Генератор электродинамического поля - RU2268542C2

Чертежи

Показать все 16 чертежа(ей)

Описание

Область техники

Настоящее изобретение относится к роторным электрическим генераторам постоянного тока (ПТ), использующим постоянное магнитное поле, и в частности к электромеханическим генерирующим устройствам, принципиальная цель которых заключается в производстве полезного непрерывного высоковольтного коронного разряда ПТ. Изобретение имеет также отношение к космическим аппаратам, способным двигаться, используя сверхвысоковольтную корону или дуговой разряд специального вида и формы.

Предшествующий уровень техники

В качестве исходной информации, позволяющей полностью понять и оценить настоящее изобретение в соответствующем контексте, ниже приводятся ссылки на имеющиеся патенты в областях, близких к рассматриваемому изобретению. Цитируемые ссылки имеют определенные сходства с настоящим изобретением, что относится главным образом к задаче получения электрической тяги. Однако очевидны существенные отличия и ограничения при решении данной задачи.

В патенте США #2949550 предлагается использовать 3 обслуживающих объекта, подобных используемым в настоящем изобретении: (i) создание устройства для прямого преобразования электрического потенциала в полезную кинетическую энергию; (ii) создание устройства, имеющего пустотелый корпус, содержащий источник высоковольтного потенциала; и (iii) создание самоходного автотранспортного средства, содержащего пару электропроводящих частей корпуса, соединенных изолирующей частью и образующих электроды. Дополнительное сходство состоит в том, что предложенное автотранспортное устройство предпочтительно представляет из себя круглый диск, утолщенный в середине. Устройство, предложенное в цитируемом патенте, существенно отличается, однако, от настоящего изобретения тем, что положительное напряжение прикладывается к периферии корпуса, а отрицательное напряжение прикладывается к центральной оси. Более того, предложенная компоновка работает только в газовой диэлектрической среде, которая необходима для получения движущей силы, и наличие градиента потенциала является необходимым.

Другой подход к той же проблеме, изложенный в патенте США #3071705, основан на трех эмпирических принципах электростатики, которые играют важную роль в объяснении действительной формы поля разрядного тока, образующегося при использовании данного изобретения: (i) электростатические линии напряженности концентрируются на поверхности заряженного проводника в местах с наименьшим радиусом кривизны; (ii) они перпендикулярны к поверхности, их образующей; и (iii) они не пересекаются, но изгибаются под влиянием другого заряженного тела. Устройство, предлагаемое в цитируемом патенте, в действительности очень похоже на предлагаемое в предыдущем патенте, в котором относительно большое количество положительных атмосферных ионов и увлекаемых нейтральных молекул воздуха вырываются из положительного электрода по направлению к отрицательному электроду вдоль линейной оси, вызывая этим самым воздушный поток «электрического ветра», являющегося фундаментальным источником тяги. Этот подход ограничен необходимостью работы в газообразной диэлектрической среде и не использует отрицательный ток гораздо менее массивных электронов в процессе возникновения тяги, который может достигнуть огромного ускорения и даже релятивистских скоростей и удельного импульса при заданном уровне приложенного градиента потенциала, что позволяет настоящее изобретение.

Подход, изложенный в патенте США #3177654, относится к проблеме получения электрической тяги, не ограничен работой в атмосфере и позволяет, таким образом, создавать движущиеся системы, обеспечивающие управляемый полет в атмосфере, который может продолжаться в космическом пространстве, без изменений в основной работающей системе. Данное устройство предусматривает круглый летательный аппарат в форме диска, где высоковольтные электроды ионизируют атмосферный газ с помощью короны разряда, а компоновка импульсного электромагнита вызывает выброс образовавшейся плазмы из камеры двигателя, образуя реактивную тягу. Это устройство является более совершенным, так как обеспечивает локальные дифференциалы тяги в теле корпуса в целях маневрирования в полете и/или управления направлением с помощью множества импульсных разрядных тяговых элементов, расположенных по концентрическим кругам (внутри дискообразного тела) и имеющих индивидуальные расходящиеся сопла. Однако устройство, используемое в данном патенте, по существу, основано на методе движущейся ионизированной струи, требующей использования газообразной среды, подобной воздуху, или же наличия хранилища на борту и высвобождения относительно массового количества материала в реакции ионизации для возможности передвигаться в пространстве. Более того, используемый режим работы ограничивает градиент ионизационного потенциала значением, меньшим чем интенсивность поля пробоя, существенно ограничивая этим мощность, используемую в тяге, по сравнению с непрерывным полем разряда ПТ, используемым в данном изобретении, при напряжении, которое может сильно превышать интенсивность пробоя. И в заключение, вышеупомянутое устройство основано на использовании некоторого неуказанного источника электрической энергии, генерируемой в процессе работы, который, как это можно предположить, должен быть ядерным, для того, чтобы избежать необходимость иметь на борту большие запасы топлива, ограничивающие радиус полета, а не на использовании стандартных постоянных магнитов с длительным сроком службы с большой плотностью энергии, в качестве основного источника энергии (как это сделано в настоящем изобретении).

В патенте США #3464207 предложен квазикоронарный аэродинамический летательный аппарат, который имеет только косвенное отношение к настоящему изобретению, тем не менее, ссылка на этот патент дается как дальнейшее подтверждение преобладающей тенденции в разработке устройств, использующих электрически произведенную тягу. Данное устройство основано на использовании импульсного коронного разряда между электродами при напряженности поля меньшем, чем пробойное, что сильно ограничивает получаемую движущую мощность. Более того, данное решение эффективно только в газообразной диэлектрической среде и основано на градиенте давления электрического ветра, возникающего из не полностью понятного механизма. Теоретическое объяснение работы этого устройства весьма сложно, что в дополнение к специфичности конструкционных материалов делает сомнительной возможность его осуществимости. Подобные свойства обычны для разработок, использующих электрическую аэрокосмическую тягу, и, до некоторой степени, характерно и для настоящего изобретения. Тем не менее, следует отметить, что заметная тяга в форме аэродинамического градиента давления или подъемной силы до 15 кг/фут² или более внешней области электродов, как утверждается, может быть получена в вышеупомянутом устройстве при использовании асимметрических электродов или комплекта электродов, что является более привлекательным, чем использование комплекта электродов или электродных сборок примерно одинакового размера (как это делается в настоящем изобретении), что таким образом представляет однородную в поперечном сечении проводимость электронного разряда.

В опубликованной международной заявке WO №85/03053 предлагается летательный аппарат, основное сходство которого с настоящим изобретением состоит в том, что он использует полое кольцевое летательное колесо, которое обеспечивает гироскопическую устойчивость и опоясывает относительно неподвижную кабину и/или зону с полезной нагрузкой. Упомянутое устройство, таким образом, обеспечивает также свободные средства перекатывания к центру и стабилизацию летательного колеса или ротора внутри дискового корпуса, и рассматривает возможности маневрирования горизонтальным полетом и/или управления направлением достигается изменением локального углового ускорения ротора, как это делается в настоящем изобретении.

Вышеупомянутое устройство, однако, основано на сомнительной концепции, состоящей в том, что очень большой угловой момент вращающегося летательного колеса способен некоторым образом компенсировать потенциальную энергию гравитации и что весь вес устройства может таким образом быть скомпенсирован. Вертикальная подъемная сила должна быть обеспечена для упомянутого устройства с помощью средств атмосферного теплового воздушного потока, и никаких средств электрического разряда не подразумевается использовать для создания подъемной силы или тяги.

Устройство по патенту UK #2312709 представляет собой летательный аппарат, который имеет форму диска или тарелки и который имеет центральный осевой штыревой электрод и окружающий кольцевой электрод на расстоянии, так что электрическая дуга может развиться между электродами, чтобы либо воспламенить топливо, проходящее через сопла, либо сильно нагреть выходящий поток воздуха, образуемый с помощью вентиляторов. Таким образом, это устройство в действительности обеспечивает средства гибридного выхлопа или турбовентилятора для производства движущей тяги и использует прямой электрический разряд не как главный источник тяги, но для усиления тяги, образованной другими средствами. В связи с этим, упомянутое устройство должно работать только в газообразной атмосфере и/или содержать на борту запас воспламеняющегося топлива, ограничивающего радиус действия. Это устройство, однако, использует сильное магнитное поле для придания вращательного и упорядочивающего аспекта дуге разряда, тем самым вызывая более однородное распределение энергии поля дугового разряда, как это делается в настоящем изобретении.

В заключение можно отметить, что были изучены электрические, магнитные и механические свойства ряда аналогичных устройств, но ни одно из этих устройств не обеспечивает комбинации требуемых свойств для решения задачи, поставленной в настоящем изобретении. В связи с этим можно утверждать, что ни одно из этих устройств не раскрывает средств, позволяющих работать интенсивно в вакуумном пространстве без складирования на борту большой массы реактивных материалов для обеспечения тяги. Более того, ни одно из этих устройств не использует заряженный проводящий корпус, содержащий соответственным образом расположенные электроды и/или комплект электродов для создания и контроля асимметрического электродвижущего поля силы самого по себе без привлечения реактивной массы, как в газообразной диэлектрической среде, так и в вакууме космического пространства для получения движущего объекта, как это сделано в настоящем изобретении. Наконец, было обнаружено, что ни одно из вышеупомянутых устройств не может произвести такой тип полезного, создающего тягу поля, в таком виде, который позволяет осуществить более чем одну функцию, такую, как получение полезной термальной кинетической энергии и/или развитие потенциальной способности для связи.

Раскрытие изобретения

Объектом изобретения является бесщеточный электрический генератор с постоянными магнитами, который производит полезное высокоэнергетическое внешнее электродинамическое поле, или непрерывную квазикогерентную корону ПТ или дугу разряда с однородной плотностью тока, которые полностью окружают симметричную в форме диска машину с проводящим корпусом и образуют впоследствии сбалансированную двойную полутороидальную форму.

Изобретение включает в себя однородную компоновку стационарных якорей электромагнитов, которая может быть использована в группе для приложения глобальной упорядоченной силы к внешнему току разряда, который используется для блокировки образования концентрированного дугового стриммера, или канального эффекта, и, таким образом, для помощи в получении электродинамического поля, квазикогерентного по своей природе. Сборка якорей электромагнитов в данном генераторе, работающей одновременно в группе, также отдает часть требуемого входного вращающего момента машины на токонесущую вращающуюся сборку.

Предметом изобретения также является высоковольтный генератор с постоянными магнитами, где главное напряжение ПТ, образованное в его вращающихся катушках, электростатически прикладывается к проводящей роторной сборке, с использованием наклонного скоса вакуумной трубы, так что вторичная корона ПТ или ток дугового разряда возникает в разных местах корпуса и на порядок выше величины рабочего тока через упомянутые катушки.

Вышеупомянутый генератор высокого напряжения согласно изобретению имеет корпус или каркас, который разделен на отдельные отрицательно заряженные (эмиттерные), нейтральные и положительные (коллекторные) секции, так что непрерывный внешний поток такого разрядного тока лучше всего создается и поддерживается внутри с помощью ближайшего ротора; и, когда это возможно, средства для циркуляции одной или более форм жидкого охладителя через одну или более упомянутых секций корпуса могут использоваться для получения большого количества отбираемой тепловой энергии (производимой из такого разрядного тока), предназначаемой для производства большого количества электроэнергии и/или дистиллированной обессоленной воды. Заявленный генератор электродинамического поля обеспечивает также заметный и практически значимый уровень произведенной электрически тяги, которая может быть получена в виде изменяемой, не изометрической по природе и поэтому образующей направленную реактивную струю с помощью избирательного контроля (i) сопротивления бесщеточных электрических связей между положительными секциями корпуса и ближайшим токонесущим ротором и/или (ii) выходного магнитного потока различных якорей электромагнитов.

Генератор ультравысокоэнергетического поля согласно изобретению представляет уникальное и одновременно практическое средство получения переменного электромагнитного и/или гравиметрического сигнала, с помощью которого полезная информация может передаваться и получаться подобными же отдельными устройствами для дальнейшего поддержания эффектов, связанных с внешним электродвижущим полем устройства. Отношение упомянутого полевого эффекта к теории квантовых флуктуаций в вакууме, которое изучается в настоящее время, может сделать возможным изобретение сигнала, имеющего необычный характер, рассматриваемый ниже.

В любом случае, описанный генератор электродинамического поля может иметь различные размеры и может найти широкий сбыт за счет своих уникальных свойств, удовлетворяющих нужды потребителей, может управляться как в газообразной диэлектрической среде, так и в космическом вакууме и может включать дополнительные механические, электрические и/или электронные свойства на/или внутри его корпуса для решения поставленной задачи.

В соответствии с предпочтительным способом осуществления изобретения, вначале предлагается плоский кольцеобразный сегментированный ротор с повышенной проводимостью, которая является емкостной по природе и реализуется с помощью специальным образом спаренных электродных колец.

Серии тороидальных генерирующих катушек большого среднего радиуса по сравнению с радиусом поперечного сечения, чередующиеся с емкостными кольцевыми парами, также добавляются к ротору. Составная сборка ротора затем монтируется в положении, позволяющем поворот внутри секционного проводящего корпуса. Потенциальная энергия, заключенная в поле кольцевой формы стационарных постоянных магнитов, которые скомпонованы в концентрические, круговые наборы внутри корпуса, используется для электрической поляризации ротора поперек его радиальной кольцевой ширины с помощью "главного" напряжения ПТ, созданного относительным радиальным вращательным движением колец и магнитов. Таким образом, поляризованный ротор электрически связан с одной стороны (наряду с положительным внутренним периметром) с двумя аксиально центрированными коллекторными секциями корпуса с помощью электростатической индукции через систему параллельных в плоскости электродных элементов, и, с другой стороны (наряду с отрицательным внешним периметром) с двумя радиально-периферийными эмиттерными секциями корпуса поперек вакуумной камеры пространственного заряда. Последующая передача и хранение роторного электрического заряда между соседними секциями корпуса с противоположным зарядом приводит к появлению более высокого «вторичного» напряжения, появляющегося поперек вставленных нейтральных секций и непрерывного ультравысокоэнергетического постоянного тока разряда рядом с корпусом снаружи и поперек ротора внутри.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение проясняется описанием вариантов его осуществления со ссылками на фигуры сопровождающих чертежей, в числе которых:

Фиг.1 изображает вид в разрезе сбоку предмета изобретения и принципиальной работающей структуры, состоящей из роторной сборки, а также смонтированных на раме элементов.

Фиг.2 - вид в разрезе сверху 30-ти градусного радиального сектора этойже работающей структуры.

Фиг.3 - вид сбоку симметрического корпуса или конфигурации оболочки.

Фиг.4 - вид сверху или снизу конфигурации тогоже корпуса/оболочки.

Фиг.5 - конструкцию малого радиального сектора, вид сверху, и детали сегментов ротора, изоляторов внутри сегмента, и полевых эмиттеров.

Фиг.6а и 6b изображают вид сбоку и сверху, соответственно, проводящих эмиттеров роторного поля.

Фиг.7 изображает упрощенную схему электродного набора 2-х «главных индукционных колец» по отношению к роторной электрической цепи.

Фиг.8 - схему цепи одной симметрической половины основного источника питания на стадии «одноступенчатой» конструкции ротора.

Фиг.9 - схему одной симметрической половины того же источника питания на стадии «трехступенчатой» конструкции ротора.

Фиг.10 - схему цепи контроля напряжения поля системы.

Фиг.11 - упрощенную диаграмму огибающей электродинамического поля вокруг вида сбоку на корпус/оболочку согласно изобретению.

Фиг.12 - диаграмму по Фиг.11 с добавлением линий, изображающих векторы электрического и магнитных полей, образующих ту же огибающую электродинамического поля.

Фиг.13 - вид сбоку или снизу, соответствующий виду сбоку согласно Фиг.12.

Фиг.14 - вид сбоку или снизу радиального сектора нейтральной секции оболочки, показывающей конструкцию системы транспортировки охлаждения и/или подогрева корпуса.

Фиг.15 - деталь предпочтительной конструкции, дополняющую центральный роторный сегмент сборки роторного привода.

Фиг.16 - схему стационарной цепи питания якоря.

Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

Предлагается генератор электродинамического поля (ЭП). Главная проблема при решении задачи, лежащей в основе настоящего изобретения, связана с генерированием и поддержанием многомегавольтной разности потенциалов поперек наружного секционального корпуса, которая нейтрализуется с задержкой из-за неконтролируемого постоянного дугового разряда. Первая часть этой проблемы связана с тем, что невозможно получить напряжение такого типа непосредственно внутри традиционной конструкции генерирующих катушек, поэтому напряжение, приложенное к заряженным секциям корпуса, должно быть получено специальными электростатическими методами. Во-вторых, разрядный ток должен быть получен и передан внутри таким способом, чтобы: (i) только небольшая часть его, в действительности, передавалась генерирующими катушками (в пределах их очень ограниченной проводимости, по сравнению с ротором); и (ii) положительные и отрицательные секции корпуса заряжаются быстрее, чем разряжаются, пока устанавливается большая разность потенциалов равновесного поля, которая соответствует сумме приблизительно равного напряжения положительной и отрицательной секции корпуса.

Определив, таким образом, суть всей проблемы, лучше всего, видимо, рассмотреть и объяснить способы ее разрешения в обратном порядке. Принципиально важно понять, что конфигурация корпуса предложенного генератора ЭП демонстрирует существенную статическую емкость, несмотря на его необычную геометрию, имея в виду тот факт, что положительная и отрицательная секции его корпуса имеют почти равную площадь поверхностей. Это простое требование имеет два очень важных последствия: (i) напряжение поперек корпуса будет достигать значения, соответствующего равным положительному и отрицательному потенциалам, основываясь на отсутствии фиксированного земляного эталона благодаря наведенной плотности заряда, который достаточен для создания постоянной утечки тока между секциями корпуса с противоположной полярностью; и (ii) ток утечки между секциями корпуса с противоположной полярностью будет стремиться достичь относительно однородного сечения и плотности тока в ответ на предсказуемость уровня неоднородности плотности пространственного заряда между непараллельными, но имеющими равную площадь поверхности "пластинами". Таким образом, можно определить, используя традиционные формулы, какой электрический заряд должен быть снят с положительной секции корпуса и накоплен в балластных емкостях для установления плотности положительного заряда, соответствующего желаемой разности потенциала корпуса или оболочки.

Генератор выполнен с возможностью зарядки указанных положительных секций корпуса (снимая с них собственные электроны), производимой существенно быстрее, чем таким образом созданный заряд нейтрализуется разрядом короны или дугой с отрицательных секций корпуса. Поскольку электроны разрядного тока в конечном итоге достигнут времени перехода, близкому к нулю, это, в свою очередь, означает, что на один вольт напряжения будет сниматься больше отрицательного заряда с положительных секций с использованием системы возбуждения поля, которая состоит из "главных электродных сборок" и затем этот заряд должен быть доставлен к отрицательным секциям через вакуумную камеру, используя относительно массивные, смонтированные на роторе, эмиттеры поля.

Может показать, что разность потенциалов упомянутых главных сборок будет стремиться быть равной и противоположной в работе разности потенциалов поперек вакуумной камеры, частично из-за принципа экранирования Фарадея, а отрицательное напряжение "пластин" емкостного корпуса будет естественно стремиться к численному равенству с положительными секциями за счет электростатической индукции. Следовательно, основные стационарные катоды, эмиттирующие электроны, которые связывают положительные секции корпуса с ротором, будут иметь гораздо меньшее значение работы выхода (и более высокую эмиссию), чем вращающиеся элементы, эмиттирующие электроны, связывающие ротор с отрицательными секциями корпуса. Этот критерий достигается с помощью насыщения торием этих катодов (для стимулирования эмиссии) и не насыщением эмиттеров роторного поля.

Данное отношение описывает то, что инженеры-электрики называют «непрерывный перепад заряда», что соответствует этим двум наборам компонент, работающих при одинаковых по абсолютной величине, но противоположных по знаку зарядных напряжениях, и отношение их электронных эмиссионных способностей будет определять максимальное значение этого отношения, при котором упомянутое вторичное напряжение поля (по внешнему корпусу) может предположительно превышать таковое на стационарных внутренних электродных сборках. Это отношение будет в дальнейшем называться "коэффициент увеличения первичного напряжения", и концепция непрерывного перепада заряда, так же как ее отношение к вышеупомянутому коэффициенту напряжения, будет детально пояснена ниже. Важно отметить, однако, что это увеличение заряда должно быть поддержано наличием достаточной емкости балластных конденсаторов, что, как было отмечено раньше, обеспечивает необходимую величину электростатической индукции.

И, наконец, должен быть разработан метод получения максимально возможного первичного напряжения ПТ на роторе, насколько это может быть практически реализовано в принципиальной генерирующей системе устройства. Цепь «первичной энергетической системы» не должна проводить более, чем малую долю разрядного тока, вызванного таким образом. Чтобы сделать это способом, который не требует применения щеток, в данном изобретении используется техника напряжения отсечки электровакуумной лампы, когда первичное напряжение электростатически наводится на ротор между двумя наборами емкостных электродных кольцевых пар (в вакууме), но ток течет по этим смонтированным на роторе электродным сборкам, и с помощью основной генерирующей схемы минимизируется абсолютно за счет применения напряжения управляющей сетки, которое существенно отрицательно по отношению к соответствующим катодам.

