[go: up one dir, main page]

WO2007084092A1 - Method for producing a thrust force by coriolis forces , a 'gydroturbine ' device for carrying out said method and a transport means based on the 'hydroturbine device' - Google Patents

Method for producing a thrust force by coriolis forces , a 'gydroturbine ' device for carrying out said method and a transport means based on the 'hydroturbine device' Download PDF

Info

Publication number
WO2007084092A1
WO2007084092A1 PCT/UA2007/000006 UA2007000006W WO2007084092A1 WO 2007084092 A1 WO2007084092 A1 WO 2007084092A1 UA 2007000006 W UA2007000006 W UA 2007000006W WO 2007084092 A1 WO2007084092 A1 WO 2007084092A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
axis
flywheel
precession
around
rotation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/UA2007/000006
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yuriy Makarovych Lykhovyd
Volodimir Viktorovych Skambrychiy
Olexandr Yurievych Lykhovyd
Oleksandr Vladimirovych Skambrychiy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from UAU200600524U external-priority patent/UA15767U/uk
Priority claimed from UAA200600518A external-priority patent/UA80211C2/uk
Priority claimed from UAU200700295U external-priority patent/UA24572U/uk
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO2007084092A1 publication Critical patent/WO2007084092A1/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/28—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using inertia or gyro effect
    • B64G1/286—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using inertia or gyro effect using control momentum gyroscopes (CMGs)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/10—Alleged perpetua mobilia
    • F03G7/125—Alleged perpetua mobilia creating a thrust by violating the principle of momentum conservation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass

