Транспортный аппарат

 

Использование: для пилотируемых полетов в атмосфере Земли и в космосе, а также для перемещения в морской воде. Транспортный аппарат содержит аэродинамически профилированный корпус с магнитопрозрачной и изоляционной оболочками, между которыми расположены участки сверхпроводящих элементов секционированной электромагнитной структуры. Оболочки соединены полым упрочняющим кольцом, в котором выполнено дополнительное полое кольцо, четыре (или более) участка которого представляют собой электродные каналы дополнительных магнитогидродинамических (МГД) преобразователей. Эти каналы и кольцо заполнены текучей средой (галлием) и выполнены из магнитопрозрачного материала. Основные и дополнительные МГД-преобразователи электрически связаны через коммутационную систему с секционированной электромагнитной структурой и электрогенерирующей системой (генераторы, маховичные и сверхпроводящий аккумуляторы и т.д., расположенные под кабиной экипажа). У обтекателя кабины установлены ионизаторы среды (квантовые генераторы). В полете или при движении под водой тяга создается истечением рабочего тела из электродных каналов МГД-генераторов и/или за счет управления течением ионизированной среды относительно корпуса аппарата с помощью электромагнитной структуры. Высокоскоростное течение проводящей среды по дополнительному кольцу стабилизирует транспортный аппарат в пространстве и возбуждает левитационные силы. 6 з. п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к транспортным средствам и может быть использовано для пилотируемых полетов в атмосфере Земли и в космосе, а также для перемещения в морской воде.

Известен транспортный аппарат, содержащий аэродинамически профилированный осесимметричный корпус с изоляционной и магнитно-прозрачной оболочками, энергодвигательную установку, включающую в себя электрогенерирующую систему, подключенные к ней проводящие элементы, образующие секционированную электромагнитную структуру, взаимодействующую с внешней средой, а также средства для создания реактивной тяги, содержащие элементы для хранения, ионизации и организации истечения рабочего тела во внешнюю среду [1] Недостатки известного транспортного аппарата узкая область его применения, низкая маневренность и управляемость.

Наиболее близким из известных аналогов является транспортный аппарат, содержащий аэродинамически профилированный осесимметричный корпус с изоляционной и магнитопрозрачной оболочками, энергодвигательную установку, включающую в себя электрогенерирующую систему, подключенные к ней проводящие элементы, образующие вводимую во взаимодействие с внешней средой секционированную электромагнитную структуру, контуры секций которой замкнуты посредством обмоток соленоидов, подключенных через коммутационные средства к электрогенерирующей системе и размещенных по периметру корпуса в полом упрочняющем кольце, подключенные к электрогенерирующей системе электроды, параллельные участкам проводящих элементов, расположенным в радиальных плоскостях по отношению к оси симметрии корпуса, магнитогидродинамические преобразователи, связанные через коммутационные средства с электрогенерирующей системой и имеющие в качестве электродных каналов элементы для истечения рабочего тела во внешнюю среду, маховичные аккумуляторы энергии, валы которых кинематически связаны с валами обратимых электромашинных преобразователей, включенных в электрогенерирующую систему, ионизаторы внешней среды, расположенные в верхней и нижней частях корпуса, и средства управления транспортным аппаратом. Проводящие элементы секций электромагнитной структуры размещены между внутренней изоляционной и внешней магнитопрозрачной оболочками корпуса, а электроды установлены на внешней оболочке корпуса [2] Недостатки известного транспортного аппарата: несовершенны маховичные аккумуляторы энергии, особенно маховики переменного момента инерции, которые при сверхвысоких скоростях вращения могут разрушаться; при разрушении части маховиков возможны крен аппарата в пространстве, что в соответствии с алгоритмом управления приводит к необходимости включения магнитогидродинамических преобразователей, которые своими выбросами отрицательно влияют на атмосферу Земли; выполнение секций электромагнитной структуры в виде зигзагообразно изогнутых проводящих элементов целесообразно на аппаратах с небольшим числом секций, для небольших аппаратов порядка 5-7 м в диаметре, а при выполнении аппаратов с диаметром порядка 50-70 м с высокой степенью точности выбора направления движения конструктивно затруднено из-за высоких плотностей протекающих токов по проводящим элементам с относительно малым сечением, особенно в местах корпуса вблизи обтекателя и люка; в аппарате ограничен запас энергии для поддержания полета.

Цель изобретения повышение управляемости (в том числе стабилизируемости транспортного аппарата и обеспечение экологичности его функционирования.

Цель достигается тем, что транспортный аппарат снабжен дополнительными полым кольцом и магнитогидродинамическими преобразователями, размещенными в полом упрочняющем кольце транспортного аппарата. Участки дополнительного полого кольца, симметрично расположенные относительно оси симметрии аппарата, выполнены в виде каналов дополнительных магнитогидродинамических преобразователей. Каналы последних и участки дополнительного полого кольца заполнены проводящей текучей средой и выполнены из магнитопрозрачного материала. Электроды и обмотки магнитных систем дополнительных магнитогидродинамических преобразователей связаны через коммутационные средства с электрогенерирующей системой. На участках дополнительного полого кольца между каналами дополнительных магнитогидродинамических преобразователей равномерно размещены обмотки соленоидов. В дополнительном полом кольце выполнено по меньшей мере четыре участка в электродных каналов дополнительных магнитогидродинамических преобразователей, разнесенных по его длине на 90^о.

