Новые космические технологии - Александр Фролов

Данное устройство, рис. 1, впервые обсуждалось в 1996 году [1]. Оно было названо «энтропийный движитель», поскольку в нем создается градиент энтропии при реактивном взаимодействии: для части импульса, который передается корпусу движителя, необходимо обеспечить минимум энтропии, его импульс формируется в одном заданном направлении. Для реактивного потока рабочей массы, за счет специальной конструкции «глушителя», ставится задача получить максимум энтропии, направляя импульсы частиц рабочей массы хаотически в разных направлениях. Надеюсь, читатель понимает аналогию с рассмотренной ранее задачей о передаче реактивных импульсов планете от многих объектов, которые по ней хаотически движутся, отталкиваясь от нее.

Недостатком предлагаемой конструкции движителя является необходимость в отдельном источнике тепла, нагревающем рабочую массу. В обычных реактивных системах, топливо само горит, объединяя в себе функции рабочей реактивной массы и источника тепла. Однако, несомненным преимуществом реактивных систем замкнутого цикла рабочей массы является возможность длительной работы, практически неограниченной, при условии полного возврата рабочей массы в реактор (камеру сгорания) и работоспособности источника тепла.

Для космической техники, эти функции очень существенны, и если источник тепла может получать подзаряд от солнечных батарей, то длительность полета становится неограниченной. Для мощных движителей, источником тепла может быть ядерный или термоядерный реактор, с запасом ресурсов на десятки лет.

Очевидно, что такие движители могут найти применение в подводном флоте, поскольку они не создают шумов, хотя оставляют за собой тепловой след.

Мы обсуждали данную тему, в частном порядке, с Академиком Владимиром Ивановичем Зубовым в 19941999 годах. Он высоко оценил саму идею, не сомневался в ее теоретическом обосновании, и выражал интерес к прикладным исследованиям. Однако, тогда мы не смогли создать рабочую группу в РАН. Возможно, такие проекты идут в лабораториях разных стран, и хотелось бы вновь поднять данную тему в России.

Рассмотрим еще один пример реактивного движителя, работающего по замкнутому циклу.

Виктор Шаубергер, еще в 1930 году сконструировал свой известный автономный самовращающийся генератор, таким образом, что он создавал два процесса: вращение ротора, которое передавалось электрогенератору, и осевую движущую (подъемную) силу. На рис. 2 показан генератор электроэнергии и его изобретатель (фотография публикуется с разрешения семьи Шаубергера).

Рис. 2. Виктор Шаубергер и его генератор энергии

Данный генератор обеспечивал электроэнергией дом изобретателя несколько лет. На рис. 3 показано внутреннее устройство генератора, это фотография модели, которая хранится в музее Шаубергера, в Австрии. В верхней части ротора, видны входные отверстия спиральных трубок, через которые в ротор подается смесь воздуха и воды. Вращение ротора, через шкив, передается на обратимый мотор – генератор. При разгоне ротора, мотор питается от аккумуляторных батарей, а затем, он становится генератором, и обеспечивает электроэнергией полезную нагрузку.

Рис. 3. Генератор Шаубергера в открытом виде

В 2010–2011 годах, ООО «Фарадей», г. Тула, была разработана аналогичная конструкция привода, имеющего расчетную мощность 20 кВт, рис. 4. Расчеты оформлены в виде Отчета по НИР [2]. Разработан также полный комплект конструкторской документации, поскольку планировалось изготовление данного самовращающегося привода на одном из машиностроительных предприятий, находящихся на Урале. На рис. 4 показана схема экспериментальной установки, имеющей горизонтальное расположение оси ротора.

Рис. 4. Генератор Фролова по схеме Шаубергера

Отметим, что на схеме показаны только две спиральные трубки ротора, хотя в реальной конструкции их большее количество. Электрогенератор подсоединяется в левой части вала ротора.

В данном проекте, были найдены пути преобразования низкопотенциальной тепловой энергии среды, использующие упругое рабочее тело (смесь воды и воздуха). Одной из задач проекта было создание методики расчета элементов конструкции, поскольку самоподдерживающийся процесс вращения ротора, как и вихревые природные процессы, могут быть теоретически смоделированы и воспроизведены. Главная задача – получить автономный источник энергии, то есть, ротор должен перейти в режим самовращения, и обеспечить вращение электрогенератора. Кроме этого, в данной конструкции используется такое технические решения, которое позволяет создавать не только вращение, но и движущую силу, направленную вдоль оси вращения ротора.