Definitions

  • the present invention relates to gyro stabilization systems and can be used, in particular, as a supportless propulsion device for orientation and plane-parallel movement, for example, of a spacecraft (KA) by creating control accelerations in stabilization modes and programmed movements KA, as above the surface of planets, and in outer space without the use of jet engines.
  • KA spacecraft
  • a known method of creating traction by Coriolis forces according to which a material body (for example, a flywheel) is untwisted around a local axis and at the same time move it with a corresponding speed in a direction perpendicular to the local axis / Sivukhin D. V. "General Physics Course” Tl. Mechanics. - M .: Matgiz - 1979.- S. 339, 348 p. 8 /.
  • gyro-moment gyroscopic moment
  • a gyroscopic device which contains a housing mounted on it with the possibility of rotation on the axis of symmetry of the body of revolution equipped with a propulsion / US Patent N ° 5,024,112, "Gorosoris arraratus", IPC 7 F16H27 / 04; G01C19 / 06, publication date 06/18/1991 /.
  • the specified device contains two disks mounted opposite each other in two L-shaped handles supporting the respective disks with the possibility of rotation in bearings in opposite directions and the cam mechanism L-shaped handles are mounted on a vertical shaft - movably connected to a pivot point located in the middle between flywheel disks.
  • the drive of the drive provides rotation of the flywheel disks around two local axes in opposite directions while simultaneously rotating from a complex engine of flywheels and L-shaped handles around the second vertical axis of the forced precession, perpendicular to the plane of rotation of the local axes.
  • the cam mechanism performs the function deflection of the disks in the vertical direction while rotating the disks around the local axes together with the forced precession of the disks around the vertical axis of the precession.
  • Such a deviation of the rotating disks by means of a cam mechanism creates a forced nutation of the disks in the form of their swings in the vertical direction during the forced precession of these disks.
  • a disadvantage of the known gyroscopic device is the pulsating nature of the tractive effort created by it and the inability to use in practice more than two working bodies (disks) to increase the total thrust of such an apparatus due to the difficulty of creating forced nutational movement of a large number of disks.
  • Low-frequency pulsations of the traction forces create significant vibrations affecting the vehicle, which uses the known traction method for driving, and the gyroscopic apparatus itself is characterized by low efficiency of converting the torque of the power plant to the traction force of its movement in the vertical direction.
  • Closest to the proposed vehicle by the number of essential features is a vehicle containing a body consisting of two parts, a power plant, a support platform and bodies of revolution, made in the form of balls.
  • the balls are installed with the possibility of their movement under the action of solenoids along a complex path / RF patent N ° 2003 H 2472 for the invention, IPC 6 B64C1 / 00 from 2004.11.20 /.
  • the described vehicle is an aircraft, which is a complex inertial system designed to obtain directional traction.
  • the disadvantage of the described vehicle is its complexity, as well as the insufficient level of traction forces created in it due to the lack of synchronization of the inertial motion of bodies in the aircraft.
  • the basis of the proposed inventions is the task of creating such a method and devices for creating and using Coriolis traction to rotate the flywheels of power gyroscopes, which would increase the level of traction and at the same time reduce the level of vibration by creating conditions for synchronizing the rotation speeds of the flywheels and the possibility of useful use obtained when this unidirectional Coriolis forces.
  • the problem is solved by the proposed method, which, like the well-known method of generating traction by Coriolis forces, involves spinning the flywheel around the local axis and simultaneously moving it around the precession axis, and, according to the invention, at least two additional flywheels are used that rotate around the corresponding local axes, all flywheels move along a circular path around the common axis of precession, which is created behind the centers of mass of the flywheels, the angular velocity of rotation of each flywheel ⁇ around e of the local axis are synchronized with the angular velocity ⁇ of the rotation of the flywheels around the common axis of the precession, and the angle of inclination ⁇ of each local axis relative to the common axis of the precession is kept constant and set in accordance with the expression ⁇ ⁇ ⁇ / 2.
  • a feature of the proposed method is that the local axis of the flywheels are placed at the same angular distance from one another around the common axis of the precession.
  • the proposed gyroscopic device which, like the known one, contains a housing mounted on it with the possibility of rotation on the axis of symmetry of the body of revolution equipped with a propulsion device, and, according to the invention, the gyroturbine is supplemented with a platform in the form of a disk and a flywheel, which is mounted for rotation around the local axis, the platform is mounted in the housing with the possibility of rotation around the common axis of the precession and which is the axis of symmetry of the gyroturbine, and the flywheel is obliquely attached to the rotatable latform with a mover, which is kinematically connected to the body.
  • the proposed vehicle which, like the known one, contains a housing consisting of two parts, on which a module is mounted, in which the power plant, the crew cabin and the control system are combined, according to the invention, the power plant includes at least , two gyroturbines with bodies of rotation, to ensure the movement of the vehicle by attaching gyroturbines to the module.
  • the first gyroturbine is located above the top of the module in the first part of the housing, the second gyroturbine is located under the bottom of the module in the second part of the housing, and the axis of symmetry of the gyroturbines coincide.
  • a feature of the proposed vehicle is that three gyroturbines are located under the bottom of the module in the second part of the housing, and the axis of symmetry of the gyroturbines form an isosceles triangle.
  • each gyroturbine includes a housing, a disk-shaped platform, a mover and flywheels mounted for rotation around respective local axes, the platform is mounted in the housing for rotation around a common precession axis located outside the flywheel and which is the axis of symmetry of the gyroturbine, and the flywheels obliquely b attached to a rotatable platform together with a mover, which is kinematically connected to the body.
  • a feature of the proposed vehicle is that the local axis of rotation of the flywheels are placed at the same angular distance from each other.
  • a feature of the proposed vehicle is the fact that each flywheel is mounted for rotation and is equipped with a corresponding electric motor.
  • a feature of the proposed vehicle is that the moment of inertia I ⁇ of each flywheel relative to the axis of the forced precession is consistent with the moment of inertia Ic of the same flywheel relative to the local axis, so that the relation klc de k is an integer.
  • each flywheel is made in the form of a part of a hollow cone.
  • each flywheel made in the form of a part of the hollow cone is made as one unit with the rotor of the corresponding electric motor.
  • the proposed solutions allow you to create a more reliable than a prototype vehicle design with high efficiency, the operation of which is based on the known laws of inertia systems and uses highly reliable mechanical devices - flywheels, which are known and tested in gyroscopic engineering.
  • the vehicle uses directional traction force of inertial gyroscopic systems (hereinafter referred to as gyroturbines), which generate unidirectional Coriolis traction forces resulting from the corresponding synchronization of rotation of the gyroturbine flywheels.
  • FIG. 2 shows a top view along the line A-A.
  • Fig. 3 shows a sectional view of a second embodiment of the proposed vehicle.
  • Figure 4 shows a top view along the line B-B of the vehicle depicted in Fig.Z.
  • Figure 5 shows in section a gyroturbine of the proposed vehicle.
  • FIG. b shows a top view along the line C-C of the gyroturbine shown in Fig.5.
  • Figure 7 shows a fragment of the gyroturbine electric motor shown in figure 5.
  • FIG shows a kinematic diagram that explains the essence of the proposed method, which is the basis of the gyroturbine.
  • the proposed vehicle in FIG. 1 and 2 contains a cabin for crew 1, a power plant 2 and a control system 3, which are combined in module 4 and equipped with two gyroturbines 5, which are attached to module 4 using brackets 6.
  • the first gyroturbine 5 has the shape of a cylinder and is placed on top of the module 4 in the first part 7 of the housing.
  • the first gyroturbine 5 is installed with the possibility of deviation relative to the module 4 around axis 8 using the actuator 9.
  • the first gyroturbine 5 is made in the form of a body of revolution, which has an axis of symmetry 10.
  • a part of the housing 7 is designed to protect the first gyroturbine 5 from atmospheric precipitation.
  • the second gyroturbine 5 is identical to the first and is located under the bottom of the module 4 in the second part 11 of the housing.
  • the second gyroturbine 5 is installed with the possibility of deviation relative to the module 4 around the axis 12 using actuators 13, 14, the design of which is similar to the structure of the actuator 9.
