JP4723576B2

JP4723576B2 - 密封プレナムを具備した推進装置

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Publication number: JP4723576B2
Application number: JP2007518106A
Authority: JP
Inventors: ブラディー、ジョセフ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-06-28
Filing date: 2005-06-14
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-06-14
Also published as: CN101427018A; CN101427018B; EP1781925A2; WO2006011978A3; WO2006011978A2; EP1781925A4; US20060005528A1; US7165388B2; US7458201B2; JP2008504480A; US20070095048A1

Description

本発明は、作業質量（ｗｏｒｋｉｎｇｍａｓｓ）を循環させることにより、密封プレナム全体に正味推進力を生成する推進装置に関する。

（関連出願の参照）
本出願は、２００４年６月２８日付けで出願された米国特許仮出願第６０／５８３，６５０号の優先権を主張する。この’６５０出願の全体は、本明細書中であたかも説明されているかのように参照してここに組み込まれる。

本体を加速させる方法には、一般的に、加速される本体と外部本体との間の接触か、又は加速される本体からの反応質量が、関与する。例えば、自動車は、舗装道路面又は非舗装道路面と接触している車輪を駆動するために、エンジンからの動力を付加されることで加速する。車輪と道路面の間の摩擦によって、車輪が回転されて、実質的に自動車の直線的な加速が生じる。外部質量に対抗して付加された力によって車両が始動する。別の例には、動作中、一般に衛星又は別の宇宙船の放出質量（反応質量）を推進するために使用される、ロケットエンジン、イオンエンジン、これ以外のエンジンがある。このような質量は燃料、燃焼製品、電子、イオン、これ以外の任意のタイプの質量であってよい。加速質量の一部は、これ自体が望ましい動作方向と反対の方向へ加速されて廃棄されることで、衛星又は他の宇宙船に作用する反応力が生じる。

推進装置は質量を消費及び／又は廃棄することで加速を生成するため、推進装置の、特定の速度で本体を加速させる機能は、消費又は放出に必要な質量の量によって制限されてしまう。例えば、衛星のステーションキーピング機能は、多くの場合、ヒドラジンのような燃料を利用する小型ロケットモータによって実施される。これらのステーションキーピングモータのための燃料が排出されると、衛星の、例えば電源のような構成部品の寿命が大幅に残っている場合でも、衛星は制御不能となって漂流する可能性がある。したがって、推進装置が使用できる燃料の量が、推進装置を利用する衛星、車両、これ以外の本体の寿命に直接影響する可能性がある。

さらに、推進装置が使用可能な燃料の量又は反応質量の量により、本体が達成できる最大速度が制限され得る。例えば、イオン推進システムを利用している宇宙船は、摩擦のために利用されているイオン供給が排出される際に達成される最終速度にまで、実質的に連続的に加速することができる。この時点では、宇宙船は最終速度で移動を続けることが可能である。したがって、宇宙船の最大速度は、宇宙船が搭載する燃料、即ち反応質量の量によって制限される。

本発明は、概して、密封プレナム内に作業質量を含有した推進装置に関し、プレナム内を作業質量が循環することで正味推進摩擦力が生じ、これにより装置が加速される。

本発明の１つの態様では、推進装置は、内部を作業質量が循環する、実質的に密封されたプレナムを含む。作業質量は気体状態であってよい。プレナムは、入れ子式に作った２つのシェル、即ちハウジング（あるいはこれ以外の囲壁）の間に画定される。このプレナムはいくつかの区間から形成されており、これらの各々は入口と出口を有している。推進装置は第１の端部と第２の端部とを有していることができ、装置の各端部は、プレナムの内部に含んだ曲げ部、即ち方向変換部を有している。

装置の動作中に、作業質量が、プレナム全体、即ちプレナムの第１の端部付近における循環を開始する。作業質量は、プレナム内の第１回転、即ち曲げ部を通って加速される。作業質量は、第１の端部から離れた後に、プレナム内の、放射、対流、伝導工程によって作業質量から熱エネルギーを除去する区間を通過する。作業質量は第２の端部へと前進を続ける。第２の端部にて、作業質量は、プレナム内の第２回転、即ち曲げ部へ入り、ここで、作業質量は戻りダクトによって第１の端部へ戻され、これにより、推進装置の動作中に作業質量が大幅に損失することのない、連続した密封プレナムが形成される。この方法では、作業質量の供給が推進装置内に維持されるため、推進装置の動作期間及び最大速度が、流入する作業質量の量、又は推進装置から排除される作業質量の量に依存することはない。

本発明の別の態様では、作業質量は、プレナムの第１の端部よりも前に、例えば戻りダクト端部のインペラ装置のような作業質量ドライバによって加速される。このインペラ装置は作業質量に運動エネルギーを付与する。この方法では、プレナム外部からのエネルギーが作業質量に付与される。推進力が作業質量を圧縮すると、一定量の作業質量の温度と圧力が上昇する。作業質量の運動エネルギーは、作業質量の個々の分子又は原子の速度と運動量の合計によって表される。このような作業質量の運動エネルギーは、分子どうしの本質的に弾性の衝突によって作業質量内に保持されるが、しかし、プレナム壁のような表面が関与した伝導、放射、対流工程を介するうちに、作業質量から失われてしまう可能性もある。

本発明の別の態様では、作業質量は、加速された後に、プレナムの形状によって移動方向の転換を強いられる。この方向転換は、加速が作業質量に付与され、次に、プレナムハウジング、即ちシェル、及びこれに取り付けられている任意の質量に付与される形で実施される。この第１の加速力の度数は、方向転換された作業質量の質量、方向転換された作業質量の速度、作業質量の方向転換の半径及び角度の関数である。

本発明の別の態様では、プレナムの、作業質量を方向転換する区間（例えば第１回転、即ち曲げ部）から作業質量が移動することで、第１の力が、プレナム壁の温度が作業質量の温度よりも低く維持される、プレナムの区間へ入る。このより低温の維持は、宇宙空間のようなヒートシンクへの放射及び／又は伝導のような、プレナムから離れる手段によって実施される。プレナム壁と相互作用する作業質量の個々の分子又は原子の運動エネルギーは、作業質量内のこれら個々の分子又は原子の速度の低下によって表されているように低下される。この運動エネルギーの損失が、次に、弾性衝突工程によって、作業質量の容量全体を通って伝達される。作業質量のこれら個々の分子又は原子の質量は不変のまま維持されるが、速度が個別又は集合的に低減される。これにより、作業質量の密度が、プレナムのこの区間内での冷却時に上昇する。

本発明の別の態様では、作業質量はプレナム内を連続的に流れる。この結果、作業質量の流れの方向に対して直角な任意の所与の基準面を、１つの時間単位内で通過する作業質量の分子又は原子の数が、プレナムの全長の何処においても一様になる。これは、プレナムの形状、サイズ、方向に関係なく、また、作業質量の圧力、温度、容量、速度に関係なく当てはまる。この限りでない場合は、プレナムからの作業質量の損失、又は作業質量の動作の妨害があったということになる。したがって、プレナム内では、作業質量の質量は長時間にわたって維持される。

本発明の別の態様では、作業質量の流れの方向に対して直角な基準面を通る任意の基準面における作業質量の速度は、基準面におけるプレナムの範囲と、及び、ある時間単位内にこのプレナム範囲を通過する作業質量の容量との関数である。作業質量の容量は、作業質量が気体である場合にはこれの圧力及び／又は温度を操作することで変更できる。プレナムの、プレナム壁の温度が作業質量の温度よりも低く維持されている区間において作業質量の温度を低下させることで、作業質量の容量を低減することができる。このような方法では、作業質量がプレナムのこの区間を通過すると作業質量の速度が低減され、また、作業質量の個々の分子又は原子の運動エネルギーが、まずプレナム壁へ伝播され、次に外部ヒートシンクへ伝播される。作業質量及びプレナムから失われるこのようなエネルギーは、作業質量の膨張又は別の工程での作業質量による運動エネルギーの上昇として再生することは不能である。

本発明の別の態様では、プレナム壁の温度が作業質量の温度よりも低く維持されるプレナムの区間の次に、プレナムの形状によって、作業質量が移動方向の変更を強いられるプレナムの第２区間（例えば第２回転、即ち曲げ部）が設けられている。この移動方向の変更は、作業質量に減速が付与され、次にこれが、プレナム及びこれに取り付けられている全ての質量に付与される。この第２の力の度数は、方向転換された作業質量、方向転換された作業質量の速度、作業質量の方向変換の半径及び角度の関数である。

本発明の別の態様では、プレナムの、作業質量が動作方向の変更を強いられる区間内で実行される作業質量の方向転換の角度の合計が、作業質量の方向転換によって生成された力の平面内で３６０度となる。

