物的增加来增加等离子体密度和/或温度的替代性的、改进的方法。结果是没有预料到的非线性响应，相比于使用同样电压的任何已知不对称电容器配置，大大增加了从不对称电容器输出的合力。在一些实施例中，增加为大小的一个量级以上。有利的是，低电压能够降低或消除迄今为止由于给不对称电容器引擎提供能量所要求的高电压导致的负效应。

此外发明人确定，由于通过更大的饱和值使用附加粒子的更大的能力，向电场中注入粒子增加了本发明的系统能够提供的产生的力。注入的粒子可包括气体粒子，例如氢气、氦气、或其它气体和物质。注入可作为不对称电容器操作所处的介质的补充，或者代替该介质。此外，注入粒子可提高不对称电容器在低于压力的标准条件(1大气压)下操作的能力，例如空间的相对真空、或者其它低气压条件或基本上没有气压的条件。

图2A、图2B、图2C是根据本发明的教导，具有带电粒子的不对称电容器的示意图，对比了力的矢量和的显著增加。图2A为以相比图1更简化的形式的基线不对称电容器的带电粒子示意图。第一电极4和第二电极6具有暴露在待提供能量的粒子中的不同表面面积，并形成基本的不对称电容器2配置。电极之间的粒子16(即电磁场28中的粒子)具有一定的密度和速度24。速度指示特定粒子的能量级别以及温度。如图1所示，粒子相互作用总体上在不对称电容器上形成合力，示出为力26。

图2B为施加了电磁辐射的不对称电容器的带电粒子示意图，示出更大的粒子密度。向粒子施加电磁辐射以合成的合力的方式明显向不对称电容器提供更大的功率输出。人们认为，施加电磁辐射增加了等离子体密度。电极4和6能够以给定的功率级别操作。电磁辐射源20能够向粒子16施加电磁辐射，以向粒子提供能量。具体而言，在至少一个实施例中，能够以激光器、一个以上的发光二极管(LED)、或者其它光子发射源施加电磁辐射。辐射用于产生电极之间的介质的至少部分电离，一般包括不对称电容器所处的介质。优选地，激光器使用的波长是较短的波长，例如红外线(IR)和紫外线(UV)或更短的波长。例如，对光电离的研究表明，对于O₂为大约1024nm或小于1024nm、对于N₂为大约798nm或小于798nm的特定频率，这两种气体分子都将光电离，变为准备好以与通过高电压电离的类似分子相同的方式由电场操纵。虽然频率可随着电离的不同效率而改变，但是人们认为频率的商用可行范围对于O₂为大约750nm至大约1024nm，对于N₂为大约248nm至大约798nm。这种与气体具体相关的频率有时候称为夫琅和费频率。这些谐波频率导致特定气体以较少的能量输入电离。较少的能量用于将粒子电离以产生等离子体有助于更多的每能量输入单位力输出。

此外，可以向介质提供频率的组合。在上述实例中，如果介质是包括大量氧气和氮气的空气，则可以向介质施加特定频率的能量用于每种成分，以实现更有效的电离。此外，可以以不同的频率施加其它的电磁辐射，即部分短波，而其它的是长波，这样能够向粒子增加更多的能量。可以同时地或者以逐步的方式、以不同的次序独立地、或者结合施加给电容器的电压的次序向粒子施加频率。这种同时的或者有序的施加有利地导致引擎的更高效率。

另一辐射源是使用248nm的激光器以高能飞秒脉冲将空气电离(量级可能为10¹¹个粒子/cm³)。此外，系统可使用更长的波长(例如750nm IR)，通过减少等离子体中和来稳定等离子体，不希望的等离子体中和的发生是由于与其它粒子的再结合而产生中性粒子，不会以任何实质方式对力做出贡献。要施加的频率或多个频率是示例性的，很大程度上取决于不对称电容器操作所处的介质和要被提供能量的特定粒子，可由被提供了在此包含的指导和公开内容的本领域技术人员确定，不需要不适当的实验。这样的人员一般包括物理领域例如等离子体物理领域的专家。公开内容一般地提供通过除了先前单纯依靠加在不对称电容器电极两端的电压之外的方法，有效地向粒子增加能量，产生等离子体，得到较大的力。