  • the second gyroturbine 5 is made in the form of a cylinder, which has an axis of symmetry 10.
  • the second part of the housing 11 is designed to protect bottom of the second gyroturbine 5.
  • the axis of symmetry 10 of the corresponding gyroturbines 5 coincide.
  • the axis 8 and 12 of the deviation of the corresponding gyroturbines 5 relative to the module 4 are located in planes parallel to the plane AA and form an angle of 90 °.
  • the gyroturbine shown in FIG. 5, 6 comprises a housing 15, a drive 16, a rotatable platform 17, and flywheels 18, made in the form of an annular truncated cone.
  • the flywheel 18 is made as part of a cone 19, which rotates around the corresponding local axis of rotation 20 in the bearings 21.
  • the node for turning the flywheels around the common axis of the precession 10 is made in the form of a disk platform 17, which rotates around a common axis 10.
  • the disk platform 17 is equipped with three flywheels 18 ( 6), the local axis of rotation 20 of which are located at an obtuse angle ⁇ ( Figure 5) to the common axis 10, which located outside the borders of all flywheels 18.
  • Flywheels 18 are mounted on bearings 21 in housings 22, which are mounted on a rotatable platform 17 together with the drive 16.
  • the shaft 23 of the drive 16 is kinematically connected with the housing 15, for example, through a planetary gear train 24, 25.
  • the local axis 20 of rotation of the flywheels 18 are located at the same angular distance (120 °) from each other around the vertical axis 10.
  • the local axis 20 intersect with the common axis 10 at point Q ( Figure 5).
  • Axis 10 coincides with the axis of symmetry of the steam turbine (Fig. 1 ... 4).
  • Each flywheel 18 is made in the form of a part of the hollow cone 19 and rotates with a corresponding electric drive.
  • the implicit vertex of the cone T is directed toward the point Q of the intersection of the local axis 20 of the flywheel and the general 10 axis of the gyroturbine.
  • the electric drive consists of a housing 22, a field winding 26 and a rotor 27 (see also Fig. 7).
  • the rotor 27 is fixedly connected to the flywheel 18.
  • the field winding 26 is fixedly mounted on the sleeve 28 of the electric drive.
  • Flywheel 18 is installed in the housing 22 of the electric drive with bearings 21.
  • an electric drive an asynchronous, collector or hysteresis motor can be used.
  • the platform 17 is mounted on bearings 29.
  • the gyroturbine housing 15 can be attached to the vehicle module 4 (see Fig. 3) using the corresponding fastening elements 30.
  • a current collector 31 made, for example, in the form of collector current collector rings. Electric energy from the power plant 2 (Fig. 3) to the current collector is transmitted using the power cable 32.
  • the forward movement of the vehicle (Fig. 1) (in the direction of arrow D) is provided by tilting the second gyroturbine 5 around its axis 12 in the direction of arrow E.
  • the actuator 13 deflects the second gyroturbine 5 from module 4, and the mechanism 14 brings it closer to the module 4, the traction force F kb of the second gyroturbine 5b is decomposed into a vertical and horizontal component, which propels the vehicle forward.
  • the backward movement of the vehicle shown in FIG. 1 is ensured by turning the second gyroturbine 5 against the arrow E about the axis 12.
  • the traction force F ⁇ of the second gyroturbine 5 is decomposed into a vertical and horizontal component, which moves the vehicle in this direction.
  • the movement of the vehicle to the left is ensured by tilting the first gyroturbine 5 around axis 8, in which the actuator 9 brings the front edge of the first steam turbine 5 closer to the module 4.
  • the movement of the vehicle to the right is ensured by tilting the first gyroturbine 5 around axis 8, in which the actuator 9 moves the leading edge of the first gyroturbine 5 away from module 4.
  • the traction force of the first gyroturbine 5 is decomposed into a vertical and lateral component, which moves the vehicle in space in the corresponding direction.
  • the forward movement of the vehicle shown in FIG. 3, 4 (in the direction of arrow D) is achieved by increasing the traction force of two gyroturbines 5 at the same time.
  • the traction force of the gyroturbines is decomposed into a vertical and horizontal component, which moves the vehicle forward.
  • the backward movement of the vehicle shown in FIG. 2 is ensured by increasing the traction force of one gyroturbine 5.
  • the traction force of three gyroturbines is decomposed into a vertical and horizontal component, which moves the vehicle backward.
  • the movement of the vehicle to the left is provided by increasing the thrust of the third gyroturbine 5.
  • the movement of the vehicle to the right is provided by increasing the thrust of the second gyroturbine 5 out of three.
  • the traction of three gyroturbines It is decomposed into a vertical and lateral component, which moves the vehicle in space and turns it around.
  • Vehicle gyroturbine 5 works like this.
  • the gyroturbine 5 is equipped with several flywheels 18, the number of which is not less than three, as shown in Figure 5 (6).
  • the mover 16 rotates the output shaft 23 in a clockwise direction, which through a planetary gear 24, 25 is kinematically connected to the housing 15 of the gyroturbine.
  • the platform 17 rotates around the axis 10 together with the flywheels 18 in the opposite direction.
  • Each flywheel 18 rotates with a corresponding electric drive mounted in the housing 22.
  • Such an electric drive contains an excitation winding 26 and a rotor 27 (see Fig.
  • the rotor 27 of each electric drive rotates the corresponding flywheel 18 around the local axis 20 in the direction determined by the proposed rule, according to which the angular velocity vector ⁇ of the disk platform 17 conditionally coincides with the corresponding local axis 20 of rotation of the flywheel 18.
  • the rotation direction of the flywheel 18 around the corresponding local axis 20 coincides with the direction of rotation of the rotated vector ⁇ around the point Q of the intersection of the corresponding local axis and the axis of the forced precession.
  • the angular velocity vector ⁇ of rotation around common axis 10 conditionally rotate, for example, along trajectory 35 and combine it with the corresponding local axis of rotation 20 of the corresponding flywheel 18 (the intermediate position of the angular velocity vector ⁇ 'when it is rotated is shown in dashed line in Fig. 8).
  • the direction of rotation of the corresponding local axis 20 should coincide with the direction of rotation of the rotated angular velocity vector ⁇ ', and all the rotation vectors ⁇ of rotation of the flywheels 18 around the local axes 20 are centrifugal in nature.
  • each flywheel 18 is properly synchronized with its rotation around the local axis 20 with rotation around the common axis 10 and, thus, the unidirectional orientation of the acting Coriolis forces F] 0 F k ', F k "along the axis 10.
  • This can make sure by applying the Zhukovsky rule for each flywheel 18.
  • the vector of the velocity V of the flywheel 18 is conditionally rotated 90 ° in the direction of rotation of the angular velocity vector ⁇ , as a result of which the direction of forces is determined Coriolis F k , which acts on the flywheel 18.
  • the local flywheel axes 20 shown in FIG. 8 can be located at any angle ⁇ relative to the common axis 10.
  • the local axes 20 move along the conical surface 37, which is radially shaded in FIG. 8, and the circular path 38 of the centers of mass 33 the flywheel 18 is located on the conical surface 36 and simultaneously on the plane 34.
  • Ii is the moment of inertia of the gyro flywheel relative to the vertical axis of the precession
  • Ic moment of inertia of the gyro flywheel relative to its local axis
  • P is the weight of the gyro flywheel
  • A is the distance from the center of mass (33) of the gyro flywheel (10) to the vertical axis of the precession ().
  • ⁇ is the angle of inclination of the axis of rotation of the gyro flywheel (local axis) to the axis of the gyro precession.
  • the moment of inertia is a characteristic that reflects the ability of the body (for example, the flywheel of the gyroscope) to maintain a constant uniform rotational movement around the corresponding axis. Therefore, the same body (18) can have many moments of inertia.
  • the moment of inertia about its axis of symmetry of rotation is defined as
  • Ic kMr 2
  • M the body mass of the gyroscope
  • k 0.5 is a dimensionless coefficient reflecting the annular shape of the gyroscope body
  • g the average radius of the gyroscope ring.
  • IcMr 2 for the moment of inertia of the same body (flywheel) has a similar structure but with different values of k and g.
  • Quadratic equation (1) has two solutions with respect to the angular precession velocity ⁇ .
  • equation (1) will have the following form: kiMA 2 ⁇ 2 cos ⁇ - k 2 Mr 2 ⁇ + AP-O (2) where Consequentlyi ⁇ Ic 2 ⁇ 1 are coefficients whose value depends on the shape of the body of the gyro flywheel; g is the radius of the body of the flywheel of the gyroscope relative to the local axis 2; A is the distance between the axis of the precession 4 and the center (33) of the mass of the body of the gyro flywheel.
  • G means that it is possible to obtain "anti-gravity" (vertical thrust force) by means of the complex rotation of a group of flywheel bodies having the corresponding geometric dimensions and configuration.
  • Such a gyroturbine vehicle with its maximum mass of 10,000 kg, is capable of developing a total traction force of 22,500 kg of force, that is, to lift an additional 10,000 kg of cargo or 40 crew members with equipment on board. Moreover, the efficiency of such a vehicle is 80%.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Description

