Изобретение относится к гироскопической технике и может быть использовано в освоении космического пространства в качестве вращающей силовой установки всего космического объекта, например спутника Земли, не связанного с внешней средой, или отдельных устройств на нем, например антенн, без реактивных связей на сам космический объект. The invention relates to gyroscopic technology and can be used in space exploration as a rotary power plant of an entire space object, for example, an Earth satellite, not connected with the external environment, or individual devices on it, such as antennas, without reactive connections to the space object itself.
В настоящее время существуют гироскопические устройства для стабилизации объектов ( Ройтенберг Я.Н. Гироскопы. М. 1966, с. 169 171, 177 179), но они не обладают свойством односторонне направленного безреактивного гироскопического момента относительно инерциального пространства и поэтому не могут быть использованы в качестве вращающих силовых установок всего изолированного от внешней среды объекта. Известны также гироскопические устройства, содержащие гиромотор с ротором-гироскопом, установленном на валу переносного вращения, взаимодействующего через шарнир с приводом, имеющие маховик-накопитель вращательного движения на выходной оси, в которых используется переменный гироскопический момент, преобразованный в односторонне направленный при помощи храпового механизма (Блинов Б.С. Волчок вместо коробки передач. Журнал "Изобретатель и рационализатор" 1965, N 1, с.33). Однако для вращения изолированной механической системы применить это устройство нельзя, так как вращение маховых масс и опорной системы взаимно уравновешиваются. At present, there are gyroscopic devices for stabilizing objects (Roitenberg, Ya.N. Gyroscopes. M. 1966, p. 169 171, 177 179), but they do not have the property of a one-way non-reactive gyroscopic moment relative to inertial space and therefore cannot be used in quality of rotary power plants of the entire object isolated from the external environment. Gyroscopic devices are also known, containing a gyromotor with a rotor-gyroscope mounted on a portable rotation shaft interacting via a hinge with a drive, having a rotary movement flywheel-drive on the output axis, in which an alternating gyroscopic moment is converted into a one-way direction using a ratchet mechanism ( Blinov BS Spinning top instead of gearbox. Journal "Inventor and rationalizer" 1965, N 1, p.33). However, this device cannot be used to rotate an isolated mechanical system, since the rotation of the flywheel masses and the support system are mutually balanced.
Целью настоящего изобретения является сообщение односторонне направленного вращения всей изолированной механической системе без связи с внешней средой. Для достижения этой цели использовано взаимодействие двух независимых инерционных систем: гироскопических и центробежных сил. Гироскопическая система служит для создания односторонне направленного крутящего момента, который обеспечивает вращение маховой инерционной массы (маховика), а центробежная система служит для уравновешивания возникающего реактивного гироскопического момента. Для создания гироскопического момента гиромотор с ротором-гироскопом устанавливается на наклонном валу переносного вращения под острым углом к оси вращения системы, который взаимодействует с входного конца с приводом через шестеренчатую передачу и универсальный шарнир, а выходным концом вращается в подшипнике, установленном в общей рамке для шестеренчатой передачи и гироскопическо -центробежной системы. Уравновешивающие грузы получают вращение от одной и той же шестеренчатой передачи. Общая рамка свободно вращается в подшипниках и для дополнительного увеличения своей инерционной массы снабжена маховиком-накопителем вращательной энергии, которая может передаваться всей независимой инерциальной системе. The aim of the present invention is the communication of one-way directed rotation of the entire isolated mechanical system without communication with the external environment. To achieve this goal, we used the interaction of two independent inertial systems: gyroscopic and centrifugal forces. The gyroscopic system serves to create a one-way directed torque, which provides rotation of the flywheel inertial mass (flywheel), and the centrifugal system serves to balance the resulting reactive gyroscopic moment. To create a gyroscopic moment, a gyromotor with a rotor-gyroscope is mounted on an inclined portable rotation shaft at an acute angle to the axis of rotation of the system, which interacts from the input end with the drive through the gear drive and universal joint, and rotates the output end in a bearing mounted in a common gear frame transmission and gyroscopic centrifugal system. Balancing weights receive rotation from the same gear. The common frame rotates freely in the bearings and for an additional increase in its inertial mass is equipped with a flywheel-accumulator of rotational energy, which can be transmitted to the entire independent inertial system.