Проводящие элементы каждой секции электромагнитной структуры могут быть выполнены в виде П-образных элементов. Проводящие элементы каждой секции электромагнитной структуры, обмотки соленоидов и магнитных систем дополнительных магнитогидродинамических преобразователей могут быть теплоизолированы от внутренней поверхности магнитопрозрачной оболочки корпуса, от наружной поверхности участков дополнительного полого кольца и от внутренней поверхности полого упрочняющего кольца аппарата. Обмотки соленоидов могут быть согласно подключены к проводящим элементам контуров секций электромагнитной структуры. Дополнительные магнитогидродинамические преобразователи могут быть выполнены обратимыми и реверсивными. В качестве проводящей текучей среды может быть использован галлий.

Сущность изобретения состоит в том, что в конструкции транспортного аппарата проводящая текучая среда, заполняющая дополнительное полое кольцо, размещенное в упрочняющем кольце аппарата, разгоняется дополнительными магнитогидродинамическими преобразователями до высоких или сверхвысоких скоростей. Разгоняемая проводящая текучая среда по замкнутому контуру стабилизирует диаметральную плоскость транспортного аппарата в пространстве и накапливает кинетическую энергию, которая в соответствии с алгоритмом управления возвращается обратимыми магнитогидродинамическими преобразователями в электрогенерирующую систему для управления аппаратом в атмосфере Земли.

При вращении проводящей текучей среды по замкнутому контуру с высокой объемной плотностью потока возбуждается поле Лензе-Тирринга (иногда это поле называют гравимагнитным). Напряженность и направление этого поля определяются вектором Умова. Чем больше его модуль, тем сильнее поле. Вектор Умова в данной конструкции совпадает с осью симметрии транспортного аппарата. При большой напряженности гравимагнитного поля появляется сила, вызывающая левитацию транспортного аппарата (потеря веса вращающимся волчком экспериментально доказана), позволяющая повысить возможности управления транспортным аппаратом как при удалении, так и при приближении или зависании транспортного аппарата над поверхностью Земли за счет регулирования скорости движения проводящей текучей среды в замкнутом контуре. Кроме того, возникает возможность замедления движения транспортного аппарата при его ускорении, и наоборот, ускорения его движения при замедлении за счет изменения, например скорости движения проводящей текучей среды в замкнутом контуре.

В будущем при создании (выявлении) сверхтекучей проводящей среды, обладающей высокой объемной плотностью, и ее разгоне дополнительными магнитогидродинамическими преобразователями до скорости, превышающей звуковую скорость, с учетом взаимодействия гравимагнитного поля сверхтекучей среды с световыми лучами ионизаторов среды могут возникнуть сверхвысокие ускорения и скорости движения транспортного аппарата по высоте. Управление такими транспортными аппаратами возможно автоматическими устройствами, так как возникающие перегрузки превысят физические возможности человека.

Доказать или опровергнуть теоретические предпосылки левитации транспортного аппарата возможно через эксперимент, однако стабилизация транспортного аппарата в пространстве, накопление энергии и ее перераспределение для управления аппаратом с использованием предлагаемых технических средств возможно в настоящее время.

На фиг. 1 изображен транспортный аппарат, общий вид; на фиг. 2 то же, план; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 расположение секции электромагнитной структуры; на фиг. 5 основной магнитогидродинамический преобразователь; на фиг. 6 блок-схема управления секцией электродвигательной установки; на фиг. 7 разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 8 то же, другая конфигурация магнитного и электрического полей между двумя соседними электродами электромагнитной структуры; на фиг. 9 разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 10 схема сил при старте и удалении аппарата от поверхности Земли; на фиг. 11 то же, на I стадии торможения аппарата; на фиг. 12 то же, на II стадии торможения аппарата; на фиг. 13 дана схема сил при зависании аппарата над поверхностью Земли; на фиг. 14 схема сил при движении аппарата из положения зависания; на фиг. 15 то же, при изменении направления движения аппарата на 180^о из положения зависания; на фиг. 16 схема сил при движении аппарата в морской воде.

Транспортный аппарат 1 содержит аэродинамически профилированный осесиметричный (с магнитопрозрачной 2 и изоляционной 3 оболочками) корпус, электродвигательную установку включающую в себя секционированную электромагнитную структуру 4 и электрогенерирующую систему 5, изолированную кабину 6 со средствами 7 и 8 жизнеобеспечения и управления аппаратом и устройство 9 для старта и посадки аппарата 1.

Магнитопрозрачная 2 и изоляционная 3 оболочки корпуса выполнены в виде полых дисков, верхние поверхности которых имеют выпуклость, а нижние поверхности вогнутость. В другой модификации как верхние, так и нижние поверхности полых дисков могут быть выполнены выпуклыми. Полые диски корпуса образуют практически идеальный аэродинамический профиль для движения в любой среде и в любом направлении пространства.