通过以电磁辐射(例如UV和/或IR光)将不对称电容器中和不对称电容器周围的体积内的粒子电离，介质的密度和能量增加到至少产生部分等离子体的程度。等离子体可由电场和磁场增加和控制，电场和磁场使得能够控制和利用等离子体。

增加等离子体密度和温度具有双重好处：在相同的体积内提供更多的粒子产生分子碰撞，进而电离；粒子的能量也增加，在碰撞过程中给予更多的能量。相比于图2A，更大的电离能力导致更多的碰撞和更大的合力26。

更大的等离子体密度允许对于给定的合力降低电极上的电压，并减少负的高电压效应。因为粒子被施加UV或IR频率或其它电磁能量，所以更低的电压是可能的。

人们认为本发明还提出了涉及空间电荷限制电流的饱和的两个不同的限制性物理定律。一种类型是电子从负电极的发射的饱和，并且被认为还包括离子从正电极的发射的饱和。例如，在真空二极管中可观察到这种现象。一般，电子从阴极的发射速度支配了空间电荷限制电流的饱和，由于该发射速度受加热的阴极的热电子发射的限制。这意味着发射速度似乎要在一定的施加电压时达到其最大值。

第二种类型的饱和是在电极周围的等离子体鞘区中的电子密度(以及离子密度)的饱和。人们认为与上述第一种饱和相比，对于不对称电容器的情况，第二种饱和更重要，因为介质(例如空气)通过与父系带电粒子的碰撞而电离形成等离子体。

下面是在结构的表面(在此是电极的表面)附近等离子体表现出的一般现象的简单说明。等离子体趋于将施加在它上面的电势屏蔽，该屏蔽的边缘基于等离子体的密度和温度而变化。屏蔽的厚度称为“德拜长度”，等离子体屏蔽内的区域称为“德拜球”(不必靠近壁)，或者对于靠近壁的区域称为“等离子体鞘层”。

德拜长度与电子温度的平方根成比例，与等离子体密度的平方根成反比例。例如，考虑对此长度的粗略估计，利用离子密度为每立方米1.0E+15个粒子(“#/m³”)，电子温度为10KeV，得到的结果为德拜长度(或者离子云的厚度)大约为2.3cm。如果增加等离子体温度，特别是电子温度，而不改变其密度，则会观察到德拜长度或鞘层厚度增加。另一方面，如果增加等离子体密度而不改变其温度，则会观察到德拜长度或鞘层厚度缩小。

在等离子体鞘层中，由于电子速度和离子速度的差异，存在电势梯度。在负电极产生的鞘层趋于抵抗过量的输入电子，而在正电极产生的鞘层趋于抵抗过量的输入离子。这种屏蔽形成鞘层内电子密度和离子密度的稳定状态。

描述图2C前先参照图2D，图2D示出朗缪尔静电探针的伏安特性，作为向不对称电容器提供电磁辐射时看来要发生的饱和中的变化的可能说明。电流不是准确地按比例，实际的电子电流远远大于离子电流(例如大小的3个数量级)。

为了产生曲线，改变施加在探针(未示出)上的电压并测量探针收集的电流。Vf是等离子体悬浮电势(即对于完全为零的电流的探针电势)，Vp是等离子体电势。对于不对称电容器的情况，可以对该特性进行模拟。考虑Vf作为刚好向系统施加电压之前的条件的点，即零。如果向系统施加可变电压，则很可能出现以下情况。在初始阶段，由于电子电流和离子电流都增加，所以电流增加。这通过对于负电极的从Vf到B和对于正电极的从Vf到C的V-I特性看出。当施加的电压达到负电极电势变为-Vf的点时，离子电流达到稳定状态，即离子电流饱和。该电流称为“玻姆电流”。虽然由于在正电极电势为+Vf(假定Vp-2Vf＞0)的点电子电流仍在增加，所以总电流增加，但是会达到这种稳定状态。当施加的电压达到正电极电势变为Vp的点时，由于电子电流达到稳定状态，所以总电流饱和。但是，如果施加的电压进一步增加到等离子体鞘层内的电势降大于将原子电离的势能的值，则电流在点D突然增加。在没有进行在此公开的改进的一些电容器中，点D对应于从23kV到30kV的范围。将电压增加到超过该点不会获得实质的相应的好处。