При определенном относительном потенциале воздействие электростатической силы управляющей сетки на роторную цепь эмиттированных катодом электронов, достаточна, но полностью отсекает поток электронов ПТ через роторные индукционные сборки; в то же время первичное напряжение передается большим проводящим роторным сегментам, так что сравнительно большой зарядный ток между секциями корпуса с противоположной полярностью индуцируется и поддерживается на роторе, что в конечном итоге выражается в увеличенном вторичном напряжении и разрядном токе через корпус. Таким образом, генератора ЭП можно рассматривать как эквивалент добавочного напряжения ПТ, возбужденного электростатическим индукционным способом трансформатором переменного тока (добавочного напряжения переменного тока, возбужденного электростатическим индукционным способом).

Настоящее изобретение с учетом Фигур 1-4 представляет новую форму бесщеточного электрического генератора с постоянными магнитами для производства полезного улътравысокоэнергетического электродинамического поля, или непрерывной квазикогерентной короны ПТ, или коронного разряда с существенно однородной плотностью тока, и как таковой генератор включает в себя:

[A] плоский проводящий ротор (6), формируемый из большого количества металлических проводников или сегментов (14) и равного количества проводящих эмиттирующих электроны элементов, или эмиттеров (17) поля, радиально скомпонованных в кольцеобразную конструкцию летающего колеса, подобно деке или карусели, всех соединенных электрически параллельно с помощью тонкого электродного металлического кольца (68) вблизи положительного внутреннего периметра каждой из двух главных плоских поверхностей кольцеобразного летающего колеса, сформированного таким образом, и другого подобного колеса (22) вблизи наружного периметра каждого из таких плоских роторных поверхностей;

[B] принципиальную электрическую генерирующую систему, смонтированную на роторе и используемую для создания очень высокого первоначального напряжения ПТ внутри множества вращающихся тороидальных катушек (35) (40) (56) с помощью электромагнитной индукции равным количеством круговых сборок, круглых по форме стационарных постоянных магнитов (34) (39) (55), (которые расположены близко друг к другу и концентрически), так что внутренний первичный разрядный ток может возбуждаться между ротором (6) и электронным «эмиттерным кольцом» (47) корпуса (через пространство вакуумной камеры) (11), который на несколько порядков больше, чем рабочий ток полевых катушек;

[C] проводящий внешний корпус (1), разделенный на множество различных электрических секций: отрицательных (3) и положительных (5), которые могут заряжаться внутренним ротором с помощью электростатической индукции и/или первичным током разряда и внутри вакуумного индукционного отсека (12), на котором ротор (6) как агрегат, включающий генерирующие катушки, смонтирован с возможностью вращения;

[D] множество индивидуальных систем электродных элементов, параллельных в плоскости (64)-(67), которые электрически связаны с поляризованным ротором за счет электростатической индукции между положительным внутренним периметром (внутри упомянутого вакуумного отсека (12)) и двух аксиально-сцентрированных коллекторных секций корпуса (5), и множество подобных индивидуальных систем электродных колец, параллельных в плоскости, смонтированных на роторе и/или радиальные электродные элементы, которые могут быть использованы для соединения основной части индивидуальных выходов напряжения ПТ вращающихся катушек поля в противоположную, последовательно-параллельную, поперек этой составной роторной сборки;

[Е] составную роторную сборку (6) как средство для переноса и емкостного накопления электрического заряда между секциями корпуса с противоположным зарядом (5) и (3) (которые примыкают к внутреннему и внешнему периметру ротора, соответственно), так что много большее вторичное напряжение появляется поперек встроенных нейтральных секций (4), приводя к непрерывному ультравысокоэнергетическому току разряда ПТ (рядом с корпусом снаружи), который также течет внутри через роторные сегменты (14) и распространяется на нейтральные части корпуса и между положительными секциями;

[F] большое количество стационарной электромагнитной арматуры (37) в однородной круговой компоновке, расположенной внутри нейтральной электрической области (4) корпуса, которая должна работать в принципе на различном напряжении ПТ, но которая может также использовать ограниченный импульсный переменный сигнал, и которая может работать в группе для передачи надлежащего вращательного магнитного векторного момента внешнему разрядному току, который подавляет образование концентрированного дугового стримера или канальных эффектов и, таким образом, помогает поддерживать этот ток квазикогерентным;

[G] принципиальную электрическую генерирующую (или главную энергоснабжающую) систему, работающую и использующуюся таким образом, что небольшое импульсное однонаправленное или переменное напряжение накладывается на высокоэнергетический роторный постоянный ток, а внешний разрядный ток приобретает некоторый коэффициент переменной мощности и используется для целей модуляции электродинамических характеристик внешнего поля во время нормальной работы и/или для целей исследования коммуникационных возможностей потенциального сигнала согласно изобретению, в связи с новыми постулатами квантовой физики высоких энергий и теории относительности.

В «одноступенчатой» реализации роторной электрической цепи генератора, предназначенной для использования в электрических и/или термальных применениях выходной энергии, любое такое малое переменное напряжение в роторной цепи получает только умеренное усиление первого уровня, подобно одной многоэлектродной вакуумной трубке.

На Фиг.1 показан разрез вида сбоку основной модели изобретения, проведенного по центральной оси круговой структуры. Показана только одна сторона конической периферийной части структуры; весь генератор симметричен относительно оси, вдоль которой произведен разрез показываемой секции. На Фиг.2 показан вид сверху в разрезе, который сделан сверху по «экватору», и показан только один 30-ти градусный радиальный сектор циркулярной структуры (остальные 330° являются идентичными). В каждом случае, идентичные номера используются для обозначения идентичных элементов. Фиг.3 и 4 показывают виды сбоку и сверху (или снизу) генератора (соответственно), изображающие внешний вид изделия и создаваемое им внешнее поле. Последующее обсуждение основной модели изобретения будет даваться со ссылкой на Фиг.1-4, если не указаны другие.

Вся конструкция изобретения находится внутри циркулярного кругового проводящего внешнего корпуса или оболочки (1), которая скошена от ее центральной линии (оси) к ее краю («экватору»). Две центральные, расположенные на одной базе сферические секции корпуса (5), будут заряжены положительно, обе их промежуточные конические, круглые по форме секции (4) будут нейтральными, а сходящиеся, наиболее удаленные, или периферийные кольцевые по форме секции будут заряжены отрицательно. Предпочтительно иметь равными площади поверхностей внешних (3) и внутренних (4) секций корпуса; специфические детали конструкции корпуса, или оболочки даны ниже.

Каждая из двух симметричных положительных секций (5) корпуса и положительные зоны оболочки должны быть разделены на равные по площади радиальные сектора (42), которые равны по количеству числу подобных секций, на которые разделена общая конструкция устройства. Таким образом, в предпочтительном исполнении генератора эти две положительные зоны (5), каждая из которых будет разделена на 36 таких секторов с изолированными верхом и низом, в сумме содержат 72 индивидуально контролируемые области разрядного коллектора. Сектора положительной зоны (42) совместно образуют то, на что в дальнейшем можно ссылаться, как на «полевой центр» устройства, и должны состоять из проводящих огнеупорных металлических или высокотемпературных конструкционных сплавов, таких как нержавеющая сталь #310. Эти положительные сектора разделены между собой изолирующими перегородками (43) из подходящих керамических материалов (таких, как кордиерит), и должны поддерживаться изолирующей подструктурой (не показано).

По крайней мере, один слой поверхности «нейтрального кольца» оболочки (46) будет также закреплен на раме корпуса и состоять из одного или более изоляционных керамических материалов (таких как кордиерит, цирконий и/или кезит). Упомянутые нейтральные слои оболочки могут применяться в форме пластин и/или плиток для помещения на неметаллические листы «деки» (не показаны отдельно), поддерживаемые балками суперструктуры (153). Этот настил и его поддерживающие балки предпочтительно составлены из графитовых композиционных материалов и будут иметь достаточно хорошую проводимость. Поэтому они должны быть изолированы от положительного полевого центра диэлектрическим буферным материалом (45) и от эмиттерного кольца (47) оболочки, состоящей из двух отрицательных корпусных секций (3), с помощью дополнительного диэлектрического буфера (50). Расположение нейтральных секций суперструктуры генератора показано в деталях на Фиг.14, как система охлаждающих труб или «термальных трубопроводов» (74)-(79) для поддержания в рабочем состоянии нейтральных секций оболочки (4) и суперструктуры, так же как и первичной энергетической системы, при приемлемой рабочей температуре. Система промежуточного теплообменника использует криогенный охладитель, такой как жидкий воздух или азот, когда ЭД-генератор работает в атмосфере для вывода термальной энергии, что будет детально объяснено ниже.

Отрицательные пластины оболочки, которые образуют каждую секцию (3) периферического эмиттерного кольца генератора (47), и на который ротор (6) направляет разрядный ток, образующий огибающую внешнего поля, должны состоять из высокочистого алюминия, покрытого медью и затем никелем для предотвращения коррозии в поле высокого напряжения и больших уровней тока. Примыкающие края прилегающих пластин должны быть приварены одна к другой и прикреплены к любой необходимой арматуре нейтральных секций оболочки, так чтобы высокий вакуум мог быть обеспечен в периферической камере (11). Индукционный отсек (12), заключенный между двумя нейтральными секциями оболочки (4), прилегает к периферийной или пространственной камере заряда (11) и таким образом откачан одинаково.

Способная выдерживать давление центральная камера (2), внутри корпуса (1), расположенная между двумя положительными зонами оболочки (5), находится в контрольной кабине генератора и ее загрузочной части, когда используется вариант аэрокосмического летательного аппарата. Внутренность (11)-(12) отрицательных (3) и нейтральных (4) секций (соответственно) герметизированы независимо и должны быть откачаны так хорошо, как это возможно для обеспечения эффективности различных вращающихся и стационарных электродных наборов и предохранения их от разрушения. Главный вакуумный отсек (155) и зарядные буферы (156) роторной вакуумной камеры показаны на Фиг.1.

Внутри откачанного индукционного помещения (12) корпуса (1) и вокруг центральной камеры (2) расположен составной роторный комплекс (6) в форме кольцеобразного плоского летающего колеса. В предпочтительном исполнении 180 индивидуальных проводников или сегментов (14) очень высокой токопроводимости встроены в ротор, как это будет показано ниже со ссылкой на Фиг.5, так же как подобное же количество внутрисегментных изоляторов или «разделителей» сегментов (16). Предпочтительным материалом для роторных сегментов является высокочистая медь, которая гарантировано свободна от кислорода, для противодействия образованию свободных радикалов кислорода при высоких рабочих температурах, что способствовало бы деградации характеристик различных электродных сборок и вызывало бы нежелательное увеличение температуры в вакуумной камере.

Внутренние концы роторных сегментов (14) и разделителей сегментов (16) соединены механически через удерживающую и изолирующую секцию с одним или более кольцевых приводов (8), которые движутся вокруг центральной апертуры роторного агрегата. Подходящая дополнительная изолирующая арматура (7), как детально описано в следующем разделе (и показано на Фиг.15), будет использоваться для обеспечения жесткого механического соединения сегментов и разделителей с кольцевыми приводами и соответствующими средствами движения, так что приводы и все проводящие компоненты такого привода электрически изолированы от находящихся под напряжением сегментов. Кольцевые приводы (8) могут быть задействованы одним или более ведущих колес или ведущих приводов (162), запитанных от мотора (9) или множества других таковых, которые могут быть различных типов (таких как электрические или гидравлические), заставляющие ротор вращаться вокруг центральной камеры (2). Ротор поддерживается вблизи его внешнего края двумя подшипниками (25), прикрепленными к корпусу суперструктуры и к ротору и имеющими несущие шарики (26), обеспечивающие свободное вращение.

Как можно видеть из Фиг.1 или 7, сегменты ротора электрически связаны с каждого конца с помощью сплошного внутреннего и внешнего электродных колец, а также в средних точках - посредством катодных индукционных колец (28) и анодных индукционных колец (61). Внутренние электродные кольца (68) составляют основные анодные элементы сборки индукционного кольца, как будет описано ниже. Каждое из внешних электродных колец (22) покрыто диэлектрическим слоем (23), который в свою очередь покрывается анодным кольцом (24), и каждая комбинация колец (22) и (24), отделенных диэлектрическим слоем (23), образует зарядную балластную емкость корпуса, функция которой детально будет раскрыта ниже. Индукционные анодные (29) и катодные (59) кольца используются для электростатической индукции отрицательных и положительных потенциалов на установленных на роторе кольцах (28) и (61) соответственно, электрически заряжая, таким образом, сегменты ротора, как будет детально описано ниже.

Фиг.5 отображает детальную информацию о строении ротора. Клинообразные керамические фрагменты или сегментные разделители (16), количество которых равно числу проводящих частей ротора (14), размещены равномерно между отдельными сегментами подобно периферийным эмиттерам (17) поля. Для формирования общей конструкции ротора, число сегментов, разделителей и эмиттеров поля должно быть одно и то же, желательно 180 штук. Функцией вышеупомянутых сегментных разделителей является не только изоляция сегментов и придание жесткости конструкции ротора, для предотвращения его деформации при повышенных температурах и вращении, но также и организации непроводящего фундамента для монтирования прочих компонент роторной сборки. Каждый керамический разделитель (16) прикреплен к соседним сегментам (14) с помощью огнеупорных связывающих слоев (15).

Двумя главными критериями при выборе керамического материала сегментных разделителей являются простота выработки, как, например, стали, и очень высокая физическая прочность, не требующая отжига. Эти критерии ограничили выбор практически одним веществом: силикатом магния (MgSiO₃). Образованный должным образом, этот материал можно подвергать фрезеровке, сверлению и нарезке, как и сталь (используя низкоскоростные нарезные инструменты с карбидом вольфрама), получая при этом прочность, как у прессованного фарфора. Такой материал готов к использованию после формовки и не требует закалки.

Последнее свойство очень важно, поскольку весьма трудно получить детали из обожженной керамики с точными пространственными параметрами, что необходимо в данном случае, а также исключает возможность появления в крупных отожженных деталях микротрещин, которые могут привести к разрушению детали при высокой центробежной нагрузке. Обработка поверхностей может быть осуществлена с помощью абразивной бумаги или шлифовального круга, поскольку очень важно, чтобы эти пористые детали в процессе производства и эксплуатации оставались абсолютно сухими, т.к. использование смазочных материалов может негативно отразиться на диэлектрических свойствах деталей. Силикат магния необходимой марки может быть получен от CeramTec NA под спецификацией CeramTec AlSiMag 222, рабочая температура которого превышает 1300°С. Изолирующие разделители (16) короче, нежели проводящие сегменты (14), и позволяют, таким образом, закрепить эмиттеры поля вне разделителей. Эмиттеры поля, таким образом, размещены вокруг внешней окружности роторной сборки, и должны быть выполнены из спеченного огнеупорного состава, такого как сплав вольфрама и меди, выбранного исходя из монтажных свойств и подверженности электрической эрозии. Как видно из Фиг.5, 6а и 6b, эмиттеры поля механически закреплены и связаны электрически с проводящими сегментами (14) посредством установочных выводов деталей (19), которые входят в соединительные отверстия, проделанные на концах сегментов. Эти эмиттеры сужаются, образуя закругленные вершины на остриях (20), которые образуют внешнюю окантовку ротора (как сборка). Основания же эмиттеров имеют брусковидную форму (18) для размещения точно напротив изоляционных разделителей (16). На верхней части Фиг.6b показано, что эмиттеры поля продолжают конус разделителей (16), слегка увеличиваясь в толщине от основания (18) до вершины (20). Проводящие сегменты (14), напротив, имеют постоянную ширину вдоль всей длины сегмента.

Общее описание главной системы энергоснабжения

Приводные и позиционирующие сборки ротора

Согласно Фиг.15, центрифугообразная, с разъемным корпусом несущая сборка, напоминающая своей вращающейся конструкцией диск карусели, может быть применена для жесткой подвески, центрирования или установки для вращения составной роторной сборки вдоль ее внешней окружности в пределах индукционной вакуумной камеры. И такая несущая сборка должна быть изготовлена из пригодного для сварки ненамагничивающегося металлического сплава и должна быть изолирована от электрически заряженных частей роторной сборки.

Вращающаяся несущая сборка может являться частью или быть приваренной к одному или более широкому металлическому кольцевому зубчатому колесу, которое может быть составлено из одинаковых частей (163) для облегчения конструкции и, в свою очередь, может запитываться, приводиться или динамически тормозиться одним или несколькими низковольтными, постоянного тока, мотор-генераторными блоком(ами) (161) (аналогичными использующимся в больших электрических цепях), и приводить в движение шестерни (162). Такие зубчатые колеса могут дополнительно быть поддержаны шестерней и сборками опорных подшипников (в случае необходимости - поэтому не изображено на Фиг.15). Такие мотор-генераторы (161) и упомянутые сборки опорных подшипников (если есть) должны быть отдельно и неподвижно прикреплены к соответствующей части корпуса.

Из Фиг.15, видно, что в приемлемом варианте конструкции внутренний конец каждого сегмента ротора (14) и сегмента сепаратора (16) расширяется наружу в стопорный веерообразный хвостовик. Эти веерообразные хвостовики закапсулированы и подготовлены для соединения в приводимую в движение сборку, с использованием системы: 1) теплоизолирующих внутренних (171) и внешних (173) керамических прокладок; 2) осевых (172) и радиальных (174) нейлоновых (или эквивалентных) амортизаторов; 3) керамических втулок (170) от смещения и заклинивания (175). Опорные веерообразные хвостовики, в свою очередь, зафиксированы в перемещаемую сборку двумя идентичными несущими конструкциями из стоек и деталей рамочного типа (168) и стопорных колец (167), используя: 1) крепящие кольцевые секции (164), каждая из которых имеет два кольцевых зубчатых колеса (165); соответственное количество кольцевых прокладок (165), каждая из которых имеет жесткую металлическую пластину (166); и нейлоновые (или эквивалентные) амортизаторы на скручивание (169). Приводные шестерни (162) позволяют 32 одинаковым и эквидистантным приводным мотор-генераторным блокам (161), которые установлены на нижнюю раму генератора (10), передавать крутящий момент (или крутящий момент на торможение) к роторной сборке, запуская все четыре шестерни (составленных из секций (163)), которые прикреплены к приводной роторной несущей сборке.

Для центрирования и стабилизирования составного ротора должны быть использованы сборки роликовых подшипников по внешней периферии в пределах индукционной вакуумной камеры, как легковыполнимая механическая альтернатива методам исключения трения в электромагнитных системах передвижения (типа поездов на магнитной подвеске), которые намного сложнее. Такие сборки роликовых подшипников могут включать в себя две пары стационарных и вращающихся, с круговой канавкой, каналов (25) вдоль внешней периферии сборки составного ротора, а также соответствующее количество шариковых подшипников (26), включая средства распределения одинаковых шариков. И эти подшипниковые сборки могут быть составлены из ненамагничивающихся нержавеющих стальных и/или специальных керамических подшипников (таких, как нитрид силикона (Si₃N₄)), которые могут работать без смазки в условиях высокой температуры и сильного электрического поля.

