ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ
ELECTROMAGNET PROPELLER

Предполагаемое изобретение относится к движителям, работающим на электромагнитном эффекте создания реактивной силы, обеспечивающей движение судна.
Известны движители надводных и подводных судов, конструкция которых реализует воздействие электрического и магнитного полей на среду движения и содержит электроды и электрические магниты (патент РФ № 2280587, В36Н 11/04, 11/02, патент США № 6333444, В63Н 11/00, JP № 5330487), при этом на поверхности движущегося тела создаются взаимно перпендикулярные электрическое и магнитное поля. Электрическое поле обеспечено электродами, гальванически связанными с водой и расположенными по окружности на поверхности тела в плоскости, перпендикулярной направлению движения, а магнитное поле магнитами, расположенными внутри или снаружи корпуса тела.
Конструкции этих движителей позволяют использовать морскую воду, в которой движется судно, как рабочее тело, объемы которого перемещаются относительно судна под действием силы Лоренца в сторону, противоположную движению судна (справочник по физике X.Кухлинг, «Мир», 1982, с.348-349).
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому движителю является электромагнитный движитель в морской воде (заявка РФ № 2006140754, В63Н 11/00, положительное решение от 06.12.2007 г.), содержащий корпус с каналом для впуска и выпуска воды, в котором установлены основные электроды для генерирования тока в электрическом поле, охватывающим сечение указанного канала, и устройства для генерирования магнитного поля, ориентированного перпендикулярно электрическому полю, для создания основной Лоренцевой силы, при этом в рабочем канале установлена по крайней мере одна пара дополнительных электродов, изолированных от основных электродов, для обеспечения электрического пробоя воды и создания дополнительной Лоренцевой силы, совпадающей по направлению с основной.
На основе одновременного действия электрического поля, генерируемого основными электродами, электрического поля, генерируемого дополнительными электродами и магнитного поля возникают однонаправленные основная и дополнительная Лоренцевы силы, которые обеспечивают выталкивание морской воды в сторону, противоположную силе тяги судна.
Однако по причине весьма малого радиуса воздушной трубки при пробое толщи воды в канале, практически мгновенного разряда накопителя электрической энергии через дополнительные электроды, начинающегося сразу после разряда процесса рекомбинации ионов в воздушной «трубке», длящегося короткое время, а также сноса воздушной «трубки» по каналу со скоростью, превышающей скорость течения воды в рабочем канале, электропроводимость воды, а следовательно, КПД движителя остаются невысокими.
Техническим результатом является повышение кпд предлагаемого движителя за счет искусственного повышения электропроводимости воды. Данный результат достигается тем, что в электромагнитном движителе, содержащем корпус с каналом для впуска и выпуска воды, в котором установлены основные электроды для генерирования тока в электрическом поле, охватывающим сечение указанного канала, и устройства для генерирования магнитного поля, ориентированного перпендикулярно электрическому полю, для создания основной Лоренцевой силы. Кроме того, в рабочем канале установлена, по крайней мере, одна пара дополнительных электродов, изолированных от основных электродов, с возможностью обеспечения электрического пробоя воды и создания дополнительной Лоренцевой силы, совпадающей по направлению с основной. Согласно изобретению в состав движителя включен набор накопителей энергии и устройство переключения для обеспечения подключения накопителей энергии к дополнительным электродам в последовательности и с частотой, определяющимися режимом работы движителя.
Набор накопителей энергии и устройства их подключения к дополнительным электродам позволяют повысить электропроводимость воды, в результате чего увеличивается Лоренцева сила воздействия на рабочий объем воды и, в итоге, увеличивается кпд движителя.
На чертеже изображен предлагаемый движитель, который содержит корпус 1 с рабочим каналом для прохода воды (направление движения указано стрелкой).
В рабочем канале расположены основные электроды 2, представляющие собой, например, плоские пластины, длинные стороны которых направлены вдоль рабочего канала. Дополнительные электроды 3 в виде заостренных штырей изолированы от основных электродов и расположены в одной плоскости вдоль рабочего канала. Направления электрических полей основных и дополнительных электродов совпадают. Также в канале расположены устройства генерирования магнитного поля 4, изолированные от контакта с водой. Они представляют собой, например, магнитный диполь из двух проводящих электрический ток катушек, расположенных по обе стороны рабочего канала. Для создания общего однородного магнитного поля, охватывающего рабочий канал, магнитные поля катушек должны совпадать по направлению. В состав движителя входит также набор накопителей энергии 5, представляющих собой, например, набор конденсаторных батарей или сверхпроводящих индуктивных накопителей энергии (СПИН), а также устройство переключения 6, осуществляющее подключение накопителей энергии к дополнительным электродам в очередности и с частотой, определяемыми режимом работы движителя.
Движитель обеспечивает тягу судна в морской воде следующим образом. Устройства генерирования магнитного поля 4 создают в рабочем канале однородное магнитное поле. При приложении электрического напряжения к основным электродам 2 под действием напряженности электрического поля возникает движение ионов Na и протонов Н в сторону отрицательно заряженного электрода и движение ионов в основном Cl в противоположном направлении. Сила Лоренца, действующая на заряды, пропорциональна скорости их движения в воде, т.е. их подвижности. Подвижность ионов Na и Cl, основных ионов гидратированных в морской воде солей, ≈ в 100 раз ниже, чем подвижность протонов Н. Учитывая небольшую концентрацию солей в морской воде, основная сила Лоренца будет зависеть от движения протонов, и электропроводность будет носить в основном протонный характер. При электрическом пробое воды между двумя дополнительными электродами 3 возникает газовая «трубка», в которой наряду с указанными выше заряженными частицами создается возможность передвижения свободных электронов, которые будут двигаться в сторону дополнительного положительно заряженного электрода. Подвижность электродов в газовой «трубке» ≈ в 100 раз выше, чем подвижность протонов и на четыре порядка выше подвижности указанных выше ионов. Поэтому проводимость в газовой трубке между дополнительными электродами будет носить в основном электронный характер. Возникающая при этом дополнительная сила Лоренца будет в основном зависеть от движения электронов.
Для обеспечения одинаковой направленности основной и дополнительной сил Лоренца полярности, а следовательно, и направленности векторов напряженности электрических полей основных и дополнительных электродов должны быть одинаковы. Поэтому отрицательные полюса электродов с целью безопасности могут быть «заземлены».
При пробое слоя воды между двумя дополнительными электродами накопитель энергии практически мгновенно разряжается и начинается процесс рекомбинации ионов в газовой «трубке». С целью поддержания электропроводимости в рабочем канале к данной паре дополнительных электродов подключается новый накопитель энергии, происходит новый разряд, причем для его осуществления требуется значительно меньшее напряжение, что снижает джоулевы потери. Такие последовательные подключения накопителей энергии 5 к дополнительным электродам с помощью устройства переключения 6 позволяет повысить значение дополнительной Лоренцевой силы при уменьшении общих джоулевых потерь при протекании тока в газовых «трубках».
В результате этого достигается технический результат - КПД движителя увеличивается.