Для повышения прочности корпуса магнитопрозрачная 2 и изоляционная 3 оболочки корпуса в диаметральной плоскости аппарата соединены между собой полым упрочняющим кольцом 10. Магнитопрозрачная 2, изоляционная 3 оболочки и полое упрочняющее кольцо 10 корпуса аппарата выполнены из специальных жаропрочных легких материалов. Оболочка 2 изготовлена из прозрачного материала для магнитных полей, а оболочка 3 из электроизоляционного материала. В верхней части корпуса смонтирован аэродинамический обтекатель 11, изготовленный из композиционного материала, прозрачного изнутри и непрозрачного снаружи к световым и космическим лучам. В нижней части смонтирован герметизированный люк 12. На периферии аэродинамического обтекателя 11 и люка 12 смонтированы ионизаторы 13 внешней среды известной конструкции, например лазеры жесткого ультрафиолетового излучения (для ионизации внешней среды могут быть использованы рентгеновские лучи, γ-лучи). Ионизаторы 13 внешней среды предназначены для ионизации среды, взаимодействующей с магнитопрозрачной 2 оболочкой при движении аппарата в пространстве.

Внутри изоляционной оболочки 3 смонтированы герметичные концентрические перегородки-переборки 14, 15, 16 с герметичными люками (не показаны) для повышения жесткости и прочности конструкции корпуса, образующие концентрические отсеки 17, 18, 19, 20 для размещения оборудования аппарата 1. Люки предназначены для перемещения экипажа внутри аппарата (не показаны). Отсеки 17 и 18 сообщаются с внешней средой посредством герметизированных устройств, например, кингстонов (не показаны).

Секционированная электромагнитная структура 4 предназначена для изменения и регулирования скорости и направления аппарата в пространстве и состоит из ∩ образных изогнутых сверхпроводящих элементов 21, выполненных в виде проводников или кабелей, контуры каждой секции которой замкнуты сверхпроводящими обмотками соленоидов 22 и электродов 23, подключенных к электрогенерирующей системе 5. Выполнение такой секционированной элнектромагнитной структуры 4 обеспечивает снижение веса, уменьшение количества проводящих элементов и увеличение плотности токов, протекающих в структуре.

Для обеспечения сверхпроводимости проводящих элементов 21 и соленоидов 22 используется, например, гелий. В будущем при изготовлении электромагнитной структуры, обладающей сверхпроводимостью при нормальной температуре, последняя может быть изготовлена на изоляционной оболочке 3 корпуса, что обеспечит снижение стоимости аппарата. Участки сверхпроводящих элементов 21 размещены между внутренней изоляционной 3 и внешней магнитопрозрачной 2 оболочками и расположены в радиальных плоскостях по отношению к оси симметрии корпуса. Сверхпроводящие соленоиды 22 с обмотками возбуждения расположены в полном упрочняющем кольце 10, сообщенные через специальные переходные устройства (не показаны) с сврхпроводящими элементами 21. Электроды 23 размещены параллельно участкам сверхпроводящих элементов 21 на поверхности магнитопрозрачной оболочки 2 корпуса и электроизолированы от нее. Для обеспечения обтекаемости аппарата электроды 23 проложены в канавках 24 магнитопрозрачной оболочки 2. Магнитопрозрачная оболочка 2 может быть выполнена, например, в виде зонта, на гребнях которого монтируются электроды 23. Электромагнитная структура 4 взаимодействует с внешней средой. Количество секций электромагнитной структуры 4 аппарата предусматривается менее восьми (четыре секции в верхней части аппарата и соответственно, четыре секции в его нижней части), а максимальное количество секций определяется в зависимости от способа использования и массы аппарата. В данной конструкции аппарата предусматривается тридцать две секции (16 секций в верхней части аппарата и 16 секций в его нижней части), что позволяет с высокой точностью изменять курс движения аппарата в пространстве.

Электрогенерирующая система 5 энергодвигательной установки аппарата включает основные маховичные аккумуляторы 25 энергии, выполненные, например, в виде супермаховиков, дополнительный аккумулятор 26 энергии, выполненный в виде сверхпроводящего кольцеобразного соленоида, размещенных в отсеке 20 под изолированной кабиной (ходовой рубкой) 8, основные магнитогидродинамические преобразователи 27, электрогенераторы 28, выполненные в виде обратимых электромашинных преобразователей со сверхпроводящими обмотками, валы которых кинематически связаны с валами 29 основных маховичных аккумуляторов 25 энергии, и дополнительные магнитогидродинамические преобразователи 30, выполненные обратимыми и реверсивными, например, в виде преобразователей Холла.

Валы 29 основных маховичных аккумуляторов 25 энергии установлены под острым углом к диаметральной плоскости и ориентированы к оси симметрии аппарата. Количество супермаховиков 25 соответствует количеству основных магнитогидродинамических преобразователей 27. Супермаховики 25 предназначены для стабилизации движения аппарата за счет гироскопического эффекта и питания энергией электромагнитной структуры 4. Основные магнитогидродинамические преобразователи 27 предназначены для создания реактивной тяги и генерирования электроэнергии и установлены в вертикально расположенных шахтах 13 симметрично относительно оси симметрии аппарата в отсеке 19. Каждый магнитогидродинамический преобразователь 27 выполнен в виде последовательно расположенных приводного компрессора 32, связанного с окружающей средой, преобразователя 33 топлива и в ионизированное рабочее тело, эжектирующего устройства 34, камера 35 разрежения которой связана через автоматический перепускной клапан 36 с отсеком 20 основных маховичных аккумуляторов 25 энергии и дополнительного аккумулятора 26 энергии, магнитогидродинамического канала 37 с сверхпроводящей магнитной системой 38, подключенной к дополнительному аккумулятору 26 энергии, соединенного с выходом эжектирующего устройства 34, и сопла (дюзы) 39, размещенного под аппаратом 1. Входные и выходные отверстия соответственно, приводных компрессоров 32 и сопел 39 закрываются специальными герметизированными заслонками с приводами (не показаны). В данной конструкции аппарата предусматривается восемь основных магнитогидродинамических преобразователей. Магнитогидродинамические каналы 37 электрически связаны через основные коммутационно-переключающие устройства 40 с блоками 41 управления и с электродами 23 верхних и нижних секций электромагнитной структуры 4.

