Электрокинетический способ создания подъемной и движущей силы в газовой среде и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к авиастроению и касается технологии создания движителей атмосферных летательных аппаратов на основе электрокинетического способа создания подъемной и движущей сил в газовой среде атмосферы. Этот способ заключается в том, что ионизацией газа создают неравновесность кинетических процессов в системе пористая мембрана - газ. Такая неравновесность вызывает разность давлений на поверхностях мембраны. Одна из этих поверхностей выполнена токопроводящей и подключена к одному из выводов источника электрического напряжения. Устройство для осуществления этого способа имеет несущий каркас с присоединенными к нему источником электрического напряжения и полезной нагрузкой. Пористая мембрана укреплена на каркасе. Второй вывод источника электрического напряжения выведен в атмосферу в качестве разрядника. Толщина мембраны имеет порядок средней длины свободного пробега молекул газа. Технический результат заключается в повышении эксплуатационных качеств устройства для создания подъемной и движущей сил атмосферного летательного аппарата. 2 с.п. ф-лы.

Изобретение относится к авиастроению и касается технологии создания движителей атмосферных летательных аппаратов на основе электрокинетического способа создания подъемной и движущей сил в газовой среде атмосферы.

Известен электрокинетический способ создания подъемной и движущей силы в газовой среде, содержащий операцию ионизации газа (RU 2031472 C1, МПК F 03 H 1/00, опублик. 20.03.95).

Из этого же источника отечественной патентной информации известно также устройство для создания подъемной и движущей силы в газовой среде, состоящее из несущего каркаса с присоединенными к нему источником электрического напряжения и полезной нагрузкой.

Однако, известное устройство для создания подъемной и движущей силы в газовой среде, основанное на известном вышеуказанном электрокинетическом способе ее создания, обладает низкими эксплуатационными качествами.

Технический результат реализации группы описываемых изобретений заключается в повышении эксплуатационных качеств устройства для создания подъемной и движущей сил.

Этот технический результат достигается тем, что при реализации электрокинетического способа создания подъемной и движущей силы в газовой среде, содержащего операцию ионизации газа, этой операцией создают неравновесность кинетических процессов в системе пористая мембрана-газ, вызывающую разность давлений на поверхностях мембраны, одну из которых выполняют токопроводящей и подсоединяют к одному из выводов источника электрического напряжения.

Этот технический результат также достигается тем, что в устройстве для создания подъемной и движущей силы в газовой среде, состоящем из несущего каркаса с присоединенными к нему источником электрического напряжения и полезной нагрузкой, на каркасе укреплена пористая мембрана, одна поверхность которой выполнена токопроводящей и подсоединена к одному выводу источника электрического напряжения, второй вывод которого выведен в атмосферу в качестве разрядника, а толщина мембраны имеет порядок средней длины свободного пробега молекул газа.

Суть способа заключается в том, что полезная сила возникает вследствие неравновесности кинетических явлений в системе мембрана-газ. Пористой мембране придают свойство частичной односторонней проницаемости для молекул газовой среды. Это свойство неравновесности кинетических процессов в системе пористая мембрана-газ создают с помощью ионизации газа. Свойство односторонней проницаемости мембраны приводит к образованию разности плотностей газа в его слоях, прилегающих к поверхностям мембраны. Вследствие этого возникает разность давлений газа на поверхностях мембраны. Результирующая сила этой разности давлений используется в качестве полезной подъемной или движущей силы.

Для реализации электрокинетического способа в устройстве, состоящем из несущего каркаса и укрепленными на нем полезной нагрузкой, источником электрического напряжения и механизмами управления, на каркасе закрепляют кассеты с одним или несколькими слоями армированной пористой мембраны, которую, с целью придания ей свойства односторонней проницаемости для молекул воздуха, изготавливают двухслойной с общей толщиной порядка средней длины пробега молекул газов. При этом один слой мембраны выполнен токопроводящим, а другой - диэлектрическим, и один из выводов источника электрического напряжения соединен с токопроводящей поверхностью мембран, а второй выведен в атмосферу в качестве разрядника.