СПОСОБ СОЗДАНИЯ ТЯГОВОГО УСИЛИЯ СИЛАМИ КОРИОЛИСА, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ "ГИРОТУРБИНА" И ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО НА БАЗЕ
УСТРОЙСТВА "ГИРОТУРБИНА".
Предлагаемые изобретения относятся к системам гиростабилизации и могут использоваться, в частности, в качестве безопорного движителя для ориентации и плоско-параллельного перемещения, например, космического аппарата (KA) за счет создания управляющих ускорений в режимах стабилизации и программных перемещений KA, как над поверхностью планет, так и в открытом космосе без использования реактивных двигателей.
Известен способ создания тягового усилия силами Кориолиса, согласно которому материальное тело (например, маховик) раскручивают вокруг локальной оси и одновременно перемещают его с соответствующей скоростью в направлении, перпендикулярном к локальной оси /Сивухин Д. В. "Общий курс физики" Tl. Механика. - M.: Матгиз - 1979. - С. 339, 348 п.8/.
При таком сложном вращательно-прецессионном движении материального тела возникает ускорение Кориолиса, ориентация которого перпендикулярна к векторам линейной скорости прецессии и угловой скорости вращения, а направление вектора ускорения определяется известным правилом Жуковського /Жуковский Н.Е. Кинематика, Статика, Динамика точки. - M.: ОборонГиз - 1939 - С. 67, 68/. Одним из побочных эффектов известного способа создания тягового усилия силами Кориолиса является появление, так называемого гироскопического момента (в дальнейшем - гиромомента), который возникает в случае, когда при вращении маховика вокруг его локальной оси с очень большой скоростью его одновременно поворачивают с меньшей скоростью вокруг второй оси, перпендикулярной к локальной оси маховика и проходящей через центр масс маховика.
Эффект возникновения гиромомента используется в силовых гидродинамических гироскопах /см., например, заявка Российской Федерации JNa 95120281 на изобретение "ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГИРОСКОП", МПК G01C19/00, дата публикации - 1997.10.27/ и в гиродинах космических аппаратов /см. патент РФ JYaI 839792 на изобретение "СИЛОВОЕ ГИРОСКОПИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОРИЕНТАЦИЕЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ", МПК 6 B64G1/28, GOl Cl 9/00, дата публикации - 2005.05.10/, где устанавливают маховики, вращающиеся с большой угловой скоростью более - 30000 оборотов в минуту.
При вращении маховика такого силового гироскопа вокруг локальной оси при одновременном его повороте вокруг второй оси, перпендикулярной к локальной оси маховика и проходящей через его центр масс, возникает силовой момент, направленный ортогонально к обеим осям. Величина этого силового момента пропорциональна величине кинетического момента маховика гироскопа и величине угловой скорости поворота гироскопа вокруг второй оси. Возникающий гироскопический момент воздействует на транспортное средство (космический аппарат) и разворачивает его, что в ряде случаев является нежелательным явлением.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности, является гироскопическое устройство, которое содержит корпус с установленным на нем с возможностью вращения на оси симметрии тела вращения, снабженного движителем /Патент США N° 5,024,112, "Gуrоsсорiс арраrаtus", МПК 7 F16H27/04; G01C19/06, дата публикации 18.06.1991г./. Указанное устройство содержит два диска, установленных напротив друг друга в двух L-образных рукоятках, поддерживающих соответствующие диски с возможностью их вращения в подшипниках в противоположных направлениях и кулачковый механизм L-образные рукоятки установлены на вертикальном валу - подвижно присоединены к точке поворота, расположенной посредине между дисками-маховиками. Привод дисков обеспечивает вращение дисков-маховиков вокруг двух локальных осей в противоположных направлениях при одновременном вращении от двигателя комплексной конструкции из маховиков и L-образных рукояток вокруг второй вертикальной оси принудительной прецессии, перпендикулярной к плоскости вращения локальных осей. Кулачковый механизм выполняет функцию отклонения дисков в вертикальном направлении при одновременном вращении дисков вокруг локальных осей вместе с принудительной прецессией дисков вокруг вертикальной оси прецессии. Такое отклонение вращающихся дисков при помощи кулачкового механизма создает принудительную нутацию дисков в виде их взмахов в вертикальном направлении на протяжении принудительной прецессии указанных дисков. В результате совместного вращательного, прецессионного и нутационного движений обоих дисков возникает низкочастотное (до 100 Гц) пульсирующее тяговое усилие, направленное вверх вдоль оси прецессии. Недостатком известного гироскопического устройства является пульсирующий характер создаваемого им тягового усилия и невозможность на практике использовать более двух рабочих тел (дисков) для увеличения суммарной тяги такого аппарата из-за сложности создания принудительного нутационного движения большого количества дисков. Низкочастотные пульсации сил тяги создают значительные вибрации, воздействующие на транспортное средство, которое для движения использует известный способ тяги, а сам гироскопический аппарат характеризуется низкой эффективностью преобразования вращательного момента силовой установки, в тяговое усилие его перемещения в вертикальном направлении. Наиболее близким к предлагаемому транспортному средству по количеству существенных признаков является транспортное средство, содержащее корпус, состоящий из двух частей, энергетическую установку, опорную платформу и тела вращения, выполненные в виде шариков. При этом шарики установлены с возможностью их движения под действием соленоидов по сложной траектории /патент РФ N°2003 H 2472 на изобретение, МПК 6 B64C1/00 от 2004.11.20/. Описанное транспортное средство - летательный аппарат, который представляет собой сложную инерционную систему, предназначенную для получения направленного тягового усилия.
Недостатком описанного транспортного средства является его сложность, а также недостаточный уровень тяговых усилий, создаваемых в нем из-за отсутствия в летательном аппарате возможностей синхронизации инерционного движения тел. В основу предлагаемых изобретений поставлена задача создания таких способа и устройств для создания и использования тягового усилия Кориолиса для вращения маховиков силовых гироскопов, которые позволили бы увеличить уровень тяговых усилий и одновременно снизить уровень вибраций путем создания условий для синхронизации скоростей вращения маховиков и возможности полезного использования получаемых при этом однонаправленных сил Кориолиса.
Решение такой задачи дает возможность создать транспортное средство с движителем, который позволяет перемещать аппараты в пространстве, в частности, в космическом, без использования реактивной энергии.
Поставленная задача решается предлагаемым способом, который, как и известный способ создания тягового усилия силами Кориолиса, включает раскручивание маховика вокруг локальной оси и его одновременное перемещение вокруг оси прецессии, а, согласно изобретению, применяют, как минимум, два дополнительных маховика, которые вращают вокруг соответствующих локальных осей, все маховики перемещают по круговой траектории вокруг общей оси прецессии, которую создают за центрами масс маховиков, угловую скорость вращения каждого маховика ω вокруг его локальной оси синхронизируют с угловой скоростью Ω вращения маховиков вокруг общей оси прецессии, а значение угла наклона ψ каждой локальной оси относительно общей оси прецессии поддерживают постоянным и устанавливают в соответствии с выражением ψ≠π/2.
Особенностью предлагаемого способа является и то, что локальные оси маховиков размещают на одинаковом угловом расстоянии одна от другой вокруг общей оси прецессии.