Обратимые электромашинные преобразователи (электрогенераторы) 28 связаны через дополнительные коммутационно-переключающие устройства 42 с основными магнитогидродинамическими преобразователями 27 и соленоидами 22 электромагнитной структуры 4. Кроме того, дополни- тельные коммутационно-переключающие устройства 42 электрически связаны с основными коммутационно-переключающими устройствами 40 и предназначены для подвода энергии к дополнительному аккумулятору 26 энергии и к электродам 23 электромагнитной структуры 4.

Приводной компрессор 32 известной конструкции имеет электродвигатель 43 для приведения его в действие и связан с основным коммутационно-переключающим устройством 40 основного магнитогидродинамического преобразователя 27. Компpессор 32 предназначен для сжатия окружающей среды и подачи ее в преобразователь 33 топлива в ионизированное рабочее тело. Преобразователь 33 топлива в ионизированное рабочее тело снабжен электрогидравлическим разрядником 44 и через вспомогательную аппаратуру (не показана) подключен к топливному баку 45, выполненному в виде полого секционированного по числу основных магнитогидродинамических преобразователей кольца, размещенного симметрично относительно оси симметрии аппарата во внутренней изоляционной оболочке 3 корпуса в отсеке 19.

В качестве топлива может быть использовано как традиционное топливо сжиженный газ, жидкий металл, так и газов гелия, водорода, дейтерия или их смесей для образования высокотемпературной плазмы с электронной температурой 10⁶К при мощном высокочастотном разряде в упомянутых газах. В будущем могут быть использованы другие виды топлива, например, тяжелая вода (D₂O), сверхтяжелая вода (Т₂О), для слияния ядер изотопов водорода и выделения большого количества энергии.

В отсеке 19 аппарата предусмотрен бак 46 для воды (Н₂О), выполненный в виде полого секционированного кольца, размещенного симметрично относительно оси симметрии аппарата. Вода используется как для жизнеобеспечения экипажа, так и для получения исходных продуктов, например суспензий для топливной системы основных магнитогидродинамических преобразователей 27.

Эжектирующее устройство 34 предназначено для разгона ионизированного рабочего тела, а также откачивания воздуха из отсека 20 основных маховичных аккумуляторов 25 энергии и дополнительного аккумулятора 26 энергии. Устройство 34 состоит из нескольких ступеней сопел 47, например Лаваля.

Магнитогидродинамический канал 37 может быть выполнен круглого или квадратного сечений с системами электродов 48, подключенных к основному коммутационно-переключающему устройству 40.

Сопло (дюза) 39 известной конструкции предназначено для формирования ионизированного потока рабочего тела при движении аппарата в пространстве.

В полом упрочняющем кольце 10 аппарата размещено дополнительное полое кольцо 49, по меньшей мере четыре участка которого симметрично расположенных относительно оси симметрии аппарата, выполнены в виде каналов 50 дополнительных магнитогидродинамических преобразователей 30. Каналы 50 последних и участки дополнительного полого кольца заполнены проводящей текучей средой и выполнены из магнито-прозрачного материала. Электроды 51 и обмотки магнитных систем 52 дополнительных магнитогидродинамических преобразователей 30 подключены через дополнительные коммутационно-переключающие устройства 42 к электрогенерирующей системе 5. В частности, электроды 51 подключены к обратимым электромашинным преобразователям 28, а обмотки магнитных систем 52, выполненные сверхпроводящими, подключены к дополнительному аккумулятору 26 энергии. На участках дополнительного полого кольца 49 между каналами 50 дополнительных магнитогидродинамических преобразователей равномерно размещены обмотки соленоидов 22. Участки дополнительного полого кольца 10, выполненные в виде каналов 50 дополнительных магнитогидродинамических преобразователей 30, разнесены по длине кольца через 90^о.

Для обеспечения нормальной работы систем аппарата независимо от температуры окружающей среды и проводящей текучей среды проводящие элементы 21 каждой секции электромагнитной структуры 4, выполненные в виде ∩ образных элементов, обмотки соленоидов 22 и магнитных систем 52 дополнительных магнитогидродинамических преобразователей 30 теплоизолированы соответственно от внутренней поверхности магнитопрозрачой оболочки 2, от наружной поверхности участков дополнительного полого кольца 49 и от внутренней поверхности полого упрочняющего кольца 10 аппарата.

Обмотки соленоидов 22 согласно подключены к проводящим элементам 21 контуров секций электромагнитной структуры 4, что обеспечивает одинаковое направление магнитной индукции магнитных потоков в дополнительном полом кольце 49.

Проводящая текучая среда должна удовлетворять требованиям сверхпроводимости, сверхтекучести и иметь высокую объемную плотность. Такая среда может быть без больших затрат энергии приведена в движение дополнительными магнитогидродинамическими преобразователями 30, а после ее разгона по замкнутому контуру возникает возможность накапливать кинематическую энергию потока проводящей текучей среды.