Обратите внимание на вход рабочей смеси в центрифугу, рис. 4. За счет разряжения в области центрифуги, в нее постоянно втекает поток вещества (рабочая масса). Движение рабочей массы происходит линейно вдоль оси вращения. Поток рабочей массы имеет некоторый импульс, равный произведению ее массы на скорость движения. Корпус, в данном случае, получает такой же реактивный импульс, но в направлении, обратном движению рабочей массы. Аналогично, в генераторе Шаубергера, рис. 3, вход смеси воды и воздуха происходит сверху вниз, вдоль оси, а корпус в целом, получает импульс, направленный снизу вверх.

Далее, обратите внимание на то, что выход рабочего вещества через сопла трубок ротора происходит в плоскости вращения ротора, то есть, перпендикулярно оси вращения. Вектора импульсов частиц потока рабочего вещества, образующих реактивные потоки каждой из трубок ротора, направлены в плоскости вращения, тангенциально, что позволят раскручивать ротор, а их проекция на ось вращения равна нулю, и не создает реакции на корпус вдоль оси вращения ротора.

Закон сохранения импульса, в данной конструкции, выполняется следующим образом: импульс, который получает корпус устройства в целом, (на рис. 3. он направлен вверх, а на рис. 4 импульс направлен вправо), по модулю, равен суммарному импульсу реактивных потоков рабочего вещества, вытекающему из трубок ротора. Изменение траектории движения массы рабочего вещества происходит за счет винтовой формы трубок ротора, поэтому крутящий момент на валу электрогенератора и движущая сила, приложенная к корпусу генератора вдоль оси вращения ротор, всегда будут эквивалентны, в соответствии с законом сохранения импульса. Разумеется, часть энергии будет потеряна на трение, и перейдет в окружающую среду в форме тепла. Генераторы энергии, использующие схему Шаубергера, работоспособны только в том случае, если они создают движущую силу вдоль оси вращения, в паре с эквивалентным крутящим моментом ротора.

В другой схеме генератора Шаубергера используется аналогичный метод: мотор раскручивает ротор, затем создается режим самовращения, при котором вода всасывается снизу вдоль оси ротора в область разряжения, затем поступает в винтовые трубки, сопла которых расположены тангенциально, в плоскости вращения ротора, рис. 5.

Рис. 5 Генератор Шаубергера

При достижении необходимой скорости вращения, питание электромотора можно отключить, поскольку данная центробежная машина становится автономным генератором электроэнергии. Особенность конструкции, показанной на рис. 5, состоят в том, что трубки ротора имеют форму винтовой спирали. Благодаря специальной форме трубки, вода дополнительно вращается вокруг оси винтовой трубки. Данный метод запатентован [3], как способ уменьшения гидравлических потерь. Действительно, при винтовом движении частиц воды по трубке, они не скользят, а катятся по внутренней поверхности трубки. Трение качения намного меньше трения скольжения, что применяется в подшипниках.

В генераторе Шаубергера, рис. 5, как и в ранее рассмотренных устройствах, на корпус всей машины действует реактивная движущая сила, направленная вдоль оси вращения, а ее величина соответствует силе, которая обеспечивает крутящий момент ротора. В отличие от генератора, показанного на рис. 3, для того, чтобы генератор энергии «не взлетал», вход воды в ротор расположен таким образом, что сила, создаваемая вдоль оси вращения, прижимает аппарат к земле.

Известны и другие похожие решения: вход реактивной рабочей массы организован вдоль оси вращения ротора, а ее выход – в плоскости вращения ротора, то есть, перпендикулярно оси вращения ротора.

Итак, принцип Шаубергера позволяет получать пару сил: крутящий момент, и движущую силу, действующую на корпус устройства в целом. При такой схеме, рабочее вещество не выбрасывается во внешнюю среду, а используется в замкнутом цикле. При сравнительном анализе идеи, показанной на рис. 1 и принципа Шаубергера, можно сделать вывод о больших перспективах второго решения. Вместо поглощения энергии линейного реактивного импульса «глушителем», в машинах Шаубергера используется ее преобразование в крутящий момент. В том случае, если этот крутящий момент не требуется, его можно устранить, разместив на одной платформе несколько силовых установок, попарно встречного вращения.