本発明の別の態様では、作業質量が方向転換を強いられ、この結果第１の力が加速されることになる、プレナムの第１回転、即ち曲げ部における作業質量の速度は、作業質量が方向転換を強いられ、この結果第２の力が減速することになる、プレナムの第２区間内の作業質量の速度よりも速い。第１及び第２の力は、質量に平方化した速度を掛け、回転、即ち曲げ部の半径で割った積であるこれら質量の向心加速によって生じたものであるため、また、時間毎の作業質量の質量の流れはプレナム全体にわたって一様であるため、さらに、第１の加速力が作成されるプレナムの区間内での作業質量の速度が、第２の減速力が作成されるプレナムの区間内での速度よりも速いため、プレナムハウジング、即ちシェルの正味の加速、作業質量、プレナムハウジング、即ちシェルに付加された全ての質量が、作業質量ドライバ（例えばインペラや他の動力装置）に提供され、また、作業質量から熱が除去される。

本発明の別の実施形態では、プレナムの１つの区間が、プレナムの第２回転、即ち曲げ部の出口を第１回転、即ち曲げ部の入口に接続する。このようにして、プレナムは、作業質量が流れることができる密封されたダクト及び連続した経路を形成している。

図１Ａを参照すると、推進装置２の一実施形態の断面図を示している。一実施形態では、推進装置２は、外側シェル５、即ちハウジングと、内側シェル７、即ちハウジングとを有し、この外側シェル５と内側シェル７との間にプレナム９を形成している。外側シェル５と内側シェル７の間に形成されたプレナム９内には作業質量４が含まれている。外側シェル５は密封され、プレナム９と外側シェル５の外の外部環境との間の外側シェル５を通って、作業質量４が伝播することを実質的に防止している。同様に、内側シェル７も密封され、プレナム９と内側シェル７の他方側上の内部空間１０との間の内側シェル７を通る、作業質量４が伝播することを実質的に防止している。こうすることでプレナム９自体が密封され、作業質量４が実質的にプレナム９内に含まれることになる。結果として得られるプレナム９を、これを介して出入りする作業質量の伝播から実質的に密封する限り、外側シェル５並びに内側シェル７の密封には任意の密封剤、溶接、構造、又は技術を使用することができる。

やはり図１Ａを参照すると、本発明の１つの態様において、推進装置２は，ドライバ区間３１（例えば、本発明の１つの態様でのインペラ区間）、熱交換器区間３２、戻り区間３３を有している。一実施形態では、ドライバ区間３１と戻り区間３３との両方は、ステンレス鋼で構成され、外側シェル５と内側シェル７との両方の内面と外面には実質的に滑らかな仕上げが施されている。しかし、所望であれば、これ以外の材料を使用して外側シェル５と内側シェル７を構造することもできる。さらに、外側シェル５の外面と、内側シェル７の内面の仕上げは本発明にとって重要ではない。外側シェル５の内面、又は内側シェル７の外面をこれよりも粗く、又はこれよりも滑らかに仕上げることで、プレナム９内に所望の流れ特徴を提供することができる。

一実施形態では、ドライバ区間３１と戻り端部３３と両方の外側シェル５を、一端が平坦な実質的に半球形のボール形状で形成することができる。図１Ａに示す例証的な実施形態では、ドライバ区間３１と戻り端部３３両方の内側シェル７は、同一の形状と湾曲を有している同じボール形状で形成されている。内側シェル７のボールと外側シェル５のボールを部分的に組み合わせる際、内側シェル７のボールは推進装置２の長軸３に沿って差し込まれ、また、外側シェル５のボールは内側シェル７と外側シェル５との間に環状ダクトを形成している。これは、ドライバ区間３１と戻り端部３３との両方において同様である。外側シェル５と内側シェル７とはこれらの形状に限定されるものではなく、以降で説明する推進装置２の動作と一致する任意の方法によって形作ることができる。例えば、外側シェル５は、内側シェル７の外形と異なる別の外形（例えば湾曲）であってもよい。

一実施形態では、前記熱交換器区間３２は、外側シェル５と内側シェル７とを有している実質的円筒形である。これらシェル５、７のそれぞれは、管形状にした１枚のアルミニウムで構造することができる。外側シェル５の管の内径を、内側シェル７の管の外径よりも若干大きく形成していることで、内側シェル７と外側シェル５の間に、環状ダクトがプレナム９の一部として形成されている。外側シェル５と内側シェル７とはこれらの形状に限定されるものではなく、以下に説明する推進装置の動作と一致する任意の方法で形作ることができる。例えば、熱交換器区間３２は、楕円形断面、又は上述した円形断面ではない他の形状を有していてよい。

本発明の１つの態様によれば、推進装置２内で生成された正味摩擦ベクトルの方向は、任意の付加された質量を推進装置の中心線から離すようにそらすことによって、宇宙船のような付加された質量の重心に関連して変更又は制御することができる。本発明の別の態様では、推進装置２内で生成された正味摩擦ベクトルの方向は、作業質量４の流れの方向を転換させて、推進装置２内を非対称に流れるようにすることで（例えば、推進装置の中心線に対して直角となる、プレナムを横断する区間の複数の地点で測定した場合に速度が等しくならない）、変更又は制御することができる。本発明の別の態様では、推進装置２によって生成される正味力を制御する（例えば、増加又は減少させる）ことができる。これは、例えばプレナム９内の作業質量４の流量を変更することで達成できる。これは、作業質量ドライバ３００の制御（以降で説明する）によって達成できる。あるいは、推進装置２によって生成された正味力の制御は、装置２の熱交換器３２部分内の作業質量４の温度低下を、熱交換器３２から出てゆく熱の伝達速度を絶縁又は別の手段で制限することによって変更することでも行える。例えば、装置２内に冷却システムを採用して、装置２の熱交換器３２部分内の熱伝達速度を制御してもよい。あるいは、推進装置２によって生成された正味力を、インペラ１５とインペラ端部回転４６への入口との間に配置された加熱装置１６の手段によって、作業質量４の補助熱を上昇又は低下させることで制御できる。

次に図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃを参照すると、検査推進装置２を示している。ここで説明する装置及び方法は、以降で説明する特定の検査推進装置２に限定されないことを理解されたい。この検査装置２は、特別に設計されたプレナム９を通過しながら再循環する作業質量４が、装置２に正味力を与えることができるという事実を実証及び／又は確認する。特定の実施形態又は実施は、以降で説明する特定の検査装置２を超えるものを使用することができる。

前記検査装置２は、２つの実質的に同一なステンレス鋼ボール５１、５２を有し、これらボールのそれぞれは、最も幅広い地点にて１１インチ（約２７．９４ｃｍ）の内径を有し、この最大幅地点にてリップ部が外方へ延びている。これらのボールは、ドライバ区間３１と戻り端部３３の外側シェル分を形成するために使用されている。ボール５１、５２と実質的に同一な別の２つのボール６１、６２の最大直径は９．７５インチ（約２４．７７ｃｍ）にまで縮小され、インペラ及び戻り端部の内側シェル分を形成するためにリップ部が取り除かれている。内側ボール６１を外側ボール５１内に配置し、これらの共通軸（検査装置２の長軸３）に沿って０．５インチ（約１．２７ｃｍ）だけ移動させると、内側ボールと外側ボールの間に面積が縮小した環状ダクトが形成される。

図１Ａに示すように、戻りダクト１１は、内径１．５インチ（約３．８１ｃｍ）のポリ塩化ビニル管によって形成され、これに、厚さ０．１２５インチ（約０．３１８ｃｍ）、直径９．７２インチ（約２４．６９ｃｍ）の３つのファイバボードフォーマ４１、４２、４３が接着されている。この構造手順及び後続の構造手順のために、戻りダクトは取り外し可能な鋼管によって支持されている。内部熱交換器ダクト壁は、０．０１６インチ（約０．０４１ｃｍ）の厚さのＴ６アルミニウムで、合致縁どうしを重ねてエポキシ化して、最大外径９．７５インチ（約２４．７７ｃｍ）、長さ４７インチ（約１１９．３８ｃｍ）に形成されている。このダクトを、エポキシ硬化する前に撚り糸で緊密に包むことで、フォーマ４１、４２、４３、及び戻りダクトに接着されていない類似のフォーマ４４上に確実に密着させる。エポキシが完全に硬化した後、撚り糸は除去される。

