RU2639140C2 - Плазмотрон, излучатель и способ изготовления излучателя - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к наукоемкой технологии и может быть применено для плазменно-электромагнитного воздействия на различные виды материальной среды, расположенной как на близком, так и значительном расстояниях от излучателя. Технический результат - повышение эффективности устройства. Плазмотрон включает коаксиально расположенные конденсаторные пластины, между которыми расположены излучатель и по меньшей мере пара выполненных из пористого проницаемого керамического (фаянсового) состава для подачи кислорода и водорода труб, изолированных диэлектрическим огнеупорным составом, причем кислород и водород по трубам подается в камеру смешивания, после чего в разрядной камере происходит пробой смеси с образованием водяной плазмы, которая, дополнительно ускоряясь электромагнитным полем излучателя, линейно излучается в пространство. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к наукоемкой технологии и может быть применено для плазменно-электромагнитного воздействия на различные виды материальной среды, расположенной как на близком, так и значительном расстояниях от излучателя.

Известен пентагоновский рельсотрон, имеющий возможность ускорять материальные тела (ракеты) электромагнитным полем с ускорением до 2,3 км/с², см. https://lenta.ru/news/2016/05/29/railgun. Предполагается, что у России нет средств уничтожать ракеты, летящие с такой скоростью. Недостаток рельсотрона - очень низкий КПД, выражающийся тем, что для ускорения материального тела в связи с высокой скоростью электромагнитного поля по отношению к скорости ускоряемого тела используется очень малая доля от всей затрачиваемой электромагнитной энергии.

Известен также плазменный излучатель, см. Российский патент №2578192, недостатками которого является то, что ускорение материального тела (плазмы) начинается с нулевой скорости и низкой плотностью ускоряемой электромагнитной энергии.

Указанные недостатки устраняются предлагаемым изобретением за счет получения кислородно-водородной плазмы путем непрерывного сжигания водорода. Полученная таким образом энергетическая плазма получает ускорение электромагнитным полем, которое происходит от некоторой уже имеющейся скорости до скорости значительно превышающей скорость снаряда ускоряемого пентагоновским рельсотроном. При этом плазма, содержащая значительное количество энергии, продолжает ее наращивать за счет энергии электромагнитного поля. Так как электромагнитное поле индуктирует в плазме ток, то кроме сказанного с помощью токопроводящей непрерывно излучающей плазмы, имеющей форму жгута (провода), представляется возможность передавать электромагнитную энергию, аналогично передаваемой энергии высоковольтной линией электропередач, при коротком замыкании. Если условно плазменный жгут разбить на параллельные проводники, то при одинаковых направлениях тока проводники притягиваются (см. X. Кухлинг, Справочник по физике, Москва, «Мир», 1982, стр. 349). Кроме того, на плазму по всему сечению ее периметра действуют радиально сжимающие силы, одни из которых образованы электрическим полем, другие - магнитным полем. Непрерывность пополнения энергией плазмой может быть обеспечена как за счет прохождения ее между сближенных обеспечивающих токовую нагрузку конденсаторных пластин постоянно заряженного конденсатора, так и магнитным полем, образованным суммой излучающих параллельно включенных индуктивностей, имеющих правую и левую обмотки при развороте одной из них в сторону излучения энергии, см. заявку №2017104502, дата публ. 28.04.2017, бюл. №13. Физика работы образования линейного излучения состоит в следующем. Магнитные силовые линии проводника с током представляют собой концентрические окружности. Внутри длинной катушки поле однородно. В коаксиально расположенных параллельно включенных катушках, имеющих различное направление витков, получаем два направленных в разные стороны вектора напряженности электрического поля. Направим вектора встречно за счет переворачивания катушек на 180 градусов. Получаем так называемые стоячие волны, т.е. волны, которые распространяются в радиальном направлении вдоль плоскости, проходящей перпендикулярно оси катушек. При направлении векторов согласованно в случае одинаковых частот получаем эллипсы с различным эксцентриситетом (включая прямую и окружность), см. X. Кухлинг, Справочник по физике, Москва, Мир, 1982, стр. 238. Это значит, что излучаемая магнитная энергия имеет линейную или эллипсоидную форму. В качестве аналога можно рассмотреть двух винтовой вертолет с вращением винтов в разные стороны с возникающей при этом вертикально подъемной силой.

При сжигании водорода образуется значительное давление образованных ионов водорода и кислорода (плазмы) которая получает дополнительное ускорение в пространстве электромагнитным полем направленного действия, см. Российский патент №2599771.