考虑两个不同的实例，不对称电容器以不同的施加电压运行，情况1是对于30kV为1克/瓦特，情况2是对于110kV为324克/瓦特，位于V-I特性曲线上。对于正电极，情况2位于曲线上某处Vf与C之间的点，对于负电极，情况2位于曲线上某处Vf与B之间的点。在一些情况下，该点可离开点B，但是一般应该与对于正电极的点对称，以获得更大的力。

情况1位于饱和电子电流状态某处的点，即对于正电极在C与D之间，对于负电极在与左边对称的点。人们认为对O₂和N₂分子使用UV、IR或者RF或者其它电磁辐射的光电离、加热、或者其组合充分提高了能量级别，导致一个或多个电子脱离各个原子(即“电离”)，使得粒子能够以与通过高电压电离的类似分子相同的方式受电场操纵。充分的能量产生等离子体。人们认为，因为显示出电离会改变等离子体密度并改变鞘层内的等离子体状态，所以电离改变了空间电荷限制电流的饱和。现在参看V-I特性曲线，电离会增加等离子体电势Vp以及Vf。因此，曲线会移向右方。这种移动会增加饱和电流的值。玻姆电流表示为：

$I_{\left(\mathrm{ion}\right)}=\frac{1}{2}{n}_0\mathrm{eA}{\left(\frac{{\mathrm{KT}}_e}{M}\right)}^{\frac{1}{2}}$

其中n₀是背景等离子体密度，e是电子电荷，A是探针表面面积，K是玻尔兹曼常数，T_e是电子温度，M是离子质量。该方程式还表明，可通过增加等离子体密度和电子温度来增加离子电流的饱和值。人们认为对于电子电流这也是成立的。

图2C为本发明加强电磁辐射的带电粒子示意图，示出得到更大的粒子密度和速度。通过增加能量来增加速度。利用UV和/或IR光的电离能够产生弱电离(即部分)等离子体。此外，UV和/或IR光作为电磁辐射的形式，能够显著提高等离子体密度。除了由电磁辐射源20提供电磁辐射外，如果还采用一些其它方法加热等离子体，饱和电流的值将进一步增加。通过另一个电磁辐射源20A施加不同的频率的电磁辐射，能够与增加等离子体密度独立地进行等离子体加热。优选地，利用源20、20A的多种波长，同时进行增加等离子体密度和等离子体加热。在一个实施例中，源20、20A可以是能够辐射多种波长的单一装置、或者多个装置。通过从带电粒子的转移给予中性粒子的总动量(p)是质量与速度的乘积(p＝mv)。因此，从图2c中的带电粒子16到中性粒子(如图3中粒子16A、16B、16C所示)的总动量转移不仅因为区域28中更大的质量而具有更大的数量，而且因为更大的速度增加了温度而具有更高的能量。

有若干方法来增加等离子体的能量。其中一种是使用射频(RF)电磁辐射。在这种方法中，一般可采用三种不同的频率范围：电子回旋频率、低混杂频率、以及离子回旋频率。另一种途径是使用将中性粒子束注入等离子体的方法。在这种方法中，将高速中性粒子注入等离子体，这些高能中性粒子通过与能量较低(低速)的离子的碰撞而失去电子，变为高能(高速)离子，能量较低的离子由于接收这些电子，进而变为低速中性粒子。但是这种方法需要产生这种高速中性粒子束的装置，进而需要大电源。另一方面，利用磁电管和例如类似于微波炉的功率源，能够实现等离子体的RF加热。

上述加热方法使用外源。如果没有这些外源，那么希望通过欧姆加热和通过系统内磁压力的压缩来加热，从而在内部进行等离子体的一些加热是合理的。但是，由于等离子体的电阻率与其(电子)温度的3/2次方成反比，所以当等离子体温度上升时欧姆加热变得不太有效。因此，此时使用外部加热源将非常有效。通过这种方法增加系统中的电流之后，再通过磁压缩进一步加热等离子体，因为此时有望在系统中产生强磁场。依次进行这些不同的加热方法或者将这些方法结合是系统加热的非常有效的方法。