В соответствии с алгоритмом управления аппаратом накопленная энергия проводящей текучей средой отбирается посредством обратимых магнитогидродинамических преобразователей 30 и в электрогенерирующую систему 5, в которой распределяется для управления аппаратом. При определенных скоростях потока проводящей текучей среды осуществляется стабилизация аппарата в диаметральной плоскости, особенно для аппаратов с большим диаметром.

Для опытного образца транспортного аппарата в качестве проводящей текучей среды могут быть выбраны Ga (галлий), Hg (ртуть). Ga с плотностью, равной 5,9 г/см³, имеет температуру плавления 29,8^оС и обладает высокой удельной проводимостью σ рабочего тока, так как удельное электрическое сопротивление составляет: для твердого 53,4˙10^-6 Ом˙см при 0^оС; для жидкого 27,2˙10^-6 Ом˙см при 30^оС.

Галлий при отвердевании расширяется. В случае использования галлия дополнительное полое кольцо 49 необходимо снабдить компенсаторами объема, выполненными в виде сильфонов. Сильфоны устанавливаются на внешней поверхности дополнительного полого кольца, полости которых сообщаются посредством каналов с полостью дополнительного полого кольца.

Изолированная кабина (ходовая рубка) 6 предназначена для управления транспортным аппаратом 1 по форме в плане представляет собой круг. Стенка 53, пол 54 и аэродинамический обтекатель 11 предназначены для защиты экипажа и от внешних и внутренних полей: электрических, магнитных, тепловых и ионизирующих излучений. Вблизи внешней поверхности стенки 53 в отсеке 20 над полом 54 размещены средства 7 жизнеобеспечения экипажа, связанные через специальные переходные устройства со средствами 8 управления аппаратом с пультом управления и пространством кабины 6. К средствам 7 жизнеобеспечения могут быть отнесены агрегаты подготовки воздушной смеси для дыхания и ее утилизации, поддержания заданных пределов температуры, влажности и давления, утилизации отходов жизнедеятельности экипажа, а также устройства для их отдыха. В отсеке 20 в выгородке над полом 54 размещен запас продуктов питания экипажа. В отсеке 20 смонтированы ЭВМ, блоки 41 управления, подключенные к пульту 8 управления.

На внутренней поверхности стенки 53 кабины 6 размещены средства 8 управления пульт управления. На пульте управления расположены органы управления и контроля агрегатами аппарата, приборы ориентации и движения в пространстве, автоматические приборы расчета траектории движения, средства связи, приборы контроля и управления средой обитания экипажа и другие приборы для исследования космического пространства.

Устройство 9 для старта и посадки аппарата может быть выполнено в виде телескопических силовых цилиндров 55, на свободных штоках которых монтируются, например, опорные башмаки 56. Устройство 9 в полете убирается в отсек 18. Люк 12, шахта 57 и люк 58 предназначены для входа и выхода космонавтов из аппарата.

Транспортный аппарат работает следующим образом.

Перед стартом в транспортный аппарат подаются топливо, вода, продукты питания, космонавты занимают рабочие места за пультом 8 управления. Агрегаты аппарата отключены от источников электрической энергии и бездействуют.

Для приведения в действие оборудования и агрегатов аппарата подключают внешний мощный источник электрической энергии через общий ввод (фидер) и к дополнительным коммутационно-переключающим устройствам 42 и через блоки 41 управления к пульту 8 управления. По управляющим сигналам с пульта 8 управления через блоки 41 управления, коммутационно-переключающие устройства 42 осуществляется подвод энергии к обратимым электромашинным преобразователям 28, дополнительному аккумулятору 26 энергии, к магнитным составам 38, 52 основных и дополнительных магнитогидродинамических преобразователей 27, 30, в которых возбуждаются непрерывно циркулирующие токи. Затем по управляющим сигналам с пульта 8 управления подают электроэнергию ко всем секциям магнитной структуры 4 через обмотки соленоидов 22, в секциях которой возбуждаются непрерывно циркулирующие токи. Благодаря подводу электроэнергии от внешнего источника к указанным агрегатам и оборудованию аппарата электромашинные преобразователи 28 раскручивают до заданных оборотов основные маховичные аккумуляторы 25 энергии супермаховики. В соответствии с алгоритмом управления с пульта 8 управления переключают дополнительные магнитогидродинамические преобразователи 30 в режим движителей и подводят электроэнергию к их электродам 51. Благодаря протеканию электрического тока через электроды 51 перпендикулярно магнитной индукции В магнитных систем 52 дополнительных магнитогидродинамических преобразователей 30 проводящая текучая среда в дополнительном полом кольце 49 приводится в движение, например, по часовой стрелке. Разгон проводящей текучей среды осуществляется до заданных скоростей, после чего внешний источник электрической энергии отключается, а обратимые электромашинные преобразователи 28 и дополнительные магнитогидродинамические преобразователи 30 переключаются в режим электрогенератров.

Из магнитной гидродинамики известно, что электрическая мощность Р, генерирующая в единице объема рабочего тела, Вт/м³: P σ˙B²˙v²˙η˙(1- η), где σ удельная электрическая проводимость рабочего тела, (Ом˙м)^-1; В индукция магнитного поля, Тл; v скорость движения рабочего тела, м/с;
η нагрузочный параметр; при η <1 величина Р положительная и магнитогидродинамический преобразователь служит генератором; при η >1 магнитогидродинамический преобразователь является двигателем (Зенкевич В.Б. Казовский Е.Я. и др. Сверхпроводники в судовой технике. Л. Судостроение, 1971, с.97-132).