Ротор и связанные с ним элементы

Имеется множество электрических элементов, привязанных к основной структуре ротора, которые вращаются с сегментами, сепараторами и излучателями поля как составная сборка. Ясно, что конструкции, установленные на роторе и взаимодействующие с ним, расположены симметрично сверху и снизу экватора устройства, а также непрерывно или периодически вокруг устройства в площади сегментов ротора. Так что описание элемента, находящегося в одной точке над ротором, также применимо к схожим элементам под ротором и вокруг него. Согласно Фиг.1 и 2, и трехступенчатому варианту изготовления изобретения как аэрокосмического аппарата (как схематически показано на Фиг.9), следующие элементы средств вырабатывания электричества установлены на кольцевом роторе. Начиная с внешней окружности ротора и двигаясь внутрь и, для каждой конструкции, начиная с ротора и двигаясь от периферии к центру, этими элементами являются:

а) конденсатор балласта, включающий в себя отрицательный кольцевой элемент (22), прикрепленный прямо к ротору, прикрепленный там же слой диэлектрика (23), и положительный кольцевой элемент (24);

б) подшипниковый канал (25), в пределах которого шариковые подшипники (26) крутятся между двумя идентичными половинами канала - одна на роторе, и одна, установленная на стационарной конструкционной раме аппарата. Канал (25) и шариковые подшипники (26) поддерживают ротор по периферии и являются чисто механическими средствами, не относящимися к электрической части изобретения;

в) кольцевая сборка диодов для наведения напряжения, выполненная в виде катодного кольца (28), которое установлено и электрически подсоединено к сегментам ротора (14), и анодного кольца (29), которое прикреплено плоскопараллельно к катодному кольцу (28) и изолировано от него конструкцией из изолирующих штырей, штифтов или скоб в или на сепараторах сегмента (16). И хотя получившаяся комбинация может показаться 2-элементной или электровакуумной диодной конструкцией, это скорее «холодный» плоскопараллельный конденсатор большой емкости и со значительной проводимостью переменного тока, что дает незначительную утечку тока из цепи постоянного тока;

г) внешняя катушка электромагнита (35), намотанная спиралевидно и поддерживаемая на сплошном остове или на структурном каркасе, который желательно должен быть не ферромагнетиком (не показано). Желательно иметь две обмотки на каркасе, которые вместе составляют такую катушку, как будет показано ниже, и, как показано на Фиг.9, - большая часть или обмотка возбуждения (81) и меньшая часть или обмотка подмагничивания (82);

д) внешняя триодная кольцевая сборка для передачи напряжения, выполненная в виде катода (30), элемента управляющей сетки и (31), и анодных колец (32) или элементов, прикрепленных плоскопараллельно или радиально-концентрически над сегментами ротора (14) и изолированных от них и друг от друга простой конструкцией (с использованием изолирующих штырей, штифтов или скоб) в или на сепараторах сегмента (16). Это комбинация также включает в себя электровакуумную триодную структуру с контролируемой переменной проводимостью переменного тока;

е) центральная катушка электромагнита (40), намотанная спиралевидно и поддерживаемая на сплошном остове или на структурном каркасе, как уже было описано. Снова имеется две обмотки на каркасе, как будет показано ниже в разделе о цепях, и, как показано на Фиг.9, - большая часть или обмотка возбуждения (83) и меньшая часть или обмотка подмагничивания (84);

ж) внутренняя триодная кольцевая сборка для передачи напряжения, выполненная в виде катода (51), элемента управляющей сетки (52), и кольцевых анодов (53)илиэлементов, прикрепленных плоскопараллельноили радиально-концентрически над сегментами и изолированных от них и друг от друга конструкцией(ями), описанной выше. Эта комбинация также включает в себя электровакуумную триодную структуру с контролируемой переменной проводимостью переменного тока;

з) внутренняя катушка электромагнита (56), намотанная спиралевидно и поддерживаемая на сплошном остове или на структурном каркасе, как уже было описано. Снова имеется две обмотки на каркасе, как будет показано ниже в разделе о цепях, и, как показано на Фиг.9, - большая часть или обмотка (85) возбуждения и меньшая часть или обмотка подмагничивания (86);

и) триодная кольцевая сборка для наведения напряжения, выполненная в виде анодного кольца (61), которое установлено и электрически подсоединено к сегментам ротора (14) как и анодное кольцо (59), и кольцо элемента управляющей сетки (60), которое плоскопараллельно подсоединено к анодному кольцу (61) и изолировано от него и от других вышеупомянутыми конструкциями. Эта комбинация также включает в себя электровакуумную триодную структуру с контролируемой переменной проводимостью переменного тока;

к) первичное индукционное анодное кольцо (68), которое также установлено и электрически подсоединено к сегментам ротора (14) и представляет собой положительный элемент стационарной плоскопараллельной электродной системы, используемой для индуцирования внешнего поля; и

л) кольцевое зубчатое колесо (8) или другие соответствующие средства для вращения ротора приводным механизмом.

Катушки электромагнитов

Согласно Фиг.1, катушки электромагнитов (35) (40) (56), которые включают в себя основную вращающуюся часть первичных средств генерирования напряжения постоянного тока, выполнены в виде проводящего изолированного обмоточного провода, многослойно тороидально намотанные на сердечник (не показано), чья проницаемость должна быть по возможности уменьшена. И главные части выхода напряжения постоянного тока с трех катушек, каждая из которых включает две одинаковые группы таких - одна над гранью ротора и одна под нею - последовательно соединены с помощью множества индивидуальных систем вращающихся плоскопараллельных кольцевых электродов (или как альтернатива - систем модульных радиальных электродных элементов или труб). Количество витков обмотки, включающей в себя каждую из катушек, должно быть максимально.

Как более детально изображено на Фиг.8, каждая из катушек может иметь составную структуру обмотки или включать в себя две или более независимые части генерирования напряжения, где вся или только основная часть катушки составляет обмотку возбуждения (81) (83) (85) или главную часть обмотки генерирования напряжения постоянного тока катушки как целого, и главную часть обмотки или обмотки возбуждения катушки, включающей в себя каждую из упомянутых групп, могут быть составлены последовательно одна за другой посредством прямого физического соединения в реализации одноступенчатого ротора генератора. Каждый двух из таких наборов трех обмоток возбуждения, таким образом составленных, потом соединяются на соответствующих сторонах ротора между анодным резистором (91) анодного кольца (29) диодной сборки и внутренним катодным кольцом (59) три одной сборки, учитывая соответствующие условия назначения полярности.

Оставшаяся меньшая часть обмотки (если таковая имеется) каждой из катушек может включать в себя одну или более независимую обмотку подмагничивания и/или управляющую обмотку(ки), или вторичную часть обмотки генерирования напряжения постоянного тока катушки как целого, с самой большой вторичной обмоткой, если одна из них составляет контрольную обмотку намагничивания. Как показано на Фиг.8 и 9, одна такая обмотка подмагничивания (82) (84) (86) используется в каждой катушке и расположена непосредственно на схемах. В реализации одноступенчатого ротора на Фиг.8 эти обмотки подмагничивания также соединены последовательно одна за другой между внутренним катодным кольцом триодной сборки (59) и соответствующим сеточным резистором (90) управляющей сетки той же сборки (60), с отрицательным концом каждой из обмоток подмагничивания, направленным к упомянутому сеточному резистору.

В трехступенчатой реализации Фиг.9, обмотка возбуждения каждой из упомянутых катушек соединена последовательно между анодным резистором (92), присоединенным к анодному кольцу внешне расположенной электродной системы, смежной с этой катушкой и катодному кольцу внутренне расположенной электродной системы, смежной тоже. Необходимо учитывать соответствующие условия назначения полярности. Обмотки подмагничивания каждой из упомянутых катушек соединены между элементом катода (30) (51) (59) внутренне лежащей электродной системы и сеточным резистором (90), присоединенным к отрицательной управляющей сетке (31) (52) (60) (соответственно) той же электродной системы, учитывая условия назначения полярности, такие как упомянутая обмотка подмагничивания соединена параллельно с катодным кольцом или элементом этой электродной системы и, следовательно, может давать напряжение смещения переменного и/или постоянного тока.

Вращающаяся сборка электродов

Сведения о конструкции и методы эксплуатации электровакуумных приборов используются для вытеснения основной части постоянного выходного напряжения каждой группы комбинированной последовательности электромагнитных катушек генератора во встречно-параллельном включении (включая две одинаковые схемы обмоток подмагничивания или роторных участка цепи), чтобы сегменты ротора стали электрически поляризованы, хотя ротор не считается элементом под равномерным напряжением пока конечный ток цепи первичной системы электроснабжения не будет установлен против добавочной емкости и высокого напряжения смещения нескольких электродных систем, установленных на роторе.

Две пары специальных кольцевых электродов большой емкости (22) (24), разделенных диэлектрической средой (23), прикреплены к поляризованному ротору (6) около отрицательной внешней окружности и снабжаются положительным выходным первичным напряжением постоянного тока генератора, для хранения (накопления) определенного количества балластного электронного заряда, который необходим для появления желаемого много большего вторичного напряжения поперек нейтральных участков корпуса (это дает статическую емкость и поверхностную плотность заряда как одну (одинаковую) характеристику корпуса).

Конструкция и эксплуатационные методы электровакуумных приборов могут быть использованы для индуцирования и/или модуляции существенного постоянного анодного тока намагничивания любого или всех вращающихся плоскопараллельных и/или радиальных электродных систем или «сборок», применявшихся в данном изобретении. Каждая вращающаяся трехэлектродная система или триодная сборка должна быть сконструирована так, чтобы она показывала минимальный конструкционный коэффициент усиления (μ), равный 4,0, относительно любого напряжения переменного тока или сигнала, присутствующего в ее электрической схеме и в зависимости от относительного расстояния между электродами.

Конструкция и методы эксплуатации электровакуумных приборов, кроме того, могут быть использованы для индуцирования, модуляции и/или усиления малого импульсного постоянного или переменного напряжения на высокоэнергетическом постоянном роторном токе, и поэтому также на токе огибающей поля, также как способ, с помощью которого электродинамическое поле, производимое генератором, потенциально может быть использовано (в форме антенны) в целях передачи и получения различных электромагнитных и/или гравиметрических резонансных сигналов с частотным кодированием к себе или от себя или отдельного схожего прибора (в зависимости от обстоятельств).

Рассматривается, что один из возможных типов коммуникационных сигналов, который можно исследовать с помощью EDF генератора соединит электрическую, магнитную и гравитационную силы, чтобы использовать волновую механику вакуумных флуктуаций (ΔE_q/Δt) квантового потенциала, которые, как полагают некоторые физики теоретики, должны распространяться со скоростью с² с учетом равномерного действия гравитации и энтропии в двух пространственно-временных континуумах, которые совпадают, но абсолютно не сфазированы. В предположении, что квантовая теория гравитации верна, задержка передачи гравиметрически спаренного ЕМ сигнала с такой волновой скоростью будет составлять 105 с в световой год.

В любом случае, нужно отметить, что роторные переходные трансформаторы связи, которые изображены на Фиг.1 и 9 (но не изображены на Фиг.2), будут использованы в предпочтительном трехступенчатом исполнении и прикреплены непосредственно над вращающимся диодом и передающими триодными сборками ((28)-(29), (30)-(32), и (51)-(53) соответственно. Эти трансформаторы могут предпочтительно иметь форму сплошных тороидальных катушек на сердечниках из порошкового железа (феррокарт) или немагнитных (как катушка электромагнита), имея однослойные первичные и вторичные обмотки или одну, или больше пар сбалансированных тороидальных дугообразных катушек и сердечников подобной структуры, которые равномерно распределены над упомянутыми вращающимися сборками. Каждый трансформатор (89) использует два разделительных конденсатора постоянного тока (88). Можно понять, обратившись к Фиг.8 и 9, что каждая обмотка подмагничивания или их последовательная группа, связанная с ним триодная сборка, и соответствующий выходной анодный резистор (91) или (92) вместе составляют один каскад усиления любого сигнала переменного напряжения, который может присутствовать на сеточном резисторе этого триода (90), как входной сигнал. Таким образом, электромагнитные волны той или иной формы снаружи внешнего поля, созданного генератором, могут быть обнаружены по их влиянию на колебания тока формирования поля и усилены внутри прибора (когда последний используется в качестве аэрокосмического аппарата).

Взаимодействие ротора и элементов, установленных на раме

Магнитные кольца

Множество кольцевых сборок постоянных стационарных магнитов включает в себя стационарное количество первичных средств генерирования напряжения постоянного тока, и каждый такой магнит имеет форму С-образного кольца, составленного из круглой осевой колодки из металлического ферромагнетика, который демонстрирует очень высокую остаточную индукцию (такой, как сплав, известный как Алнико (Alnico)). Количество отдельных магнитных колец, составляющих каждую сборку, должно быть в общем случае максимизировано (в пределах разумного). Каждая магнитная сборка имеет жесткий круглый кольцеобразный немагнитный сердечник (не показано), который приблизительно имеет меньший диаметр, равный внутреннему диаметру составных колец, так что кольца могут быть на него натянуты как бусы на нитку.

Согласно Фиг.1 и 2, каждая из сборок магнитных колец (34) (39) (55) может быть установлена в секции, количество которых может быть равно количеству одинаковых секций, на которые поделена вся структура устройства. Вращающиеся катушки электромагнитов (35) (40) (56), связанные с каждой из этих кольцевых сборок магнитных колец, должны быть соответственно концентрическими и смежными. Они должны быть размещены на аксиальных и радиальных осевых линиях магнитных зазоров в составных кольцах сборки. По мере выработки энергии эти кольца, возможно, будут нуждаться в периодической замене.

Максимальная длина магнитного зазора каждого С-образного магнитного кольца должна быть несколько больше, чем малый внешний диаметр соответствующей катушки, и приблизительно равен или чуть меньше, чем внутренний диаметр магнитного кольца. Эти магнитные зазоры кольца ориентированы горизонтально, хотя также могут быть ориентированы вертикально, если это необходимо. Каждое магнитное кольцо должно быть установлено в пределах общей структуры корпуса устройства так, чтобы сравнительно тонкая аксиально-поляризованная пластина из долговечного высококоэрцитивного ферромагнетика (такого, как спеченный феррит (ВаО·6Fе₂O₃)) была расположена в центральном углублении кольцевого магнита, чтобы магнитный полюс пластины был противоположен полюсам других полей для предотвращения или уменьшения утечки магнитного потока. Эти дополнительные компоненты могут быть легко установлены посредством введения в соответствующий щелевой зазор каждой из описанных сердцевин. Такие компоненты желательно использовать в больших устройствах. Последующие элементы принципиальных средств выработки электричества размещены концентрически вокруг индукционной вакуумной камеры, но прочно установлены в пределах конструкции аппарата и не вращаются с роторной сборкой. Они описываются, начиная с внешней окружности аппарата по направлению к центру, как показано на Фиг.1 и 2, и описание элемента, находящегося в одной точке над ротором, также применимо к схожим элементам под ротором и вокруг него:

а) стационарная половина канала шарикоподшипников (25);

б) внешняя сборка (34) постоянных стационарных магнитов, которая будет установлена на немагнитном сердечнике и будет включать в себя максимум 900 таких магнитных колец, эквидистантно расположенных вокруг конструкции аппарата;

в) круговая группа стационарных якорей электромагнита (37) или сборка «катушек переменной индуктивности (вариометров)», которые используются для передачи вращающейся напряженности магнитного поля к внешнему разрядному току и внутренней роторной сборке. Каждая сборка включает в себя максимум 180 таких якорей, и должна быть расположена по центру нейтральной области корпуса, чтобы якоря были аксиально параллельны к оси вращения ротора;

г) центральная сборка (39) постоянных стационарных магнитов, которая будет установлена на немагнитном сердечнике, и будет включать в себя максимум 720 таких магнитных колец, эквидистантно расположенных вокруг конструкции аппарата;

д) внутренняя сборка (55) постоянных стационарных магнитов, которая будет установлена на немагнитном сердечнике, и будет включать в себя максимум 576 таких магнитных колец, эквидистантно расположенных вокруг конструкции аппарата;

е) стационарное анодное кольцо (58), смежное и плоскопараллельно расположенное к вращающемуся катоду (59) внутренней индукционной сборки триодов, который вырабатывает индуцированное позитивное напряжение для цепи управления, показанной на Фиг.10.

На Фиг.8 и 9 показаны два варианта конструктивного исполнения первичной системы электроснабжения. «Система индуцирования поля» или конструкция стационарных плоскопараллельных электродов, используемая для индуцирования внешнего поля являются на практике одинаковыми системами. И система контроля напряжения, изображенная на Фиг.10, может использоваться с любым из вариантов. Простая система одноступенчатого ротора, изображенная на Фиг.8, в основном предназначена, в зависимости использования генератора ЭДП, для вырабатывания электроэнергии или тепла. Последний вариант возможен при использовании жидкого внутрикорпусного теплоносителя, циркулирующего через первичные тепловые каналы (48) (как показано на Фиг.1), которые окружают резисторы в цепи возбуждения (63). Два теплообменных или главных эксплуатационных коллектора (не показано) будут обеспечивать наземную поддержку генератору от дополнительных средств, в зависимости от значимости электрического или теплового выхода от такого генератора. Каждый коллектор подсоединяется непосредственно к центральному круговому единичному сектору одной или двух позитивных зон корпуса. Каждый из этих двух центральных секторов (44), один или любой из двух представлены на Фиг.4, должны быть в этом случае составлены их непроводящего материала.

Описание схемы (цепи) первичной системы электроснабжения

Согласно Фиг.8, соответствующие внешние, центральные и внутренние обмотки возбуждения (81) (83) (85) соединены последовательно, и таким образом генерируемое напряжение прикладывается к катодному кольцу (59) внутренней индукционной сборки триодов и через анодный резистор (91) к анодному кольцу (29) внешней индукционной сборке диодов и анодному кольцу (24) конденсатора балласта. Соответствующие внешние, центральные и внутренние обмотки подмагничивания (82) (84) (86) также соединены последовательно, и генерируемое ими напряжение прикладывается между катодным кольцом (59) внутренней индукционной сборки триодов и через сеточный резистор (90) к управляющей сетке (60) того же массива. Это определяет электрическое подсоединение контрольной сетки к катоду как параллельное.

Количество витков обмотки подмагничивания (82) (84) (86) и значение сопротивления сеточного резистора (90) выбираются с возможностью прикладывания напряжения смещения к управляющей сетке (60) так, чтобы внутренняя индукционная сборка триодов была намагничена до запирания. Это приводит к высокому напряжению, индуцированному сегментами ротора (14), между внешним индукционным катодным кольцом (28) и внутренним индукционным анодным кольцом (61), но при очень низком последовательном токе в катушке из-за близкого к запиранию тока в сборке триодов. Ожидается, что напряжение на сегменте ротора между двумя этими кольцами будет приблизительно 8000 вольт для четырехфутового в диаметре прототипа, или по 2000 вольт на фут диаметра корпуса. Также ожидается, что последовательный ток в катушке будет ограничен до нецелочисленного значения в малых устройствах и одноразрядного в больших устройствах.

В варианте конструкции, представленном на Фиг.9, изображена трехступенчатая роторная системы, которая намного лучше при использовании генератора в аэрокосмических аппаратах. Такой вариант позволяет детектировать и усиливать сигналы энергии/волновых функций, поступающих извне аппарата.

В этом варианте конструкции, вместо обмоток возбуждения (81) (83) (85), соединенных последовательно, используется промежуточная конструкция из электровакуумных триодов для получения эффекта непрямого последовательного соединения между упомянутыми обмотками возбуждения. Таким образом, генерируемое напряжение прикладывается к катодному кольцу (59) внутренней индукционной сборки триодов и через анодный резистор (90) к анодному кольцу (29) внешней индукционной сборки диодов и анодному кольцу (24) конденсатора балласта. В данном случае обмотки подмагничивания (82) (84) (86) используются для обеспечения независимым напряжением смещения управляющих сеток (31) (52) (60) внешней, внутренней и центральной сборки вращающихся триодов, соответственно, параллельно с их катодами.

Как и при описании одноступенчатого ротора, количество витков обмотки подмагничивания (82) (84) (86) и значение сопротивления сеточного резистора (90) выбираются с возможностью прикладывания напряжения смещения к управляющей сетке (60) так, чтобы внутренняя индукционная сборка триодов была намагничена до запирания. Это приводит к высокому напряжению, индуцированному сегментами ротора (14), между внешним индукционным катодным кольцом (28) и внутренним индукционным анодным кольцом (61), но при очень низком последовательном токе в катушке из-за близкого к запиранию тока в сборке триодов. Ожидается, что напряжение на сегменте ротора между двумя этими кольцами будет приблизительно 1500 вольт на фут диаметра аппарата. Стационарные анодные кольца (58) и все вращающиеся электродные кольца за исключением первичных анодных колец (68) должны быть составлены из немагнитного никелевого сплава (такого как Inconel 600). Все вращающиеся провода управляющей сетки должны состоять из сплава, известного как нихром. Вращающиеся катоды могут быть сделаны из умеренно торированного вольфрама, в случае необходимости в малых значениях тока главной системы энергоснабжения постоянного тока, если рассмотренные значения тока «тихого разряда» неудовлетворительны. В частности, это возможно в трехступенчатом варианте конструкции, где желательно усиление малого сигнала напряжения переменного тока для коммуникационных целей. Для изготовления штырей, штифтов и скоб, поддерживающих различные вращающиеся электроды, может быть использован керамический материал Титания (Titania), с диэлектрической константой 0,85. Важно отметить, что обе цепи обмоток возбуждения первичной системы электроснабжения, скомпонованных для одноступенчатого и трехступенчатого вариантов конструкции генератора, имеют неустранимую резонансную циклическую частоту переменного тока, и работа на этой частоте максимально усилит линейные переменные токи последовательных обмоток возбуждения (в пределах ограничения по сопротивлению цепи). В то время как напряжение анода независимой ступени упадет через резисторы (91) или (92) соответственно, что позволяет осуществить воспроизведение и усиление сигнала переменного тока ступени. Согласно сложившейся практике, резонансная циклическая частота будет выбрана такой, чтобы индуктивное и емкостное сопротивления цепи были равны по модулю и противоположны по знаку. То есть в обоих вариантах конструкции цепи генератора резонансная циклическая частота будет достаточно близка по индуктивности всей обмотки возбуждения и проницаемости сердечника катушки, так как различные сборки электродов ротора и анодные резисторы (91) или (92) должны иметь вполне определенные значения емкости и сопротивления - как функцию от напряжения на всей обмотке возбуждения - для нормальной работы цепей постоянного и переменного тока. Каждая часть цепи управляющей сетки первичной системы электроснабжения, если выбран трехступенчатый вариант исполнения генератора, может быть настроена до резонанса параллельного контура (токового резонанса) переменного тока ступени на упомянутой неустранимой резонансной циклической частоте. Таким образом, максимально уменьшается линейный ток части цепи сетки ступени, и максимально увеличивается падение напряжения сетки ступени (по каждому сеточному резистору (90)). Это определяет уровень прироста или усиления напряжения сигнала переменного тока ступени. Токовая резонансная частота должна быть такова, чтобы индуктивное и емкостное сопротивления данной части цепи были равны по модулю и противоположны по знаку. Это условие может быть достигнуто посредством подсоединения добавочной емкости подходящего значения к вторичной обмотке (или резистору управляющей сетки) каждого трансформатора связи ступени ротора, как показано на Фиг.9.