在至少一个实施例中，本发明使用UV和/或IR光电离并结合RF加热。增加等离子体密度、特别是结合增加等离子体能量从而增加速度和等效温度、使用上述方法可增加系统的动力。相比于图2B、图2A，合力26的增加(不按比例)示出为与图2C中一样大。人们认为这些方法能够将动力的大小提高若干数量级。

除了不对称电容器操作所处的具有粒子的介质之外，可向不对称电容器提供其它气体以作为介质的补充或代替该介质。需要补充的情况例如发生在当介质为空间或其它的没有粒子或粒子很少的介质时。例如，可使用氢气或氦气，优点是独立于大气、对于UV或IR光电离而言单一波长的UV或IR波长的复杂性低、对于氢离子温度增加的效应允许RF频率的最优化。此外，可用多种气体的组合代替单一气体。此外，例如汽化汞这样的粒子或者用于产生并保持推力或其它力的其它粒子可被注入不对称电容器操作所处的体积中。

图3为经历与带电粒子的碰撞的中性粒子动量的动力的示意图。该示意图示出中性粒子怎样对电容器的合力做出贡献。该示意图示出当动量从图2B、图2C中的带电粒子16向中性粒子16A、16B、16C转移时基本力的产生。具有向上矢量的粒子16A对向上的推动起正作用，具有向下矢量的粒子16B对向上的推动起负作用，只具有水平矢量的粒子16C对推动不起作用。第一电极4上的合力5A一般向下，第二电极6上的合力7A一般向上，在不对称电容器2上合成的新的力是力5A和力7A的矢量和，以产生合力26。该力与作用在实体推动装置上的推力有关。一些附加力可从离子射流以及由改变方向的带电粒子带动的关联空气得到。

此外，通过产生脉动功率而不是稳定功率可获得更大的效率。系统可使施加给粒子的电磁辐射、施加给至少一个电极的电压、或者这两者的结合产生脉动。产生脉动功率有几种选择。脉动功率更有效，因为它降低了平均能耗。例如，当提供的功率为脉动(以～10ms的脉冲持续时间计时，～100Hz)时，以～1mA的电流、～25kV的DC稳态供电的标准不对称电容器的实验和模拟表明力没有可测量的减少，但是不限于此。

另一种变化是通过表面纹理、多孔性、或者设置为穿过电极的开孔来控制一个或多个电极的表面面积。例如，通过设置穿过电极的开孔可增加电极的表面面积。优选地，开孔可位于电极中，以帮助影响粒子流入或流出电极之间的场。

此外，可用氧化物或其它材料涂覆电极，通过提供附加的粒子源来增加力。可用高能离子和中性粒子轰击涂层，因此涂层粒子会加入等离子体中的其它粒子。

不对称电容器可充当连接电容器、或者引导从电容器发出的能量的结构的“引擎”。该引擎实际上可用于任何领域，包括大气中、陆地上、太空中(通过向引擎系统注入粒子来增强)以及海上的交通工具，不管是有人驾驶还是无人驾驶，并且实际上可用于需要动力来移动、或者从电容器发出的能够被引导的大量能量的任何装置或系统，但是不限于此。此外，本发明可应用于小物品，包括纳米尺度的物品，也可应用于较大的物品。本发明的另一应用是产生从设备导向外部的能流或者等离子体。

在至少一个实施例中，不对称电容器几乎没有移动部分(即便要)，并且引擎可任意关闭和打开，而不管是否空载，如同在产生动力的典型旋转引擎中的情况。本发明使用空气、和/或离散介质(例如氢气、氦气)、或者代替空气的其它介质，本发明的特征在于“数字”推动系统，因为它可以是很少或者没有模拟部件(例如泵、点火系统、液体燃料控制、压缩机、涡轮以及喷嘴控制)的固态。燃料电池的电能可转换到阴极和阳极、UV和/或IR固态发光二极管和激光器、以及固态RF发射器。可根据与整个交通工具控制系统的要求相当的时间表上从零到最大值启动的任何值来控制推动。模拟等效物通常具有维持启动周期，并且可具有最小空载条件和比整个控制系统要求可要求的长得多的加速时间表。因此，具有本发明的改进的不对称电容器作为动力引擎，可称为“数字”引擎。