この内部ダクト壁の外面には、０．１２５×０．１２５インチ（約０．３１８ｃｍ）の断面を有している、長さ２インチ（約５．０８ｃｍ）の２４本のスペーサ６（図１Ｂ、図１Ｃ）が、６０度の角度地点にて一様に放射状に配置された６個のスペーサの４つの列として接着されている。これと類似する方法で、外部熱交換器ダクト壁は、厚さ０．０１６インチ（約０．０４１ｃｍ）のＴ６アルミニウムで、合致縁どうしを重ねてエポキシ化して、内径１０．０インチ（約２５．４ｃｍ）、長さ４６インチ（約１１６．８４ｃｍ）に形成されている。このダクトを、エポキシ硬化する前に撚り糸で緊密に包むことで、内部ダクトの外面上のスペーサにかけて確実に密着させる。エポキシ硬化後に、撚り糸が除去され、内部ダクト壁の両端の全円周周囲で、内部ダクト壁の両端を、ダクトの長軸に沿って０．３７５×０．３７５インチ（約０．９５ｃｍ）のタブに切断した。次に、これらのタブをダクト内部に向けて約２０度に曲げて、ドライバ区間３１と戻り端部３３の内側ボール６１、６２の内面と合致させた。

戻りダクト１１の一端をエポキシ化及び密封して、戻り端部内側ボール６２の底部にフランジ１３によって中心決めされた直径１．８７５インチ（約４．７６ｃｍ）の穴を形成し、また、内端部ボール６２の外部へりをエポキシ化して、内部熱交換器ダクト壁７上のこれと合致するタブに密封させた。次に図１Ｂを参照すると、インペラ組み立て品３０の形状をした質量ドライバ３００の一実施形態が構成された。この質量ドライバ３００は、インペラモータ１７、インペラ１５、補助加熱器１６を収納しており、また、戻りダクト１１の延長として作業質量の流れを含んでいる。質量ドライバ３００は、この方法に限定されず、作業質量４に運動エネルギーを付与する別の方法又は手段を使用して構造することもできる。例えば、質量ドライバ３００は、音響又は電磁流体力学手段を利用して、作業質量４に運動エネルギーを付与することができる。

中心軸３上に中心決めされたインペラの外側ボール１８（Ｆａｒｂｅｒｗａｒｅ製、３ｑｔ．）の底部の中心に、直径１．８７５インチ（約４．７６ｃｍ）の穴１４が切られている。流れ直線化羽根２４がインペラの外側ボール１８の内面にエポキシ化され、また、インペラの外側ボールのフランジ２６が厚さ０．５フィートのカバ材合板に切られ、インペラの外側ボール１８のへりにエポキシ化された。中心軸３上に中心決めされたインペラの内側ボール２０（Ｆａｒｂｅｒｗａｒｅ製、２ｑｔ．）の底部に、直径３．７５インチ（約９．５６ｃｍ）の穴が切られている。ハンドヘルド型の携帯型真空クリーナ（ＤｉｒｔＤｅｖｉｌ製、モデルＭ０８１００ＲＥＤＣ）からインペラ１５とモータ１７とが得られ、インペラハウジング１９内部の中心軸３上に中心決めされて取り付けられている。上記インペラハウジング１９は、組み合わせた２つのボール１８、２０の間にスペーサ８によって形成されたプレナム空間内にインペラを設けた状態で、インペラの外側ボール１８とインペラの内側ボール２０によって形成されている。８枚の流れ直線化羽根２４は、０．００７インチ（約０．０１８ｃｍ）のアルミニウムシートを、中心軸３の周囲に、外側ボール１８の内面に向かって等間隔に放射状に配置してエポキシ化して形成されている。４枚の長さ１．２５インチ（約３．１８ｃｍ）の６番ボルトが、モータ台を通り、インペラの内側ボール２０を通り、０．５インチ（約１．２７ｃｍ）のスペーサ８を通り、インペラの外側ボール１８を通り、さらに、戻りダクトのインペラ端部のための戻りダクト結合部１２がエポキシ化されている戻りダクトフランジ１３を通って延びている。厚さ０．００７インチ（約０．０１８ｃｍ）のアルミニウムシートで形成された、直径端部７．３７５インチ（約１８．７３ｃｍ）、長さ９．５インチ（約２４．１３ｃｍ）の円錐形の断面を有しているモータカバーを、厚さ０．５フィートのカバ材合板で形成したカバーフランジ２５にエポキシ化し、また、カバーの他端を、フランジ２７が取り付けられた１区間の１．５インチ（約３．８１ｃｍ）ｉ．ｄ．ＡＢＳ管にエポキシ化しており、これらは全て中心軸３上に中心決めされている。補助加熱器１６が、モータカバー１９内に、中心軸３に沿って吊り下げワイヤにより中心決めされている。次に、戻りダクトフランジ１３、インペラの外側ボール１８、インペラの内側ボール２０、スペーサ８、インペラ１５、インペラモータ１７、補助加熱器１６、フランジ２７付きの管がインペラの内側ボール６１に組み立てられ、質量ドライバ３００を形成している。必要に応じて、シリコン密封剤を付加してプレナム９空間を装置の内部空間１０から実質的に密封する。モータ電力接続用の２つのインペラモータの電力フィードスルー部２１及び２つの補助加熱器の電力フィードスルー部２２が外側シェル５及び内側シェル７を通って設置され、エポキシ化されて、実質的に密封された。

内部ダクト７のインペラ端部のタブ付けされた端部と、外部ダクト５のインペラ端部が、硬化可能なシリコン密封剤で被覆された。質量ドライバ３００（インペラ組み立て品の形態）が、熱交換器区間３２の内部空間１０のインペラ端部内に挿入され、戻りダクト結合部１２が、実質的に密封接続を形成する形で戻りダクト１１に取り付けられた。次に、インペラ端部の内側ボール６１が内部ダクト７上に中心決めされ、８個のインペラ組み立てねじ３５によってインペラ端部フォーマ４４に取り付けられた。

次に、インペラ端部の外側ボール５１を熱交換器上に、中心軸３に沿ってインペラの内側ボール６１から０．５インチ（約１．２７ｃｍ）離間させて注意深く配置し、プレナム９の一部を形成した。外部インペラ端部ボールのリップ部の平面が外部熱交換器ダクト壁上にマーキングされた。厚さ０．５インチ（約１．２７ｃｍ）のカバ材合板から、直径１３インチ（約３３．０２ｃｍ）で、外径と一致する直径１０．０３（約２５．４８ｃｍ）インチの穴を設けた２つのフランジ４０を切断した。インペラの外側ボール５１と戻り端部の外側ボール５２には、ボールのリップ部周囲に（ボールの中心軸と平行して）等間隔で離間して設けられた、直径０．１２５インチ（約０．３１８ｃｍ）の１６個の穴が事前に穿孔されている。各フランジ４０は、フランジに穿孔された１つの外側ボールと、１６個の一致する直径０．１２５インチ（約０．３１８ｃｍ）の穴と連動している。さらにフランジは、ヴァラサン（Ｖａｒａｔｈａｎｅ）で密封され、マーキングされたとおりに外部熱交換器のダクト壁にエポキシ化された。

熱交換器３２の戻り端部の外側シェル５の端部外面は、硬化可能なシリコン密封剤で被覆された。次に、戻り端部の外側ボール５２を熱交換器３２上に、中心軸に沿ってインペラ内側ボール６２から０．５インチ（約１．２７ｃｍ）離間させて注意深く配置し、プレナム９の一部を形成した。インペラの外側ボール５１のリップ部の平面が外部熱交換器のシェル７上にマーキングされた。次に、第２カバ材フランジが熱交換器ダクト壁の外面に、マーキングされたとおりにエポキシ化された。エポキシ硬化後に、戻り端部の外側ボール５２がシリコン密封剤で密封され、１６本の６番ボルトでフランジにボルト留めされた。

２４時間後、検査推進装置２の全容量（８１リットル）を、室温で、周囲の大気圧よりも０．２ｐｓｉ高い圧力にまで加圧した。この２４時間の検査の間、検査装置の内部容量から外部大気への漏出は０．０２ｃｃ／秒未満であったと判断された。

図１Ａを参照すると、前記戻りダクト１１は、プレナム９の一部を別の部分と接続している。一実施形態では、戻りダクト１１は本質的に円筒形であり、推進装置２の中心線３と実質的に同軸である。戻りダクト１１は、内側シェル７の第１の端部を内側シェル７の第２の端部と接続することができる。所望であれば、戻りダクト１１の別の形態を利用してもよい。戻りダクト１１は、内側シェル７の一体部品として、あるいは、内側シェル７に接続された別個の部品として形成することができる。一実施形態では、戻りダクト１１と内側シェル７との間の界面にかけて作業質量４が実質的に伝播しないようにするために、戻りダクト１１と内側シェル７との間の界面は密封されている。しかし、作業質量４は、推進装置２から逃げ出さない限り、内側シェル７の内部空間１０に浸入することができるようになっている。作業質量４が内部空間１０へ浸入できるのであれば、プレナム９は密封されているということである。

