Как стать автором
Обновить

Летающее устройство без отброса массы (без использования реактивной струи или лопастей)

Инженерные системы *Научно-популярное
Ожидает приглашения
Привет, земляне! Я тут на досуге наизобретал принципиально новый способ создания подъемной силы. И хоть я и бывший физтех, но уже сильно бывший, поэтому готов к вашей самой беспощадной расправе критике

Заявка на патент подана, первые одобрения от профессора и доцента получены (т.е. они подтвердили, что не видят нарушений в логике и расчетах). Осталось пройти самый серьезный рубеж перед практическим применением — критика хабровчан. Чувствую, будет жарко. Погнали

Для создания подъемной или движущей силы вращающийся по замкнутому контуру заряд может использовать ТОЛЬКО ГРАДИЕНТ магнитного поля, а не его абсолютное значение (магнитные экраны на самом деле являются лишь компенсаторами магнитного поля). Подробности в длинном моем видео (ссылка с таймкодом). Поэтому наша задача: создать летающее устройство, которое сможет создать подъемную силу за счет градиента магнитного поля (МП) Земли, т.е. ∆B порядка 10-11 Т/м. И использовать для этого мы будем банальную силу Лоренца = qVB (косинус угла опустим, потому что скорость во всех дальнейших рассмотрениях будет перпендикулярна B).



Фиг. 1. Схема направления действия сил Лоренца (вид сбоку). FC – центробежная сила, FL2 — сила Лоренца, действующая на заряженные частицы диска со стороны однородного поля B2, создаваемого внешним магнитом 3 (фиг. 1), FL1 – сила Лоренца, действующая на диск со стороны МП Земли в верхней точке B1, F`L1 — сила Лоренца, действующая на диск со стороны МП Земли в нижней точке B1`, V – скорость и направление вращения диска, R1 – радиус внутренней неактивной части диска, может быть сделана из диэлектрика, либо просто вырезана или использована для крепления магнитного подвеса, R2 – общий радиус диска.

Пока не обращайте внимания на все величины с индексом 2. Ниже будет объяснение

Оценим суммарную силу Лоренца, действующую на вращающийся заряженный диск, создаваемую со стороны внешнего магнитного поля, линейно изменяющегося от минимального значения B1` (фиг. 1) в нижней части диска до максимального B1 в верхней части диска (дальше эта сила будет называться еще как магнитоградиентная). На каждой произвольной точке этого диска будет действовать согласно классическим представлениям физики сила Лоренца. Не буду утомлять тонкостями двойного интегрирования. По сути мы получаем то же самое qVB, уменьшенное в Пи раз (поскольку полезная подъемная сила создается лишь верхней частью диска и горизонтальными составляющими скорости). Также мы учтем для общего случая, что в центре диска может быть неактивное отверстие, таким образом вычитаем из полученного интеграла такой же двойной интеграл но уже для малого отверстия R1. Получаем довольно громоздкую формулу:

F = (∆B*ω*Q)/(π*R2)* ((R24-R14)/(R22-R12)),        (1)

где ∆B-максимальная разница магнитного поля на краях диска, в данном случае
∆B= B1-B1`,
ω – угловая частота вращающегося диска, V=ωR2
Q – суммарный заряд диска
R1 – внутренний радиус диска, неактивная зона диска, где отсутствует электрический заряд
R2 – внешний радиус диска.

Поскольку ключевым фактором успеха является достижение максимального произведения заряда диска на его скорость вращения, то мы применим главную хитрость устройства, которая позволит увеличить и скорость и заряд на порядки величин — рядом с вращающимся диском помещаем сильный магнит, порядка 1 Т, можно и меньше, для простоты расчетов возьмем 1, поле B2 (фиг.1), создаваемое внешним магнитом 3 (фиг.2), выполняющее сразу 2 задачи: 1. Создание достаточных лоренцевых сил, действующих радиально на положительно заряженный остов диска и направленных в центр диска для компенсации центробежных сил (для значительного преодоления скорости вращения, при котором произошел бы разрыв незаряженного диска); 2. Создание лоренцевых сил, действующих радиально на свободные электроны в диске и направленные от центра диска с целью суммирования с центробежными силами и полного избавления от всех свободных электронов (или их значительного количества). Схема направления этих сил иллюстрируется на фиг.1., где FC – центробежная сила, FL2 — сила Лоренца, действующая на диск со стороны однородного поля B2, FL1 – сила Лоренца, действующая на диск со стороны МП Земли в верхней точке, F`L1 — сила Лоренца, действующая на диск со стороны МП Земли в нижней точке.