Система индукции поля

Начиная технический анализ стационарных систем индукционных электродов, которые будут использоваться для заряда положительной области корпуса, целесообразно пояснить некоторые аспекты, касающиеся электрической цепи основной энергосистемы, так чтобы были максимально понятны ее операционные свойства. Обращаясь к Фиг.7, каждая из двух идентичных групп вращающихся полевых катушек генератора (одна над, другая под ротором), по сути, связаны в простые последовательности посредством роторных сегментов, с использованием пар накопительных электродных колец и с формированием, таким образом, единой последовательной петли относительно ротора. В то же время, две такие последовательные петли соединены во взаимно противоположную электростатическую параллель относительно вывода цепи роторных сегментов, общего для обеих петель. Опираясь на принципы применимости цепей соответствующих масштабов и последовательностей емкостей, такая противоположная последовательно-параллельная цепь может быть без труда сконфигурирована таким образом, что напряжения одинаковой и противоположной полярностей будут сказываться на индукционном катодном кольце (28) и анодном кольце (61), размещенных на роторе, при отсутствии стационарного заземления. С этой целью роторная сборка в процессе работы должна оставаться без какого-либо заземления на землю или корпус, и соответствующая поляризация сегмента будет проявляться в конечном постоянном токе соответствующей цепи. В процессе установления основного постоянного тока ротора к эмиттерному кольцу корпуса (47), и появления, в свою очередь, внешнего тока разряда через сектора положительной области (42), 5 простых последовательных петель двух систем главных индукционных электродов (64)-(68) замыкаются на ротор и на две подцепи внешней огибающей поля «системы индукции поля» EDF генератора. Таким образом, суммарный полевой ток разряда равен основному току ротора, и выход цепи сегмента ротора является общим для обеих описанных токовых систем. Как видно из раздела «Методы функционирования», необходимо, чтобы заряженные области корпуса также не имели прямого заземления или заземления на массу («плавающее заземление») в соответствии с описанной основной цепью ротора. Катоды (64) этих двух основных систем электродов могут быть заземлены на массу (корпус) при очень высоком резистивном смещении (как показано на Фиг.10), посредством которого произвольный неравновесный заряд или потенциал на катоде может быть измерен во время работы.

Следовательно, в соответствии с экранирующим принципом Фарадея и упомянутыми равными и обратными напряжениями, которые возникают на противоположных концах сегментов ротора (14), разность потенциалов между полевыми излучателями ротора (17) и внутренними поверхностями двух негативных областей корпуса или эмиттерного кольца (47) стремится уравняться во время работы через системы основных электродов.

Таким образом, приемлемая разница между эмитирующей способностью полевых эмиттеров (17) и вышеупомянутыми основными катодами (64) будет определять основной достижимый коэффициент роста напряжения (как отмечалось в разделе "Методы функционирования"). Эта тема более подробно будет рассмотрена в следующем разделе.

Кроме того, основная конструкция цепи формирования поля генератора, в соответствии с законами Фарадея-Ленца позволяет вырабатывать весьма высокое постоянное первичное напряжение с минимальными индуктивными потерями в цепи переменного тока. Напряжение постоянного тока первичной системы питания труднодоступно, несмотря на наличие доступных для использования электрических выводов. Безщеточные электродные кольца (58) должны быть применены для получения произвольной части этого первичного напряжения для использования его вне ротора. Первичная система питания, схематически показанная на Фиг.8 и 9 в совокупности с Фиг.10, лучше всего показывает использование этих двух дополнительных неподвижных анодных колец (58), одно из которых подвешено рядом с другим внутренним катодным индукционным кольцом (59) ротора, которое позволяет снимать значительное постоянное напряжение электростатической индукции.

Это положительное напряжение может в дальнейшем быть использовано в качестве источника низковольтного питания внешней цепи при условии, что цепь отрицательно заземлена на корпус генератора, и поэтому на самом деле предназначено только для вспомогательного бортового использования.

Можно заметить в особенности на Фиг.7, на которой представлены две сложные основные системы для создания напряжений, которые подаются на положительную или отрицательную части корпуса, для того чтобы сформировать электродинамическое поле, окружающее работающий генератор. Эти две системы имеют следующие признаки:

[A] Первичная система питания, которая вырабатывает большие постоянные напряжения электромагнитной индукции и затем электростатически подает значительную часть этого напряжения на сегменты ротора (14) между двумя парами индукционных анодных (61) и катодных (28) колец, которые туда электрически подключаются (на внутренней и внешней окружностях собранного ротора соответственно).

[B] Система индукции поля, которая использует разницу потенциалов, и эта разница потенциалов затем подводится между положительной внутренней окружностью ротора и двумя присоединенными первичными анодными кольцами (68) и двумя отдельными сборками неподвижных катодов (64) высокой электронной эмиссии, которые заземлены на массу и которые последовательно размещены рядом и электрически связаны с краем каждой области корпуса (или 'зоны') центрального приемника, так чтобы можно было одновременно зарядить соответствующие области (44) и/или (42) и непосредственно от них электроны. Каждый из этих катодов (64) основной сборки электродов связан непосредственно с резистором (63) силового поля, который в свою очередь соединяет одну положительную радиальную область (42) области центральных секций корпуса. Каждый такой катод (64) так же вертикально выравнивается на борту относительно группы трех элементов электрода неподвижной плоскопараллельной сетки и одного из двух анодных колец (68) наиболее глубокой индукцией вращения, прикрепленных к сегментам ротора (14) (у их положительной внутренней окружности). Каждая такая группа из трех элементов сетки включает в себя управляющую сетку (65), ускоряющую сетку (66) и подавляющую сетку (67), с одним из таких связанных через сектор радиальной зоны (42) сборок элементов сетки (65).

Вместе с вышеупомянутым основным анодным кольцом (68) индукции, каждая такая группа электродов называется «пентодной сборкой (69) (как показано на Фиг.7). Пентодные сборки (69) модуля и связанные с ними силовые резисторы, размещенные на корпусе, организованы в два кольцевидных набора, находящихся между ротором и двумя положительными областями корпуса, которые носят название «основных сборок индукционных колец».

Разница потенциалов между катодами (64) пентодной сборки и основными анодными кольцами ротора носит название «напряжения основной сборки», поскольку блок пентодов каждой основной сборки индукционных колец связан в электрическую параллель (между огибающей поля и ротором) и количество блоков пентодной сборки должно быть равным количеству областей, на которые разделяется общая конструкция генератора.

Методы конструирования и функционирования электронной вакуумной трубки могут использовать индукцию и/или регулировку реального постоянного тока смещения анода нескольких пентодных сборок, которые электрически соединяют ротор в центральной области корпуса, с целью компенсации переменного неизометрического внешнего электродинамического поля. Каждая такая «стационарная» электродная система или пентодная сборка (69) (анодный элемент которой вращается) должна быть сконструирована таким образом, чтобы минимальный фактор усиления был равным 12,0, со ссылкой на произвольную силу переменного тока или сигнал, действующий в цепи системы индукции поля, как на функцию взаимного размещения электродов.

Основные анодные индукционные кольца (68), которые вращаются, неподвижные катоды (64), различные элементы проводов сетки, которые связаны со стационарными многоэлектродными системами, должны быть выполнены из вольфрама, что обусловлено предельно трудной проводимостью тока через эти первичные сборки. Керамические стойки, штыри или кронштейны, выполненные из специальных материалов, таких как титан, можно использовать один раз в качестве подставки для прочих неподвижных электродов или элементов сетки, и каждые провода сетки пентодной сборки должны быть вертикально выровнены, подобно лучевой пентодной вакуумной трубке.

Как показано на Фиг.1, первичный тепловой канал (48) с сердечником, помещенным в термостат (49) окружен и механически поддерживается каждой пентодной сборкой, ее силовым сопротивлением (63) и диэлектрическим буфером, который окружает резистор (45).

Действие системы индукции поля регулируется центральной системой контроля напряжения поля, которая имеет конструкцию, показанную на Фиг.10, и которая, таким образом, механически и электрически связана с неподвижными катодами и элементами сетки каждой пентодной сборки (69).

В этом смысле, вспомогательные неподвижные анодные кольца (58), описанные выше, служат источником положительного напряжения, которое подводится к ускоряющим сеткам (66), вышеуказанной пентодной сборки. Такая система контроля напряжения поля спроектирована для непосредственного получения этого напряжения для указанной цели. Система индукции поля и система контроля напряжения будет рассмотрена ниже.

Структура секторов зон

Ссылаясь на Фиг.3 и 4, главной целью в разделении каждой из двух положительных зон или секций корпуса (5), которые составляют концентратор поля генератора на большое число радиальных секторов (42), соединенных электрически параллельно, является ограничение тока внешнего поля, который проходит через каждый силовой резистор и блок пентодной сборки до определенного неизменного уровня, пока некоторое уменьшение тока поля восстановит потери от вихревых токов. Однако каждый радиальный сектор (42) также может выполнять местное дифференцирование нагрузки (в движущихся трехступенчатых роторах) в силу его электроизоляции, и тогда возможно изменить локальное сопротивление электродинамического поля по отношению к любому данному радиальному сектору так, что значительная величина навигационного управления по оси Z может быть достигнута пропорциональным изменением тока поля, проводимого сектором. Так как сопротивление каждого такого сектора будет незначительным даже при значительно повышенной температуре, частично благодаря очень низкому температурному коэффициенту удельного сопротивления внутри стального корпуса устройства, падение напряжения вдоль радиальной длины каждого сектора будет также незначительным. Второй целью проектирования по отношению к секторизации зон является выбор однородной площади поперечного сечения для радиальных секторов (42), определяющей массовую проводимость сегментов ротора установки.

Внутрикорпусное покрытие, которое формирует каждую положительную зону (или секцию (5)) концентратора поля генератора, должно быть выполнено предпочтительно из нержавеющей стали или огнеупорного металла и разделенным на 36 равных по площади радиальных сектора (42) формы усеченного клина и круглый центральный сектор (44). Как сказано ранее, в одноступенчатом виде генератора эти два центральных сектора должны быть выполнены из непроводящего материала и должны вмещать приблизительно от 4 до 5% общей площади соответственных зон для связи теплообменных или основных обслуживающих коллекторов, описанных выше. В трехступенчатом виде такие центральные секторы (44) должны наоборот быть проводящими, как предписано для радиальных секторов (42), и каждый должен вмещать 1% вышеупомянутой площади зоны. Каждый такой положительный радиальный сектор должен изготавливаться из сплошного куска материала внутрикорпусного покрытия, чтобы их площадь поперечного сечения в направлении радиальной длины поддерживалась постоянной.

Постоянная толщина каждого центрального сектора (44) должна быть равной толщине радиальных секторов, измеренной на меньшей (внутренней) стороне дуги, и радиальные секторы должны быть изолированы от соответствующего центрального сектора, где они соприкасаются с периферией центрального сектора (кроме одноступенчатых роторов). Тонкая керамическая изолирующая перегородка (43) может быть установлена между каждыми соседними парами секторов радиальной зоны (42), и вокруг каждого центрального сектора (44) в трехступенчатых механизмах, и постоянная толщина этих секторных изоляторов должна в основном быть минимизирована.

В трехступенчатых механизмах четыре радиальных сектора (42) каждой положительной зоны корпуса, которые соответствуют главным точкам, отделенным друг от друга на 90° внутрикорпусной окружности, и которые разделяют концентратор поля на четыре равных квадранта (отмечены условными линиями на Фиг.4), должны быть связаны в параллель с центральным сектором указанной положительной зоны при максимальном положительном напряжении на выходе силовых резисторов четырех секторов (63).

Сопротивление четырех параллельно включенных проводников, которое соединяет каждый центральный сектор (44) (в трехступенчатых механизмах) с их соответствующей сетью силовых резисторов, должно быть таким, при котором на единицу поверхности сектора приходился уровень проводимости тока возбуждения чуть выше в среднем, чем для соседних радиальных секторов (42) при условиях постоянного сигнала нулевого смещения поля, описанных ниже.

Четыре пентодных сборки (69) каждой основной сборки индукционного кольца, которые соответствуют силовым резисторам, связанным с центральным сектором основной сборки (44), не должны использоваться отдельно при модуляциях тока смещения поля, связанных с созданием дифференциалов локальной тяги (в трехступенчатых роторах), вместо предназначенных в основном для использования потенциала при передаче информации при передаче или приеме энергии.

Силовые резисторы

Как видно на Фиг.1, катодный элемент (64) каждой плоскопараллельной системы или блока пентодной сборки, который используется для связи роторной сборки с положительной частью или радиальным сектором зоны (42), электрически связан с положительной частью или сектором посредством блока керамических резисторов с определенной низкой диэлектрической постоянной и высоким сопротивлением, который становится слабым, но эффективным проводником при повышенном эксплуатационном напряжении и температуре коллекторных отсеков корпуса, и который обеспечивает падение напряжения внешнего поля между такими секциями или секторами (42) и упомянутым катодным элементом (64) (который заземлен на массу, как показано на Фиг.10).

В соответствии с фиг.1, каждый блок керамических резисторов или «силовой резистор» (63) полностью покрыт полой керамической термической трубкой (каналом) (48), включая диэлектрический буфер (45), состоящий из ферроэлектрического материала с определенной диэлектрической постоянной и очень большим сопротивлением, который не является проводником даже при повышенном эксплуатационном напряжении и температурах упомянутых силовых резисторов. Эти тепловые каналы (48) механически соединяют силовые резисторы с плоской внутренней поверхностью положительных отсеков корпуса или радиальных секторов (42), и по ним может циркулировать жидкий теплоноситель, например жидкий натрий. Таким образом, поддерживается нужная температура резистора для обеспечения оптимального катодного потенциала по отношению к земле.

Соответствующая коллекторная, насосная и теплообменная система (не изображена) может использоваться для извлечения или переноса тепловой энергии силовых резисторов (63), излучаемой при падении напряжения поля, посредством циркулирования первичного теплоносителя через сердечник теплового канала (49), аналогично АЭС. Подобным образом, скорость циркулирования первичного теплоносителя может использоваться для прямого регулирования и ограничения тока внешнего поля в пределах безопасной допустимой токовой нагрузки роторной сборки.

Важно отметить, что каждый из силовых резисторов генератора и их диэлектрический буфер (45) и первичный тепловой канал (48) могут быть сконструированы в виде сборки, чтобы объединить фиксированный положительный отвод низкого напряжения (не указан), посредством чего основной источник внутренней или выводимой электрической энергии прямого или переменного тока может быть использован либо для, либо из генератора внутри ограниченного контура, который заземлен к основным катодам. Питание может также использоваться для смещения, торможения и(или) индуктивной связи любых связанных секторов основного теплового канала для контроля или использования электродвижущих токов, индуцированных в сверхпроводящем основном теплоносителе. Встроенные электрические нагревающие элементы сопротивления должны и могут объединяться для нагревания основного теплоносителя и, по очереди, силовых резисторов и диэлектрических буферов.

Возвращаясь к Фиг.11, также важно отметить, что силовые резисторы генератора должны быть проводящими до того как разность потенциалов корпуса достигнет значения пробоя напряженности поля, когда они размещены по минимальной полукруглой дуговой траектории (142) вдоль нейтральных отсеков (4) корпуса, и начинается поток разрядного тока. Таким образом, максимальная диэлектрическая постоянная материала резистора используется в одноступенчатых роторах высокого напряжения и в трехступенчатых механизмах сверхвысокого напряжения и может быть рассчитана при к=11.

Как видно из фиг.14, тепловые каналы (79) отбора тепла системы вторичного теплоносителя, который обслуживает всю зауженную часть корпуса, предназначены для циркулирования теплоносителя между сборками силовых резисторов, и поэтому резисторы (63) должны иметь сложную зауженную форму. Как показано на фиг.1 и 2, они будут иметь трапецеидальное поперечное сечение на вершине или на внешнем конце (с радиальной длиной, немного большей чем наименьшая ширина окружности) и прямоугольное поперечное сечение на нижней точке или конце катода (с шириной окружности, намного большей чем радиальная длина).

В этом отношении их форма должна иметь постоянное поперечное сечение проводимости аналогично структуре положительного сектора, описанного выше.

Диэлектрические буферы

Согласно Фиг.1, необходимо электрически изолировать силовые резисторы (63) от чрезмерного падения напряжения, которое произойдет при работе, чтобы предотвратить прямой разряд на другие близлежащие структурные компоненты. Однако проблемой является не толщина изоляции 5, которая была бы необходимой для любого «обычного» диэлектрика, но также диапазон рабочих температур спроектированных силовых резисторов - от 600 до 700°С, что полностью исключает использование почти всех известных диэлектриков. Однако в результате поиска высокотемпературных диэлектриков для применения в аэрокосмической электронике (особенно в многослойных конденсаторах) было разработано небольшое количество эксклюзивных материалов 10, потенциально пригодных для использования в качестве буферов для пространственного заряда (156) или диэлектрического инкапсулянта (45) для силовых резисторов генератора (63).

В предлагаемой разработке удельное объемное сопротивление инкапсулянта резистора является вторичным по отношению к его диэлектрической постоянной k при высокой температуре, поскольку не имеет места противопоставление контактной разности потенциалов (как в конденсаторе), чтобы усилить потери проводимости 15 в материале. Следовательно, основная проблема заключается в способности диэлектрика иметь очень большую величину k при температурах более 600°С. Это дает возможность классифицировать материал в малую группу класса 3 сегнетоэлектриков высокотемпературного фазового перехода. Эти материалы, такие как титанат лантана, модифицированный танталом и танталат иттербия (со свинцом), не показывают значительной 20 диэлектрической силы при менее чем 300-450°С. Фактически одно такое соединение натрия (Na_0,5Bi_4,5Ti₄O₁₅), дает существенный экстремум величины k около 3100 близко к середине диапазона рабочих температур вышеупомянутого силового резистора: 655°С (1,202°F). Можно указать, что данное соединение подходит для формирования необходимых заряженных буферных участков роторного пространства (156) и/или для диэлектрических буферов 45 резистора 25 в данной разработке.

Необходимо отметить, что необходим строгий контроль за процессом формирования и спекания этих или других подобных специальных соединений при промышленном производстве диэлектрических буферов. Должны быть обеспечены абсолютный минимум примесей, максимально большая плотность образовывающего порошка, и каждый кусок материала в конце 30 должен сертифицироваться как свободный от наличия наименьших физических дефектов перед использованием в желаемых рабочих условиях. Необходимо также, что эти важнейшие компоненты могли быть компактно сформированы и спечены совместно с соответствующим резистором (63), и, возможно, даже также с соответствующим главным проводником тепла (48).

Сердцевина (49) проводника тепла, ассоциированная с каждым силовым резистором (63), должна состоять из тюбинга (трубы), изготовленного из тугоплавкого металла или сплава с молибденом, который обернут высокочистым алюминием или аналогичным металлом, образованным 5 непосредственно вслед за этим. Хотя, каждый такой проводник тепла становится очень мощным структурным компонентом, который также может быть использован для поддержки стационарных электродов соответствующего блока пентодов, тогда как циркуляция предпочтительно жидконатриевого теплоносителя или смазочно-охлаждающей эмульсии вокруг внешних поверхностей силового резистора для компенсации или переноса его излишнего тепла 10.

Каждый силовой резистор (63), его диэлектрический буфер (45), и ассоциированный главный проводник тепла (48) вместе образуют единый ансамбль силового резистора, и каждый такой ансамбль в сочетании с блоком пентодов ламп, представляется для настоящих целей формирующим группу компонентов, из которых состоят главные совокупности индукторов и система индукции поля 15.

Многочисленные расчеты показывают, что подходящий материал для силового резистора большинства размеров одноступенчатого воплощения генератора должен быть керамическим с химической формулой MgO· SiO₂, доступный от CeramTecNA как CeramTec разработка, названная Steatite 357. Подходящий материал для силового резистора большинства размеров предпочтительного трехступенчатого воплощения генератора должен быть несколько иным 20 керамическим материалом с химической формулой 2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂, доступным от CeramTecNA, как CeramTec разработка Cordierite 547.

Общее описание электрической схемы системы индукции поля

Прежде чем будет представлен обзор электрической схемы системы индукции поля EDF генератора, необходимо сделать некоторые пояснения о природе конфигурации корпуса или каркаса, поскольку в данной разработке каркас как таковой является действующей частью схемы. Его электростатические характеристики как функция от такой конфигурации будут, следовательно, иметь фундаментальное влияние на внешнее поле тока разряда оболочки.

Устройство корпуса

Формирование корпуса генератора, как хорошо понятно из фиг.3, является сложной операцией. Однако принятый на основе проведенного сложного анализа, избранный вариант не должен расцениваться как единственный, работающий должным образом. Он лишь отражает предпочтительный вариант осуществления механического устройства, реализация которого влечет за собой как огромные сложности, связанные с потреблением электроэнергии, а также сложности конструирования. При анализе возможности перспективного использования предлагаемого космического аппарата для исследования преодоления временного/светового барьера, несомненно, помогут чрезвычайно точные расчеты по его пространственному перемещению и соотношению заряд/масса. Следовательно, одна из принципиальных причин выбора дизайна корпуса сводится к тому, чтобы перемещение всего аппарата могло быть без труда обсчитано с использованием традиционных формул из аналитической геометрии для объемов двух усеченных прямых конусов и двух одноосновных сферических зон, и объема оставшегося центрального цилиндрического пространства камеры.