検査推進装置２では、戻りダクト１１の長さは、内径１．５インチ（約３．８１ｃｍ）のポリ塩化ビニル管の長さと同じである。内側シェル７の第１の端部と第２の端部の両方に穴が提供されている。インペラ１５を含んでいる第１の端部では、検査装置の分解を可能にするために、フランジ１３にエポキシ化され、外側ボール５１の端部内に中心決めされてインペラ組み立て品にボルト留めされた結合部１２が提供されている。内側ボール６１とフランジ２７の間の界面（図１Ｂを参照）はシリコン密封剤を用い、圧縮によって密封されている。戻りダクト１１の第１の端部は、結合部１２内にしっかりと滑り嵌合している。第２の端部では、ポリ塩化ビニル製のフランジ１４が、内側ボール６２の端部内に１．８７５インチ（約４．７６ｃｍ）の穴と一致して中心決めされた状態で、内側ボール６２の内面にエポキシ化され、次に、戻りダクト１１の第２の端部が、これの密封を促進するべく、穴から内側ボール６２内へ若干突出した状態で、フランジ１４内にエポキシ化された。一実施形態では、内側シェル７の内部空間１０と戻りダクト１１の外部は実質的に空である。しかし、内部空間１０を別の目的に使用することもでき、例えば、この空間にセンサ、作動装置、制御装置、熱管理装置、又は推進装置２の動作に有用なこれ以外の装置を設けることができる。この一例として、内側シェル７は可動面を有しているため、１つ又はそれ以上の場所で内側シェル７の形状を所望のとおりに制御できる。この場合、内部空間１０は、このような内側シェル７の再成形のための機構及び／又は制御を含んでよい。別の例では、内部空間１０を、補助作業質量の保管、又は貨物や人員の移送に適合させることができる。

一実施形態では、インペラ１５は、プレナム９内の戻りダクト１１の第１の端部に配置されている。この場所は、内側シェル７内の質量ドライバ３００（例えばインペラ組み立て品）内部の、インペラ端部内側ボール６１とフォーマ４３の間に位置する。しかし、所望であれば、インペラ１５を戻りダクト１１に沿った別の場所に位置決めすることもできる。一実施形態では、インペラ１５は実質的に円形であり、シャフト（図示せず）や別の接続方法によってインペラドライバ１７に接続されている。この場合、インペラドライバ１７はインペラ１５を回転させる。このような回転によって作業質量４に運動エネルギーが付与され、この運動エネルギーが作業質量４をプレナム９へ押し進める。これについては以降でより詳細に説明する。一実施形態では、回転インペラ１５は、実質的に推進装置２の中心線３と同軸に配置されている。

インペラ１５とインペラドライバ１７とを参照する一方で、作業質量４に動作を付与できる任意の作業質量ドライバ３００の使用が可能である点を理解されたい。例えば、この作業質量ドライバ３００は、電磁流体力学装置、音響装置、又はこれ以外のプレナム９にわたって作業質量４を駆動するように適合された装置であってよい。インペラ１５を採用する場合、インペラドライバ１７は、インペラ１５を駆動できる任意の装置であってよい。例えば、インペラドライバ１７は、熱機関、電気モータ、フライホイール、又はこれ以外の装置であってよい。作業質量ドライバ３００が電磁流体力学装置又は音響装置である別の例では、前記ドライバ１７は、電源に接続された、ソーラーアレイや電池のような電力供給部であってよい。このようなインペラ１５とインペラドライバ１７の形態では、これらに、インペラドライバ１７にエネルギーをインペラ１５へ伝播させることで作業質量内にエネルギーを導入するための任意の機構、構造、その他が接続していてよい。

一実施形態では、インペラドライバ１７は、インペラ１５をある速度範囲から選択した速度で駆動するように適合されている。この方法では、インペラドライバ１７は、選択された速度でインペラ１５を駆動することで、選択された量のエネルギーをプレナム９の作業質量４に付与することができる。より一般的には、インペラドライバ１７を、ある範囲の動作（例えば速度）によってインペラ１５を駆動するように適合することができ、この範囲は、作業質量４に付加される最大量のエネルギーと、作業質量４に付加される最小量のエネルギーとによって定められる。インペラドライバ１７は、インペラ１５を駆動するようにインペラドライバ１７に特定の速度を選択するよう適合されている、内部又は外部制御装置（図示せず）と接続していてよい。

一実施形態では、前記インペラドライバ１７は、プレナム９内に流れる作業質量４によって冷却できるように、プレナム９内に配置されている。この実施形態ではインペラドライバ１７と作業質量４とは、相互に互換するように選択されているため、作業質量４がインペラドライバ１７の動作に大きく影響することはなく、またこの反対もない。作業質量４がプレナム９から質量ドライバ３００内の空間へ浸入できる場合は、プレナム９は密封された状態のままであると言える。即ち、密封プレナム９は、質量ドライバ３００内の空間との間で作業質量４を連通させることができる。別の実施形態では、インペラ１５とインペラドライバ１７との間に、インペラ１５とインペラドライバ１７との間の界面からの作業質量４の漏出を実質的に防止するのに十分な密封が設けられている場合には、インペラドライバ１７をプレナム９内の空間の外に配置することができる。

一実施形態では、外側シェル５に接触部２１が提供されており、この接続部２１がインペラドライバ１７と電気接続している。この接触部２１は、インペラドライバ１７に電力供給するために利用される。インペラドライバ１７が外側シェル５の外部に配置されている場合には、前記接触部２１をインペラドライバ１７上に直接配置することができる。接触部２１以外の構造又は機構を使用して、インペラドライバ１７に電力供給を行うことも可能である。さらに、インペラドライバ１７が熱機関である場合、又は電気以外の動力、即ちエネルギーで動作する場合には、接触部２１を省略することができる。このような実施形態では、他の機構又は構造を使用して、インペラドライバ１７にエネルギーを伝播できる。

インペラドライバ１７が熱機関である一実施形態では、インペラドライバ１７に適切な熱を提供する任意の方法又は構造を使用できる。例えば、レンズ、鏡等によって可視光又は赤外線光をインペラドライバ１７の少なくとも一部分に集光させることができる。別の例として、熱伝導体をインペラドライバ１７内にこれと接触させて配置することができる。ここで、外部熱が熱伝導体に付加され、さらにインペラドライバ１７へ伝播される。また別の実施形態では、インペラドライバ１７の周囲に熱交換器として配列した配管を提供することができ、この配管を通って高温の気体又は液体を汲み上げることで、インペラドライバ１７に熱を提供することができる。さらに別の例では、原子炉又はラジオアイソトープ熱源を熱源として採用することで、作業質量４を直接的又は間接的に加熱している。

別の実施形態では、補助熱源１６を採用することで、作業質量４の温度を上昇させる。この熱源は、インペラ１５の排出部とインペラ端部の回転部の入口との間に配置されているため、上述のとおりに加熱された作業質量４が、中心軸３を含む平面において１８０度回転させられる。一実施形態では、外側シェル５上に接触部２２が設けられ、補助加熱器１６と電気接続されている。この接触部２２を利用して、補助加熱器１６に電力を供給することができる。接触部２２以外の構造又は機構を使用して補助加熱器１６に電力供給を行うことも可能である。さらに、補助加熱器１６が電気以外の動力、即ちエネルギーの形態で動作する場合には、接触部２２を省略することができる。このような実施形態では、他の機構又は構造を使用して補助加熱器１６にエネルギーを供給することができる。

補助加熱器１６が熱交換器である一実施形態では、補助加熱器１６に適切な熱を提供する任意の方法あるいは構造を使用してよい。例えば、レンズ、鏡、その他を使用して、可視光又は赤外線光を、補助加熱器１６の少なくとも一部分に集光してもよい。別の例では、熱伝導体を補助加熱器１６内にこれと接触させて配置することができる。ここで、外部熱が熱伝導体に付加され、さらに補助加熱器１６へ伝播される。別の例では、高温の気体又は液体を汲み上げるための配管が、補助加熱器１６に熱を提供することができる。別の例では、補助加熱器１６を直接的又は間接的に加熱するための熱源として、原子炉又はラジオアイソトープ熱源を採用できる。

所望であれば、戻り端部の外側ボール５２内、又は外側シェル５内のこれ以外の地点に、プレナム９用のポート２３を提供してもよい。このポート２３によって、推進装置２内への作業質量４の導入、及び／又は推進装置２からの作業質量４の放出が可能になる。一実施形態では、このポート２３はバルブである。この検査推進装置２の実施形態では、ポート２３は標準型のタイヤステムバルブである。このタイヤステムバルブにハンドポンプ又は他のポンプを取り外し可能に接続することで、（この検査室内空気において）作業質量４を装置に追加したり、装置から除去することができる。別の実施形態では、室内空気の代わりに、不活性ガス（例えばキセノン）のような、何らかの気体作業質量４を導入できる。