此外，系统可包括用于不对称电容器2和/或电磁源20、20A的便携电源。提供便携性的一种方法是使用化学能-电能功率转换。这种技术包括：由氢气、石蜡、石油和其它燃料供能的燃料电池；光子捕获或太阳能电池板；人工增强光合作用；以及改变基因的生物体。其它技术包括太阳能、储存的能量例如储存在电池中的能量、受控核聚变或受控核裂变、以及能够从连接以本发明公开的方式使用不对称电容器的移动物体的固定位置提供电源的其它源。术语“固定位置”被宽泛地使用，例如包括地面、固定结构、或者相对于不对称电容器以不同的方向或速度运动的结构或者连接电容器的任何结构。

可根据经验进行性能预测、最优化以及调节。另一种途径是通过等离子体模拟。与分析这种系统相关的问题是高度非线性的，并且显示出等离子体的磁流体力学(MHD)处理是适当的，因为电极周围等离子体的时间演化以自洽的方式将电场和磁场的结构复杂化。由于该系统中的等离子体是弱电离的部分等离子体，所以双流体或三流体MHD处理可用于预测性能。对于此问题可能不需要等离子体的动理学处理，因为电子和离子的速度分布被认为是表现为麦克斯韦分布。但是，动理学处理可用于根据效率、升级、以及控制来设计更实用的装置，因为能够考虑到由于辐射(包括黑体辐射、轫致辐射以及杂质辐射)和等离子体中的微观不稳定性而损失能量，这是MHD处理所不能预测的。

实例1

在至少一个实施例中，电磁辐射，例如光子(包括UV和/或IR)以及RF能量能够被提供到不对称电容器系统的体积中。电极可以是至少部分的铜、铝、或者其它导电材料。可使用一个或多个多孔电极来增加表面总面积和玻姆电流。一个或多个(例如LED的环形阵列)电磁辐射源连接在阳极上、阳极与阴极之间、阴极下的位置，或者在这些位置都有电磁辐射源，以向电极之间(即包围电极的场的至少某处)的粒子提供能量。其它电磁辐射源可以是使用具有可变频率的脉冲磁电管的RF发射器装置。在一些实施例中，优选具有可变频率的10kW脉冲磁电管。可使用商用现成技术激光器或者LED阵列和RF装置。有利的是，将电磁辐射源连接不对称电容器的方法允许这些源均匀地处理等离子体。商用激光器使用248nm的激光，以高能飞秒脉冲将空气电离(量级可能是10¹¹#/cm³)，还使用波长较长的激光(例如750nm的红外激光)来稳定等离子体。通过稳定，该措辞意欲表示波长较长的激光减少了或者避免了等离子体由于离子的重新结合而中和的现象。但是，为了均匀地加热周围的等离子体，该装置产生的频率需要改变，因为电子回旋频率和离子回旋频率取决于磁场强度，并且希望这个强度在系统中改变。对DC电流的波形调制增强了电离。通过可变的输出电流电压增强了性能调节。

图4为不对称电容器引擎100的一个实施例的示意图。列出的部件仅仅是示例性的，并不限于此。其它部件可被置换、增加、或从中减少。一般，引擎100包括不对称电容器110，不对称电容器110包括阳极112和阴极114，如上所述。可使用一个或多个电磁辐射源120、122向电极附近体积中的粒子提供一种或多种波长的辐射，亦如上所述。例如，电磁辐射源120可包括由一个或多个激光器提供UV或IR光的光子源，但是不限于此。类似地，电磁辐射源122可包括例如由一个或多个磁电管提供的RF源，但是不限于此。为了均匀地加热周围的等离子体，该装置产生的频率可变化，因为电子回旋频率和离子回旋频率取决于磁场强度，而这个强度在系统中变化。电源118可连接不对称电容器110，向至少其中一个电极提供功率。电源118可以是能够向阳极和阴极提供能量的任何适当的电源。电源118还可以向一个或多个电磁辐射源120、122提供能量。或者，电源可以是能够向单个元件提供能量的多个装置。粒子源126可连接不对称电容器，以提供除了引擎操作所处的介质中的粒子之外的粒子，或者提供代替这些粒子的粒子。例如，粒子源可以是压缩汽缸或者用于提供粒子的其它储存装置。