Фиг. 1. Схема расположения основных элементов конструкции магнитоградиентного двигателя (вид сверху). 1 — положительно заряженный диск, 2 — вакуумная камера, 3 – внешний магнит, 4 — магнитный подвес (магнитодинамический подшипник), 5 – электроды, создающие переменное электрическое поле для изменения скорости вращения диска, 6 – магнитопровод.

Теперь чем быстрее мы будем вращать диск, тем больше отрицательного заряда будет на крае диска и тем положительнее будет заряжаться центральная часть диска. Поскольку помимо центробежных сил на положительную часть диска будет действовать сила Лоренца FL2 = Q*V*B2, удерживая диск от разрыва, и такая же сила Лоренца будет действовать в обратном направлении на свободные электроны в металле, которые при определенных скоростях начнут покидать диск. А поскольку связи свободных электронов с атомами металла слабее, чем межатомные связи, то в первом приближении мы можем предположить, что при определенной скорости все свободные электроны должны покинуть диск. Поэтому в расчетах критической угловой скорости, при которой произойдет разрыв диска, примем за верное условие: диск покинули все свободные электроны проводимости. Ниже будет оценена реализуемость этого условия. Таким образом, в первом приближении заряд диска можно выразить формулой для расчета заряда валентных электронов
Q = ke*V = (Na*ρ*e*Ze)/M*V=(N_a*e*Ze)/M*m       (2)
где ke – концентрация электронов проводимости,
Na – число Авогадро,
e – заряд электрона,
Ze – число валентных/свободных электронов на атом
M – молярная масса материала диска
V – объем активной части диска
m – масса активной части диска

Оценим, до каких угловых скоростей мы сможем раскручивать диск без риска его разрыва от центробежных сил, если учесть, что центробежная сила FC квадратично растет с угловой скоростью ω: FC = m ω 2R, а компенсирующая ее сила Лоренца FL2 линейно от ω: FL2= Q*V*B2= Q* ω *R*B2 Приравняв эти 2 силы, мы получим, что
ω = B2*Q/m       (3)
Подставляя (2) в (3)
ω = (Na*e*Ze)/M*B2       (4)
Подставляя внешнее поле B2 = 1 Тл, Ze=3 и M=27*10-3 кг/моль для алюминия, получим
ω = 6*1023 * 1.6*10-19*3/ 0,027 = 1,07*107 рад/с или разделив на 2π получим частоту вращения 3,4*106 оборотов в секунду. Для меди аналогичные расчеты дают критическую частоту вращения 2,3*105 оборотов в секунду.

Мы получили гигантскую критическую частоту вращения, выше которой силы Лоренца не смогут компенсировать центробежные силы и диск разорвет. Это позволяет более уверенно предполагать, что при таких скоростях вращения в материале не должно остаться свободных электронов, поскольку на них будет действовать сумма центробежной и лоренцовой сил, на несколько порядков превосходящие силы разрыва диска (силы межатомных связей)
Отдельным вопросом будет преодоление кулоновских сил отталкивания между атомами, каждый из которых будет заряжен положительно на величину утраченных свободных электронов. Будет ли достаточно межатомных связей для удержания диска от разрыва при наличии такого большого одноименного заряда или понадобится «замуровывать» диск в какие-то другие материалы, например, сделать в виде пленочных структур, с разделяющими слоями из сегнетоэлектрических материалов, которые, как известно, имеют диэлектрическую проницаемость среды до 104-105 единиц, соответственно могут ослабить кулоновское взаимодействие до 104-105 раз. Этот вопрос потребует отдельной экспериментальной проверки (и, думаю, отдельного обсуждения в комментариях).