図１Ａ、図１Ｃに示すように、この実施形態においてプレナム９を形成している外側シェル５と内側シェル７とは、中心線３の周囲で回転させた平面図と、中心線３に対して直角な任意の位置における断面図の両方にて、実質的に対称的に見える。インペラドライバ１７により駆動されたインペラ１５で確立された圧力勾配によって、プレナム９内で作業質量４が推進される。戻りダクト１１を通って引き出された作業質量４が、インペラ１５によって圧縮及び加熱されて、中心線３に沿って延びた１列の質量を形成している。この場合、中心線３と実質的に平行に１８０度回転して作動質量４の移動シリンダを形成するために、外側ボール５１と内側ボール６１の形状によって規制される点は除く。この移動する作動質量４は、プレナム９の熱交換器区間３２全体にわたって移動を続ける。この熱交換器区間３２において作業質量４の温度が低下されることで、熱交換器区間３２の出口における作業質量４の温度が、熱交換器区間３２の入口における作業質量４の温度よりも実質的に低くなる。こうして作業質量４から除去された熱は、推進装置２を取り囲んでいる環境への放射、伝導、対流工程によって推進装置２から失われ、もはや装置２の動作成分ではなくなる。次に、冷却された作業質量４が、外側ボール５２と内側ボール６２の形態によって、中心線３と実質的に平行にさらに１８０度回転し、戻りダクト１１内へ入るように規制される。したがって、作業質量４は、推進装置２の中心線３の周囲で実質的に対称な円環体形状を有している閉鎖ループを説明するものであると言える。例えば１つ又はそれ以上のインペラ装置１５を有しているシングルループや複数ループといった、これ以外のプレナム９の形態の採用も可能である。

上述したように、プレナム全体を通る作業質量４の流れは連続的であってよいが、この流れを様々な速度又は流量で実現することができる。作業質量４がプレナム９を一定の流量で流される場合、キログラムで表される作業質量４の量、あるいは、作業質量４の流れに対して直角に配置された、さらに戻りダクト１１、熱交換器３２、プレナム９のこれ以外の部分のように、プレナムの１区間を完全に横断するように配置された任意の基準面を、選択された時間単位内に通過する作業質量４の分子や原子の量は、プレナムのどの部分においても同一である。これは、作業質量４の特定の部分が他の部分よりも温度が高い又は低い、あるいは圧力が高い又は低い場合にも当てはまる。すると、基準面を超えた作業質量４の速度は、作業質量４がキログラムで表す一様な質量又は一様な原子数及び分子数にて基準面を通過するもの、あるいは、作業質量４がプレナム９に損失されるもの、もしくは作業質量４の動作（流れ）が妨害されるべきものとなる。

作業質量４がプレナム全体にわたって同一の温度及び圧力を維持する場合には、推進装置２の加速を持続させることは不可能になる。即ち、作業質量４の質量流量と合計速度はプレナム９全体にわたって一様であるため、このような動作によって生じた１つのベクトル力が、反対側に位置する、正味合計ゼロ力を有している別の同様の動作によって生じたベクトル力よりも大きくなることはなく、また、推進装置２の加速はゼロになる。これは「ニュートンの箱」として、又は、ある基準枠内の動作によってその基準枠が持続する加速に晒されることはない、という原理として説明される。しかし、推進装置２は、一定の温度と圧力の作業質量４で動作するものではない。

推進装置の理論的な分析
以下に、現在における推進装置２の理論的な基礎の理解について説明しているが、本発明はどの特定な理論的基礎にも限定されないことを理解されたい。次に図２を参照すると、等しい定半径（ｒ）を有している円環状ダクトを示しており、この円環状ダクトは、この分析のために全て一様な断面積（Ａ）を有していると考えられる、長さの等しい２つの直線区間によって接続される２つの１８０°回転（反転１、反転２）からなる。１つの直線区間を熱交換器３２として、別の直線区間を戻りダクト１１としてのみ指定している。「反転１」と表示された１８０°反転区間の理想的な気体内容物は、容量Ｖ_１（ｍ^３）、質量ｍ_１（ｋｇ）を含有し、さらに、速度ｖ_１（ｍ／秒）、圧力ｐ_１（ｋＰａ）、温度Ｔ_１（°Ｋ）を有していると明示されている。

「熱交換器３２」と表示された区間の内容物は、この区間の長さを時間ｔ_ｅ（秒）で通過する質量ｍ_ｅ（ｋｇ）を含むと明示されている。この区間内で質量ｍ_ｅ（Ｔ_１−Ｔ_２）から除去された熱エネルギーは、ダクトから外部熱シンクへと損失されると考えられる。

反転１と同じ半径と断面積を有している「反転２」と表示された１８０°反転区間は、質量ｍ_２（ｋｇ）を含有した容量Ｖ_１（ｍ^３）を有し、速度ｖ_２（ｍ／秒）、圧力ｐ_２（ｋＰａ）、温度Ｔ_２（°Ｋ）を有していると明示されている。質量ｍ_１は、ダクトに沿った全ての地点を時間ｔ１内に通過しなければならないため、質量ｍ_１の質量ｍ_２に対する関係、容量Ｖ_１とＶ_２の関係、速度ｖ_１の速度ｖ_２に対する関係は全て、温度Ｔ_１とＴ_２、圧力ｐ_１とｐ_２の関数である点に留意されたい。

戻りダクトから反転１内へ流れる安定した状態の循環が、図２中の反転１の入口に示されている半径インペラ１５によって、循環気体に課される。インペラ１５（又は別の作業質量ドライバ３００）は、ダクト外部のいくつかの電源に接続しており、また、熱交換器内へ除去された熱エネルギーの源である（補助加熱を使用して温度Ｔ_１を上昇させることも可能）。

図３を参照すると、戻りダクト１１の長軸（垂直）は、正方向がドライバ区間３１へ向かうｙ軸であると明記されている。ダクトの短軸（水平）は、正方向が熱交換器３２側へ向かうｘ軸として明記されている。図３に示すダクトは、ｙ軸と平行し、ダクトの戻り区間と接する垂直軸周囲に鏡映対称又は２π回転対称のいずれかを有している、本体の部分断面である点に留意することが重要である。この結果、この中心軸に対して直角な（ｙ軸に対して垂直な）全ての力ベクトル成分が、これと対抗する等しい力によってゼロに相殺されたと考慮される。したがって、この分析では、ｙ軸と平行に整列した力ベクトル成分だけが考慮されるべきである。

図３を参照すると、向心力Ｆ_ｃ１に反転１のｓｉｎａ（０，π）の積分を掛けると、以下の方程式１から５で示す正ｙ方向に動作するｙ軸力Ｆ_１（Ｎ）が得られる。

ここで、

であり、

速度ｖ_１、温度Ｔ_１、圧力ｐ_１における反転１から出て、熱交換器区間３２内へ入る気体が、圧力ｐ２にて温度Ｔ_２に冷却され、速度ｖ_２に速度低減された結果、以下の方程式６から１０に示す負ｙ方向に作用する力Ｆ_２（Ｎ）が得られる。

ここで、

であり、また、

であり、

であるため次式が得られる。

さらに

さらに、

反転２では、向心力Ｆ_Ｃ２にｓｉｎｂ（π、２π）の積分を掛けると、以下の方程式１１から１８に示す負ｙの方向に作用するｙ軸力Ｆ_３（Ｎ）が得られる。

反転２の容量（量Ｖ_２ではない）は反転１（ｒ_１＝ｒ_２，Ａ＝定数）又はＶ_１のものと同一に定義され、質量ｍ_２を含むものとして定義される。気体Ｖ_２の容量（圧力及び温度に依存する）は、質量＝ｍ_１を含むものとして定義され、従って次式が得られる。

ここで

であり、すると、

が得られ、

したがって

さらに、

となり、

及び

である場合、

となり次式が得られる。

反転２から出る気体は、インペラへ戻る戻りダクト全体にわたり圧力Ｐ_２、温度Ｔ_２、速度ｖ_２を維持するためのものとして考慮される点に留意されたい。この結果、気体流の戻りダクト部分によって生成されたｙ軸力の合計はゼロと等しくなる。

インペラ区間１５は、圧力ｐ_２を圧力ｐ_１へ、温度Ｔ_２を温度Ｔ_１へ上昇させる役割を果たす。この結果、以降の方程式１９から２１に示すように、気体速度がｖ_２からｖ_１へ増加し、ｙ軸力Ｆ_４（Ｎ）が負ｙの方向に作用するようになる。

ここで、

である。

したがって、上述の熱交換器の説明（方程式６から１０）から次式が得られる。

Ｆ_Ｒ力を合算すると、
Ｆ_Ｒ＝Ｆ_１＋Ｆ_３＋Ｆ_２＋Ｆ_４となり、ここでＦ_２＝Ｆ_４であるため次式が得られる。（２２）

次に、ｒ_２＝ｒ_１について、

さらに

である場合に次式が得られる。

方程式２７では、項ｐ_１／ｐ_２がゼロよりも大きいという条件で、インペラ区間の後、及び反転１の前に、必要に応じて補助熱エネルギーによって温度Ｔ_１を上昇させることができるため、項Ｔ_２／Ｔ_１がゼロよりも遥かに小さくなることに留意されたい。したがって、ゼロよりも大きいｍ_１、ｖ_１、ｔ_１の全てについて、加速ベクトル力Ｆ_Ｒが常にゼロよりも大きくなる可能性がある。