Кроме того, угол наклона ψ локальной оси относительно общей оси прецессии согласуют с коэффициентом синхронизации j=Ω/ω угловой скорости вращения каждого маховика ω вокруг его локальной оси с угловой скоростью Ω вращения маховиков вокруг общей оси прецессии следующим образом: ψ = arccos(Iц/Ij_ω/Ω), где Iц - момент инерции маховика относительно локальной оси; Iχ - момент инерции маховика относительно оси принудительной прецессии.
Поставленная задача решается и предлагаемым гироскопическим устройством, которое как и известное, содержит корпус с установленным на нем с возможностью вращения на оси симметрии тела вращения, снабженного движителем, а, согласно изобретению, гиротурбина дополнена платформой в виде диска и маховиком, который установлен с возможностью вращения вокруг локальной оси, платформа установлена в корпусе с возможностью вращения вокруг общей оси прецессии и которая является осью симметрии гиротурбины, а маховик наклонно прикреплен к вращаемой платформе вместе с движителем, который кинематически соединен с корпусом.
Поставленная задача решается и предлагаемым транспортным средством, которое, как и известное, содержит корпус, состоящий из двух частей, на котором закреплен модуль, в котором объединены энергетическая установка, кабина для экипажа и системы управления, согласно изобретению, энергетическая установка включает, по меньшей мере, две гиротурбины с телами вращения, для обеспечения перемещения транспортного средства путем крепления гиротурбин к модулю.
Еще одной особенностью предлагаемого транспортного средства является и то, что первая гиротурбина размещена над верхом модуля в первой части корпуса, вторая гиротурбина находится под днищем модуля во второй части корпуса, а оси симметрии гиротурбин совпадают.
Особенностью предлагаемого транспортного средства является и то, что три гиротурбины размещены под днищем модуля во второй части корпуса, а оси симметрии гиротурбин образуют равнобедренный треугольник.
Особенностью предлагаемого транспортного средства является и то, что каждая гиротурбина включает корпус, платформу в виде диска, движитель и маховики, установленные с возможностью вращения вокруг соответствующих локальных осей, платформа установлена в корпусе с возможностью вращения вокруг общей оси прецессии, расположенной за границами маховиков и которая является осью симметрии гиротурбины, а маховики наклонно б прикреплены к вращаемой платформе вместе с движителем, который кинематически соединен с корпусом.
Особенностью предлагаемого транспортного средства является и то, что локальные оси вращения маховиков размещены на одинаковом угловом расстоянии друг от друга.
Особенностью предлагаемого транспортного средства является и то, что каждый маховик установлен с возможностью вращения и снабжен соответствующим электрическим двигателем.
Особенностью предлагаемого транспортного средства является и то, что момент инерции Iχ каждого маховика относительно оси принудительной прецессии согласуют с моментом инерции Iц этого же маховика относительно локальной оси, таким образом, что выполняется соотношение
Figure imgf000008_0001
кlц де к - целое число.
Особенностью предлагаемого транспортного средства является и то, что каждый маховик выполнен в форме части пустотелого конуса.
Особенностью предлагаемого транспортного средства является и то, что каждый маховик выполненный в форме части пустотелого конуса изготовлен как одно целое с ротором соответствующего электродвигателя.
Предлагаемые решения позволяют создать более надежную, чем прототип конструкцию транспортного средства с высоким КПД, работа которого основана на известных законах движения инерционных систем и использует высоконадежные механические устройства - маховики, которые известны и опробованы в гироскопостроении. При этом в транспортном средстве используют направленное тяговое усилие инерционных гироскопических систем (далее - гиротурбин), которые генерируют однонаправленные тяговые усилия Кориолиса, образующиеся при соответствующей синхронизации вращения маховиков гиротурбины.
Между поставленной задачей и технической сущностью предлагаемых решений существует непосредственная причинно-следственная связь. Так при сложном вращательно-поступательном движении материальной точки с соответствующей скоростью возникает ускорение Кориолиса, направленного перпендикулярно векторам линейной и угловой скоростей. В соответствии с предложением линейное перемещение материальной точки (маховика), который вращается вокруг локальной оси вращения, дополнено перемещением маховиков с соответствующей скоростью V по замкнутой траектории вокруг общей оси, расположенной за границами маховиков на соответствующем расстоянии. Поскольку скорость V движения маховиков по замкнутой траектории, например, по окружности, имеет линейную составляющую, в этом случае возникает ускорение Кориолиса и силовой момент, который воздействует на все маховики в одном направлении вдоль общей оси. При этом в такой гироскопической системе - гиротурбине, которая состоит из двух маховиков - возникает тяговое усилие, как минимум, пары сил Кориолиса, направленное вдоль общей оси вращения маховиков паротурбины, которая является и ее осью симметрии.
На Фиг.l показан в разрезе первый вариант исполнения предлагаемого транспортного средства.
На Фиг. 2 показан вид сверху по линии A-A.
На Фиг.З показан в разрезе второй вариант предлагаемого транспортного средства.
На Фиг.4 показан вид сверху по линии B-B транспортного средства, изображенного на Фиг.З.
На Фиг.5 показана в разрезе гиротурбина предлагаемого транспортного средства.
На Фиг. б показан вид сверху по линии C-C гиротурбины, изображенной на фиг.5. На Фиг.7 показан фрагмент электродвигателя гиротурбины, изображенной на фиг.5.
На Фиг.8 показана кинематическая схема, которая поясняет сущность предлагаемого способа, положенного в основу работы гиротурбины.
Предлагаемое транспортное средство на фиг. 1 и 2 содержит кабину для экипажа 1, энергетическую установку 2 и систему управления 3, которые объединены в модуле 4 и оснащено двумя гиротурбинами 5, которые прикреплены к модулю 4 при помощи кронштейнов 6. Первая гиротурбина 5 имеет форму цилиндра и размещена сверху модуля 4 в первой части 7 корпуса. Первая гиротурбина 5 установлена с возможностью отклонения относительно модуля 4 вокруг оси 8 при помощи исполнительного устройства 9. Первая гиротурбина 5 выполнена в виде тела вращения, которое имеет ось симметрии 10. Часть корпуса 7 предназначена для защиты первой гиротурбины 5 от действия на нее атмосферных осадков. Вторая гиротурбина 5 идентична первой и расположена под днищем модуля 4 во второй части 11 корпуса. Вторая гиротурбина 5 установлена с возможностью отклонения относительно модуля 4 вокруг оси 12 при помощи исполнительных устройств 13, 14, конструкция которых аналогична конструкции исполнительного устройства 9. Вторая гиротурбина 5 выполнена в форме цилиндра, который имеет ось симметрии 10. Вторая часть корпуса 11 предназначена для защиты снизу второй гиротурбины 5. Оси симметрии 10 соответствующих гиротурбин 5 совпадают. Оси 8 и 12 отклонения соответствующих гиротурбин 5 относительно модуля 4 расположены в плоскостях параллельных плоскости A-A и образуют угол 90°.
Во втором варианте исполнения транспортного средства, показанного на Фиг.З, 4, три идентичные гиротурбины 5 размещены под днищем модуля 4 во второй части 11 корпуса, а оси симметрии 10 гиротурбин 5 образуют равнобедренный треугольник. В первой части корпуса 7 может быть расположен грузовой отсек. Все три гиротурбины 5 установлены неподвижно относительно модуля 4 транспортного средства.
Гиротурбина, показанная на Фиг. 5, 6 содержит корпус 15, привод 16, вращаемую платформу 17 и маховики 18, изготовленные в форме кольцевого усеченного конуса.
Маховик 18 выполнен как часть конуса 19, который вращается вокруг соответствующей локальной оси вращения 20 в подшипниках 21. Узел поворота маховиков вокруг общей оси прецессии 10 выполнен в виде дисковой платформы 17, которая вращается вокруг общей оси 10. Дисковая платформа 17 оснащена тремя маховиками 18 (Фиг.6), локальные оси 20 вращения которых расположены под тупым углом ψ (Фиг.5) к общей оси 10, которая расположена за границами всех маховиков 18. Маховики 18 установлены на подшипниках 21 в корпусах 22, которые закреплены на вращаемой платформе 17 вместе с приводом 16.