На фиг 2а показана схема (см. также Российский патент №2605053 с приоритетом изобретения 06.11.2015) образования электромагнитного поля направленного действия. Она содержит два источника ЭДС Е8 и Е9, образованных, например, двумя вторичными катушками трансформатора. Излучающие катушки Lпр и Lлев, имеющие противоположные обмотки, расположенные коаксиально и направленные так, что согласно правилам право ходового винта образуют суммарное магнитное поле, временная диаграмма которого представляет эллипсоиды, что определяет осевую направленность излучения (вектор Пойтинга вдоль оси излучения в среднем имеет постоянное значение). На фиг 2б показано аналогичное излучение магнитной энергии в виде эллипсоидов от одного источника напряжения Е, при этом индуктивности Lпр и Lлев соединены параллельно. Кроме того, уплотнение энергии электромагнитного излучения происходит при сложении электрического и магнитного полей, см. фиг 1. При направлении вектора напряженности электрического поля от оси излучения плотность суммарной энергии полей снижается. Плотность суммарной энергии полей зависит так же от абсолютных величин суммарных напряженностей электрических и магнитных полей.

На фиг. 1 изображен плазмотрон. Он содержит коаксиально расположенные конденсаторные пластины 1 и 2, образующие емкостную камеру 10. В емкостной камере расположен излучатель 5 и устройство подачи водорода и кислорода, которое осуществляется по толщинам труб 4, изготовленных из пористого огнеупорного керамического (фаянсового) состава, играющего роль фитилей. Трубы 4 изнутри и снаружи изолированы огнеупорным керамическим (фаянсовым) составом 3 (см. патенты №2511795 и 2517721). Разрядная камера 7 разделена от смесительной камеры 6 термостойкой перегородкой с установленными там клапанами, которые условно не показаны.

Работа устройства заключается в том, что при подаче под давлением в смесительную камеру водорода и кислорода происходит образование там гремучего газа, который, попадая в разрядную камеру, воспламеняется, и образованная плазма под давлением вылетает в пространство, одновременно дополнительно ускоряясь магнитным полем.

Известно, что КПД трансформатора может превышать 90%. Поэтому предлагается излучающее устройство выполнить на базе трансформатора. На основании фиг. 2 предлагается следующее устройство излучателя. Он содержит трансформатор, имеющий гибкий магнитопровод форма которого представляет, например, тороид, изготовленный путем намотки изолированного электротехнического провода, представляющий собой излучающий элемент. Первичная и нагрузочные излучающие индуктивности вторичных катушек, соединенные последовательно или параллельно с излучающими индуктивностями, выполнены из того же изолированного электротехнического провода. Все перечисленные элементы излучателя могут иметь как индуктивную, так и электрическую связь. Главное, чтобы проектированием и расчетом, учитывая принцип суперпозиции, добиться максимально возможного линейно направленного излучения электромагнитной энергии. Кроме того, при наличии положительной внутренней обратной связи от дополнительных катушек, которые играют роль первичных при получении энергии от вторичных катушек, увеличивается оборачиваемость магнитного потока магнитопровода, что приводит к увеличению излучаемой мощности. При этом все излучающие элементы излучателя должны иметь одностороннее направление векторов магнитных напряженностей. Таким образом, способ изготовления излучателя, содержащего трансформатор, излучающие индуктивности и дополнительные катушки, заключающийся в том, что магнитопровод трансформатора его первичная и вторичные катушки, излучающие индуктивности и дополнительные катушки последовательно мотаются изолированным проводом из электротехнической стали. С целью снижения сопротивления излучателя и, как следствие, увеличение тока, вторичные катушки трансформатора и дополнительные катушки могут мотаться медным изолированным проводом. С целью повышения плотности излучаемой электромагнитной энергии магнитопровод трансформатора, его первичная катушка могут подключаться параллельно к источнику питания. Ввиду того, что излучатель в целом представляет одну общую индуктивность, то совместно с конденсатором она может образовать параллельный или последовательный колебательный контур, работающий в резонансном низкочастотном режиме, что несомненно повысит эффективность работы устройства.

Использование изобретения в военном деле позволит поражать различные цели, как в воздухе, космосе, на земле и воде.

Claims (3)

1. Плазмотрон, отличающийся тем, что включает коаксиально расположенные конденсаторные пластины, между которыми расположены излучатель и по меньшей мере пара выполненных из пористого проницаемого керамического или фаянсового состава для подачи кислорода и водорода труб, изолированных диэлектрическим огнеупорным составом, причем кислород и водород по трубам подается в камеру смешивания, после чего в разрядной камере происходит пробой смеси с образованием водяной плазмы, которая, дополнительно ускоряясь электромагнитным полем излучателя, линейно излучается в пространство.

2. Плазмотрон по п. 1, отличающийся тем, что излучатель состоит из гибкого магнитопровода, первичной и двух вторичных катушек, нагрузкой которых являются излучающие индуктивности с противоположными обмотками, последовательно которым подключены дополнительные катушки, играющие роль первичных, причем магнитопровод, излучающие индуктивности имеют одностороннее направление векторов магнитных напряженностей, а все элементы излучателя выполнены из одного изолированного электротехнического провода.

3. Плазмотрон по п. 1, отличающийся тем, что излучатель дополнительно содержит конденсатор, образующий с ним параллельный или последовательный колебательный контур, работающий в низкочастотном резонансном режиме.

Images