再び図１Ａを参照し、作業質量４（例えば気体）として生じたものが、外側ボール５１と内側ボール６１の間に強制的に生じさせられた１８０度のインペラ端部反転１を通過し、熱交換器区間３２を通り、外側ボール５２と内側ボール６２の間に強制的に生じさせられた、図１Ａに示す１８０度の戻り端部反転２を通ることを考慮する。１８０度反転１への入口において、作業質量４は、推進装置２の中心軸３へと径方向外側へ移動すると言うことができ、また、１８０度反転２への入口において、作業質量４は、径方向内側へ、推進装置２の中心軸に対して直角をなして移動すると言うことができることに留意されたい。作業質量４が１８０度インペラ端部反転１を通って流れる際の向心力加速は、推進装置２において、加速を、中心軸３に沿って、インペラ１５（又は別の作業質量ドライバ３００）を収容する推進装置２の端部に向けて引き起こすと言える。作業質量４が１８０度戻り端部反転２を通って流れる際の向心力加速は、推進装置２を、中心軸３に沿って、インペラ１５を収容している推進装置２の端部から離れるに従って減速させると言える。

図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃに示し、さらに検査装置２として示されている推進装置２の一実施形態は、これの中心軸３の周囲で対称となるように構成されている。そのため、軸に対して直角な径方向力が、これに対抗する実質的に等しい力によって相殺される。さらに、検査装置２は、１８０度反転１として上述された区間の有効半径が、１８０度反転２として説明された回転の有効半径と同じになるように構成されている。しかし、これらの回転の有効半径は、本発明の別の実施形態における有効半径と異なっていてよい。

検査装置２の、実質的に一定の流量での連続動作期間の後に、作業質量４がインペラ１５から出て、何らかの圧力ｐ_１、何らかの温度Ｔ_１、何らかの速度ｖ_１における１８０度インペラ端反転１に入る。これらの条件下で、圧力ｐ_１は１００．２ｋＰａに、温度Ｔ_１は２９９．５°Ｋに、速度ｖ_１は反転１の１８０度の弧にわたって平均して１．１メートル／秒に実験的に決定された。反転１の半径は０．０６３５ｍと測定された。したがって、作業質量４の通過時間ｔ_１が０．１８１秒であると示すことができる。１８０度反転１の容量Ｖ_１は６４０ｃｃと決定された。そのため、この容量Ｖ_１が、圧力ｐ_１、温度Ｔ_１において０．０００７８ｋｇと等しい質量ｍ_１の室内空気を含んでいると示すことができる。

熱交換器区間３２を通過した後、作業質量４の温度Ｔ_２は２９６°Ｋと測定され、圧力ｐ_２は１００ｋＰａに低下された。上述の方程式２７から、加速力Ｆ_Ｒを次式で計算できる。

Ｆ_Ｒ＝０．０００２０ニュートン、又は０．０２０グラムである。

図３を参照すると、この０．０２０グラムの正味加速力は推進装置２の中心軸３と合わせられている。この正味加速力は、インペラ１５の動作によって作業質量４の動作が維持され、熱交換器３２にわたるＴ_１、Ｔ_２の温度差が維持される限り、推進装置を、インペラ１５を収容している装置の端部に向けて（即ち、力矢印Ｆ_１の方向へ）加速させる。この加速は、推進装置２と接触している別の任意の本体が発するどの力とも無関係であり、推進装置２からの質量の放出を全く必要としない。

検査装置は、振動の影響、被検物の熱膨張、暖かい被検物の周囲空気内の対流電流の影響を最小化しながら、加速力の有無を決定することを許容するように構成された。

図４、図４Ａの断面図を参照すると、クレードル７０は、検査装置２を支持するように構成された。２本のＴ字型フレームレール７２は、１／４インチ（約０．６３ｃｍ）の合板の細片から組み立てられた。１／４インチ（約０．６３ｃｍ）の合板から２つの半円形端部フォーマ７４が切断され、図に示すように、３／４×３／４インチ（約１．９０ｃｍ）のファー・スプレッダ（ｆｉｒｓｐｒｅａｄｅｒ）７６が、端部フォーマどうしの間に配置された。クレードル７０がねじとエポキシ接着剤で組み立てられた。検査装置２は、クレードル内において、各端部をストラップ８０と２つの接続リンクによって支持された。検査装置２は一方（インペラ側端部）が他方よりも重く、動作中に縦方向に（約０．１ｍｍ）拡張するため、この動作を収容し、クレードル内で検査装置２の重心が縦方向へ移動することを防止する必要がある。したがって、クレードルのインペラ側端部における接続リンク８２をクレードルの戻り端部における接続リンク８４よりも短くして、検査手順の最中に推進装置２の重心がクレードル７０内で中心軸３に沿って縦方向へ移動しないようにしなくてはならない。

インペラ１５がインペラドライバ１７によって回転を加速又は減速するべく誘発されると、検査装置２がトルク衝撃に反応するため、トルクス（登録商標）のトラップ８１は重心（Ｃ．Ｇ．）にて検査装置２の上面にエポキシ化され、トルクリンク８６によってクレードル７０フレームレール７２に接続されている。

図５、図５Ａ、及び図５Ｂ、図５Ｃの詳細図を参照すると、次に、クレードル７０は囲いフレーム９０内で、単撚り鋼線垂直吊り下げリンク９２（それぞれ４個）と、単撚り鋼線直交吊り下げリンク９４（それぞれ４個）とによって垂下されている。各端部において、２つの垂直リンク９２と２つの直交リンク９４からなる吊り下げリンクの組が、冶具上で単体に組み立てられた。この組み立ては、設置後に、クレードル取り付け点の平面が、囲い吊り下げ地点の平面と平行する方法で行った。それぞれの端部地点に「Ｓ」字型フック９６を提供し、吊り下げリンク９２、９４をエポキシ９７によりフック９６にエポキシ化した。この配列により、検査装置２の長軸３と一致する垂直面縦方向以外の、クレードル７０の囲いフレーム９０に関連した全ての動作が効率的に防止される。クレードルは、重力と支持旋回点の回転摩擦による、無視できる程度の拘束にのみ晒される画定された平面内で自由に動作することができる。

図６Ａ、図６Ｂに示すように、第１検査リグ１００は、検査装置２の長軸に沿った加速力によって誘発されると、クレードルの縦方向変位を測定するように設計された。この動作原理は、垂直重力場ｇ（ｍ／秒^２）内に対して直角に力ｆ（Ｎ）で吊り下げられた質量Ｍ（ｋｇ）を有している長さＬ（ｍ）の振り子が、次の方程式２８に従って、この休止位置から何らかの距離ｄ（ｍ）だけ変位された。

図６Ａ、図６Ｂを参照すると、第１検査リグ１００は２つの平行なナイフ縁１０２からなり、これらのナイフ縁１０２はこの上縁にて、重力に対して直角な共通の水平面内に取り付けられている。ナイフ縁１０２に取り付けられ、これに沿って回転する光学組み立て品１０４は、軸１０６上に取り付けられた滑車１０５からなる。軸１０６にはさらに、第１面鏡１０７もエポキシ化されている。この光学組み立て品１０４は、これの水平回転軸周囲で、釣り合いおもり１０８によってバランスをとっている。レーザポインタ１１０を第１面鏡１０７の中心に、レーザビーム１１１がターゲット１１２に再び投射される形で照準した。ミリメートル定規１１３を用いてターゲット１１２にマーキングを行った。

ブラケット１１４は、プッシュロッド１１６を受容するための旋回点１１５が刻み付けられた状態で、クレードル７０の１つの角にボルト留めされた。プッシュロッド１１６の他端は、滑車１０５と接触している幅の狭い細片１１７の形状をした高摩擦材料に取り付けられた。光学組み立て品１０４の位置は、プッシュロッド１１６が検査装置２の長軸３と平行して垂直面と水平面の両方に位置するように調整された。

第１検査装置１００の形状は、垂直面上でのクレードル７０の任意の縦方向の移動によって、クレードル７０の移動よりも６４０の因数だけ大きいレーザスポット１１８の変位を生じることができる形状である。第１検査装置１００は、クレードル７０の移動に少量の慣性以外は何の規制も課さないという望ましい特徴を有している。第１検査装置１００は、アナログ出力と比較的低い感度の両方を有しているという望ましくない特徴も有している。例えば、１．５４Ｍの吊り下げ長さＬと、８．５ｋｇのクレードル＋検査装置２の質量ｍで０．０１４グラム（０．０００１４Ｎ）の加速力ｆを生じる検査では、方程式（２８）から次式で示す変位ｄを得た。