图5a为使用不对称电容器的系统的一个实施例的横截面示意图。引擎100包括不对称电容器110，不对称电容器110包括阳极112和阴极114。在一个实施例中，相比于一般具有较大表面面积的阴极，阳极可由一个或多个很多孔的较薄圆盘、叶片、或线制成。阴极114可由很多孔的较厚铝盘制成，但是不限于此。多孔性的程度基于包括电极的系统的结构完整性以及其它考虑(例如稳定性)的限制来确定。电极表面可用例如氧化物膜或者其它涂层涂覆，以进一步提高性能。

电磁辐射源120(例如激光器或LED装置)可以是向待电离的粒子提供要求波长的任何适当的激光器或其它装置。对于这些粒子，示例性波长可以是在UV和IR范围内，例如对于O₂小于或等于1024nm，对于N₂小于或等于768nm，但是不限于此。还可以使用电磁辐射源122，例如RF加热装置，如上所述。

此外，在待电离的区域中或周围可设置一个或多个反射器124。该反射器通过更均匀地将分子光电离并加热等离子体、以及通过将从电容器的场另外消散的能量改变方向，能够提高激光装置和/或RF加热装置的效率。一般，一个或多个支撑件116a、116b、116c、116d或者直接地、或者间接地通过连接其它包围结构(例如引擎外壳128)的支撑件，将支撑阳极、阴极、反射器、或者这些部件的任意组合。引擎100还可以连接更大的结构，如下所述。为了帮助连接，可使用一个或多个引擎支撑件106。

电源118可向阳极112、阴极114、电磁辐射源120(例如激光器或LED)、电磁辐射源122(例如RF源)、或者这些部件的任意组合提供电源。粒子源126可直接地或间接地连接不对称电容器110，向电容器提供补充粒子或初级粒子(例如在空间中)。一个或多个注入喷嘴126A和/或126B可将粒子从粒子源126导入入口或者电极之间的体积，以提供均匀的、受控的粒子注入。功率管道102可设置在固定位置104。或者，电源118可以是便携电源，在进行刷新或再充电之前，便携电源至少在一段时间内是自持独立于固定位置的。

图5B为图5A所示实施例的示意性俯视图。在至少一个实施例中，引擎100的阳极112和/或阴极114可包括一个或多个开孔136，以增加具有开孔的特定电极或多个电极的脱离表面面积。开孔可配置为形成涡环的图案或者其它图案，以提高电容器的效率和产生的力。开孔136允许阴极或阳极操作所处的空气或其它介质通过电极进入阳极、阴极、或阳极与阴极之间的区域。更大的表面面积可为引擎100提供更高的效率。

图6为一个示例性实施例的功率预算的示意图。电源118(参见上述)可用于通过第一电源部分130向不对称电容器供电，特别是向阳极和阴极(参见上述)提供功率。一个示例性的瓦特数范围为大约200瓦特(W)以上，但是对于具体应用可将这个值适当地缩放，以优化性能，但是不限于此。第二电源部分132可用于向激光装置或LED阵列提供功率，参见上述。类似地，一个示例性的功率范围为大约300W以上。第三电源部分134可用于向RF加热装置提供功率，参见上述。对于此实施例，一个示例性的功率范围为大约1500W以上。电源部分可形成为整体的电源或者多个电源。当然，其它实施例可具有不同的功率预算，本实施例仅仅是示例性的。

本发明提供的结构连接不对称电容器，使得不对称电容器的动力能够向该结构提供推力。该结构能够支撑设备、一个或多个人或者其它生命体、或者其它感兴趣的物品，这里宽泛地称为“有效载荷”。

图7A为无人驾驶机(UAV)的一个实施例的示意性立体图。图7B为图7A的实施例的示意性俯视图。图7C为图7A的实施例的示意性侧视图。将这些附图相互结合进行描述。UAV 150包括框架152和一个以上的不对称电容器100，框架152连接不对称电容器100。各个引擎采用上述引擎的形式，包括阳极、阴极、一个或多个电磁辐射源，例如一个或多个光子发射器装置(例如激光器)和加热装置或者它们的组合。UAV还包括适于控制UAV的各种电子仪器154。在至少一个实施例中，可通过功率管道102向UAV提供功率，功率管道102可连接例如在地面上或者其它固定位置104的远程电源。在一些实施例中，电源118可设置在UAV上。UAV还包括传感器156、103，以提供图像、电磁性、以及数据捕获用于处理和显示。