С использованием только этих формул, разработана конфигурация корпуса аппарата, которая может быть линейно расширена (как скалярная функция от радиуса корпуса) до любого воображаемого размера без значительных потерь точности. Предлагаемая таблица величин и сопутствующая схематическая диаграмма согласно фиг.3, на которых основаны все последующие детальные расчеты, иллюстрирует применение этого технического дизайна к теоретической разработке корпуса аппарата, имеющего 48" в диаметре. Необходимо подчеркнуть, что возможность конструирования такого малого электродинамического генератора поля может не подтвердиться полностью на практике из-за механических ограничений, и автор полагает, что этот модельный прототип действительно является самой малоразмерной машиной такого рода, какую только можно сконструировать. Оригинальный размер корпуса был намеренно выбран для достижения максимальной точности касательно возможных особенностей, связанных с размером и установкой основных компонентов генератора, прежде чем машины большего размера будут реально созданы.

Области поверхности отрицательно заряженных (3) и положительно заряженных (5) секций корпуса созданы равными друг другу по двум очень важным причинам: [i] чтобы придать корпусу судна значительную теоретическую емкость, несмотря на его необычную геометрию; [ii] и чтобы вернуть 30 две «движущие» или разрядные порции тока с однородными силовыми линиями в поперечном сечении. Основные соображения, относящиеся к этим фундаментальным критериям дизайна, лучше всего представлены в нижеприведенной электростатической формуле для напряженности однородного поля в конденсаторе при постоянном токе, которая показывает токи утечки: E₂=Vy/de₀, где V - равновесная разность потенциалов (в вольтах), y - средняя плотность заряда поверхности одной пластины, d - расстояние между пластинами (в метрах), е₀ - универсальная электростатическая константа, Е - напряженность однородного поля (в вольт/метр).

Это уравнение играет важную поддерживающую роль в изобретенном ходе действий, как ранее описано в предыдущем разделе.

Объемы периферических конических секций корпуса, окружающие центральную область, и те из одноосновных сферических зон, которое составляют этот центр, также созданы одинаковыми в этой модели, поскольку этот критерий постулирован для обеспечения как структурной интегрированности корпуса при любой попытке преодолеть скорость света (и установления стабильной Керр-метрической деформации пространства аппарата), так и гравиметрической стабильности участка центральной кабины в свете релятивистского эффекта.

В любом случае, чтобы достичь этого равного по площади равнообъемного дизайна, необходимым было расценено применение двух ключевых взаимосвязанных постоянных (вдобавок к соотношению 1/5, использованному для измерения в футах внутреннего пространства корпуса по радиусу): константы площади корпуса и полюсной константы корпуса. Константа площади (как и предполагается из ее названия) является необходимой для достижения равной по площади части общего дизайнерского решения, и просто диктует малое отклонение нейтральной (4) и отрицательно заряженной (3) радиальных секций корпуса от установленного в предпочтенном варианте конструкции возрастания ширины корпуса по радиусу.

Другой дополнительный фактор конструкции. Полюсная константа корпуса по своей природе является более сложной. Эта величина уточняет максимальную высоту сферических зон корпуса (5) как функции от формы их дуги, и соответственная разница (дифференциал) полюсных объемов является весьма существенной при достижении «равнообъемного» аспекта дизайна. Необходимо отметить, что практически нужно принимать в расчет ограниченную, но электрически значительную «толщину» периферического края (грани) (и, следовательно, площади поверхности) на экваторе отрицательно заряженного кольца эмиттера прибора (47), но в целом необходимо только минимально модифицировать величины, полученные для модели с использованием математических формул, данные в таблице величин.

Конфигурация корпуса

Из фиг.3 и 4 видно, что корпус (1) специально разработан в форме круглого диска, толщина которого вдоль вертикальной оси симметрии (5) (которая также образовывает ось вращения ротора) относительно невелика, по сравнению с диаметром, и который постепенно сужается от максимальной толщины вдоль такой вертикальной центральной оси до очень малой толщины по радиальной периферии корпуса.

Такая дисковидная форма корпуса задается для образования и поддержания устойчивого биполутороидального коронного разряда или поля дугового разряда, основанных на фундаментальных эмпирических принципах электростатики и лабораторных экспериментах, поставленных изобретателем с использованием концентрических циркулярных электродов. Такое электродинамическое поле в данной разработке может быть охарактеризовано электростатическим осевым электрическим полем положительной полярности, соприкасающимся с бипланарным негативным электрическим полем, с полярностью каждого поля, строго направленной на приобретение параллельной ориентации относительно поля противоположной полярности, но такой же напряженности.

Внешне корпус (1), таким образом, разделен на две центрально-осевых позитивных секции-коллекторы электронов (5), а также на: [i] единичное радиально-периферическое кольцо эмиттера (47), являющееся бипланарным в сечении или две или более кольцевых секций (3), являющихся унипланарными в сечении, с различными ориентациями плоскостей, [ii] две диэлектрические нейтральные секции (4), которые включены между вышеупомянутыми позитивными и негативными отсеками так, что каждый отсек заданной полярности пространственно отделен от отсека с противоположной полярностью.

Общая площадь внешней поверхности негативного кольца эмиттера корпуса (47) или отсеков равна площади позитивных секций-коллекторов или зон корпуса (5), так что общая его конфигурация, следовательно, имеет значительную теоретическую статическую емкость, как и предполагается конструкцией. Расчетная базовая величина емкости «С» корпуса может быть получена с применением площади поверхности «А» двух наборов «пластин» корпуса, с применением формулы в нижеприведенной таблице величин, к стандартной формуле для емкости плоского конденсатора: (C=e₀A/d). Когда величина d (расстояние между пластинами) берется усредненной между самой длинной (141) и самой короткой (142) чисто полукруглыми дугообразными траекториями тока через корпус, как показано на Фиг.11, примерная величина емкости корпуса равна 13-14 мФ для EDF-генератора с диаметром в 48".

Создание поля

Как видно из фиг.11, однажды инициированный выходной ток разряда может быть представлен как функция рабочего напряжения поля, для разработки двух полуторроидальных объемов вращения (140), чьи внешние периметры (141) определены полукруглой дугообразной траекторией электрона через полный радиус корпуса в плоскости, перпендикулярной поверхности корпуса, или от центральной точки на негативную периферию к соответственной положительно заряженной точке корпуса, лежащей на центральной вертикальной линии и чьи внутренние границы (142) определены подобной траекторией через нейтральную секцию (кольцо) корпуса от любой внутренней точки на отрицательно заряженной периферии до ближайшей точки, лежащей на соответственном позитивном коллекторном участке (5).

Физический объем (140) выходного тока разряда, как было показано, имеет пересекающий в радиальном направлении однородный участок электронной проводимости, который относится к любым подобным дуговым траекториям между точками отрицательно заряженного кольца эмиттера корпуса (47) и соответственными отрицательно заряженными секциями корпуса коллектора (5), и, следовательно, по определению проводника, такой ток разряда должен иметь однородную плотность.

Представляется сложным выразить словесно идеализованную математическую конфигурацию генератора и формирование области поля как функцию от геометрии его корпуса, но это наглядно изображено на Фиг.11.

Как указано на Фиг.12 и 13, закрепленные электромагнитные обкладки (37), однородно распределяются на 2 равные группы дуг (145), которые расположены на противоположных сторонах ротора, и каждая из которых расположена концентрически к оси ротора на полпути вращения между отрицательно заряженным кольцом эмиттера (47) и положительно заряженными отсеками корпуса (5). Эти группы (145) могут применяться как две отдельно взятые, чтобы сообщать глобальный, но слабый переменный вектор магнитного момента при внешнем токе разряда, который проходит через тонкие нейтральные отсеки (94) корпуса и может быть использован для модулирования кинетических и электрических характеристик области оболочки во многих важных случаях.

На Фиг.12 и 13 также показаны векторы (143) электрического поля, как описано выше, и векторы магнитного поля (144), как создаваемые и модулируемые обкладками (37) или различными индукторами (145). Фиг.13 детально описывает упорядоченный боковой изгиб или перемещение радиальных траекторий электронов (143) под влиянием группы индукторов (145); при этом постулируется, что это оказывает агрегирующий эффект на направляющие области оболочки.

Итак, можно увидеть, что рассмотренное устройство может управляться таким образом, что внешнее поле разрядного тока пробоя достигает однородной проводимости в эффективном сечении и плотности тока, а также целостного и методичного ротационного аспекта, который впоследствии помогает в достижении такой квазикогерентности тока. И, таким образом, при применении устройства, подобное поле разрядного тока должно пониматься как специальная разновидность и форма коронного разряда при прямом токе или дугового разряда, имеющая значительный пропульсивный потенциал (который будет рассмотрен далее), может являтся важным аспектом области электродинамики. В этом отношении необходимо учесть, что полезный уровень полученного электрическим путем осевого давления, может реализоваться от релятивистского импульса электродинамического поля тока электронов, попадающего на положительно заряженный коллектор сегмента корпуса и, постулируя управление прибором в вакуумном пространстве космоса (физическими величинами поля тока, как было описано), скорость импульса таких возбужденных электронов может подниматься до 99,99% скорости света и более с соответствующей релятивистской массой, равной 69 остаточной массы или намного больше.

Степень расширения первичного напряжения

В соответствии с логическими рассуждениями, представленными в начале раздела о системе индукции поля, первичное напряжение стремится к величине, равной половине (1/2) напряжения прямого тока, протекающего через сегменты ротора (или «роторного напряжения»). Следовательно, чтобы получить эксклюзивное мультимегавольтное «вспомогательное» напряжение поля через корпус генератора, описанного выше типа, эмиссионная способность первичного ряда катодов (несомненный фактор) должна превышать эмиссионную способность эмиттеров ротора по соотношению, которое имеет величину, по меньшей мере, равную отношению искомого напряжения поля к половине наблюдаемого вышеупомянутого роторного напряжения. Такое соотношение в дальнейшем берется как степень расширения первичного напряжения в данной разработке, как подчеркнуто в одном из предыдущих разделов, а именно разделе о методе управления.

Посредством этого создается разница в мгновенной скорости, при которой эти два набора частей стремятся к разряду под действием приложенного эквивалентного напряжения или разности потенциалов. Указанная мгновенная разность зарядов облегчает первичным катодам улавливание отрицательно заряженных электронов от положительно заряженных секций корпуса (5), в тысячи раз быстрее, чем такой заряд мог бы достичь отрицательно заряженного эмиттера секции (3) от эмиттеров ротора. Таким образом, мгновенная разность зарядов, возможно, лучше представить как совокупную неустойчивость заряда, которая известна из теории управления монтажом емкостных и/или термоэлектрических схем и выражающаяся в повышении примененного напряжения, или разности потенциалов.

Чтобы реально достичь и поддерживать такое условие, требуется использовать два конденсатора с балластным сопротивлением, чьи отрицательно заряженные "пластинчатые" элементы или кольца присоединены непосредственно к сегментам ротора (по их внешнему периметру) и которые способны немедленно накапливать количество заряда, достаточное для создания равновесной плотности заряда поверхности коллектора, и результатом чего является искомое напряжение поля. Такая средняя требуемая плотность заряда корпуса обсчитана с использованием общепринятой формулы, приведенной в разделе устройство корпуса.

Напряжение, приложенное к положительным кольцам таких балластных конденсаторов, берется от анодного кольца и катушки ротора и затем суммируется с напряжением, сгенерированном в обмотке первичной силовой системой. Необходимо отметить, что это напряжение должно быть фактически приложено к таким конденсаторам ниже роторных подшипниковых сборок в форме углубленных проводящих пазов на одном или более сегментов разделителя. Тем же способом можно соединить электрические элементы первичной силовой системы, лежащие вне различных групп индукторов (145) с соответствующими элементами, лежащими в их пределах. В любом случае, эти ключевые балластные конденсаторы рассматриваются как принадлежащие как к цепям первичной силовой системы, так и к цепям системы индукции поля. Они обеспечивают необходимую электродвижущую силу, посредством которой данная степень расширения первичного напряжения по определению может поддерживаться и реализовываться с использованием описанной концепции сконструированного мгновенного дифференциала заряда. Из-за сложности данного аспекта управления генератором, приводимый ниже пример иллюстрирует некоторые основные аспекты использования соответственных факторов температурной эмиссионной способности выбранного эмиттера и материалов для катодов с отношением к вышеупомянутой 4-х футовой модели прототипа.

Этот фактор температурной эмиссивности, е^-ϕ/kT, где е - это основание натурального логарифма 2,71828..., k - это константа Больцмана, Т - абсолютная температура в Кельвинах, происходит из известного уравнения Ричардсона-Дешмана: формула для соответствующей термоэлектронной эмиссии плотности тока "J" чистого металлического катода в вакууме, имеющего рабочую поверхность, и выраженный математически принцип эквивалентного соотношения, описанный выше, может иметь следующий вид: степень увеличения первичного напряжения ≈катод е^-ϕ/kT/эмиттер е^-ϕ/kT. Используя эмиттеры спеченного 68/32 вольфрамомедного композита и вольфрамовые катоды с адсорбированным торием, взятый за прототип разработанный трехуровневый ротор диаметром 4 фута, может достичь степени увеличения первичного напряжения около 12,106, с полем эмиттера ϕ=4,408eV и катода ϕ =3,639 eV, причем оба компонента, фигурирующие в предыдущем уравнении, формируются при температуре 948К (675°С). Напряжение поля, выражающееся этим соотношением, проверяется в подробных расчетах, ниже.

Важно отметить, что это уравнение может быть решено для требуемого катода ϕ, где дана предлагаемая спроектированная рабочая температура катодов (какая она может быть при работе) и где ϕ эмиттера также определено и известно, но их действительная рабочая температура должна быть теоретически или практически получена в диапазоне возможных значений.

Внешний пробой тока разряда, вызванный однажды и поддерживаемый таким образом, в общем случае лимитируется только особенностями разработанной конструкции отдельных пентодов, которую включает в себя система индукции поля. В частности, отрицательное смещение напряжения прямого тока, приложенного к пентодам контрольного модулятора (65), должно быть достаточным для ограничения общей индукции кольцевого тока до величины, необходимой для безопасной рабочей токовой нагрузки ротора. В рамках описания, термин «полная мощность», использованный в применении к мощности системы первичной обмотки и устройству, берется для определения соответствующей скорости ротора, когда достигнуто, поддерживается или превышается полное номинальное напряжение огибающей поля. Такое рабочее положение показано на Фиг.11, 12 и 13.

Ток смещения поля.

В простом одноступенчатом виде генератора, который используется как модуль тепловой энергии, в основных сборках нет необходимости в активном смещении тока в каждой из двух токопроводящих частей (140) огибающей поля, которые симметричны, и токи, включающие в себя каждую такую приводную часть поля, равны. В предпочтительном трехступенчатом роторе ток возбуждения активно смещен или пропорционально шунтирован главными сборками между такими частями огибающей поля (140) для воспроизведения импульсной тяги, взаимно неизометрической вдоль вертикальной оси генератора. Несколько важных соображений, связанных с этим, оговорены ниже, со ссылкой на Фиг.7.

Максимальный полномощностной ток поля должен быть равным номинальной параллельной допустимой токовой нагрузке сегментов ротора, рассчитанной с помощью обычных методов. Эксплуатационный минимальный полномощностной полеобразующий ток в трехступенчатом роторе, использующимся как «импульсный привод», должен рассматриваться равным либо половине номинальной допустимой токовой нагрузке ротора, либо уровню всего тока ротора, достаточного для вырабатывания генератором суммарной вертикальной тяги, равной собственному весу, в зависимости от того, какая из этих величин меньше.

С учетом минимального коэффициента усиления модуля пентодной сборки (69) как отмечено выше, минимальный полномощностной полеобразующий ток может, по всей вероятности, поддерживаться средней величиной отрицательного смещения напряжения первичной сборки (приложенной к стационарной управляющей сетке (65), показанной на фиг.7), которое меньше или равно половине максимума проектной величины. Если отсутствует переменная компонента напряжения тока системы поля индукции, эта упомянутая средняя величина отрицательного смещения напряжения представляет состояние «отсутствия сигнала» смещения напряжения основных сборок и основные сборки, можно сказать, находятся в условии нулевого смещения поля.

Каждая из двух упомянутых проводящих частей поля (140) генератора могут быть представлены как «полутороидные структуры поля» из-за своей формы, и максимальный ток полутороидного поля при заданной величине эксплуатационного тока ротора должен быть ограничен до уровня, который меньший или равен 2/3 эксплуатационного тока ротора. Суммарный пик тяги со стороны поля в этом случае будет равен 1/3 полной изометрической тяги. Принимая во внимание данный коэффициент усиления, этот максимальный полутороидный уровень пропорционального тока возбуждения может, по всей вероятности, быть поддержан средней величиной отрицательного напряжения смещения, приложенного к соответственным управляющим сеткам основной сборки (65), которое равно приблизительно 1/3 максимальной проектной величины (или пропорционально уровню тока ротора, который меньше номинальной допустимой токовой нагрузки). Из-за временной задержки нагревания двух сетей силовых резисторов (63), через которые увеличивающийся ток полутороидного поля должен восстановиться, отрицательное смещение напряжения, приложенное к соответственным управляющим сеткам основной сборки, может быть резко уменьшено до 1/6 максимальной проектной величины (как стандартного эксплуатационного минимального напряжения на сетке) или менее пропорционального уровня тока ротора, который меньше номинальной допустимой токовой нагрузки.

Минимальный ток полутороидного поля при любой данной величине рабочего тока ротора должен всегда поддерживаться на уровне, равном или большем 1/3 рабочего тока ротора. Принимая во внимание данный коэффициент усиления, этот минимальный рекомендуемый полутороидный уровень пропорционального тока возбуждения может по всей вероятности поддерживаться средней величиной отрицательного напряжения смещения, приложенного к соответственным управляющим сеткам основной сборки (65), которое равно приблизительно 2/3 от проектной максимальной величины (или пропорционально уровню тока ротора, который меньше номинальной токовой разрядки). Из-за временной задержки нагревания двух сетей силовых резисторов (63), через которые уменьшающийся ток полутороидного поля должен восстановиться, отрицательное напряжение смещения, приложенное к соответственным основным контрольным решеткам сборки, может быть кратковременно увеличено до 5/6 максимальной проектной величины (как стандартного эксплуатационного максимального напряжения решетки) или менее пропорционально при уровне тока ротора, меньшем номинальной токовой нагрузки.

Важно отметить, что ток, проходящий через пентодную сборку (69), будет зависеть в более высокой степени от напряжения на ускоряющей сетке (66) нежели от суммарной разницы потенциалов основной сборки, аналогично любой стандартной вакуумной трубке, в которой используется экран или ускоряющая сетка, чье положительное напряжение меньше приложенного анодного напряжения. Поэтому, становится очевидным, что это положительное напряжение решетки (66) может модулироваться аналогично напряжению на отрицательной управляющей сетке (65). Этот тип двойной обработки сигнала или контроля способности реагирования напряжения, разрешает пентодным сборкам (или каждой основной сборке индукционного кольца) усилить коммуникационный сигнал резонансной частоты при одновременном контроле независимого уровня токовой тяги.

В любом случае, в свете закона сохранения моментов видно, что ощутимая величина силы тяги будет развиваться каждым полутороидным полем (140) от релятивистского импульса бомбардирующих электронов на секции корпуса коллектора (5), и что соответствующие средства предусмотрены для получения взаимно противоположных векторов тяги, являющихся по своей природе не изометрическими. Менее очевидной, но важной отличительной особенностью, касающейся производства EDF генератором электрической тяги, является то (что не обязательно), что генератор или, в частности, его положительные внутрикорпусные секции (или концентратор поля) обеспечивали работу, необходимую для перемещения заряда тока возбуждения против градиента потенциала. Согласно классической теории электрического поля работа может выполняться самим зарядом при движении по градиенту потенциала. В первом случае работа совершается, во втором - извлекается. Более того, можно показать математически, что в виду этого отличия, отталкивающая сила, испытываемая отрицательно заряженным внутрикорпусным эмиттерным кольцом (47), является ньютоновской по своей природе, при сравнении с релятивистским импульсом, вырабатываемым концентратором поля, и, что максимальная величина такого отталкивания будет составлять не больше 0,003 процента максимальной вышеуказанной тяги.

Следовательно, система передачи крутящего момента генератора электромагнитного поля будет обеспечивать выработку необходимой энергии для установления и поддержания вращения ротора и результирующий градиент потенциала поля, который индуцируется как описано выше, и заряд, включающий ток полутороидного поля будет полностью выполнять работу, необходимую для осуществления перехода к концентратору поля. Результирующие столкновения полностью неупругие, таким образом, механический момент и кинетическая энергия сохраняются независимо, и выработанная кинетическая энергия тока возбуждения извлекается почти полностью в виде тепловой энергии.

Система управления напряжением поля

Соответственно, можно увидеть, что взаимодействующие факторы или особенности, результатом которых является напряжение поля как функция напряжения на роторе генератора является намного более сложной по природе, чем простой коэффициент трансформации, который определяет вторичное напряжение трансформатора переменного тока в зависимости от напряжения на первичной обмотке. Так, из-за чрезвычайно высоких коэффициентов увеличения первичного напряжения в больших устройствах, малые флуктуации в стационарной сборке электродов генератора могут вызывать очень большие и нежелательные флуктуации выходного полеобразующего напряжения. Следовательно, предусмотрена сравнительно простая, но в то же время эффективная система управления напряжением поля, которая может использоваться для мониторинга, регулирования и юстировки всех первичных катодных и сеточных напряжений к оптимальным указанным и/или промежуточным значениям допустимой токовой нагрузки ротора, не превышающим допустимой, и эта система предусматривает использование встроенного компьютера (для выполнения различных функций автоматически).