これにより、ターゲット定規１１２においてレーザスポット１１８の次式で示す変位ｍが得られた。

ｍ＝０．００２６×６４０＝１．６６ｍｍ
次に図７を参照すると、典型的な第１検査装置１００の検査実施は、経過時間０：００において電力が付加され、０：３０でフルパワーにまで急上昇したことを示す。このフルパワーが経過時間７：００まで維持され、経過時間７：３０でゼロにまで急低下した。２０秒の間隔でデータポイントをとり、定規１１３で測定された、ターゲット１１２に沿ったレーザスポット１１８の変位値（ミリメートル）を「Ｍ」と示した。第１検査装置の形状は、検査装置２のインペラ端部への移動によって「Ｍ」の値が上昇できるものになっている。定規１１３に沿ったレーザスポット１１８の位置は観察によって決定され、また、スポットが過渡熱イベント、又はこれ以外の被検物の妨害によって移動している場合には、補間が必要となる。

この第１検査装置は大きな困難を伴う繰り返し可能な結果を提供するため、第２検査装置２００が構成された。図８を参照すると、検査装置２００は、研究室用天秤２０２（ＡｃｃｕｌａｂモデルＶ２００）に基づく動力計である。この基準天秤２０２は、誤差＋／−０．０１グラムの正確性を有している。検査の感度を増加させ、水平力を垂直力へ伝達するために、反転させたＶ字の形状で、２つの旋回点２０６を有しているフレーム２０４からなる機構、交差リンク取り付け点２０８、ダウンリンク取り付け点２１０、２つの釣り合いおもり２１２が構成された。フレーム２０４の旋回点２０６の各々が容器２１４内に配置され、天秤２０２を支持している基部２１６内にエポキシ化された。ダウンリンク２１８は、ダウンリンク取り付け点２１０を、天秤２０２の計量プラットホームにエポキシ化されたダウンリンクタブ２２０に接続する。天秤２０２及び上記機構は、基部２１６に取り付けられる。４本の水平調節ねじ２２４によって、基部を２つのスピリットレベル（図示せず）に関連して水平化し、クロスリンク取り付け点２０８の高さをクレードル取り付け点２２６の高さに配置することが可能になる。フレーム２０４の形状を旋回点２０６とダウンリンク２１８によって規制することで、天秤計量プラットホーム２２１における、水平力の１０倍を呈する垂直力がクロスリンク取り付け点２０８に生じた。天秤が負の重量値（上方力）で動作することを防止するために、計量プラットホーム上に付勢分銅２２２を配置した。２つの釣り合いおもり２１２が、ダウンリンク２１８が常に引張された状態になるようにフレームを付勢する。

クロスリンク２２８は、先が尖り、ねじ切りされた２つの端部を有している鋼鉄ロッドからなる。クロスリンク２２８の一端は、クロスリンク取り付け点２０８の端部に設けた凹部内に、引張状態で取り付けられたある長さのシリコン管２３０の手段によって保持される。同様に、クロスリンク２２８の他端も、凹部内に、引張状態で取り付けられたある長さのシリコン管２３０の手段によって保持されている。この凹部は、検査装置２の戻り端部を支えているクレードル７０の端部に配置されたクレードル取り付け点２２６の端部に設けられている。このシリコン管２３０の引張のために、クレードル７０が移動しても、クレードル取り付け点２２６とクロスリンク取り付け点２０８の間の作業距離が影響を受けることはない。

上述した機構の検査及び較正（例えば、図５、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図８）は、検査分銅吊り下げ点８９から検査分銅線８８によって、推進装置２の戻り端部外側ボール５２における検査ポイント９１との接触点の１．６４メートル上の地点で吊り下げられた４．５４ｇの検査分銅８７を使用して実施された。この分銅の吊り下げ点を、推進装置２の中心軸３に沿って１センチメートルずつ水平に移動することで（図中に複数の検査分銅吊り下げ点８９で示す）、２７ｍｇずつ増加又は減少する水平力が推進装置２に付加される。これらの較正検査は、誤差＋／−１．０ミリグラムの精密性及び反復性で明白な重量の増加があった際に、天秤２０２がクレードル７０の検査装置２のインペラ端部への移動を、インペラ端部からの除去及び移動として読み出し表示することを実証する。

動作中に、天秤２０２はオンにされ、付勢分銅２２２を用いず、又はダウンリンク２１８を設置せずにゼロ化された。基部２１６が水平調節ねじ２２４を使用して適切な高さで平坦に調整され、ダウンリンク２１８と付勢分銅２２２が設置された。次に、基部２１６が、天秤２０２によって測定された１００〜５００ミリグラムの引張がクロスリンク２２８に付加される形で、クレードル７０から移動された。

検査装置２の機能を実証するために、本質的に等温状態にある検査装置２で検査を開始することが必要であった。典型的には、この場合、検査と検査の間に少なくとも１２時間、好ましくは２４時間を置く必要がある。天秤２０２デジタル読み出し、週、時、分、秒が表示されるデジタルクロック、インペラ端部及び熱交換器３２の戻り端部の温度のデジタル読み出し、インペラドライブモータ１７に供給される電圧のデジタル読み出しは全て、デジタルカメラで撮影できるように配置されている。上述したように、検査装置全体は、迷気流から保護されるように囲いで封入されており、クレードルには、対に撚り合わせた２本の２４ゲージ電線が唯一取り付けられている。この２４ゲージ電線は、外部電圧規制装置／制御装置（図示せず）に向かうクレードル７０の動作を規制しない方法で、囲いの頂部を通って配線されている。電線又は検査装置２によって、検査結果に影響を及ぼすのに十分な力の磁場が生成されることはない。

検査は、天秤２０２がデジタル読み取りを１分間変更しない間に開始することができる。上述した較正検査が、０、＋２７、＋５４、＋８１、＋５４、＋２７、０ｍｇの範囲にわたって実行された。検査プロトコルを以下の表１に示す。

この検査プロトコルは、検査装置２の動作を多数の方法で調査するように設計されている。経過時間０：００〜２：００の時点での初期天秤読み取りによって、検査装置２に電力を付加する以前の休止状態値天秤読み出し値が確立される。電源供給された区間で、装置２が等温状態において始動する。インペラ１５とインペラドライバ１７を加速させるために必要なトルクによって過渡開始動作が生じ、また、作業質量４の加速から過渡縦動作が生じた。これらの両方は、１分間にわたる電力急上昇によって最小化された（２：００〜２：５４）。検査装置２において、インペラ端部３４から熱交換器区間３２の戻り端部３５までに温度勾配が確立されるまでは、推進効果は生成されないはずなので、上述した初期過渡効果が一端衰弱すると休止状態天秤読み出し値からは明らかに変化がなくなり、振動及び磁気効果を妨害することが可能になる。温度勾配の確立が開始されると（図１０に、経過時間２：１５〜２：３０の範囲内の測定により示す）、検査装置２を装置２のインペラ端部３４へ加速させる任意の加速によって天秤読み出し値を低下させる必要がある。理想的には、この休止状態値の低下は温度勾配の上昇に比例又は一致する、さらに、作業質量４の速度に比例又は一致する必要がある。

電力がゼロに急低下されると（８：００〜８：５４）、天秤２０２読み出しは休止状態値に戻るため、検査装置の歪み又は膨張といった熱効果がなくなる。６秒の間隔を置いて次に取られる値もやはり休止状態値のものである。インペラ及び熱交換器の戻り端部の温度は若干低下するが、相当量の熱勾配は１０：００時点に留まる。この検査の実施後に、上述した第２較正手順が実施される。

図９、図１０を参照すると、連続４日間にわたり上述のプロトコルに対して実施した検査装置２の４つの検査からのデータを示している。力データを正規化して、休止値が０．０ミリグラムと示され、また、これを反転させて、検査装置の中心軸に沿ってドライバ区間３１に向かって作用する力が上昇として示された。

図９では、各データポイントにおけるケルビン度数（ｄｅｇｒｅｅｓＫｅｌｖｉｎ）の温度勾配は、各データポイントにおける４つの検査実施の平均を示しており、ここではこの平均を「ＤｅｌｔａＴ」と表示している。各データポイントにおける平均気体速度を「ｖＧａｓ」と示している。ここで予測される「ＦｒＣａｌｃ」として示された力値は、上述の方程式２７と、各データポイントで測定された値ｖ_１、ｍ_１、ｔ_１、Ｔ_１、Ｔ_２とを用いて計算された。

図１０では、次に、４つの検査実施で測定された４つの力の値Ｆ_Ｒの、各データポイントにおける平均値を取り、「ＦｒＡｃｔｕａｌ」と表示された。この平均値の上昇は、装置の長軸に沿って、インペラ端部に向かって作用する力を示す。図９からの「ＦｒＣａｌｃ」値は、比較の目的で図１０にも示されている。