优选地，UAV 150可包括三个引擎，虽然也可以使用更多或更少的引擎。三个引擎有助于提供平面控制，例如UAV的倾斜、滚动和摇摆。

通过引擎100供能的UAV和其它物品的一个优点是声音小、电磁性、和/或雷达横截面信号。这个特点对于某些交通工具和飞行器特别有用。

当然，其它实施例可包括有人驾驶机或地面滑翔机、导弹、以及地面上、海上或水下、空中或太空中其它物品的主机。本发明形成通用的动力系统，一般用于推动。本发明还产生能流或者从设备导向外部的等离子体。在一个实施例中，引擎没有移动部分，能够降低所有者的总成本，包括购买和维护成本。

在至少一个实施例中，一些示例性设计特征是可变的，范围广泛；速度可变、具有高速能力；声音小、电磁性、RCS信号；脉冲功率源可变，范围大约为120～160+VDC或VAC，1.6～160+A、～2+kW；由于几乎没有移动部分(即便要)，所以维修率低，对腐蚀节点有少量维修。

图8A为有人驾驶机(MAV)170的一个实施例的示意性立体图。图8B为图8A的实施例的示意性正视图。将这些附图相互结合进行描述。MAV还可用作地面滑翔机。MAV 170一般包括框架172、副框架174、通过适当的控制与框架连接的一个或多个引擎100。框架172一般具有用于一个以上人员的形状和大小。电子仪器可改变，在至少一个实施例中可类似于飞机的飞行座椅。副框架174由结构元件形成，连接框架172。副框架174为连接MAV170的一个或多个引擎100提供支撑。引擎可安装在不同的高度，例如低于框架172或高于框架172，或者在框架172之间。在一些实施例中，通过使有效载荷的重心更低，更高的高度可提供更大的稳定性。

虽然引擎数量可以变化，但是优选地，多个引擎100可对于MAV 170提供姿态控制。在至少一个实施例中，引擎100可相对于副框架174的一个或多个轴倾斜，以产生具有一定大小和方向的多种推动矢量。这种倾斜可以是自动的或人工控制的。

可以自动地、人工地、或者将自动方式和人工方式结合起来进行姿态控制。例如，控制器176(例如“操纵杆”)可提供平面控制，例如倾斜和滚动控制。控制器178可提供摇摆控制，通过驾驶员脚踏在MAV 170上驱动。控制器可包括必要的电子仪器、线缆、控制线、以及本领域技术人员所知道的其它部件。此外，MAV 170可包括功率控制器180，以控制给一个或多个引擎100的功率。此外，使用陀螺仪或其它稳定性控制系统可加强对MAV170的控制。

在一些实施例中，MAV 170还可包括救生滑道182，救生滑道用于在紧急情况下保障MAV上的人员安全。

在此说明了本发明的各种基础。所公开的各种技术和装置代表等离子体物理领域的技术人员根据本发明的教导容易理解的部分。实现本发明的细节可由本领域技术人员添加。附图可包含说明书中没有详细讨论的附加信息，这些信息可在后续申请中描述而不增加新的主题。此外，对于所有元件或应用可产生和提出各种组合和置换。在具体应用中可采用将性能最优化的所有措施。

术语“被连接”、“连接”以及类似的措辞在此被宽泛地使用，可包括用于例如机械地、磁地、电地、化学地、直接地或通过中间元件间接地、一个或多个部件共同地保护、约束、连接、紧固、安装、接合、插入其中、形成于其上或其中、通信、或关联的任何方法或装置，还可包括将一个功能部件与另一个整体地形成。

在此描述的多个步骤可与其它步骤结合，除非另外有特别限制，否则可以在多个次序中出现，所述步骤可以插入多个步骤中，所述步骤也可以分为多个步骤。除非具体上下文另有要求，否则词语“包括”或者其不同时态例如一般时、进行时都应当理解为暗示包括至少所述元件或步骤或元件的群组或步骤的群组或其等同物，不排除任何其它元件或步骤或元件的群组或步骤的群组或其等同物。

