Теоретическая часть. Создание двигателя на электричестве и воздухе

Методы исследования

Актуальность

Цели и задачи работы

Цель

Создание двигателя на электричестве и воздухе.

Задачи

1. Создание (или подбор из существующих) генератора плазмы.

2. Выбор способа её разгона.

3. Сборка опытного образца.

При растущих плотности застройки и массы перевозимых грузов человек не может позволить себе бесконечно увеличивать диаметры винтов вертолетов. Использование самолетов вертикального взлета-посадки дорого. Мы попытаемся создать достаточно эффективный для данных сфер двигатель.

1. Изучение теории по данному вопросу.

2. Построение прототипа с заменой плазмы кольцом из проводника.

На схеме представлена установка, позволяющая получать большую магнитную индукцию и большое изменение магнитной индукции в момент фронта импульса, путём создания большого импульсного тока.

При увеличении B по правилу Ленца в витке, который поднесён к катушке, наводятся токи, стремящиеся сохранить B, вследствие чего виток отталкивается от катушки. Но мы можем заменить виток из металла на виток из плазмы. В плазме будут наводиться токи Фуко, которые аналогичны токам наводящимся в металлическом витке.

Рассчитаем некоторые параметры нашей схемы. Когда тиристор открыт, наша схема аналогична колебательному контуру.

_____

q=q₀·sin(t/√(L·C)); Дифференцируем по времени

______ _____ _____

I=q₀/√(L·C)·cos(t/√L·C); но I=I₀· cos(t/√L·C)

____ ____

I_max=I₀=q₀/√(L·C)=√(C/L)·U;

____

Ф_max=L·I_max=√(C·L)·U

_ ______

Ф_эф≈Ф_max/√2=√(C·L/2)·U

F=I·By·l=I·B_y·2·π·r

B_y =B·sin α;

B≈B_max·k; где k = B/Bmax, это отношение зависит только от катушки и сердечника.

F≈I·Фmax·2·π· sinα·k·r/S; r - радиус эквивалентного кольца из плазмы

k и sinα можно измерить экспериментально на различных расстояниях, построив картину магнитного поля катушки с помощью железных опилок. k не зависит от Bmax, поэтому распределение k(l) можно построить экспериментально при произвольном токе в катушке.

F≈I·√(C·L·2)·U ·π· sinα·k·r/S

+∞ _______

p = ∫ I·√(C·L·2)·U·π· sin α·k·r/Sdx

Здесь x – координата от центра катушки. Функциями от x являются sinα и k

_______ +∞

p = I·√(C·L·2)·U·π·r/S · ∫ sin α·k dx

+∞

∫ sin α·k dx =0,85 Измерили это значение экспериментально

0 По таблице значений k*sinα построенной для катушки

____

P=0,85·I·√2·C·L·U·π·r/S

Рассмотрим сопротивление и массу кольца из плазмы радиусом r(эффект. радиус.) и сечением в виде квадрата со стороной a

R=2·π·r/(σ·a²);

M=ρ·V=ρ·a²·2·π·r;

I=U/R=U·σ·a²/(2·π·r);

I/M=U·σ/(ρ·(2·π·r)²); Напряжение в воздухе U≈27В

Индуктивность измерена через измерение B с помощью датчика магнитной индукции при известном токе.

L ≈9мГн;

____

V_и=0,85·I·√2·C·L·U_к·π·r/(S·M)

____

V_и=0,85·√2·C·L·U_к·π·r· U_д·σ /(S· ρ·(2·π·r)²)

V_и=1200·σ/(r·ρ); r≈≈1см;

Воспользовавшись формулами термодинамики оценили плотность плазмы, если она находилась бы в воздухе.

ρ =0,034кг/м³

σ =6,6 См/м (использовали работу Белякова А.А.)

V_и =230км/c

То есть концепция такого двигателя требует дополнительного развития. Так как по показателю скорости истечения данный двигатель может конкурировать с ионными двигателями.

Практика:

Для получения величин sinα и k мы использовали данную установку,LabQuest,таблицы Exсel и калькулятор.

Практика заключалась в уяснении принципа действия установки (выталкивание провод-ника под действием быстро растущего магнитного поля).

Также мы измерили необходимые зависимости k и sinα от расстояния до катушки.

L(см)	k	sinα	K*sinα
0,5	0,990826
	0,977064
1,5	0,933486
	0,908257
2,5	0,844037
	0,791284
3,5	0,75
	0,733945
4,5	0,699541
	0,635321
5,5	0,46789
	0,279817	0,791667	0,221521
6,5	0,233945	0,7638	0,178687
	0,18578	0,7916	0,147063
7,5	0,15367	0,708333	0,108849
	0,114679	0,6388	0,073257
8,5	0,091743	0,5694	0,052239
	0,077982	0,5	0,038991

Таблица экспериментальных данных.

В данной таблице приведены измеренные параметры катушки. К сожалению, построить картину силовых линий внутри катушки оказалось сложно. Мы построили картину силовых линий от среза катушки и учли это при взятии интеграла:

+∞

∫ sin α·k dx =0,85

Так же мы проводили опыты с проводящим не ферромагнитным кольцом. Которое вытеснялось из зоны растущего магнитного поля.

Вывод

Данная тема требует дальнейших исследований. Так как оценочные расчёты показали, что у данного типа двигателя есть перспективы. Для выяснения более детальных перспектив развития данного двигателя необходимо провести компьютерное моделирование, более точные расчеты. Заменить схему на более высокочастотную(Позволит увеличить скорость роста магнитного потока и увеличить закачиваемую в индуктивность мощность).

Литература

1)http://ru.m.wikipedia.org/wiki/Плазма.

2)www.femto.com.ua/articles/part_2/3104.html.

3)https://ru.wikipedia.org/wiki/Плазменный_ракетный_двигатель.

4) https://ru.wikipedia.org/wiki/Ионный_двигатель.

5) https://ru.wikipedia.org/wiki/Плзамоподобная_среда

Дата добавления: 2015-05-08