Арматурой мембраны является встроенный в нее или нанесенный на нее сеточный каркас, придающий мембране необходимую механическую прочность. Каркас может встраиваться в мембрану на разных стадиях ее изготовления и разными способами, например, применяемыми в полупроводниковом приборостроении, если сама мембрана будет изготавливаться по схожей технологии. Если мембрана будет изготавливаться посредством металлизации полимерной пленки, тогда каркас может быть получен, в частности, особенностями структурирования полимера.

Конфигурации каркасов и формы кассет с мембранами обусловлены типом и назначением конкретного летательного аппарата и так же, как и выбор материалов для их изготовления, не составляют сущности описываемой группы изобретений.

Описываемое устройство эксплуатируется следующим образом.

На токопроводящую поверхность мембран подается электрическое напряжение. Часть сталкивающихся с этой поверхностью молекул газа из прилегающего слоя воздуха в результате явлений ионизации будет приобретать электрический заряд и ускоряться в направлении от мембраны под действием электрического поля заряда мембраны. Это приведет к уменьшению вероятности проникновения молекул газа сквозь поры мембраны со стороны ее токопроводящей поверхности на противоположную сторону. В результате на этой диэлектрической стороне в слое газа толщиной порядка длины свободного пробега молекул, прилегающем к поверхности мембраны, уменьшится плотность газа и, соответственно, его давление. Это уменьшение плотности будет восполняться из соседних слоев газа за время, соразмерное времени одного пробега молекул между их столкновениями. Набольшая разность плотностей газа по разные стороны мембраны достигается при условии равенства времени проникновения молекул газа сквозь пору мембраны времени межстолкновительного пробега молекул. Это условие выполняется при отсутствии давления в порах мембраны, т.е. при отсутствии столкновений молекул со стенками поры. Последнее требование ограничивает общую толщину мембраны величиной среднего пробега молекул газа.

Результирующая сила полученной разности давлений передается арматурой мембраны силовым элементам кассет и через них несущему каркасу устройства в виде полезной силы.

С помощью механизмов управления осуществляют управление устройством изменениями тока источника электрического напряжения и положений кассет с мембранами.

Таким образом, описываемое устройство составляет совокупность конструктивных и технических признаков, позволяющих создавать и поддерживать на неких рабочих поверхностях разность давлений и реализовать ее в качестве полезной силы. При этом видимое сходство с ионным реактивным движителем и связанный с ним некоторый эффект реактивной тяги являются вторичными, сопутствующими основными свойствами описываемого способа.

Осуществляемое по предложенному способу взаимодействие устройства с газовой средой представляет собой не газо динамический, а газокинетический эффект. Вызванное этим взаимодействием перемещение мембраны и связанного с ней несущего каркаса можно определить как перколяционное перемещение в среде.

Летательные аппараты с электрокинетическими движителями будут при некоторых их применениях обладать рядом преимуществ перед известным, а именно: способностью к бесшумному вертикальному взлету и посадке, маневренностью, экологичностью и высокой эргономичностью. Их явными преимуществами являются: конструктивная и эксплуатационная простота, отсутствие в конструкциях деталей и узлов с высокими скоростями движения, высокими температурами или давлениями, что позволяет создавать индивидуальные летательные аппараты повседневного применения.

Формула изобретения

1. Электрокинетический способ создания подъемной и движущей силы в газовой среде, содержащий операцию ионизации газа, отличающийся тем, что ионизацией газа создают неравновесность кинетических процессов в системе пористая мембрана - газ, вызывающую разность давлений на поверхностях мембраны, одна из которых выполнена токопроводящей и подсоединена к одному из выводов источника электрического напряжения.

2. Устройство для создания подъемной и движущей силы в газовой среде, состоящее из несущего каркаса с присоединенными к нему источником электрического напряжения и полезной нагрузкой, отличающееся тем, что на каркасе укреплена пористая мембрана, одна поверхность которой выполнена токопроводящей и подсоединена к одному выводу источника электрического напряжения, второй вывод которого выведен в атмосферу в качестве разрядника, а толщина мембраны имеет порядок средней длины свободного пробега молекул газа.