Из вышеприведенного уравнения следует, что чем выше удельная электрическая проводимость рабочего тела σ (проводящей текучей среды) индукция В магнитного поля и скорость V движения рабочего тела, тем выше электрическая мощность Р. Переключение дополнительных магнитогидродинамических преобразователей 30 осуществляется за счет изменения напряжения U на электродах 51, т. е. уменьшения напряжения на электродах до минимально возможной величины. После осуществления всех указанных операций транспортный аппарат готов к старту.

В соответствии с алгоритмом управления с пульта 8 управления подают управляющие сигналы через блоки 41 управления, дополнительные 42 и основные 40 коммутационно-переключающие устройства на включение электродов 23 и ионизаторов 13 внешней среды. Электрический ток, протекающий по проводящим элементам 21 секций магнитной структуры, направлен в противоположные стороны. В результате этого магнитные поля, создаваемые секциями магнитной структуры в окружающий аппарат среде, складываются от смежных проводящих элементов 21. Подача электроэнергии напряжения на электроды 23 и благодаря ионизации внешней среды приводит к тому, что между электродами 23 начинают течь токи. Поскольку направление магнитного поля, создаваемого сверхпроводящими элементами 21, в основном, перпендикулярно линиям электрического тока, то на окружающую среду будут действовать сила f_L, называемая Лоренцовой силой, в направлениях к периферии транспортного аппарата 1. Реакция отбрасываемой электромагнитной силой f_L окружающей среды (ионизированного воздуха) создает силу тяги (реактивную тягу) F_p, которая, складываясь от тридцати двух секций электромагнитной структуры 4, создает подъемную силу А, направленную от поверхности Земли. Транспортный аппарат, преодолевая силу притяжения Земли, отрывается от поверхности последней. Подъемную силу А аппарата регулируют за счет интенсивности ионизации внешней среды и изменения электрического тока между электродами 23. Реакция электромагнитного излучения ионизаторов 13 внешней среды также увеличивает подъемную силу А. Транспортный аппарат 1 приобретает равномерно ускоренное движение.

Из аэродинамики известно, что подъемная сила А равна произведению плотности ρ среды, циркуляции r и относительной скорости V аппарата в среде: A ρ˙r˙V.

В связи с тем, что Лоренцова сила f_L в каждый момент времени сбрасывает окружающую среду (ионизированный воздух) со всей поверхности транспортного аппарата 1, то как уплотнение среды с плотностью ρ, так и пограничный слой среды вблизи поверхности аппарата практически отсутствует, т.е. сопротивление среды движению аппарата практически равно нулю. Транспортный аппарат, сбрасывая в каждый момент времени ионизированную среду с поверхности, перемещается в искусственно создаваемом "безвоздушном" пространстве.

Скорость V транспортного аппарата 1 велика и может достигать порядка 185000 км/ч.

Таким образом, тридцать две секции электромагнитной структуры 4 электродвигательной установки транспортного аппарата эквивалентны тридцати двум магнитогидродинамическим двигателям с внешним магнитным полем.

При подъеме транспортного аппарата 1 от поверхности Земли уменьшается плотность среды. Плотность ρ на высоте 15 км составляет 0,195 кг/м³, что снижает по абсолютной величине подъемную силу А аппарата (Енохович А.С. Справочник по физике и технике. М. Просвещение, 1989, с.49, табл. 48). Для увеличения подъемной силы аппарата необходимо либо увеличивать силу тока в электромагнитной структуре 4, либо последовательно включать основные магнитогидродинамические преобразователи 27.

В связи с тем, что дополнительные магнитогидродинамические преобразователи 30 работают в режиме электрогенераторов за счет движения проводящей текучей среды в дополнительном полом кольце 49, осуществляют перераспределение электроэнергии по управляющим сигналам с пульта 8 управления. Для этого дополнительные магнитогидродинамические преобразователи, работающие в режиме электрогенераторов, подключают к электродам 2, вследствие чего увеличивается подъемная сила А аппарата по абсолютной величине. Движение с определенной скоростью проводящей текучей среды в дополнительном полом кольце 49 обеспечивает стабилизацию аппарата в пространстве за счет гигроскопического эффекта.

При достижении транспортным аппаратом 1 областей ионосферы Земли с максимумом концентрации ионов порядка 10⁴/см^-3 на высоте 10-40 км (Конюшая Ю. П. Открытия и научно-техническая революция. М. Московский рабочий, 1974, с. 70-71) по управляющим сигналам с пульта 8 включаются сначала четыре, а затем остальные основные магнитогидродинамические преобразователи 27. После их включения переключаются дополнительные магнитогидродинамические преобразователи 30 в режим двигателей для увеличения скорости движения проводящей текучей среды в дополнительном полом кольце 49. При этом интенсивность ионизаторов 13 внешней среды снижается либо они отключаются в сильно ионизированных слоях атмосферы Земли.