Состав этой системы, как показано на Фиг 10, предназначен для обеспечения логической цепи, которая иллюстрирует принципы изобретения, а также главные принципы соответствующей конструкции цепи, которая должна применяться в такой системе в рамках нижеследующих аспектов, и не препятствовать использованию других возможных схемных решений системы управления.

Катодные элементы (64) каждой плоскопараллельной системы электродов или модуль пентодной сборки (используемой для крепления ротора к положительно заряженной части корпуса) должны иметь функцию Ф поверхностной работы выхода, которая значительно ниже и/или рабочую температуру, которая значительно выше, чем температура эмиттеров ротора поля (17), и, следовательно, будет приводить к сравнительно намного более высокой электронной эмиссии, так что отношение их термоэмиссионных факторов соответственно (каждый из которых представляется законом е^-ϕ/kT) имеет вполне определенный эффект на соответствующее отношение выходного полеобразующего напряжения устройства к первичному напряжению постоянного тока генерируемого внутренне.

Согласно Фиг.10, катоды первичного массива должны состоять из вольфрама или другого огнеупорного металла, в который может быть внедрен оксид тория или подповерхностно-адсорбированный металлический торий для понижения сравнительной поверхностной работы выхода, и для калибровки их относительной эмиссионной способности так, что эмиттеры поля ротора (17) используют в качестве средства определения отношения напряжения внешнего поля устройства к разнице потенциалов его первичной серии (или половине напряжения ротора).

Система контроля напряжения поля в показанной компоновке сконструирована для прямого принятия довольно высоких положительных индуцированных напряжений стационарных анодных колец (58) (показано на Фиг.8 и 9) в целях обеспечения первичных ускоряющих сеток (66) их стандартным рабочим напряжением постоянного тока. Благодаря линейному масштабированию конструкции генератора, номинальное (нулевой сигнал) значение такого напряжения относительно (10) Земли предполагается в пределах от +362 до +483 вольт на фут диаметра корпуса в трехступенчатом и одноступенчатом генераторе (соответственно). Изоляционный диод (126) и выключатель или реле (124) предотвращает положительное напряжение от нейтрализации негативными токами из цепи контроля. Один или более из стационарных элементов электрода (64)-(67), составляющих модуль пентодной сборки, могут быть искусственно охлаждены для дальнейшей регулировки напряжения внешнего поля устройства, и/или временами подвергнуты воздействию умеренного постоянного управляющего напряжения в моменты регулировки тока модуля пентодной сборки.

Конденсатор очень высокой емкости (116) или множество отдельных конденсаторов большой емкости, соединенных параллельно или последовательно-параллельно, могут применяться для накопления заряда, вызванного внутри главной системы энергоснабжения зарядом балластных емкостей, смонтированных на роторе как части системы управления напряжением поля. В дальнейшем конденсатор(ы) (116), накапливающие заряды смещения, будут именоваться как «балластные компенсирующие конденсаторы».

Высокоемкостной конденсатор (117) или сборка конденсаторов могут также применяться для предотвращения заземления секций положительно заряженных частей корпуса внешним ионизирующим зарядом, возникающим при работе в воздушной среде во время запуска установки, до момента, когда такие секции полностью закрываются (внешним полем токов полуторов), в качестве продолжения системы управления напряжением поля. Такие громоздкие конденсаторы (117) далее будут называться «конденсаторами обтекающего заряда». Отрицательные пластины конденсаторов обтекающего заряда изолированы от земли во время раскручивания ротора для того, чтобы накопить отрицательный заряд, а также их положительно заряженные плоскости снабжаются предназначенной для этого системой питания постоянного тока, которое присоединено к заземленному каркасу. Каждый конденсатор 117 обтекающего заряда, применяющийся во время запуска установки может выборочно включаться или подключаться с помощью реле его отрицательным полюсом к элементу ускоряющей сетки (66) одной или более плоскопараллельной системы электродов для влияния и контроля накопления ионизационного заряда. Также каждый пусковой конденсатор (117) может также избранно включаться включателем или реле, присоединенным своей отрицательной клеммой через переменное сопротивление и/или диод к подавляющей экранной сетке (67) одним или более плоскопараллельных электродов для влияния и контроля распределения накопления отрицательного заряда от экранной сетки (67) к ротору, как стандартный метод регулирования напряжения внешнего поля (особенно в вакууме). Такие конденсаторы 117 обтекающего заряда могут подобным образом присоединяться к отрицательному полюсу к земле или к одному или множеству сверхпроводящих токонакопляющих колец (200) (включая накопление заряда и средства его извлечения) с целью удаления любого избытка обтекающего электронного заряда над емкостной способностью такого конденсатора или сборки конденсаторов, который может возникать от работы на полной мощности в воздухе или другой газообразной диэлектрической среде.

Такие сверхпроводящие накопительные кольца могут использоваться исключительно в больших трехступенчатых роторных моделях генератора, что таким образом представляло бы собой способ извлечения емкости бортовых систем накопления заряда.

Рабочая часть каждого сверхпроводящего накопительного кольца должна быть большим, но относительно тонким тором (маленького поперечного сечения) и состоять из иттрий барий купратного YBa2Cu307 соединения, погруженного в жидкий азот, что дает известную допустимую токовую нагрузку в сотни тысяч ампер. Линейно перемещающийся стержень управления (103) или аналогичный механизм может быть использован для воздействия на механически переменный тепловой контакт между каждой первичной катодной сборкой (64)-(67) и холодной массой такого или аналогичного огнеупорного металла, поддерживающегося при температуре резервуара вторичного криогенного хладагента, такого как, например, жидкий воздух или азот. Пластины и диэлектрическая среда каждого конденсатора или матрицы конденсаторов, применяющихся в системе управления напряжением поля, могут также помещаться в сосуд с охладителем. Диоды этой системы не нуждаются в столь низких температурах.

Цепь управления напряжением, показанная на Фиг.10, является модульной по конструкции, так что один такой элемент существует для каждого из 72 модулей пентодной сборки, взаимодействующего с системой индукции поля (в желательном исполнении). Все измерения напряжения первичного электрода и напряжения положительной секции корпуса, должны проводиться по отношению к заземленному каркасу генератора (10) (как изображено на Фиг.1): металлической оболочке центральной камеры устройства, на которой должен быть установлен несущий двигатель. Этот метод заземления будет в дальнейшем называться «заземление на массу».

Каждый первичный катод и элемент сетки (64)-(67) снабжен одним управляющим тепловым стержнем (103). Элемент сетки переменно включает разъем управляющий стержнем (104), закрепленным там же, и температурный контакт (101), прикреплений к массе (102), поддерживаемой в тепловом равновесии с резервуаром вторичного (криогенного) охладителя, посредством линейного привода (не показано). Такой управляющий стержень (103) может использоваться для регулировки температуры электрода приблизительно к температуре связанного силового сопротивления (при 675°С±55). Таким способом, малая подгонка в эмиссионной способности катода (64) может быть выполнена при необходимости во время работы и разные сетки могут быть точно подобраны по температуре к соответствующим катодам, так чтобы убедиться в точности взаимного баланса напряжения первичного электрода. Любое отклонение напряжения катода (64) от потенциала заземления на массу может быть зафиксировано и измерено через очень высокое сопротивление, между оговоренными катодами и заземлением на массу, которое изготовлено масштабной углеродной структуры с прикрепленными элементами, между которыми может быть приложено выходное напряжение).

Для всех первичных катодов (64) существует специально предназначенный управляемый блок питания 95 напряжения постоянного тока, в качестве средства обеспечения катода оптимальным потенциалом относительно земли, несмотря на флуктуации температур силового сопротивления (в трехступенчатом роторе, где поле тока полутора переменно смещено).

Это питание зашунтировано двухполюсным выключателем или реле (123) для того, чтобы положительное или отрицательное управляющее напряжение могло быть приложено к катодам (64) для поддержания их истинного потенциала как можно ближе к земле. Аналогичный блок питания (97) и выключатель/реле (123) предусмотрены для всех ускоряющих сеток (66), как средство модулирования фиксированного уровня применяемого положительного сеточного напряжения (от стационарного анодного кольца (58)) и, следовательно, уровня поля полутороидального тока, независимо от уровня применяющегося управляющей сеткой (65) смещения. В обоих случаях эти источники питания постоянного тока изолированы от заземления на массу (106) блокирующими конденсаторами для предотвращения потерь или накопления зарядов от рамы во время работы (в движущих элементах, которые не заземлены).

Так же для всех первичных управляющих сеток (65) предусмотрено изменяемое напряжение питания постоянного тока (96). Это питание не изолировано при помощи конденсаторов, так что первичные управляющие сетки (65) и катоды (64) могут быть напрямую связанными с землей аналогично компоновке схемы типовой вакуумной трубки. Описанное управляющее питание сетки (96) должно также включать в себя сопротивление (107) такого же самого типа, что и у катодов (64), соединенных между положительной клеммой и заземлением на массу. Эти два критерия дополнительно гарантируют точность баланса напряжения первичного электрода, и предполагается, что номинальное (или нулевой сигнал) значение напряжения постоянного тока управляющей сетки относительно заземления на массу составит от -36 до -48 вольт на фут диаметра корпуса в трехступенчатых и одноступенчатых генераторах (соответственно). Переменное шунтирующее сопротивление (108) может применяться для обеспечения очень низких и относительно постоянных токов, действующих в сетке несмотря на наличие флуктуации в величине переменного тока входного сигнала резистора (110), как будет показано ниже.

Балластные компенсирующие конденсаторы (116) предусмотрены в случае скачка отрицательного заряда от стационарных анодных колец (58) и положительно заряженные пластины балластных роторных конденсаторов могут быть очищены во время раскрутки ротора главной системы энергоснабжения для предотвращения превышения напряжения в массиве электродов через эти же самые два анодных кольца (одно кольцо на индукционную сборку), подключающих включатель и/или реле (124) сопротивления. Во время запуска генератора и периоды его работы, каждый балластный разрядный выключатель/реле (122) нормально открыт; выключатель/реле(124) «открыт». Когда ротор останавливается, такой стекающий заряд должен быть пропорционально возвращен каждому стационарному анодному кольцу через выключатель/реле (124) и сопротивления (125), и главной системе энергоснабжения как целому, через разрядные выключатели/реле (122) и сетку подавляющих разрядных шунтов (с переменными сопротивлениям (113) и диодами (115)), в основном после прекращения подачи тока вакуумной камеры на эмиттерное кольцо.

Далее такой нормирующий заряд может быть «сброшен» через описанную подавляющую систему шунтов со скоростью, достаточной для возвращения главной системы энергоснабжения к потенциалу земли (кратким прямым закорачиванием ротора на внешние анодные индукционные кольца). Таким образом, сопротивления (113) обеспечивают изменяющееся время разрядки описанных компенсирующих конденсаторов (116). Независимое питание постоянного изменяемого напряжения (99), отрицательный полюс которого заземлен (10) обеспечивает возможность хранения описанного общего компенсирующего заряда вопреки высокому рабочему потенциалу стационарных анодных колец.

Конденсаторы обтекающего заряда (117) накапливают ионизационный заряд (возникающий от работы в воздухе), который обязательно должен попадать в потенциальную яму, формируемую положительными частями корпуса по меньшей мере до момента формирования полудороидального тока огибающей поля, который в противном случае будут стремиться заземлить необходимый положительный потенциал корпуса. Следовательно, пластины отрицательного напряжения накапливающих конденсаторов (117) питаются от другого специального источника (100) постоянного тока, подобного (99) для компенсирующих конденсаторов (116), посредством обычного выключателя/реле (119). Ни одно из этих блоков 95-100 питания постоянного тока не должно иметь нагрузочных диодов.

Переменный выход «динамически компенсирующего» напряжения питания (100) приблизительно такой же, как у положительного напряжения питания конденсаторов (98) обтекающего заряда, что позволяет данным конденсаторам постепенно заполняться электронами, собранными на ускоряющей сетке через накопляющие шунтирующие выключатели/реле (121) и диоды (114) пускового тока во время разгона ротора. Во время пуска ротора и рабочих периодов, «управляющие затворные» выключатели/реле (119) закрыты таким образом, что отрицательный полюс питания (100) присоединен к отрицательным пластинам этих же самых конденсаторов. При вращении ротора и его остановке выключатели/реле (121) открыты.

Любой избыточный ионизационный заряд над накапливающей способностью конденсаторов, который может занизить «рабочее» напряжение цепи системы индуцирования поля, должен быть заземлен или осажден в вышеописанных сверхпроводящих накапливающих кольцах (200) (в незаземленных движущихся генераторах, конструкция которых предусматривает максимальное накопление внешнего заряда), через такой же управляющий затворный выключатель/реле (119), соединенный с шунтирующим выключателем/реле (120) и сопротивлением (112). В противном случае накапливающие шунтирующие выключатели/реле (121) остаются закрытыми. Иначе, медленное «рабочее» разъединение и распределение запасов отрицательного заряда к ротору от накапливающих конденсаторов (117) проводится через постепенное синхронное ослабление напряжения питания (98) и (100) через выключатели/реле (119) и разгрузочное сопротивление (113), с открытыми шунтирующими выключателями (120) и (121), в то время как диоды (114) и (115) будут гарантировать разрядку конденсаторов (117) указанным способом.

Такой разряд накопленного заряда имеет место у подавляющих сеток (67), которые могут служить как низкоэнергетические электронные эмиттеры с учетом их близкого расположения к первичным анодным кольцам (68). Изоляционный диод (127) предотвращает такой негативный заряд от нейтрализации напряжения цепи ускоряющей сетки. Следует также заметить, что подавляющие сетки могут удерживаться заземленными, как в типовой цепи питания лучевого пентода, или при очень малом, почти нулевом отрицательном напряжении с целью осуществления управляемого низкоэнергетического освобождения заряда, посредством:

[i] незначительного отрицательного напряжения, индуцированного вслед за соответствующими первичными анодными кольцами (пропорционально их емкостным сопротивлениям соответственно); [ii] общего перепада напряжения постоянного тока на соединенных параллельно сопротивлениях (109) и (111), присоединенных к соответствующим ускоряющим сеткам; и/или [iii] напряжения питания динамической компенсации (100) по отношению к заземлению и сопротивлению (112) или заземлению на массу и взаимно противоположному напряжению питания накапливающих конденсаторов (98) обтекающего заряда.

Шунтирующее сопротивление (109), установленное между каждой ускоряющей сеткой и связанной с ней подавляющей сеткой (67) возвращает ток цепи стационарного анодного кольца (58) и ускоряющей сетки (66) к ротору от подавляющих сеток (67), и попросту поддерживает каждую подавляющую сетку с напряжением насколько можно близким по отношению к земле. Сопротивление подавляющей сетки (111), соединенное параллельно с описанным шунтирующим сопротивлением (109), аналогично плоскостному сопротивлению в части соответствующего внутреннего (ротора) индукционного массива в обоих одно и трехступенчатых роторах, в любом роторе вариации переменного выходного тока будут передаваться по всему ротору после установления тока возбуждения поля. Подобно этому любые колебания переменного тока от внешнего (удаленного) источника, которые индуцируют токи возбуждения поля, мгновенно будут действовать, как входные сигналы переменного тока цепи усиления и, в свою очередь, будут передаваться по сеточному резистору (111).

Следовательно, любая разница потенциалов ротора или потенциалов поля переменного тока через данный сеточный резистор (111) обуславливает выходное напряжение, которое может быть: [i] получено действующей консолью связи, или просто управляющей цепью переменного тока в центральной кабине генератора;

и/или [ii] повторно приложено к входящей или выходящей фазе с напряжением через сопротивление (110) входного сигнала, соответствующей управляющей сетки, как дальнейшее усиление напряжения сигнала переменного тока или подавление (соответственно). Входной сигнал переменного тока или управляющее напряжение может также прикладываться через сопротивление (110) управляющей сетки от бортового коммуникационного пульта или рабочей цепи управления напряжением, которые должны применятся в трех- и одноступенчатых устройствах соответственно. Это сеточное сопротивление регулируется для настройки цепи на резонансную частоту связи (по желанию). На Фиг.8 и 9 можно видеть, что плата усиления выходного переменного тока (или внутренняя индукционная сборка) главной системы энергоснабжения и ее входная платформа (или внешняя индукционная сборка) напрямую спарены сегментами ротора (14) в одноступенчатой и многоступенчатой реализации ротора. Следовательно, сигнал переменного тока отрицательной обратной связи пропорционален току через резистор (111), синфазный с линией переменного тока через резистор (110), понижающий полное сопротивление входного каскада ротора и также понижающий амплитуду выходного переменного тока. В результате получается полная потеря усиления (посредством частичного прироста), но при этом уменьшается искажение сигнала.

Каскад трансформаторов (130) обратной связи обеспечивает изолирование между таким стационарным усилением и подавляемым уровнем и соответствующими уровнями ротора, когда необходима и желательна обратная связь по переменному току через резисторы (110) управляющей сетки. Двухполюсный/двунаправленный переключатель/реле (129) может разъединить каждый такой трансформатор со стороны резистора входящего сигнала этого соединения цепи, и/или применять любую положительную (восстанавливающуюся) или отрицательную (противоположную) обратную связь с уровнем усиления переменного тока ротора, и перестраиваемые стопорные конденсаторы (131) изолируют трансформаторы от постоянных напряжений цепи. Трансформаторы связи (130), изолирующие реле (129), стопорные конденсаторы (131), следовательно, необходимы только в генераторе, не имеющем основной управляющей цепи контроля напряжения переменного тока с подходящими характеристиками отрицательной обратной связи и в трехступенчатых генераторах, которые могут использоваться в связных емкостях. В дальнейшем, произвольный конденсатор через вторичную сторону или сторону резистора управляющей сетки каждого такого трансформатора (в сравнении с вышеупомянутым резистором) можно еще раз применить в резонансной форме, указанной на фиг.10.

Во время работы генератора электродинамического поля в вакуумном пространстве показано, что напряжение поля постоянного тока стремится к постепенному возрастанию как, например общее количество заряда, содержащегося в токе огибающей поля, постепенно уменьшается из-за неизбежных электронных потерь (в основном на краю корпуса эмиттерного кольца). Для возмещения этого эффекта малое количество плавающего заряда, следовательно, должно непрерывно переходить от экранных сеток в обратный ток ротора. Норма, в пределах которой должна осуществляться постепенная разрядка, зависит от скорости утечки отмеченного поля, как только грубое приближение этой утечки может быть предварительно вычислено. Это является причиной, по которой сверхпроводимость накопительного кольца (200), вмещающего большое количество резервного обтекающего заряда в форме непрерывного безпотерьного тока - должна быть включена в любой незаземленный элемент импульсного привода, который используется в космических исследованиях, причем возможности такого накопительного кольца определяются эффективной дальностью полетов аппарата.

Задается, что плотность энергии тока внешнего поля может быть довольно большой, что проявляется в нереальных рабочих условиях собственного вакуумирования при определенном ультравысоком напряжении поля в трехступенчатом генераторе электродинамического поля, и такие условия необходимы для успешного пуска сквозь атмосферу.

Могут иметь место такие кинетические препятствия значительной части доступного перетекающего ионизационного заряда при формировании огибающей поля, даже в наземных однокаскадных устройствах, работающих на интенсивности поля пробоя. Во время продолжительной работы таких наземных устройств в газовой атмосфере, потери поля, которые могут привести к нежелательному постепенному повышению напряжения поля, если они превышают возможное ускорение обтекающего заряда, могут быть скомпенсированы шунтированным зарядом от заземления. В этом случае положительный полюс питания (100) связан по низкой мощности через заземленный двухполюсный переключатель/реле 119 на два направления, для того чтобы избежать раскрутки/работы/остановки повторяющегося рабочего цикла.

Общий метод конструирования аппарата

Создание генератора электродинамического поля любого размера относительно успешно продвигается, и продвигается от внутренних конструкций к внешним. Ссылаясь на Фиг.1, можно заключить, что одной из наиболее практических особенностей конструкционного процесса является первоначальная установка оборудования и секции полезной нагрузки или «центральной камеры» (2), прежде чем смонтированы или спроектированы какие-либо участки главной системы энергоснабжения. В трехступенчатой конструкции, которая используется в качестве аэрокосмического импульсного привода, центральная камера должна состоять из материалов с низкой плотностью.

Следующий шаг - изготовление основной рамы генератора (10): металлическая оболочка, которая составляет каркас центральной камеры, на которую заземляется все дополнительное оборудование. Этот структурный комплекс должен быть прочным, легким, немагнитным и может быть желательно сварной трубчатой конструкцией, использующей нержавеющую сталь или подходящий сплав титана.

После установки основной рамы и центральной камеры, включая установку 32 приводных блоков ротора генератора постоянного тока с высоким крутящим моментом (в четырех наборах по восемь блоков), две монтажные секции рамы ротора и прикрепленные к ним кольцевые зубчатые колеса (8) «несущей сборки» могут быть динамически уравновешены (временно используя дистанционирующий гироскоп). Далее, конструкция составной «роторной сборки» может начинаться с выкладки равных количеств медных сегментов (14), керамических сепараторов сегментов (16), и излучателей поля (17) из огнеупорного композита, которые все равны по весу; последние компоненты обеспечивают непроводящую основу, к которой могут быть присоединены другие вращающиеся электрические металлические конструкции.