Угол наклона ψ выбирается следующим образом: ψ = arccos(Iц/Iiω/Ω), где Iц - момент инерции маховика относительно локальной оси; Iχ - момент инерции маховика относительно оси принудительной прецессии.
Вал 23 привода 16 кинематически соединен с корпусом 15, например, через зубчатую планетарную передачу 24, 25. Локальные оси 20 вращения маховиков 18, расположены на одинаковом угловом расстоянии (120°) друг от друга вокруг вертикальной оси 10. Локальные оси 20 пересекаются с общей осью 10 в точке Q (Фиг.5). Ось 10 совпадает с осью симметрии паротурбины (Фиг. 1...4).
Каждый маховик 18 выполнен в форме части пустотелого конуса 19 и вращается соответствующим электроприводом. При этом неявная вершина конуса T направлена в сторону точки Q пересечения локальной оси 20 маховика и общей 10 оси гиротурбины.
Электропривод состоит из корпуса 22, обмотки возбуждения 26 и ротора 27 (см. также Фиг.7). Ротор 27 неподвижно соединен с маховиком 18. Обмотка возбуждения 26 неподвижно закреплена на гильзе 28 электропривода. Маховик 18 установлен в корпусе 22 электропривода на подшипниках 21. В качестве электропривода может быть использован асинхронный, коллекторный или гистерезисный электродвигатель.
Платформа 17 установлена на подшипниках 29. Корпус 15 гиротурбины может быть прикреплен к модулю 4 транспортного средства (см.Фиг.З) при помощи соответствующих элементов крепления 30.
Для передачи электроэнергии от энергетической установки 2 транспортного средства, показанного на Фиг.l (Фиг.З), к электроприводам 16,
22, которые вращаются на платформе 17, можно использовать токосъёмник 31, выполненный, например, в виде коллекторных токосъёмных колец. Электрическая энергия от энергетической установки 2 (Фиг. 3) к токосъёмнику передается при помощи силового кабеля 32.
Пример. Во время работы каждой гиротурбины 5 возникает тяговое усилие Кориолиса Fk, которое всегда направлено вдоль оси симметрии 10. При этом на каждую гиротурбину действует вращающий момент M реакции, который стремится развернуть гиротурбину вокруг оси симметрии 10, а сила тяги гиротурбины 5 регулируется изменением скоростей вращения маховиков 18 и платформы 17. При увеличении скорости вращения маховиков 18 сила тяги Fk гиротурбины увеличивается, и наоборот, при уменьшении угловой скорости вращения маховиков 18 сила тяги Fk, уменьшается.
На Фиг.l две гиротурбины устанавливают соосно таким образом, что бы момент реакции Ma первой гиротурбины 5 (Фиг.2) был направлен в сторону противоположную моменту реакции Mb второй гиротурбины 5. В результате такого расположения гиротурбин 5 моменты реакции взаимно компенсируются, а направление сил тяги гиротурбин совпадает, что обеспечивается за счет соответствующей синхронизации вращения маховиков 18 гиротурбины с вращением ее платформы. При этом модуль 4 (Фиг.l) вместе с транспортным средством поднимается без вращения вокруг оси 10.
Движение вперед транспортного средства (Фиг.l) (в направлении стрелки D) обеспечивается путем наклона второй гиротурбины 5 вокруг ее оси 12 в направлении стрелки E. При этом исполнительный механизм 13 отклоняет вторую гиротурбину 5 от модуля 4, а механизм 14 приближает ее к модулю 4, тяговое усилие Fkb второй гиротурбины 5b раскладывается на вертикальную и горизонтальную составляющую, которая и двигает вперед транспортное средство.
Движение назад транспортного средства, показанного на Фиг.l, обеспечивается путем поворота второй гиротурбины 5 против стрелки E вокруг оси 12. При этом тяговое усилие F^ второй гиротурбины 5 раскладывается на вертикальную и горизонтальную составляющую, которая и двигает транспортное средство в этом направлении. Движение транспортного средства влево обеспечивается путем наклона первой гиротурбины 5 вокруг оси 8, при котором исполнительный механизм 9 приближает передний край первой паротурбины 5 к модулю 4.
Движение транспортного средства вправо обеспечивается путем наклона первой гиротурбины 5 вокруг оси 8, при котором исполнительный механизм 9 отдаляет передний край первой гиротурбины 5 от модуля 4.
В этих случаях тяговое усилие первой гиротурбины 5 раскладывается на вертикальную и боковую составляющую, которая перемещает транспортное средство в пространстве в соответствующем направлении.
На Фиг.4 все три гиротурбины 5 устанавливают так, что их суммарный момент Ms реакции сводится к нулю, за счет того, что момент Ma реакции первой гиротурбины 5 направлен, например, против часовой стрелки, а моменты реакции Mь,M0 двух других гиротурбин 5 направлены в противоположное направление, как показано на Фиг.4. В результате такого расположения гиротурбин моменты реакции гасятся, то есть, Ms= Ma + Мь + Mc=0, а направление сил тяги Fk всех гиротурбин 5 совпадает, что обеспечивается за счет соответствующей синхронизации вращения маховиков гиротурбины с вращением их платформ. При этом модуль 5 вместе с транспортным средством поднимается вверх без вращения.
Движение вперед транспортного средства, показанного на Фиг.З, 4 (в направлении стрелки D), обеспечивается за счет увеличения силы тяги двух гиротурбин 5 одновременно. При этом тяговое усилие гиротурбин раскладывается на вертикальную и горизонтальную составляющую, которая и перемещает вперед транспортное средство.
Движение назад транспортного средства, показанного на Фиг.2, обеспечивается за счет увеличения силы тяги одной гиротурбины 5. При этом тяговое усилие трех гиротурбин раскладывается на вертикальную и горизонтальную составляющую, которая и перемещает транспортное средство назад.
Движение транспортного средства влево обеспечивается за счет увеличения силы тяги третьей гиротурбины 5. Движение транспортного средства вправо обеспечивается за счет увеличения силы тяги второй гиротурбины 5 из трех. В этих случаях тяговое усилие трех гиротурбин раскладывается на вертикальную и боковую составляющую, которая и перемещает транспортное средство в пространстве и разворачивает его.
Гиротурбина 5 транспортного средства работает так. Для увеличения величины тягового усилия Fk гиротурбина 5 оснащена несколькими маховиками 18, количество которых не менее трех, как это показано на Фиг.5(6). Движитель 16 вращает выходной вал 23 в направлении по часовой стрелке, который через планетарный редуктор 24, 25 кинематически соединен с корпусом 15 гиротурбины. В результате этого платформа 17 вращается вокруг оси 10 вместе с маховиками 18 в противоположном направлении. Каждый маховик 18 вращается соответствующим электроприводом, смонтированным в корпусе 22. Такой электропривод содержит обмотку возбуждения 26 и ротор 27 (см. Фиг. 5, 7), который выполнен, например, короткозамкнутым в соответствии со схемой "беличьего колеса". Ротор 27 каждого электропривода вращает соответствующий маховик 18 вокруг локальной оси 20 в направлении, которое определено по предлагаемому правилу, по которому вектор угловой скорости Ω дисковой платформы 17 условно совмещается с соответствующей локальной осью 20 вращения маховика 18. При этом направление вращения маховика 18 вокруг соответствующей локальной оси 20 совпадает с направлением вращения повернутого вектора Ω вокруг точки Q пересечения соответствующей локальной оси и оси принудительной прецессии.
В результате этого направления сил Кориолиса Fk всех маховиков 18 совпадают и оказываются направленными в одну сторону вдоль оси 10, благодаря чему возникает тяговое усилие, величина которого составляет 3Fk, и обеспечивает плоско-параллельное перемещение транспортного средства в пространстве.