Предлагаемое гироскопическо-центробежное устройство (ГЦУ) в виде принципиальной кинематической схемы изображено на прилагаемом чертеже и состоит: из гиромотора 1 с ротором -гироскопом 2, закрепленном на переносном валу 3, наклоненном под острым углом к выходной оси 9 рамки 5, переносной вал 3 с входного конца вращается приводом 4 через шестеренчатую передачу-7 и универсальный шарнир 3, а выходным концом вращается в подшипнике 6, вмонтированному в общую рамку 5. С рамкой 5 связан маховик-накопитель вращательной энергии 10, передающий ее всей изолированной механической системе 11. Уравновешивающий центробежный механизм состоит из двух центробежных грузов 12 симметрично друг другу, с приводом 4 и шестеренчатой передачей 7. The proposed gyroscopic centrifugal device (GCC) in the form of a kinematic diagram is shown in the attached drawing and consists of: a gyromotor 1 with a rotor-gyroscope 2 mounted on a portable shaft 3, inclined at an acute angle to the output axis 9 of the frame 5, the portable shaft 3 s the input end is rotated by the actuator 4 through the gear-7 and universal joint 3, and the output end is rotated in the bearing 6 mounted in the common frame 5. A flywheel-drive of rotational energy 10 is connected to the frame 5, transmitting it to the entire isol mechanical system 11. The balancing centrifugal mechanism consists of two centrifugal weights 12 symmetrically to each other, with drive 4 and gear 7.
Возникновение выходного гироскопического крутящего момента Мг происходит по следующей закономерности:
где I момент инерции ротора-гироскопа,
w1 относительная угловая скорость ротора-гироскопа,
ω2 переносная угловая скорость наклонного вала,
α угол наклона переносного вала,
b угол поворота плоскости расположения гироскопического момента относительно плоскости рамки,
Центробежный момент Мцб, уравновешивающий реактивный гироскопический момент, возникает по следующей зависимости:
Mцб= m•ω •Rэц•Rц•sinβ,
где m масса центробежных грузов,
Rэц радиус эксцентриситета вращающихся цб.грузов,
Rц радиус вращения центра эксцентриситета.The appearance of the output gyroscopic torque M g occurs according to the following regularity:
where I is the moment of inertia of the rotor-gyroscope,
w 1 the relative angular velocity of the rotor-gyroscope,
ω 2 portable angular velocity of the inclined shaft,
α angle of inclination of the portable shaft,
b angle of rotation of the plane of the gyroscopic moment relative to the plane of the frame,
The centrifugal moment M cb , balancing the reactive gyroscopic moment, arises from the following relationship:
M CB = m • ω • R ec • R c • sinβ,
where m is the mass of centrifugal loads,
R ec radius of eccentricity of rotating central cargoes,
R C radius of rotation of the center of the eccentricity.
Предлагаемое ГЦУ использует совершенно новое свойство гироскопического эффекта, а именно: получение безреактивного (свободного) односторонне направленного крутящего гироскопического момента относительно инерциального пространства, принятого за неподвижную замкнутую механическую систему, т.е. спутник Земли или космическую ракету. В настоящее время для ориентации, стабилизации, вращения и вообще любых эволюций космических объектов служат специальные поворотные ракетные двигатели, которые используют для своей работы весьма ценное в данной ситуации ракетное топливо, что увеличивает стартовый вес запускаемого космического аппарата, уменьшая тем самым полезную нагрузку. ГЦУ может работать от различных источников энергии: аккумуляторных, солнечных, атомных и других, не тратя для этого массы вещества. The proposed GCU uses a completely new property of the gyroscopic effect, namely: obtaining a non-reactive (free) one-way directed gyroscopic moment relative to the inertial space, which is accepted as a stationary closed mechanical system, i.e. Earth satellite or space rocket. At present, special rotary rocket engines are used for orientation, stabilization, rotation, and generally any evolution of space objects, which use rocket fuel very valuable in this situation, which increases the starting weight of the launched spacecraft, thereby reducing the payload. GCC can work from various sources of energy: battery, solar, nuclear and others, without wasting a mass of substance.
Кроме вышеизложенного, ГЦУ применимо для привода электрогенераторов, что является более актуальным, чем предлагаемое использование для вращения замкнутых механических систем. In addition to the foregoing, the GCC is applicable to drive electric generators, which is more relevant than the proposed use for rotation of closed mechanical systems.