此外，在本专利申请中参考的任何文献以及列入本申请的任何参考文献列表中的所有参考文献都通过参考合并于此。但是，程度限于其陈述被认为与本发明的专利性不一致，这些陈述是表达性的，不认为是本申请人所提出。

此外，在此描述的任何方向例如“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“向上”、“向下”以及其它方向和方位，是用于参照附图时清楚地表达，并非用于限制实际的装置或系统或者对装置或系统的使用。这些装置或系统可在多种方向和方位下使用。

参考文献

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Claims (24)

1、一种克服气体介质的空间电荷限制的方法，包括步骤：

a.向气体介质中包含的粒子施加电磁辐射；以及

b.向所述包含的粒子施加电场，而不通过电弧将所述电场放电，与没有向粒子施加电磁辐射时向粒子施加的电场相比，所述电场具有更高的空间电荷限制能力。

2、如权利要求1所述的方法，其中，向粒子施加所述电磁辐射使所述包含的粒子的至少一部分电离。

3、如权利要求2所述的方法，其中，向粒子施加所述电磁辐射在包含的介质中产生等离子体。

4、如权利要求3所述的方法，还包括以波长比用于产生所述等离子体的波长更长的电磁辐射稳定所述等离子体。

5、如权利要求1所述的方法，其中，向粒子施加电磁辐射增加给定体积的粒子密度、等离子体能量、或者这两者的组合。

6、如权利要求1所述的方法，其中，施加电磁辐射包括施加紫外线辐射、红外线辐射、或者这两者的组合。

7、如权利要求6所述的方法，其中，施加电磁辐射包括通过光子发射，以将所述粒子电离的频率施加所述辐射。

8、如权利要求6所述的方法，其中，施加紫外线辐射、红外线辐射、或者这两者的组合包括以一种或多种波长施加每种辐射。

9、如权利要求1所述的方法，还包括向所述包含的介质供应粒子。

10、如权利要求9所述的方法，还包括以选择的补充气体粒子来补充大气粒子。

11、如权利要求1所述的方法，还包括使施加给所述粒子的所述电磁辐射进行产生脉动。

12、如权利要求1所述的方法，还包括将所述电磁辐射从断开状态切换到导通状态再切换回断开状态。

13、如权利要求1所述的方法，还包括以低于标准条件下的大气压力向所述介质提供能量，并向所述介质提供补充粒子。

14、如权利要求1所述的方法，还包括被液体介质包围的一包含的介质，其中所述液体以蒸发的形式传递到容器。

15、如权利要求1所述的方法，其中，施加电磁辐射包括通过光子发射，以将所述粒子电离的频率施加所述辐射。

16、一种用于克服气体介质的空间电荷限制的系统，包括：

a.由气体粒子组成的包含的介质；

b.电磁辐射源，适于向所述包含的介质施加电磁辐射；

c.电场源，适于向所述包含的介质施加电场；以及

d.控制器，连接所述电磁辐射源或所述电场源中的至少一个。

17、如权利要求16所述的系统，还包括电源，连接至所述控制器，并限制在固定的接地位置。

18、如权利要求16所述的系统，还包括便携式电源，连接至所述控制器，独立于固定的接地位置。

19、如权利要求16所述的系统，还包括粒子供应，连接所述包含的介质，用于向所述介质供应粒子。

20、如权利要求16所述的系统，其中，所述电磁辐射源包括光子发射器，指向所述包含的介质。

21、一种用于克服气体介质的空间电荷限制的系统，包括：

a.向气体介质中包含的粒子施加电磁辐射的装置；以及

b.在不通过电弧将所述电场放电下向所述包含的粒子施加电场的装置，所述电场相比没有向粒子施加电磁辐射时向粒子施加的电场，具有更高的空间电荷限制能力。

22、如权利要求1所述的方法，其中，施加所述电磁辐射还包括用磁电管加热所述粒子。

23、如权利要求16所述的系统，其中，所述电磁辐射源包括磁电管，适于加热所述粒子。

24、如权利要求21所述的系统，其中，用于施加电磁辐射的装置包括磁电管，适于加热所述粒子。

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