Физическая сущность функционирования предлагаемого транспортного средства в пространстве объясняется с помощью кинематической схемы, представленной на Фиг.8. В предлагаемом устройстве все маховики 18 вращаются вокруг соответствующих локальных осей 20, и одновременно синхронно вращаются вместе вокруг общей оси 10, которая расположена вне центров масс 33 соответствующих маховиков в плоскости 34 параллельной плоскости платформы 17 (см. Фиг. 5, б). Переносная скорость V маховиков 18 определяется как V = АΩ, где Ω- угловая скорость вращения маховиков вокруг общей оси 10; А - расстояние центра масс 33 соответствующего маховика 18 от оси 10. Направление вращения каждого маховика 18 (см. Фиг.5, 6 и 8) вокруг его локальной оси 20 определяют на основании предлагаемого правила синхронизации маховиков, по которому вектор угловой скорости Ω вращения вокруг общей оси 10 условно поворачивают, например, по траектории 35 и совмещают его с соответствующей локальной осью 20 вращения соответствующего маховика 18 (промежуточное положение вектора угловой скорости Ω' при его повороте показано на Фиг.8 пунктиром). При этом направление вращения соответствующей локальной оси 20 должно совпадать с направлением вращения повернутого вектора угловой скорости Ω', а все векторы ω вращения маховиков 18 вокруг локальных осей 20 имеют центробежный характер .
Применение предлагаемого правила гарантирует обеспечение для каждого маховика 18 соответствующей синхронизации его вращения вокруг локальной оси 20 с вращением вокруг общей оси 10 и, тем самым - однонаправленную ориентацию действующих сил Кориолиса F]0 Fk', Fk" вдоль оси 10. В этом можно убедиться, применяя правило Жуковского для каждого маховика 18. В соответствии с этим правилом вектор скорости перемещения V маховика 18 условно поворачивают на 90° в направлении вращения вектора угловой скорости ω, в результате чего определяется направление силы Кориолиса Fk, которая действует на маховик 18. Сила Кориолиса Fk совпадает с направлением повернутого таким образом вектора скорости V и определяется, как Fk=kMωV, где к - безразмерный коэффициент пропорциональности, который учитывает геометрические размеры маховика, условия его движения и синхронизации с движением вокруг общей оси 20, M - маса маховика.
При вращении маховика 18 вокруг оси 10 возникает также центробежная сила Кориолиса Fd (см. Фиг.8), направленная в точку пересечения Q. Для определения направления ее действия необходимо для произвольной точки 36 кольца маховика 18, который вращается вокруг оси 10 с угловой скоростью Ω, применить правило Жуковского, учитывая тот факт, что переносная скорость точки 36 составляет Vm = ωr (г -средний радиус кольца маховика). При этом вектор V111 переносной скорости условно поворачивают на 90° в направлении вращения вектора Ω. В результате - направление силы Кориолиса Fd совпадает с направлением повернутого таким образом вектора Vm, что показано на Фиг.8. Локальные оси 20 маховиков, показанные на Фиг.8, могут быть расположены под любым углом ψ относительно общей оси 10. При этом локальные оси 20 двигаются по конической поверхности 37, которая на Фиг.8 радиально заштрихована, а круговая траектория 38 движения центров масс 33 маховиков 18 расположена на конической поверхности 36 и одновременно на плоскости 34. При этом радиус А и величины углов составляют α=β=γ=120° и расположены на плоскости 34, а точка Q пересечения осей 20 расположена над точкой R пересечения проекций осей 20 на плоскость 34.
В теории гироскопов известна задача определения угловой скорости Ω свободной прецессии в зависимости от массы M маховика гироскопа (18) и его частоты вращения ω. Такая задача имеет приближенное решение, которое не учитывает центростремительного характера движения маховика вокруг его оси прецессии поэтому на нем останавливаться не имеет особого смысла.
Точное решение задачи симметричного гироскопа базируется на векторной алгебре и поэтому здесь полностью его приводить было бы утомительным.
Окончательный вид уравнения, которое связывает частоту ω вращения маховика гироскопа (18) и угловую скорость Ω прецессии (которую нужно определить), представлен ниже
IiΩ2cosψ - IцΩω+AP=0 (1) где Ii - момент инерции маховика гироскопа относительно вертикальной оси прецессии; Iц - момент инерции маховика гироскопа относительно его локальной оси; P - вес маховика гироскопа; А - расстояние от центра масс (33) маховика гироскопа (10) до вертикальной оси прецессии (). ψ— угол наклона оси вращения маховика гироскопа (локальной оси) к оси прецессии гироскопа. Момент инерции является характеристикой, которая отражает способность тела, (например, маховика гироскопа) поддерживать постоянное равномерное вращательное движение вокруг соответствующей оси. Поэтому одно и то же тело (18) может иметь множество моментов инерции.
Например, для кольцеобразного тела момент инерции относительно его оси симметрии вращения определяется как
Iц=kMr2 где M- масса тела гироскопа; к = 0.5 - безразмерный коэффициент, отражающий кольцеобразную форму тела гироскопа, г - средний радиус кольца гироскопа. Для остальных случаев выражение I=IcMr2 для момента инерции того же тела (маховика) имеет аналогичную структуру но с иными значениями k и г.
Квадратичное уравнение (1) имеет два решения относительно угловой скорости прецессии Ω.
Не вдаваясь в подробности решения квадратичного уравнения (1) относительно Ω, рассмотрим внутреннюю структуру уравнения (1), заменив моменты инерции Iц и Ii их зависимостями от массы M и от размеров маховика гироскопа (18). В этом случае уравнение (1) будет иметь следующий вид: kiMA2Ω2cosψ - k2Mr2 Ωω + AP-O (2) где кi≠ Ic2 < 1 - коэффициенты, значение которых зависят от формы тела маховика гироскопа; г - радиус тела маховика гироскопа относительно локальной оси 2; А - расстояние между осью прецессии 4 и центром (33) масс тела маховика гироскопа.
С другой стороны, вес тела P маховика гироскопа есть не что иное, как гравитация, действующая на массу M тела маховика гироскопа, т.е. P=MG, где G=:9.8м*ceк'2 - ускорение гравитации на поверхности Земли. С учетом этого факта уравнение (2) будет иметь несколько иной вид, а именно: lqMA2Ω2cosψ - Ic2Mr2 Ωω + AMG=O (3)
Разделив уравнение (3) на массу М≠О и на расстояние А≠О, а также перенеся первые два члена в правую часть уравнения (3), получим парадоксальное, на первый взгляд, соотношение: G = k2r2/AΩω- ki AΩ2cosψ (4)
Исходя из выражения (4) получаем, что ускорение гравитации G не зависит от массы вращающегося тела. Подобный факт известен еще из школы, когда нам рассказывали, как Галилей для подтверждения своей гипотезы бросал различные предметы с Пизанской башни и пришел к выводу, что на практике время падения предмета не зависит от его массы.
Второй вывод, который вытекает из выражения (4), заключается в том, что при определенных условиях величина G может иметь отрицательное значение, поскольку второй член в выражении (4) имеет знак минус.
Однако отрицательное значение G означает, что можно получить "антигравитацию" (силу вертикальной тяги) при помощи сложного вращения группы тел-маховиков, имеющих соответствующие геометрические размеры и конфигурацию .
Исследования авторов показали, что таким телом должен быть конус или набор дисков разного диаметра в качестве рабочего тела гиротурбины с конусной внешней или внутренней поверхностью.
Исходя из уравнения (1) можно определить угол наклона ψ локальной оси гиротурбины: соsψ = (I цΩω - AP)/ Ij_Ω2.
При работе гиротурбины IцΩω»AP, в результате чего угол ψ определяется соотношением ψ =arccos(I ц/ Ij_ω/Ω). Выполненные расчеты свидетельствуют о том, что при массе кольцевого маховика M=I Окг; k=l; угловой скорости вращения маховика 18 ω=6000oб/xв=2πЮ0paд/ceк; угловой скорости перемещения маховиков 18 вокруг общей оси Ω=2π*50paд/ceк, можно получить тяговое усилие маховика гиротурбины, составляющее при ψ=75°; A=O.5м r=0.05м величину 12528Hьютoн (в системе СИ). Если учесть, что каждая гиротурбина может содержать m - 6 маховиков, то при наличии N=3 трех паротурбин, они способны создать тяговое усилие Fs= Fk*m*N=12.5kN*18=225kN. Такое гиротурбинное транспортное средство, при его максимальной массе 10000 кг способно развить суммарное тяговое усилие 22500 кг силы, то есть поднимать на своем борту дополнительно 10000 кг грузов или 40 членов экипажа со снаряжением. При этом КПД такого транспортного средства составляет 80%.

