ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ

Предполагаемая полезная модель относится к движителям, работающим на электромагнитном эффекте создания реактивной силы, обеспечивающей движение судна.
Известны движители надводных и подводных судов, конструкция которых реализует одновременное воздействие электрического и магнитного полей на среду движения и содержит электроды и электрические магниты (патенты US 5333444 A, RU 2327597 C1, JP 5330487 A, JP 62007365 А), при этом на поверхности движущегося тела создаются взаимно-перпендикулярные электрические и магнитное поля. Электрические поля обеспечены 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 движителя.
Конструкции этих движителей позволяют использовать воду, в которой движется судно, в качестве рабочего тела, объемы которого перемещаются относительно судна под действием сил Лоренца в сторону, противоположную движению судна (справочник по физике Х.Кухлинг, «Мир», 1982, с.348).
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому движителю является электромагнитный движитель в воде (патент RU 2327597 C1 B63H 11/00), содержащий корпус с каналом для впуска и выпуска воды, в котором установлены основные электроды для генерирования тока в электрическом поле, охватывающем сечение указанного канала, а также по крайней мере одна пара дополнительных электродов, изолированных от основных электродов, с возможностью обеспечения электрического пробоя воды, и устройства для генерирования магнитного поля, ориентированного перпендикулярно электрическим полям, для создания основных и дополнительных Лоренцевых сил, совпадающих по направлению.
На основе одновременного действия электрического поля, генерируемого основными электродами, электрического поля, генерируемого дополнительными электродами, и магнитного поля возникают однонаправленные основные и дополнительные Лоренцевы силы, которые обеспечивают выталкивание воды в сторону, противоположную силе тяги судна.
Однако, по причине малого пробойного промежутка рабочего тела при наиболее рациональных сравнительно невысоких напряжениях на дополнительных электродах и средних значениях энергии электрического пробоя, а также связанной с этим небольшой ширине рабочего канала, удельный расход воды, выбрасываемой из канала, оказывается небольшим, а следовательно КПД движителя остается невысоким.
Техническим результатом является повышение КПД предлагаемого движителя за счет увеличения удельного расхода выбрасываемого из движителя рабочего тела при одновременном уменьшении гидродинамических потерь при протекании воды за счет минимизации длины рабочего канала.
Данный результат достигается тем, что электромагнитный движитель выполнен в виде набора модулей, каждый из которых имеет корпус с входным каналом, выполненным в виде диффузора, с выходным каналом, выполненным в виде конфузора с примыкающей к нему сопловой частью, в корпусе отдельного модуля установлена одна пара основных электродов для генерирования тока в электрическом поле, в основном за счет протонной проводимости, и одна пара дополнительных электродов, изолированных от основных электродов, для обеспечения электрического пробоя воды и генерирования тока высокой плотности в электрическом поле, в основном за счет электронной проводимости, однонаправленном с электрическим полем, генерированным основными электродами. В указанном канале также установлено устройство для генерирования магнитного поля, ориентированного перпендикулярно обоим электрическим полям, для создания однонаправленных основных Лоренцевых сил за счет взаимодействия электрического поля, генерируемого основными электродами, и дополнительных Лоренцевых сил за счет взаимодействия электрического поля, генерируемого дополнительными электродами, с вышеуказанным магнитным полем.
Предлагаемая полезная модель позволяет уменьшить за счет минимизации длины канала отдельного модуля гидродинамические потери в нем при протекании потока воды и в общем наборе модулей увеличить удельный расход выбрасываемой воды, что позволит повысить пропульсивный коэффициент движителя, а стало быть и его КПД.
На рисунке изображен отдельный модуль предлагаемого движителя. Устройство содержит корпус 1 с входным каналом 2 для поступления набегающего потока воды, выполненным в виде диффузора, в рабочем канале расположены основные электроды 3, представляющие собой, например, плоские металлические пластины, длинные стороны которых направлены вдоль рабочего канала, дополнительные электроды 4 в виде, например, заостренных тонких штырей, изолированных от основных электродов. Также в канале расположены устройства 5 для генерирования магнитного поля, изолированные от контакта с водой. Они представляют собой, например, магнитный диполь, состоящий из двух проводящих электрический ток катушек, расположенных по обе стороны рабочего канала. Для генерирования общего однородного магнитного поля, охватывающего рабочий канал, магнитные поля катушек должны совпадать по направлению. Выходной канал выполнен в виде конфузора 6 с присоединенной к нему сопловой частью 7. Все модули в наборе, составляющем движитель, имеют аналогичную конструкцию.
Отдельный модуль обеспечивает тягу в воде следующим образом. Устройства генерирования магнитного поля 5 создают в рабочем канале однородное магнитное поле. При приложении электрического напряжения к основным электродам 3 под действием напряженности электрического поля возникает движение положительных ионов гидратированных в воде солей и протонов в сторону катода, а также отрицательных ионов в сторону анода. Электроны в воде не распространяются, а находятся в гидратированном состоянии. Таким образом в электрическом поле основных электродов проводимость имеет в основном протонный характер в силу преобладающей подвижности протонов. При их взаимодействии с поперечным магнитным полем возникают основные силы Лоренца, направленные вдоль рабочего канала и вызывающие движение по нему соответствующих объемов воды. При электрическом пробое воды между двумя дополнительными электродами 4 возникает газовая «трубка», в которой наряду с указанными выше заряженными частицами создается возможность передвижения свободных электронов в сторону дополнительного положительного электрода. Подвижность электронов в газовой «трубке» ≈ в 100 раз выше, чем у протонов и на четыре порядка выше, чем у ионов. Поэтому проводимость в газовой «трубке» в электрическом поле дополнительных электродов будет носить в основном электронный характер. Возникающие при взаимодействии движущихся электронов с поперечным магнитным полем дополнительные силы Лоренца будут однонаправленны с основными силами Лоренца и будут дополнять импульс жидкости в рабочем канале.
Набегающий поток поступает во входной канал модуля, в котором за счет расширения в диффузоре его скорость несколько замедляется с целью получения большего напора на выходе из канала. В рабочем канале поток получает дополнительные импульсы за счет действия основных и дополнительных сил Лоренца, переходит в выходной канал, в котором в конфузоре преобретает дополнительный скоростной напор, и затем выбрасывается в открытую среду через сопловую часть. За счет использования в модуле только одной пары дополнительных электродов появляется возможность минимизировать длину рабочего канала, что позволяет уменьшить гидродинамические потери и в модуле и, в конечном итоге, во всем движителе.
Таким образом, за счет увеличения удельного расхода воды в движителе, повышения скоростного напора, уменьшения общих гидродинамических потерь и увеличения общей тяги достигается технический результат - КПД движителя увеличивается.