検査装置２とクレードル７０の自由振り子期間は２．５４秒と測定された。検査装置２００動力計によって規制された状態での検査装置２とクレードルの振り子期間は、１．８４秒と測定された。この期間では、振動は検査装置動力計読み出しの解明時に生じ、これは＋／−１．０ｍｇであることが観察された。図１０では、次に、この期間を有しているインペラ及びインペラドライバの過渡開始に起因する妨害が、６秒間の測定期間に対してエイリアス化された。この結果、２：００〜６：００分の経過時間範囲内で明確に表示されたデータ「ＦｒＡｃｔｕａｌ」の平均は取られなかった。これは、「ＦｒＡｃｔｕａｌ」値、作業質量の速度「ｖＧａｓ」、熱勾配「ＤｅｌｔａＴ」の間には紛れもない結合が存在することを示している。さらに、相当量の熱勾配「ＤｅｌｔａＴ」が残ったが、８：００分経過後には、作業質量の流れ「ｖＧａｓ」の停止に、迅速かつ適切な「ＦｒＡｃｔｕａｌ」反応が表れた。８：００〜８：５４の経過期間中に算出された値「ＦｒＣａｌｃ」を明確かつ迅速に除去することで、同じ期間中に「ＦｒＡｃｔｕａｌ」値に大きな過渡妨害が生じる。これらの「ＦｒＡｃｔｕａｌ」過渡妨害は、２：００〜６：００分経過期間に見られる過渡妨害よりも大きく、また、「ＦｒＣａｌｃ」値は、２：００〜４：００経過期間中に熱勾配「ＤｅｌｔａＴ」をゆっくりと上昇させる緩和効果を有している点に留意されたい。

本発明は、上述の説明で開示した特定の検査装置２に限定されないことを理解されたい。研究室検査環境において推進装置２の摩擦を再現可能に測定するための検査装置として、特定の実施形態が構成された。ここで開示した幅広い概念と一致する別形態の推進装置２も可能である。さらに、ソサエティ・オブ・オートモーティブ・エンジニア（ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｓ）（ＳＡＥ）より２００５年に出版された、ＪｏｓｅｐｈＭ．Ｂｒａｄｙ著の「宇宙船用の推進装置（ＡＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｆｏｒＳｐａｃｅｃｒａｆｔ）」、０５ＷＡＣ−２７は、全体が参照して本明細書に組み込まれている。そのため、本発明の実施形態を例示し、説明したが、本発明の範囲から逸脱しない限り、様々な改良を加えることが可能である。したがって、本発明は、付属の特許請求の範囲及びこれらの同等物以外のものに限定されるべきではない。

推進装置の一実施形態の略図である。図１Ａに示した推進装置のインペラ組み立て品の詳細図である。図１Ａ中の線１Ｃ−１Ｃに沿った推進装置の断面図である。推進装置の概略的な構成を示す線図である。推進装置に作用する力を示す線図である。検査クレードル組み立て品の平面図である。図４の線４Ａ−４Ａに沿った検査クレードル組み立て品の断面図である。検査クレードル吊り下げの立面図である。図５中の線Ａ−Ａに沿った検査クレードル吊り下げの断面図である。検査クレードル吊り下げの詳細図である。図５中の線５Ｃ−５Ｃに沿った較正装置の詳細図である。第１検査装置の側面図である。第１検査装置の光学系の線図である。検査装置の４つの連続した検査実施を示すデータプロットである。動力計検査装置の側面図である。動力計検査装置の４つの連続した検査実施を示すデータプロットである（計算された力「ＦｒＣａｌｃ」、「ｖＧａｓ」、「ＤｅｌｔａＴ」）。動力計検査装置の４つの連続した検査実施のデータプロットである（実際の力「ＦｒＡｃｔｕａｌ」、計算された力「ＦｒＣａｌｃ」）。

Claims

所定量の作業質量を利用する推進装置であって、
第１の端部及び第２の端部を有している外側シェルと、
第１の端部と第２の端部を有し、前記外側シェル内にこれから離れて配置されて、外側シェルとの間に密封プレナムを形成し、この密封プレナムは、第１の端部の所の第１反転区間と、第２の端部の所の第２反転区間と、熱交換器区間とを形成し、また、熱交換器区間の密封プレナムの部分は、外側のシェルと内側のシェルとの間で実質的に妨げのない環状のダクトを形成している、内側シェルと、
前記内側シェルの前記第１の端部付近の前記プレナムの部分を、前記内側シェルの第２の端部付近の前記プレナムの部分と流体結合させる戻りダクトと、
前記プレナムを通る前記作業質量を加速させるために、前記プレナム内に配置された作業質量ドライバとを具備し、前記プレナムを通る作業質量の加速は、推進装置に作用する正味力を生成する、推進装置。
前記作業質量ドライバは、インペラを備えている請求項１に記載の推進装置。
前記インペラに動作可能に接続しているインペラドライバをさらに具備している請求項２に記載の推進装置。
前記インペラドライバは、複数の速度から選択される速度にて前記インペラを駆動する請求項３に記載の推進装置。
前記作業質量は、イオン化状態にある、請求項１ないし４のいずれか１に記載の推進装置。
推進装置は、実質的に径方向に対称的である、請求項１ないし５のいずれか１に記載の推進装置。
前記インペラは、推進装置の中心線と実質的に同軸な回転軸を有している請求項２ないし４のいずれか１に記載の推進装置。
前記インペラは、少なくとも部分的に前記戻りダクト内に配置されている請求項２ないし４のいずれか１に記載の推進装置。
前記作業質量ドライバは、電磁流体力学に基づくドライバである請求項１ないし８のいずれか１に記載の推進装置。
前記作業質量ドライバは、音響に基づくドライバである請求項１ないし８のいずれか１に記載の推進装置。
推進装置であって、
第１の端部及び第２の端部を有している外側シェルと、
第１の端部と第２の端部を有し、前記外側シェル内に外側シェルから離れて配置され、外側シェルとの間に密封プレナムを形成し、この密封プレナムは、前記第１の端部の第１回転区間と、熱交換器区間と、前記第２の端部の第２回転区間とを形成し、前記熱交換器区間の密封プレナムの部分は、前記内部シェルと外部シェルとの間にほぼ妨げられていない環状ダクトを形成している、内側シェルと、
前記密封プレナム内に配置された作業質量と、
前記内側シェルの前記第１の端部付近で、前記密封プレナムと連通しているインペラハウジングと、
前記インペラハウジングを、前記内側シェルの前記第２の端部付近の前記プレナムの部分と流体結合させる戻りダクトと、
前記プレナムを通る前記作業質量を加速させるように前記インペラハウジング内に配置されたインペラとを具備し、前記プレナムを通る前記作業質量の加速によって、前記推進装置に作用する正味力が生成される、推進装置。
前記インペラに動作可能に接続したインペラドライバをさらに具備している請求項１１に記載の推進装置。
前記インペラドライバは、複数の速度から選択された速度にてインペラを駆動する請求項１２に記載の推進装置。
推進装置内で正味ベクトル力を生成する方法であって、
外側シェルと内側シェルとを有している装置を提供することと、前記内側シェルは、前記外側シェル内に、前記外側シェルから離れて配置されて、作業質量を内部に含む密封プレナムを形成し、この密封プレナムは、前記第１の端部の第１回転区間と、熱交換器区間と、前記第２の端部の第２回転区間とを形成し、前記熱交換器区間の密封プレナムの部分は、前記内部シェルと外部シェルとの間にほぼ妨げられていない環状ダクトを形成しており、また、この前記装置は、この装置の第１の端部付近の前記プレナムの部分を、前記装置の第２の端部付近のプレナムの部分と流体結合させる戻りダクトを含み、前記装置は、前記プレナム内を通過する作業質量を加速させるために、前記プレナム内に配置された作業質量ドライバを含み、
前記作業質量ドライバを使用して、前記プレナム内の前記作業質量の流れを誘発させることと、
第１方向への第１の力を生成するように、方向転換により作業質量を加速させることと、
前記作業質量から運動エネルギーを除去するように、前記作業質量の温度を低下させることと、第１方向とは反対の第２方向へ向かう第２の力を生成するように、第２の方向への転換により、前記作業質量を加速させることとを具備し、前記第１の力と前記第２の力を足すことによって、推進装置を加速させる正味の力を生じさせる、方法。
前記推進装置によって生成された前記正味の力の量を制御する工程を具備している請求項１４に記載の方法。
前記正味の力の量を制御する工程は、前記プレナム内の前記作業質量の流量を制御する工程を有している請求項１５に記載の方法。
前記正味の力の量を制御する工程は、前記作業質量の温度の低下度数を制御する工程を有している請求項１５に記載の方法。
前記正味の力の方向を制御する工程をさらに具備している請求項１４ないし１７のいずれか１に記載の方法。