Claims

Ф ормул а из о бр етения .
1 . Способ создания тягового усилия силами Кориолиса, который включает раскручивание маховика вокруг локальной оси и его одновременное перемещение вокруг оси прецессии, отличающийся тем, что применяют, как минимум, два дополнительных маховика, которые вращают вокруг соответствующих локальных осей, все маховики перемещают по круговой траектории вокруг общей оси прецессии, которую создают за центрами масс маховиков, угловую скорость вращения каждого маховика ω вокруг его локальной оси синхронизируют с угловой скоростью Ω вращения маховиков вокруг общей оси прецессии, а значение угла наклона ψ каждой локальной оси относительно общей оси прецессии поддерживают постоянным и устанавливают в соответствии с выражением ψ≠π/2.
2. Способ по п.l, отличающийся тем, что локальные оси маховиков размещают на одинаковом угловом расстоянии одна от другой вокруг общей оси прецессии.
3. Способ по п.l, отличающийся тем, что угол наклона ψ локальной оси относительно общей оси прецессии согласуют с коэффициентом синхронизации j=Ω/ω угловой скорости вращения каждого маховика ω вокруг его локальной оси с угловой скоростью Ω вращения маховиков вокруг общей оси прецессии в соответствии с выражением: ψ = arccos(Iц/Ij_ω/Ω), где Iц - момент инерции маховика относительно локальной оси; Ii - момент инерции маховика относительно оси принудительной прецессии.
4. Гироскопическое устройство (ГИРОТУРБИНА), содержащее корпус с установленным на нем с возможностью вращения на оси симметрии тела вращения, снабженного движителем, отличающееся тем, что гиротурбина дополнена платформой в виде диска и маховиком, который установлен с возможностью вращения вокруг локальной оси, платформа установлена в корпусе с возможностью вращения вокруг общей оси прецессии и которая является осью симметрии гиротурбины, а маховик наклонно прикреплен к вращаемой платформе вместе с движителем, который кинематически соединен с корпусом.
5. Транспортное средство для осуществления способа по п.п. 1,2,3, содержащее корпус, состоящий из двух частей, на котором закреплен модуль, в котором объединены энергетическая установка, кабина для экипажа и системы управления, отличающееся тем, что энергетическая установка включает, по меньшей мере, две гиротурбины с телами вращения для обеспечения перемещения транспортного средства путем крепления гиротурбин к модулю.
6. Транспортное средство по п.4, отличающееся тем, что первая гиротурбина размещена над верхом модуля в первой части корпуса, вторая гиротурбина находится под днищем модуля во второй части корпуса, а оси симметрии гиротурбин совпадают.
7. Транспортное средство по п.4, отличающееся тем, что три гиротурбины размещены под днищем модуля во второй части корпуса, а оси симметрии гиротурбин образуют равнобедренный треугольник.
8. Транспортное средство по п. 7, отличающееся тем, что корпус гиротурбины установлен с возможностью отклонения относительно модуля.
9. Транспортное средство по п.7, отличающееся тем, что локальные оси вращения маховиков размещены на одинаковом угловом расстоянии друг от друга.
10. Транспортное средство по п.7, отличающееся тем, что каждый маховик установлен с возможностью вращения и снабжен соответствующим электрическим двигателем.
11. Транспортное средство по п.7, отличающееся тем, что момент инерции Ii каждого маховика относительно оси принудительной прецессии согласован с моментом инерции Iц этого же маховика относительно локальной оси, с возможностью выполнения соотношения U= кlц , где к -целое число.
12. Транспортное средство по п.7, отличающееся тем, что каждый маховик выполнен в форме части пустотелого конуса.
13. Транспортное средство по п.7, отличающееся тем, что каждый маховик выполненный в форме части пустотелого конуса, изготовлен как одно целое с ротором соответствующего электродвигателя.
PCT/UA2007/000006 2006-01-20 2007-01-18 Method for producing a thrust force by coriolis forces , a 'gydroturbine ' device for carrying out said method and a transport means based on the 'hydroturbine device' Ceased WO2007084092A1 (en)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU200600524 2006-01-20
UAU200600524U UA15767U (en) 2006-01-20 2006-01-20 Gyro-turbine vehicle
UAA200600518 2006-01-20
UAA200600518A UA80211C2 (en) 2006-01-20 2006-01-20 Method for using coriolis acceleration for producing driving torque (variants)
UAU200700295 2007-01-12
UAU200700295U UA24572U (en) 2007-01-12 2007-01-12 Method for compensation of forces of gyroscopic moment

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007084092A1 true WO2007084092A1 (en) 2007-07-26

Family

ID=38287933

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2007/000006 Ceased WO2007084092A1 (en) 2006-01-20 2007-01-18 Method for producing a thrust force by coriolis forces , a 'gydroturbine ' device for carrying out said method and a transport means based on the 'hydroturbine device'

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2007084092A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009102227A3 (en) * 2008-02-12 2013-08-01 Dumitru Ionescu The direction acceleration principle, the direction acceleration devices and the direction acceleration devices systems

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB344061A (en) * 1929-05-07 1931-03-02 Frank Anderson Hayes Improvements in or relating to variable speed power transmission
US4050652A (en) * 1976-07-26 1977-09-27 The Raymond Lee Organization, Inc. Gyro foil
RU2080483C1 (ru) * 1994-05-04 1997-05-27 Эдвид Иванович Линевич Гравиинерционный двигатель
US5713246A (en) * 1992-09-11 1998-02-03 Ccm Beheer B.V. Method for fixing an energy-storing flywheel with pretension on a support and unit comprising an energy storing flywheel
UA72830C2 (en) * 2003-05-15 2005-04-15 Anatolii Ivanovych Synelnyk Rotor-screw propeller

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB344061A (en) * 1929-05-07 1931-03-02 Frank Anderson Hayes Improvements in or relating to variable speed power transmission
US4050652A (en) * 1976-07-26 1977-09-27 The Raymond Lee Organization, Inc. Gyro foil
US5713246A (en) * 1992-09-11 1998-02-03 Ccm Beheer B.V. Method for fixing an energy-storing flywheel with pretension on a support and unit comprising an energy storing flywheel
RU2080483C1 (ru) * 1994-05-04 1997-05-27 Эдвид Иванович Линевич Гравиинерционный двигатель
UA72830C2 (en) * 2003-05-15 2005-04-15 Anatolii Ivanovych Synelnyk Rotor-screw propeller

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009102227A3 (en) * 2008-02-12 2013-08-01 Dumitru Ionescu The direction acceleration principle, the direction acceleration devices and the direction acceleration devices systems

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7900874B2 (en) Device to move an object back and forth
US8066226B2 (en) Inertial propulsion device to move an object up and down
EP3458360B1 (en) Gyroscopic attitude control system
EP0128008B1 (en) Apparatus for developing a propulsion force
US20100307290A1 (en) Apparatus, system and method for gyroscopic propulsion and/or steering
EP3209558B1 (en) Vibration control assembly for an aircraft and method of controlling aircraft vibration
Katan Nasa's next solar sail: lessons learned from nanosail-d2
US20120024633A1 (en) Gyromotor
JP2012137082A (ja) 遠心力による推進力発生装置
Sheng et al. Kinetic model for a spherical rolling robot with soft shell in a beeline motion
CN119847226B (zh) 一种自旋航天器章动特性分析方法与主动抑制系统
US20050109138A1 (en) Inertial propulsion drive
WO2007084092A1 (en) Method for producing a thrust force by coriolis forces , a &#39;gydroturbine &#39; device for carrying out said method and a transport means based on the &#39;hydroturbine device&#39;
WO2012046488A1 (ja) 推進力発生装置
GB2090404A (en) A gyroscopic propulsion system
US20070295164A1 (en) Centrifugal mass drive
US20040103729A1 (en) Dual-axis centrifugal propulsion system
Ciulin System to produce mechanical inertial force and/or torque
JPH02274698A (ja) 宇宙船用飛行姿勢制御アクチユエータ
EP4484305A1 (en) Methods and systems related to space tethers
JPS598599A (ja) ジヤイロスコ−プによる推進装置及びそれを組込んだ運行体
KR20110104835A (ko) 추진력 발생 유닛 및 이를 포함하는 추진력 발생 장치
WO2019175904A2 (en) Anti gravity engine (taking one-side force from the spin)
US20250002179A1 (en) Alternating Angular Momentum Drive-2 (AAMD)
BG67513B1 (bg) Инерционен двигател

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07709566

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1