Когда три набора больших основных частей ротора (желательно 180 элементов) связаны с электродными кольцами, которые припаяны серебром к сегментам, и зажаты между двумя половинами центрифугообразной несущей сборки, может начаться монтаж сборки «первичной системы энергоснабжения». После того как тонкая изолирующая облицовка ротора, вышеупомянутые углубленные и проводящие каналы сепаратора, каналы шарикоподшипников ротора (25) прикреплены к основной роторной сборке, и добавлены катушки электромагнитов, сборки электродов, и другие вращающиеся компоненты, может начинаться изготовление «системы внутреннего охлаждения конструкции» аппарата. Когда эта система вторичных тепловых каналов (охладителя корпуса) смонтирована и испытана под давлением, могут устанавливаться «первичные и магнитные сборки», включая секции 5-якорных сборок катушек переменной индуктивности, изображенных на Фиг.14. Основные сборки (индукционных колец) состоят из блоков пентодных сборок (69), каждая из которых имеет примыкающую сборку, включающую в себя резистор (63) цепи возбуждения поля, изолирующий буфер (45), и первичный тепловой канал (48).

В заключении, при наличии у ротора удовлетворительного рабочего зазора и динамической сбалансированности (достигается, временно используя внешний гироскоп), и проведено заключительное испытание под давлением системы тепловых каналов, могут устанавливаться «внешнекорпусные компоненты».

Таким образом, изготовление основной конструкции аппарата может быть выполнено в 7 отдельных этапов или стадий. Из-за существенно большого веса ротора (как наиболее массивной сборки устройства), крайней важной характеристикой является реальная скорость ротора, необходимая для поддержки напряжения поля, которая может быть высчитана, используя метод, описанный в главе "Детальные Расчеты". Это определяет рабочий угловой момент ротора, который в приводных устройствах должен быть достаточно большим для обеспечения гироскопической стабильности без использования изометрической тяги (вызванной полутороидальным током поля), но не слишком большой, чтобы ослаблять навигационные и маневренные характеристики аппарата.

Можно показать математически, что номинальная скорость ротора для 4-х футовой в диаметре прототипа была бы примерно равной или даже несколько меньшей, чем для обычного небольшого электромотора. Однако при увеличении размера устройства, необходимо понизить количество оборотов ротора в минуту из-за сильного возрастания скорости верхушки ротора и следовательно центробежных сил, которым она подвергается. Необходимая информация содержится в основных технических требованиях, которые лежат в основе данного изобретения, позволяющая конструкторам по необходимости понижать скорость ротора в больших устройствах, исходя из курса программы тестирования малых устройств; как пример, проектное номинальное количество оборотов ротора в минуту для 20 футового модуля тепловой энергии равно 1045.

Система внутреннего охлаждения конструкции

Вторичные секции тепловых каналов, в которых циркулируют теплоноситель зауженное «приводное кольцо» генератора (или объединенные отрицательные и нейтральные секции корпуса) должны проходить между силовым резистором и сборками блоков пентодных массивов, и таким образом они должны согласоваться с внешним размером, чтобы имелось свободное пространство в каркасе нейтральной части корпуса. Самая необычная особенность этих каналов заключается в том, что они также содержат (по необходимости) основные несущие элементы приводного кольца, и вместе они оставляют систему внутреннего охлаждения EDF генератора, изображенную на Фиг.14.

Эти каналы вторичного теплоносителя должны быть выполнены аналогично первичным тепловым каналам, описанным выше, и могут быть выполнены в четырех вариантах: (1) начальные каналы выходящего теплоносителя (75), называемые «коллекторами» («hoarders»); (2) кольцевые секции 76 теплопереноса (к которым прикреплены пластины эмиттерного кольца), называемые «периферийными шунтами» (3) внутренние (77) и внешние (78) промежуточные каналы теплоносителя, или «звенья переноса»; и (4) радиальные каналы возвращающегося теплоносителя (79) или «линии отбора тепла». В пределах приводного кольца, каждый из этих типов каналов может быть выполнен в виде цельных секций, которые соединяются в последовательно-параллельные системы или зоны. То есть, один коллектор (75) из трубки резервного коллектора (74) соединяется с одним периферийным шунтом (76), который последовательно соединен с одной линией отбора тепла (79). Таким образом, одна зона теплоносителя изображена на Фиг.14, где стрелки указывают направления потока теплоносителя. Опорная керамическая скоба (71), имеющая коленчатый изгиб и набор вмонтированных «шарниров» может использоваться для защиты внутренних углов каждых двух соседних пластин отрицательных секций корпуса (72), посредством подобранного установочного кольца, приваренного к каждой внутренней пластине и стопорному болту (не показан). Каждая пластина корпуса (72) эмиттерного кольца имеет угловой канал теплового переноса, приваренный вдоль внутреннего края (указанный пунктирными линиями), который закрывает соответственный периферийный шунт (76).

Эти коллекторы, шунты, звенья переноса и линии отбора тепла изготавливаются из молибденовых трубок, которым свойственны проводимость при высоких температурах и электрическое сопротивление тонкого покрытия оксида алюминия для поглощения излишка тепла от корпуса ведущего кольца и (в частности) от эмиттерного кольца. В одноступенчатых роторах, которые используются как модули тепловой энергии, линии отбора тепла выходят из корпуса генератора через два теплообменных коллектора (как определено ранее) из отдельных зон теплоносителя, общим количеством 72, к внешнему теплообменнику. Трудно предвидеть, насколько эффективен будет этот метод охлаждения приводного кольца как целого, используя теплоноситель из жидкого натрия или воздуха, при полетах в воздушном пространстве. Для обеспечения соответствующего внутрикорпусного охлаждения, в таком случае, может использоваться жидкий гелий, но в этом случае возникают существенные трудности с разводкой и прокачкой теплоносителя.

Однако ожидается, что описанная система внутреннего охлаждения достаточно эффективна в случае эксплуатации трехступенчатых механизмов в вакууме, и главным образом она спроектирована для именно такого использования. Ожидается, что при использовании импульсного привода в космосе, можно устранять излишнее тепловыделение с помощью циркулирования жидкого натрия (или его эквивалента) через систему вторичных тепловых каналов (вместо криогенного теплоносителя). В этом случае, конструкция внутреннего охлаждения используется для переноса тепла к пластинам корпуса эмиттерного кольца в качестве радиационного теплоотвода. Этот метод охлаждения обеспечит необходимое освобождение генератора от постоянной поддержки с земли для достижения независимого функционирования в космосе.

Конструкция нейтральной части корпуса

Для возбуждения и противостояния воздействию разрядного тока огибающей поля, поверхность нейтральных секций корпуса генератора (или "нейтральное кольцо") должна быть сделана полностью из специальных непроводящих материалов, которые должны быть наложены в два слоя на опорную конструкцию корпуса, которая по природе своей обладает достаточной проводимостью. Предложено использование перекрывающихся керамических плиток (как это сделано в космических шаттлах NASA), которые приклеены к лежащему внизу настилу или конструкционным неметаллическим листам.

В то время как каналы системы охлаждения (описаны в предыдущей главе) включают в себя несущие детали, которые поддерживают часть корпуса, обозначенную как «приводное кольцо», система ребер жесткости (153) и распорок (152), которые также сделаны из того же неметаллического материала в виде настила или другого аналогичного и подходящего материала, должны быть использованы для укрепления и «объединения» структуры приводного кольца, так как в этих секциях может фрмироваться высокий вакуум и поддерживаться до начала работы. Эти вторичные структурные детали также изображены на Фиг.14, и в выбранном варианте конструкции эти детали и материал опорной конструкции могут быть изготовлены из углеродного композита, что неверно называемо графитом.

Усовершенствованные углеродные композиты, схожие с используемыми в клюшках для гольфа и рамах гоночных велосипедов, были изначально разработаны для использования комбинации их прочности, упругости и легкости в аэрокосмических конструкциях. Эти материалы обычно изготавливаются из полиакрилонитриловых (PAN) углеродных волокон, которые нагреваются под натяжением для отсеивания не углеродной части. Отдельные волокна достигают порядка 7 микрон в диаметре и приблизительно 150 кг/дюйм² прочности на разрыв. Потом эти волокна скручивают в жгуты или сплетаются в тканеподобный материал, а затем заливают эпоксидной или полиэстеровой смолой. Таким образом, углеродные композиты очень удобны для изготовления стержней, труб, и листов, и показывают отличные характеристики по ослаблению вибрации. Однако такой продукт имеет очень высокую цену. Для упрощения выбора между многими сортами (PAN) углеродных композитов, используемых для данной цели, следует выбирать два вида этого материала, в зависимости от его плотности: вид с низкой плотностью, используемый для основной несущей конструкции (около 35% удельного веса листового железа), и вид с высокой плотностью, используемый для ребер жесткости (около 65% удельного веса строительной стали). Также возможны два вида по температурному стандарту, в зависимости от используемого связующего материала: (низкотемпературный) эпоксидно-связанный материал для проектного максимума 350°F и (высокотемпературный) полиамидно-связанный материал для проектного максимума 750°F. Высокотемпературный вид должен быть применен для изготовления нейтрального кольца, а низкотемпературный может использоваться для изготовления центральной камеры.

Таким образом, низкотемпературный/высокотемпературный вид слоистого композитного карбопласта должен быть использован в качестве основного материала для основной несущей конструкции при изготовлении секций нейтрального кольца корпуса. Этот слой настила, в свою очередь, должен быть прикреплен к первичному корпусу аппарата при помощи солвентной сварки и/или механических средств. Конструкция из (PAN) углеродных композитов, средний слой из керамических подложек и внешний слой из плитки, вместе составляют кожух нейтрального кольца. На выбор керамики для слоя подложек влияют несколько факторов. Главная цель - чтобы у выбранного материала было большое объемное удельное сопротивление и низкая теплопроводность при температурах 300-500°С. Также важно, чтобы материал имел небольшой коэффициент теплового расширения, так как слой подложек будет связан с настилом при помощи огнеупорного клея. Поэтому материал для подложек также должен быть не стекловидный и иметь сравнительно высокую пористость для адекватного склеивания. Один из кордиеритных составов, обозначенный 447 по маркировке CeramTec, имеет относительно малую жесткость и прочность на изгиб, но должен нормально работать в модулях тепловой энергии в качестве центрального слоя связанной композитной конструкции, выявляя другие свои положительные характеристики. В импульсных приводах потребуется использование альтернативного материала для слоя подложек, как будет показано ниже. Выбор керамики для диэлектрической теплозащитной плитки, используемой как экзослой корпуса или оболочки генератора, зависит от напряжения возбуждения поля. Поэтому, различные материалы должны быть выбраны для теплового модуля и импульсного привода. Для предотвращения значительных потерь проводимости внешнего слоя, для материала плиточного экзослоя, используемого в модулях тепловой энергии, было рассчитано с использованием амплитудного напряжения возбуждения) минимальное значение диэлектрического коэффициента k=9. Выбранный материал - двуокись циркония (Zirconia), обозначенный 848 по маркировке CeramTec, с минимальной (высокочастотной) диэлектрической константой, равной 28. И хотя у этого материала сравнительно малый коэффициент теплового расширения, у него очень малая теплопроводность и он густой и твердый. Более того, он имеет высокую прочность на изгиб и высокое сопротивление излому.

Для материала плиточного экзослоя, используемого в импульсных приводах, было рассчитано минимальное значение диэлектрического коэффициента k=107. Поэтому выбранный материал представляет собой тот же композит титаната, используемого для диэлектрических буферов (и описанного в предыдущей главе). Известный как титанат натрий висмута (Sodium Bismuth Titanate) или, в промышленности, Кезит (Kezit) этот очень необычный состав технически является пъезоэлектриком, но также проявляет свойства ферроэлектрика, так как его диэлектрическая константа возрастает с ростом температуры до пикового низкочастотного значения, равного 3100, при его точке кюри 655°С. Как большинство ферроэлектриков, его прочность на изгиб и разрыв довольно малы, но он имеет высокую плотность и твердость. Однако он имеет очень высокий коэффициент теплового расширения как для керамики. Слой подложек, если они сделаны из описанного выше кордиеритного материала, должен выдержать ожидаемые сильные механические напряжения при изгибе на нейтральном кольце импульсного привода (сравнительно с модулем тепловой энергии). Соответственно, состав из двуокиси циркония следует заменить на Кордиерит 447 как материал для подложек в импульсном приводе. Это придаст жесткость корпусу нейтрального кольца для предотвращения изломов при напряжении, и в то же время его коэффициент теплового расширения почти совпадает с КТР титанатовых плиток. Для теплового модуля и импульсного привода плитка экзослоя должна накладываться на слой подложек при помощи огнеупорного клея в виде перекрывающейся мозаики, чтобы края каждой из плиток были расположены как можно дальше от краев подложек. Так как настил корпуса нейтрального кольца будет иметь достаточную проводимость, если выполнен из углеродного композита, то следует использовать вспомогательный слой диэлектрика (50) (изображено на Фиг.1) между внутренними краями пластин кожуха эмиттерного кольца (47) и внешним краем упомянутого настила для предотвращения утечки тока через настил. И хотя использование более дешевых и почти таких же прочных непроводящих стекловолоконных композитов приведет к минимизации любой утечки тока, их использование приведет к появлению недопустимого уровня статического заряда в пределах индукционной камеры (12). Следовательно, использование проводящего материала настила гарантирует, что принцип клетки Фарадея защищает компоненты нейтрального кольца от резкого подъема статического напряжения. Так как присутствие ограниченной утечки тока через настил означает, что опорная конструкция корпуса - заряженный проводник, и результирующий статический заряд расположен снаружи. Следующий момент - это рабочая температура контактных зон, где настил примыкает к вспомогательному слою (50) и основному слою (45) диэлектрических буферов, и которая должна быть меньше 750°F, допустимого предела углеродного композита. Математически может быть показано, что утечка тока через настил может быть удержана до приемлемого нецелочисленного значения силы тока на см² площади контакта, если это условие выполняется. В модулях тепловой энергии используется вторичный внутрикорпусной криогенный охладитель для поддержания температуры вспомогательных буферов (50) и внешних контактных зон настила ниже упомянутых выше пределов. Для контактных зон основного буфера (45) может понадобиться использование вспомогательных криогенных тепловых каналов в обеих моделях теплового модуля и импульсного привода генератора. Вспомогательные диэлектрические буфера должны состоять из того же материала, что и плитка экзослоя устройства, и должны быть вполовину радиальной толщины основных буферов.

Так как специфические материалы, описанные выше, не являются критическими для надлежащей конструкции генератора ЭДП, их свойства и характеристики свидетельствуют об аспектах, при реализации которых нейтральные секции корпуса аппарата будут физически подготовлены для оптимизирования работы устройства и минимизирования затрат на поддержку и ремонт корпуса.

Стационарные якоря электромагнита

Так как стационарные якоря электромагнитов генератора не дают нагрузки на ротор или напряжение поля, а также нет прямого соединения, они рассматриваются не как часть главной системы энергоснабжения или системы индукции поля, а как отдельная вспомогательная подсистема, направленная на оптимизацию общей работы устройства. Главной целью является создание и независимое управление различными значениями крутящего момента ротора и вращающей силы тока поля. Как изображено на Фиг.14, отдельные стационарные якоря (37) (или «катушки с переменной индуктивностью) могут быть установлены в 5-якорные группы или секции сборки в пределах нейтрального кольца корпуса, используя зазубренные и сцепляющие крепления (151), которые твердо зажимают якоря вокруг центральной секции каркаса якоря с уменьшенным диаметром. Эти якоря и их основная управляющая цепь изображены на Фиг.16, где указанные полярности определяются вращением ротора по часовой стрелке при виде сверху. Эта система распределения энергии якорей может быть настроена вручную и/или управляться автоматически (с помощью компьютера и/или других схем).

В обоих одноступенчатых и трехступенчатых вариантах конструкции генератора, каждая из двух сборок якорей должна быть параллельно подключена к одному или более источникам (185) низковольтного постоянного тока, которые заземлены на массу и которые являются общими для якорей (37) этой сборки. Нет необходимости в переменном регулировании или подмагничивании постоянного тока отдельного якоря в одноступенчатом роторе или устройствах модуля тепловой энергии. Желательное индивидуальное подмагничивание постоянного тока якоря в трехступенчатых устройствах, по приводимым ниже причинам, связанным с движением, может быть легко достигнуто с помощью переменного резистора (реостата) (184), связанного с каждым якорем и его цепью электроснабжения постоянного тока. Малая составляющая напряжения постоянного или переменного тока такого тока подпитки якоря может быть добавлена через или параллельно к такому резистору (184), с использованием источника (186) переменного тока и/или подходящего общепринятого управляющего интерфейса.

Каждый стационарный якорь (37) состоит из двух электрических катушек (180)-(181), работающих при напряжении постоянного тока, которые изготовлены из проводящей изолированной магнитной обмотки, многослойно намотанной на сердечник из ферромагнетика. Каждый сердечник имеет соединительную центральную часть или «восстановитель потока» (182) ("flux reductor") между двумя отдельными катушками с существенно уменьшенным поперечным сечением для придания равновесия, и которая должна магнитно насыщаться, когда плотность потока сердечника любой из катушек равна или больше половины значения насыщения. Для сердечника якоря должна использоваться чистая отожженная сталь или низко углеродная сталь, из-за своей высокой проницаемости, высокой собственной (внутренней) индукции и малого гистерезиса.

Внутренние катушки (181) или "инициаторы потока" ("flux initiator") этих якорей (или ближайших к ротору) могут быть использованы как средства (144) создания осевых магнитных полей с напряженностью, перпендикулярной плоскости сегментов ротора (14), которые являются носителями заряда. Таким образом, работающие при общем значении постоянного тока, вышеупомянутые внутренние катушки (181) в соединении с их сердечниками могут использоваться как источник однородного, но переменного крутящего момента нагрузки ротора. Это применяется при использовании данного изобретения как электрогенератора.

Катушки "инициаторы потока" (181) названы так, потому что их полярность обмотки, связанная с направлением постоянного тока ротора наружу, определяет направление вращения ротора, необходимое направление обмотки и полярность внешних (похожих) катушек (180). Эти внутренние катушки (181) находятся под напряжением от блока питания постоянного тока через выходной переменный резистор (184) и диодный фильтр (189), который предотвращает попадание индуцированных положительных полуциклов переменного тока (если таковые имеются) на отрицательно заземленный блок постоянного тока (185). Однако такой блок (185) питания должен быть рассчитан заземлять индуцированные отрицательные однонаправленные импульсы тока, и может быть твердотельным или с вращающейся конструкцией. Осевые поля (144), генерируемые якорями, также отдельно и переменно могут быть наложены на ротор для приложения выборочно управляемой силы крутящего момента к его сегментам (14), несущим заряд, посредством переменного регулирования основного постоянного тока в отдельных внутренних катушках (181) якорей, чтобы локально-неуравновешенная сила углового ускорения могла быть приложена к ротору. Следовательно, направленная сила горизонтальной тяги может быть передана опосредованно корпусу для бокового маневрирования при полете в устройствах с трехступенчатыми роторами. Внешние катушки (180) стационарных якорей, или ближайшие к огибающей поля, могут использоваться для создания осевых магнитных полей с напряженностью (144), перпендикулярной дуговым траекториям тока возбуждения. Этот вариант лучше всего изображен на Фиг.12, где показано место расположения двух сборок (145) катушек переменной индуктивности (или циркулярных групп якорей (37)). Таким образом, работающие при общем значении постоянного тока (включая малые постоянные и переменные компоненты), эти внешние катушки (180) якорей в соединении с их сердечниками используются для передачи затухающего, но целостного и упорядоченно вращательного вектора момента к внешнему разрядному току. Основной эффект такого использования вращающейся напряженности, который может быть использован для изменения или регулирования электродинамических характеристик поля, и далее представлен на Фиг.13.

Согласно Фиг.16, задано, что квазикогерентные характеристики огибающей поля могут быть оптимизированы посредством управления амплитудой, частотой и/или фазовыми соотношениями между малой компонентой АС напряжения тока огибающей поля и вышеупомянутым малым переменным током (если таковой имеется), подаваемым АС источником питания (186) к внешним или «полупрозрачным» ("transflection") катушкам (180) (каждой сборки вариометров). Такая схема реализуется для обоих вариантов конструкции генератора, хотя и более применима в варианте трехступенчатого ротора, а также позволяет уменьшить автоэлектронную эмиссию.

Полупрозрачные катушки (180) названы так, потому что могут быть использованы для передачи переменной поперечной отклоняющей силы ко всем радиально-сталкивающимся электронам тока возбуждения. В области огибающей поля, изображенной на Фиг.11, между поверхностью нейтральной части корпуса (4) и соответствующий внутренней границей (142) огибающей поля, напряженность магнитного поля может быть достаточна для генерирования непрерывного циркулярного потока тока смещения заряда. Как показано на Фиг.16, такие внешние катушки якорей (180) также находятся под напряжением от блока (185) питания постоянного тока, который аналогичный блоку для внутренних катушек (181), через выходной переменный резистор (184) и диодный фильтр (189). Кроме того, источник (186) переменного тока может накладывать малое напряжение постоянного или переменного тока на постоянный ток, идущий через полупрозрачные катушки (181), через выходной регистр (154) или параллельно к выходному резистору (раме) (184) соответствующих цепей блока питания постоянного тока, через отдельные выходные переменные резисторы (184) и DC разделительные конденсаторы (188), подсоединенные к указанному АС блоку питания.