Итак, теперь в (1) мы можем подставить как критическую частоту вращения, так и максимально возможный заряд диска, чтобы получить максимально возможную подъемную силу для МП Земли

F= K*(∆B*ω*R2^ *(R24-R14))/M*Na*h*ρ*e* Ze       (4)

K – коэффициент, выражающий долю покинувших диск свободных электронов, 1 когда все валентные электроны покинули диск (идеальный случай), либо меньше единицы, если нам не удалось выкурить все свободные носители заряда,
h – толщина диска,
ρ – плотность материала диска,
e – заряд электрона,
Ze – число валентных электронов на атом материала диска

Или давайте выразим толщину и плотность через массу диска и все константы вынесем в отдельную константу, чтобы получить следующую красоту:


где

константа, характерная для каждого материала, т.е. по ее значению можно определить самый лучший материал/проводник для вращающегося диска (хотя мне кажется лучше алюминия ничего не найти).

В предпоследней формуле магнитоградиентную силу можно поделить на массу, чтобы понять, сколько каждый килограмм вращающегося диска может поднять при ранее посчитанных критических скоростях вращения для алюминия и плотности заряда валентных электронов. Сможет ли поднять хотя бы самого себя? Считаем

Fу = K*∆B*ω/(M*π*R2)*Na*e*ne* ((R24-R14)/(R22-R12 ))
Берем данные для алюминия и радиус R2 = 1м, R1 =0,5м, K = 1 (все свободные электроны покинули диск), получаем
Fу = 10-11*1,07*107*6*1023*1,6*10-19*3*1,25/3,14/0,027 = 454 Н/кг
т.е. каждый кг вращающегося алюминиевого диска будет создавать подъемную силу в 45 кг, а каждое удвоение радиуса будет более чем в 4 раза увеличивать этот показатель.
В итоге можем резюмировать о теоретической возможности создания летающего устройства за счет градиента МП Земли с более чем десятикратным превосходством результирующей силы над силой гравитации

Вот такие довольно простые расчеты и логика рассуждений. Вообще, я был уверен, что подобное уже давно придумано, потому что выглядит довольно простенько, конструкция проста как табурет. Удивился, когда ничего подобного не смог найти ни в патентах, ни на просторах интернета. Возможно, кто-то более хитрым способом сможет найти аналог и ткнуть меня носом. Буду признателен. В общем, жду разоблачений моих легкомысленных рассуждений в комментах, хотя возможно кому-то понравится идея, я открыт не только для критики, но и для сотрудничества

P.S. Чуть не забыл, самая грустная часть статьи, перспективы. Грустная, потому что меня уже несколько человек просили убрать всякие «сшишком фантистические» применения. Это будет отпугивать серьезных людей. Но тут тоже все просто, не полетит — значит, закрыли тему, забыли, полетит — значит, в десятки раз более дешевые перелеты в воздушной атмосфере, в сотни раз более дешевые полеты в космос (не надо запускать махины и тратить огромные баки топлива, чтобы поднять огромные баки топлива). Новый класс безопасности полетов без перегрузок, безопасность самого полета, двигатель не контактирует с внешней средой. И пр.

Пара ложек дегтя, чтобы не заканчивать на радужной ноте:

  1. Магнитоградиентная сила всегда будет направлена коллинеарно градиенту магнитного поля. Как бы не изловчались, проекции сил в других направлениях будут самовычитаться. Для решения этой проблемы в вышеприведенном видео я предлагаю использовать систему искусственных магнитных полей.
  2. Мы компенсировали сильным магнитом огромные центробежные силы. А куда собственно будут приложены ответные силы по третьему закону Ньютона. Ведь если магнит силой Лоренца воздействует на пролетающий мимо него заряд, то и заряд в свою очередь воздействует таким же образом на магнит, мимо которого пролетает. Поэтому на магнит будут также действовать все эти центробежные силы, пытаясь его разорвать и это может стать серьезной проблемой. Тут есть лазейки: мы можем сколь угодно сильно укреплять этот магнит внешними конструкциями, увеличением толщины магнита ослаблять плотность сил.
Теги:
Хабы:
Данная статья не подлежит комментированию, поскольку её автор ещё не является полноправным участником сообщества. Вы сможете связаться с автором только после того, как он получит приглашение от кого-либо из участников сообщества. До этого момента его username будет скрыт псевдонимом.