Для включения основных магнитогидродинамических преобразователей 27 предварительно с пульта 8 управления открывают заслонки отверстий приводных компрессоров 32 и сопел 39 включаемых магнитогидродинамических преобразователей, затем включают электродвигатель 43 компрессора 32 и систему топливопитания преобразователя 33 топлива в ионизированное рабочее тело (в случае необходимости при относительно небольшом количестве ионов в окружающей среде). В преобразователь 33 одновременно впрыскивают при заданном соотношении топлива и воду и пропускают через среду высоковольтный искровой разряд, в результате которого возникает электрогидравлический удар. В преобразователе 33 среда мгновенно превращается в плазму с выделением большого объема ионизированного рабочего тела (ионизированный газ) с высоким или сверхвысоким давлением и температурой. При этом ударная волна направлена вдоль продольной оси преобразователя 33. Из преобразователя 33 ионизированное рабочее тело выбрасывается в эжектирующее устройство 34, в котором рабочее тело ускоряется, причем скорость потока ионизированного рабочего тела превосходит на порядок скорость звука. Ускоренный поток ионизированного рабочего тела устремляется в магнитогидродинамический канал 37 известной конструкции, в котором благодаря взаимодействию магнитного поля с индукцией В магнитного потока и ионизированного рабочего тела, текущего со скоростью V, на электродах 48 генерируется электроэнергия, поступающая через коммутационно-переключающие устройства 40 и 42, для дополнительной раскрутки маховичных аккумуляторов 25 энергии, подзарядки дополнительного аккумулятора 26 энергии и для подвода электроэнергии к электродам 51 дополнительных магнитогидродинамических преобразователей 30. После соответствующих переключений электрогенерирующей системы 5 основные маховичные аккумуляторы 25 энергии запасаются кинетический энергией, дополнительный аккумулятор 26 энергии электрической энергией до заданных пределов. Дополнительные магнитогидродинамические преобразователи 30 ускоряют движение проводящей текучей среды в дополнительном полом кольце 49.

При истечении ионизированного рабочего тела из сопел 39 основных магнитогидродинамических преобразователей 27 на сопла 39 действует сила тяги (реактивная сила) Fp, направленная по направлению движения транспортного аппарата 1.

Благодаря воздействию на транспортный аппарат 1 тридцати шести, а затем сорока магнитогидродинамических преобразователей аппарату сообщается дополнительное ускорение, вследствие чего увеличивается его скорость движения.

При достижении заданного удаления от поверхности Земли, например 500 км и более, с пульта 8 управления в обратной последовательности отключаются основные магнитогидродинамические преобразователи 27, обеспечиваются в определенной последовательности электроды 23 электромагнитной структуры 4 для снижения скорости движения аппарата, а затем отключаются ионизаторы 13 внешней среды. Магнитную структуру оставляют функционировать для защиты аппарата от ионизированных полей и космических лучей. После отключения основных магнитогидродинамических преобразователей 27, электродов 23 и ионизаторов 13 внешней среды подъемная сила А аппарата падает до нуля и аппарат превращается благодаря действующим на него силам тяготения в искусственный спутник Земли для исследования космического пространства и проведения работ в соответствии с программой полета.

Для обеспечения возвращения транспортного аппарата 1 из космического пространства на поверхность Земли включают ионизаторы 13 внешней среды в направлении движения аппарата. Реакция электромагнитного излучения ионизаторов 13 внешней среды направлена в направлении установки ионизаторов 13 внешней среды. Транспортный аппарат 1 тормозит свое движение и под действием сил тяжести снижается в направлении поверхности Земли.

При вхождении аппарата в относительно плотные слои атмосферы Земли осуществляется дальнейшее торможение аппарата с использованием его аэродинамического качества и электромагнитных сил, возбуждаемых секциями электромагнитной структуры 4. Для этого с пульта 8 управления включается часть ионизаторов 13 внешней среды и электродов 23 электромагнитной структуры 4 с изменением на противоположное течение токов в электродах 23. Включение осуществляют тех ионизаторов 13 внешней среды и электродов 23 секций электромагнитной структуры 4, находящихся за плоскостью, перпендикулярной к направлению движения аппарата. При изменении направления течения токов в электродах 23 изменяется направление электромагнитных сил к оси симметрии аппарата, а реактивная сила к периферии аппарата, причем подъемная сила, возникающая при движении, компенсирует силу тяжести аппарата.

При достижении равенства сил, воздействующих на аппарат, с пульта 8 управления переключаются электроды 23 и включаются все ионизаторы 13 внешней среды с таким расчетом, чтобы верхние секции электромагнитной структуры 4 возбуждали подъемную силу А, направленную вверх, а нижние секции электромагнитной структуры 4 силу А', направленную вниз аппарата. Подъемная сила А больше силы A' на величину силы тяжести Ра аппарата. При таком соотношении сил транспортный аппарат 1 зависает над поверхностью Земли. При незначительном увеличении подъемной силы А на величину Δ А аппарат из положения зависания удаляется от поверхности Земли. При увеличении силы A' на величину Δ A' из положения зависания аппарат приземляется на поверхность Земли. При этом из аппарата выдвигают устройства 9 для посадки.

Транспортный аппарат 1 из положения зависания над поверхностью Земли может перемещаться в любом направлении. Для этого с пульта 8 управления переключают часть электродов 23 электромагнитной структуры 4, размещенных на верхней части аппарата, в направлении движения. После переключения части электродов 23 электромагнитной структуры 4 направление электромагнитных сил f_L будет направлено к оси симметрии аппарата, а реакция электромагнитных сил реактивная сила F_p к периферии аппарата. В результате сложения реактивных сил F_p, выявляющих на верхней части корпуса аппарата, последний перемещается в заданном направлении. При движении аппарата в любом направлении увеличивается подъемная сила А за счет скорости V перемещения.