Аксиальные магнитные поля (144), наведенные якорями (37) также по отдельности и попеременно могут быть наложены на огибающую поля для приложения выборочно управляемой вращательной силы к описанному полу-тороидальному току поля, посредством переменного регулирования основного постоянного тока в каждой внешней катушке (180), чтобы локально-неуравновешенная сила углового ускорения могла быть приложена к этому полу-тороидальному току. Каждая такая разбалансировка угловой силы приведет к соответственному изменению в локальной плотности тока возбуждения, и, следовательно, вторичная направленная сила переменной тяги по оси Z может быть передана непрямым способом корпусу в приводных устройствах. Это дает возможность управлять пространственным положением с помощью неизометрической тяги, создаваемой генератором.

Рассматривая восстановитель (182) потока, можно заметить, что внешние или внутренние части сердечника якоря могут совместно или отдельно работать при плотности потока выше половины уровня насыщения без значительного влияния на плотность потока противоположных частей сердечника. Оба соответствующих набора (181 и 182) катушек якорей (соответственно) питаются постоянным током одинаковой относительной полярности. Соответственно, коллективный полномощностной основной рабочий уровень плотности потока во внутренних частях сердечника якоря трехступенчатого ротора генератора импульсного привода должен быть равен примерно половине уровня насыщения, чтобы способствовать достижению временных локальных разбалансировок крутящего момента ротора для создания движения, как описано выше. Такая основная плотность потока внутренней части сердечника для одноступенчатого ротора или модуля тепловой энергии может быть выбрана в диапазоне от 0 до 100% насыщения.

Как показано на Фиг.16, предусматриваются средства для реверсирования фундаментальной полярности постоянного тока для внутренней (181) или внешней (182) катушки любого якоря (37), без изменения полярности блока (185) питания постоянного тока этой катушки, используя dp/dt реле (190). Заметно, что такая простая возможность позволяет прикладывать магнитодвижущую силу противоположной полярности к любой из секций обмотки сердечника, соответственно полярности сердечника противоположной секции обмотки. Эта характеристика, в соединении с описанием природы восстановителя потока, позволяет внешним секциям сердечника катушки в одноступенчатом и трехступенчатом вариантах конструкции работать практически при любом значении плотности потока в пределах их выходной мощности, которая может быть необходима для оптимизации квазикогерентных свойств огибающей поля, независимо от относительной полярности и/или плотности потока внутренних секций сердечника. Для обоих вариантов конструкции устройства, те же две характеристики позволяют осуществлять существенное торможение или прикладывать противоположно-направленный крутящий момент к ротору - при помощи любой или всех внутренних секций сердечников катушек - при поддержании оптимального уровня плотности потока во внешних секциях сердечников катушек: даже если две противоположные секции сердечника работают при противоположных полярностях.

Детальный расчет для выбранного варианта осуществления

Важно отметить, что все основные параметры (необходимые значения), относящиеся к размеру и/или размещению компонент основной энергосистемы, установленной в нейтральной области («нейтральное кольцо») внутри корпуса даются в коэффициентах (частях) значения радиуса корпуса R_h и/или радиальной толщины нейтрального кольца (С_v-С_a). Это означает, что компоненты легко могут быть масштабированы в точной пропорции с корпусом произвольного радиуса без внесения ощутимых погрешностей или конструктивных изменений. Тем не менее, верхним пределом размера агрегата, рассматриваемого здесь EDF генератора, является размер корпуса не более 100 футов в диаметре, для получения разумных значений постоянного напряжения поля (при вычислении его нижеописанным методом).

Таблица величин×Радиус корпуса = R_h Константа объема корпуса (С_v)C_v=1/5R_hКонстанта площади корпуса (С_a)C_a=0,012919C_vРадиус приводного кольца (r_f)r_f =2C_vРадиус эмиттерного кольца (r_neg)r_neg=C_v+C_aРадиус нейтрального кольца (r_neut)r_neut=C_v-C_aРадиус концентратора поля (r_z)r_z=3C_v(R_h=r_f+r_z)Полярная константа корпуса (h_z)h_z=0,1421245r_zПолярный дифференциал объема (Х_h)

Радиальная константа корпуса (R_s)R_s=h_z+X_hПлощадь положительно заряженной области (A_z)A_z=2πR_sh_zПлощадь отрицательно заряженной области (A_n)

, где

С=2πR_h, и
с=2π(R_h-(C_v+c_a))

переменная «α» равна углу смещения отрицательно заряженной области эмиттерного кольца (в соответствии с горизонтальной осевой плоскостью корпуса), который выбирается от 7,5° до 8° каждый.

Отметим, что A_z=A_n

Объем центральной области (V_c)

, где h_f=r_f(tanα), где α-вышеуказанный угол эмиттерного кольца

Объем положительно заряженной области (V_z)

Объем области приводного кольца (V_f)

Причем V_z=V_f Общий объем корпуса (V_t)V_t=2(V_z+V_f)+2V_c

Напряжения поля и ротора

Часть А: Интенсивность поля модельного блока

[1] Предельная интенсивность огибающей постоянного тока поля для моделей EDF генератора, независимо от их типа, должна равняться интенсивности электрического пробоя воздуха или вакуума: 3·10⁶В/м, измеренной вдоль полной полукруговой дуги, проведенной из центральной точки на поверхности произвольной положительной области корпуса (5) к какой-либо внешней точки корпуса аппарата, которая лежит в его осевой горизонтальной плоскости. Данное расстояние обозначается как «периметр поля возбуждения» (141), как показано на Фиг.11, и выбрано в соответствии с наибольшей длиной траектории постоянного тока поля.

[2] Согласно данному описанию, «граница поля возбуждения» (142) должна представлять расстояние, измеренное вдоль полной полукруглой дуги из любой точки на внешней вершине произвольной положительно заряженной области корпуса (5) до ближайшей точки, которая лежит на внутренней периферийной вершине в соответствующей отрицательно заряженной области корпуса (3) (как показано на Фиг.11), и представляет собой траекторию постоянного тока возбуждения.

Часть В: Блоки тепловой энергии

[1] Номинальное напряжение поля (nom.V_f) должно быть численно равно произведению 1,5·10⁶ на радиус конструкции R_h в футах. Это значение также равно проектному коэффициенту расширения основного напряжения термального блока, равному 750 и умножаемому на необходимое постоянное напряжение основной сборки, как функция заряда, накопленного в двух полевых балластных емкостях основной энергосистемы, и эмиссионной способности главного катода модуля.

[2] Искомое напряжение поля (spec.V_f) должно быть равно предельной интенсивности огибающей поля, помноженной на расстояние, включающее периметр поля возбуждения или (как вычислено, руководствуясь вышеупомянутыми указаниями) 0,9666 номинального напряжения поля. Это значение должно составлять стандартное рабочее значение напряжения огибающей поля.

[3] Пиковое (максимальное проектное рабочее значение) напряжение поля (max.V_f) должно равняться 110% от искомого значения и никогда не должно быть превышено в ходе работы.

[4] Номинальное напряжение ротора (nom.V_r) должно быть численно равно одной третьей произведения 1·10³ на радиус конструкции в дюймах, также как и величина скорости вращения ротора для типового полноэнергетического генератора постоянного тока в одноуровневом устройстве.

[5] Необходимое напряжение ротора (spec.V_r) должно быть численно равно 0,25776% от произведения 1,5·10⁶ на радиус конструкции R_h в футах и также равно произведению 0,9666 на номинальное напряжение поля. Данная величина составляет стандартное рабочее значение постоянного напряжения ротора как функцию от конструкционного выхода основной энергосистемы и номинальной проектной скорости вращения ротора.

[6] Пиковое (максимальное проектное рабочее) напряжение ротора (max.V_r) должно быть равно 110% от искомого рабочего значения, и никогда не должно быть привышено.

[7] Искомое постоянное напряжение основной сборки (spec ΔV_p) будет равно половине искомого напряжения ротора, т.к. оказывает влияние на расположение всех основных электродных сборок.

Часть С: импульсные приводы

В отличие от блоков тепловой энергии, невозможно в один прием указать номинальное напряжение поля для импульсных приводов, которое (напряжение) является линейной функцией радиуса корпуса Rh. Постоянное напряжение поля, которого необходимо выработать для получения полезного линейного осевого выхода, равно пяти третьим гравитационного поля Земли, и в то же время пропорционально допустимой токовой нагрузки ротора, которая растет как функция квадрата радиуса корпуса Rh и массы аппарата (которая пропорциональна радиусу корпуса Rh в кубе).

Следовательно, предельное напряжение поля изначально должно быть вычислено для импульсного привода и отражает проектное теоретическое рабочее значение постоянного напряжения поля, необходимого для придания ускорения аппарату, равного примерно 1,67 г, вне окружающего гравитационного поля. Это предельное напряжение поля должно быть вычислено с использованием «искомого импульса» рассматриваемого аппарата (Н·с), и в целях практического применения, рассматриваемого здесь, равного произведению 5 на вес аппарата (в Ньютонах), деленному на произведение допустимой токовой нагрузки ротора, деленной на число электронов на Кулон.

[1] Соответственно, предельное напряжение поля должно быть равно импульсу модуля (F_dt), помноженному на скорость света (с) и деленному на элементарный заряд электрона (q).

[2] Расчетное номинальное напряжение поля должно быть также вычисленным из номинального значения конечной скорости электронов установленного тока поля возбуждения, и в действительности является функцией радиуса корпуса R_h, применительно, однако, лишь к аппаратам диаметра от 4х до 100 футов.

[3] Номинальное постоянное напряжение поля (nom.V_f) должно быть просто равно среднему значению предельного напряжения поля и расчетного номинального напряжения поля, отмеченного выше.

[4] Искомое напряжение поля (spec.V_f) должно быть равно номинальному постоянному напряжению поля, деленному на установленную константу конструкции, равную 0,982826.

[5] Пиковое (максимальное проектное рабочее) напряжение поля (max.V_f) должно быть равно 110% от его необходимого значения, и никогда не должно быть превышено.

[6] Номинальное напряжение ротора (nom.V_r) численно равно одной четвертой произведения 1·10³ на радиус корпуса R_h, в дюймах, измеренного для генератора постоянного тока, скорость вращения ротора которого рассчитана на полную мощность, для трехступенчатого агрегата.

[7] Искомое напряжение ротора (spec.V_r) должно быть численно равно 0,19332% от произведения 1,5·10⁶ на радиус корпуса в футах, и также равно произведению 0,9666 на номинальное напряжение ротора. Это значение может быть принято, как стандартное рабочее значение постоянного напряжения ротора, как функция конструкционного выхода главной энергосистемы при номинальной проекционной скорости вращения ротора.

[8] Пиковое (максимальное проектное рабочее) напряжение ротора (max.V_r) должно быть равно 110% его необходимого значения, и никогда не должно быть превышено.

[9] Искомое постоянное напряжение основной сборки (spec.ΔV_p) равно половине необходимого напряжения ротора, т.к. оказывает влияние на расположение всех основных электродных сборок.

[10] Проектный основной коэффициент увеличения напряжения каждого импульсного привода должен быть равен отношению искомого напряжения поля и искомого постоянного напряжения основной сборки и, также, функции заряда балластных накопителей и эмиссионной способности основного катода, как и в случае с блоком тепловой энергии.

Пример конкретных значений напряжения модуля:

Модель четырехфутового диаметра

Секция А: блоки термической энергии

4-х футовый EDF генератор, предназначенный для использования в качестве блока термической энергии, должен иметь определенные напряжения ротора и поля, в соответствии с вышеуказанными инструкциям:

[1] Номинальное значение напряжения ротора (nom. Vr) будет равно 8000.

[2] Напряжение ротора согласно техническим условиям (spec. V_r) будет равно 7732,8.

[3] Искомое напряжение основной сборки постоянного тока (spec. ΔV_p) будет равно 3866,4.

[4] Номинальное напряжение поля (nom. V_f) будет равно 3000000.

[5] Необходимое напряжение поля (spec. V_f) будет равно 2899800.

Соответствующее отношение расширения основного напряжения (для данного и любого одноуровневого блока термической энергии) будет, таким образом, 750:1, и в данном случае равно 2899800/38664.

Секция В: Импульсный привод

4-х футовый EDF генератор с трехуровневым ротором, предназначенный для использования в качестве импульсного привода, имеет специфические значения напряжения ротора и поля, в соответствии вышеуказанным инструкциям:

[1] Номинальное напряжение ротора (nom. V_r) будет равно 6000.

[2] Искомое напряжение ротора (spec. V_r) будет равно 5779,6.

[3] Искомое напряжение основной сборки постоянного тока (spec. ΔV_p) будет равно 2899,8.

[4] Предельное напряжение поля: выбор предельного напряжения поля 4-х футового привода, представляемого стандартным проектным минимальным рабочим значением напряжения огибающей поля, основано на необходимом значении импульса резервуара (F_dt), который определяется допустимой проектной токовой нагрузкой I_max=38160 A и проектным весом в 79,2 фунта/фут³, и вычисляется нижеследующим образом:

где величина V_t=2,5068 фута³, вычисленная по формулам, приведенным в таблице размеров, c использованием значения угла смещения кольца эмиттера [α], равное 7,5°.

Следовательно:

*Данный импульс представляет постоянно действующую силу осевого давления, производимую каждым столкновением электронов тока поля с концентратором поля (здесь кг· м/с/электрон).

Таким образом, предельное напряжение поля равно:

[5] Номинальное проектное напряжение поля: номинальное проектное значение напряжения поля 4-х футового импульсного привода, представляемое переменной, но чрезвычайно точной проекцией минимального стандартного рабочего напряжения огибающей поля, определяется номинальным значением конечной скорости электронов тока поля возбуждения (ΔV_c), которая задается линейной функцией значения R_h корпуса, и вычисляется следующим образом:

где R_h задается в футах для агрегата от 4х до 100 футов в диаметре.

Таким образом:

Целью данного раздела текста является проверка того, что требуемый целевой уровень осевого давления тока поля может быть обеспечен электродинамическим генератором поля при рабочем постоянном напряжении поля, приблизительно равным вышеуказанному при допустимой токовой нагрузке ротора и при определенном значении скорости электронов в токе поля (для данной модели), равной .999 с. Таким образом, существует вероятность того, что можно избежать излишне высокого рабочего напряжения поля возбуждения благодаря предложенной разработке (благодаря конечному уровню неизбежной неопределенности в присутствующих релятивистских значениях), без потери в производительности устройства.

(а) Величина бокового давления (силы), необходимого для ускорения 1 г., таким образом, в точности компенсирует вес импульсного привода или его нормальное ускорение, вызванное гравитацией Земли, и может быть вычислена из второго закона Ньютона:

F=mg, где m = проектный вес конструкции, равный 90,245 кг и g=9,8 м/сек².

Таким образом, F=884,4H

*Примечание: проектный вес произвольного импульсного привода равен 79,2 фунта/фут³.

(b) Поскольку импульс равен изменению механического момента, осевое давление электронов, производимое полем возбуждения, равно общей релятивистской массе тока поля, помноженной на производную текущую скорость (поскольку конечная скорость электронов равна нулю). Величина импульса осевого давления в эквиваленте на 1 г в данном примере равна 884,4Н. Следовательно:

(c) Проектной целью полезного выхода осевой нагрузки произвольного импульсного привода является значение 16,333 м/с² при минимальном стандартном рабочем значении напряжения поля и расчетной допустимой токовой нагрузкой ротора (I_max).

Следовательно, рассмотренные значения смещения тока поля (как было указано в предыдущем разделе), общее изометрическое осевое давление при предельном значении напряжения поля должно быть равным 5 г. Наибольший допустимый ток, оказывающий влияние на импульс поля в эквиваленте на 1 г, равен:

I_s=I_max/5=7,632 ампер.

(d) Поскольку ∑ равна общему числу электронов, составляющих ток возбуждения I_g, мы находим:

(e) Из [b] следует:

(f) Положив ΔV_c=.999 c, где c=299,7925·10⁶м/с получаем: М_t=619,08·10^-31кг, или порядка 67,96 m₀, где m₀ - масса покоя электрона, равная 9,11·10^-31кг.

(g) Если т равна релятивистской массе в эквиваленте на приобретенную кинетическую энергию каждого электрона поля возбуждения, тогда М_t=m₀+m_i.

Следовательно, m_i=M_t-m₀=619,08·10^-31-9,11·10^-31 =609,97·10^-31кг.

(h) Приобретенная кинетическая энергия каждого электрона поля возбуждения (E_q) равна m_iс². Используя точное значение 8,98755·10¹⁶ для с², получаем:

(i) Здесь, E_q также равна W=q(est. V_nf), где q - заряд электрона 1,6·10^-19Кл, a est. V_nf=(проектному) номинальному напряжению поля.

Следовательно, E_q/q=est.V_nf, est.V_nf=34,2633·10⁶В(Дж/Кл).

Таким образом, мы находим, что проектное номинальное напряжение поля, необходимое для формирования требуемого осевого давления, согласуется с целевыми параметрами осевого давления, рассмотренными выше, при 98,63% предельной проектной величины (рассчитанной в предыдущем подразделе В[4]).

[6] Номинальное постоянное напряжение поля (nom.V_f), таким образом, должно просто быть равным среднему значению предельного напряжения поля, рассмотренного ранее, и проектным номинальным значением напряжения поля (вычисленным только что), и равно 34,5018·10⁶В.

[7] Искомое напряжение поля (spec.V_f) должно быть равно номинальному постоянному напряжению поля, деленному на упомянутую выше константу конструкции 0,982826, т.о. 35,1047·10⁶В. Это значение составит стандартное рабочее значение напряжения огибающей поля.

[8] Проектное отношение расширения основного напряжения для данной модели импульсного привода таким образом равно (35,1047·10⁶)/2899, 8=12106:1, как было указано ранее.

Из вышеупомянутого описания следует, что настоящее изобретение обеспечивает значительный уровень электрического и теплового выхода в реализованной конструктивной индукции низковольтного коронного разряда, и может быть использовано в прикладных задачах или физических установках. Однако данное изобретение также предоставляет потенциальную возможность получения значительного уровня полезной импульсной осевой нагрузки в конструктивной реализации индукции высоковольтного дугового разряда для использования в аэрокосмических летательных аппаратах в качестве электрического двигателя. Также можно отметить, что электродинамический генератор поля и электродвижущая сила поля, вырабатываемая им, всецело достигнет цели, провозглашенной NASA в своей первой программе развития в области физики двигателей, состоящей в разработке метода, посредством которого «машина может создавать и управлять асимметричной силой, действующей на саму себя, без выброса какой-либо реактивной массы», удовлетворяющего законам сохранения энергии в процессе функционирования. Такой летательный аппарат может быть построен для достижения скорости, соизмеримой со скоростью столкновения электронов в поле коллектора, что дает возможность осуществления межзвездных перелетов. Однако по виду того, что EDF генератор вырабатывает высокочастотное радиационное излучение, параллельно с выработкой тепла и осевого импульса, с пользованием новых описанных методик, электромагнитные характеристики огибающей поля устройства могут быть отрегулированы таким образом, как отмечалось выше, чтобы огибающая поля оказалась непрозрачной для такого высокоэнергетического излучения, путем активации непрерывных и поглощающих комптоновских взаимодействий с полем налетающих электронов тока возбуждения. При использовании в неподвижно смонтированном виде или в физической установке, не движущей термической или электрической энергии. Генератор также может быть окружен подходящей экранирующей «клеткой» Фарадея или экранирующей структурой для дополнительного уменьшения нежелательного радиационного излучения. Тем не менее, упомянутые принципы юстировки огибающей поля (связанной с управлением амплитудной, частотной и/или фазовой связью между компонентами поля переменного напряжения) позволяют, более того, реализовать электродинамический генератор поля для нового способа передачи сигналов. Следуя новой более полной квантовой теории гравитации, могут быть проведены эксперименты, включающие гравиметрическое объединение двух и более отдельных таких устройств: их огибающие поля соответствующей конструкции будут в состоянии продемонстрировать релятивистский и осцилляционный несомненный эффект массы, произведенной искусственно на искомых резонансных частотах, посредством использования методов переменной электромагнитной индукции наподобие вышеописанных для модуляции электродинамических свойств поля, которое при нормальных условиях имеет постоянную полярность и величину, или произвольную частоту.

Таким образом, следует понимать, что вышеприведенные варианты осуществления изобретения приведены в качестве примера и не ограничивают изобретение, отображая лишь наиболее важные аспекты изобретения.

Реферат

Генератор электродинамического поля предназначен для производства полезного непрерывного высоковольтного коронного разряда постоянного тока и может использоваться как летательный аппарат. Поставленная задача достигается тем, что используется входной вращающий момент для выработки высокоэнергетического внешнего электродинамического поля. Корпус разделен на отдельные электрические области и состоит из плоского проводящего ротора, который электрически связан с разделенными отрицательной и положительной областями корпуса. Круговые сборки стационарных постоянных магнитов индуцируют постоянную ЭДС в обмотках при вращении указанных обмоток. Основное напряжение генерации передается через ротор, так что значительная часть электронного заряда перемещается между областями корпуса с положительной полярностью. Технической задачей изобретения является интенсивная работа в вакуумном пространстве без складирования реактивных материалов, создание и контроль асимметричного электродвижущего поля силы без привлечения реактивной массы, создание тяги поля для получения термальной кинетической энергии и/или развитие потенциальной способности для связи. 47 з.п. ф-лы, 16 ил., 1 табл.

Формула