Электромагнитная структура энергодвигательной установки транспортного аппарата 1 позволяет резко изменять направление его движения, например, на 180^о. Для этого с пульта 8 управления уменьшает силу токов, протекающих по электродам 23 нижних секций электромагнитной структуры, аппарата и реверсируют токи в электродах 23 верхних секций электромагнитной структуры 4 (по отношению к ранее произведенным переключениям).

В результате сложения реактивных сил, возникающих как на верхних, так и на нижних частях корпуса аппарата, изменяется направление движения на 180^о, причем чем больше скорость движения аппарата, тем больше подъемная сила А, возникающая за счет аэродинамического качества аппарата.

Транспортный аппарат 1 может перемещаться в морской воде, так как морская вода электропроводна. Для осуществления движения в морской воде транспортный аппарат приводняется, при этом в аппарате задраиваются все люки в концентрических переборках и уплотняются заслонки основных магнитогидродинамических преобразователей 27, а затем открываются кингстоны отсеков 17 и 18 и морская вода заполняет отсеки 17 и 18, увеличивая Ра на вес балласта Р_б. При погружении аппарата включаются секции электромагнитной структуры 4. При этом ионизаторы 13 внешней среды не включаются, так как проводимость забортной воды относительно высока и составляет 4 (Ом.м)^-1, например в Атлантическом океане на глубине 120 м.

Приемы включения секций электромагнитной структуры 4 энергодвигательной установки аналогичны вышеописанным приемам. Старт транспортного аппарата с глубины океана осуществляется аналогично приемам, описанным при старте аппарата с поверхности Земли в космическое пространство. Отличительная особенность заключается в том, что при переходе границы морская вода воздух сначала включаются ионизаторы 13 внешней среды верхней части аппарата, а затем на его нижней части. Кроме того, при подъеме аппарата с поверхности воды открываются кингстоны, из которых самотеком выливается вода из отсеков 17 и 18. В другом варианте вода из отсеков 17 и 18 выталкивается газообразной средой на глубине океана.

Таким образом, за счет описанных технических средств обеспечивается повышение управляемости транспортным аппаратам, стабилизация его движения в пространстве и экологичность функционирования.

Формула изобретения

1. ТРАНСПОРТНЫЙ АППАРАТ, содержащий аэродинамически профилированный осесимметричный корпус с изоляционной и магнитопрозрачной оболочками, энергодвигательную установку, включающую в себя электрогенерирующую систему, подключенные к ней проводящие элементы, образующие вводимую во взаимодействие с внешней средой секционированную электромагнитную структуру, контуры секций которой замкнуты посредством обмоток соленоидов, подключенных через коммутационные средства к электрогенерирующей системе и размещенных по периметру корпуса в полом упрочняющем кольце, подключенные к электрогенерирующей системе электроды, параллельные участкам проводящих элементов, расположенным в радиальных плоскостях по отношению к оси симметрии корпуса, магнитогидродинамические преобразователи, связанные через коммутационные средства с электрогенерирующей системой и имеющие в качестве электродных каналов элементы для истечения рабочего тела во внешнюю среду, маховичные аккумуляторы энергии, валы которых кинематически связаны с валами обратимых электромашинных преобразователей, включенных в электрогенерирующую систему, ионизаторы внешней среды, расположенные в верхней и нижней частях корпуса, и средства управления транспортным средством, при этом проводящие элементы секций электромагнитной структуры размещены между внутренней изоляционной и внешней магнитопрозрачной оболочками корпуса, а электроды установлены на внешней оболочке корпуса, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными полым кольцом и магнитогидродинамическими преобразователями, размещенными в полом упрочняющем кольце транспортного аппарата, участки дополнительного полого кольца, симметрично расположенные относительно оси симметрии аппарата, выполнены в виде каналов дополнительных магнитогидродинамических преобразователей, каналы последних и участки дополнительного полого кольца заполнены проводящей текучей средой и выполнены из магнитопрозрачного материала, при этом электроды и обмотки магнитных систем дополнительных магнитогидродинамических преобразователей связаны через коммутационные средства с электрогенерирующей системой, а на участках дополнительного полого кольца между каналами дополнительных магнитогидродинамических преобразователей равномерно размещены обмотки соленоидов.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в дополнительном полом кольце выполнено по меньшей мере четыре участка в виде электродных каналов дополнительных магнитогидродинамических преобразователей, разнесенных по его длине на 90^o.

3. Аппарат по п. 1 или 2, отличающийся тем, что проводящие элементы каждой секции электромагнитной структуры выполнены в виде ∩ -образных элементов.

4. Аппарат по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что проводящие элементы каждой секции электромагнитной структуры, обмотки соленоидов и магнитных систем дополнительных магнитогидродинамических преобразователей-теплоизолированы соответственно от внутреней поверхности магнитопрозрачной оболочки корпуса, от наружной поверхности участков дополнительного полого кольца и от внутренней поверхности полого управляющего кольца аппарата.

5. Аппарат по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что обмотки соленоидов согласно подключены к проводящим элементам контуров секций электромагнитной структуры.

6. Аппарат по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что дополнительные магнитогидродинамические преобразователи выполнены обратимыми и реверсивными.

7. Аппарат по любому из пп. 1 - 6, отличающийся тем, что в качестве проводящей текучей среды использован галлий.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16