Joomla и шаблоны

Идеи покорения космоса с древних времен занимают умы людей всех возрастов. В советские времена в секретных лабораториях физико-технического СО АН СССР проводились исследования и эксперименты в разработке плазменных и ионных двигателей, для использования в ориентации космических аппаратов на орбите... Я привожу здесь описание действующей модели плазменного двигателя.plasmarock7

В ракетном двигателе такого рода работает реактивная сила плазменной струи, вытекающей из сопла, а плазма создается электрическим разрядом. Чтобы источник питания двигателя модели получился не очень сложным и не громоздким, можно выбрать импульсный режим работы. Источником энергии служит конденсатор С емкостью 0,5 мкф, напряжением 10 кВ, который заряжается от высоковольтного трансформатора через диоды V1—V4 и резистор R5 (рис. 1).

Принцип действия установки следующий. Напряжение, до которого заряжается конденсатор, определяется величиной зазора между электродами разрядной камеры и токоподводящего коллектора (рис. 2). Как только напряжение на конденсаторе достигнет величины пробоя этих промежутков, возникает электрический разряд в камере двигателя. Воздух, находящийся там, под действием разрядного тока нагревается до температуры около 10000°К и переходит в состояние плазмы. При этом давление в камере резко возрастает и плазменная струя через сопло с большой скоростью вытекает наружу. Реактивная сила плазменной струи передается модели ракеты, соединенной с двигателем. Для того чтобы вращение было мягким, ракета крепится на оси через шариковый подшипник и уравновешивается противовесом. Наиболее сложный электрический узел установки — токоподводящий коллектор. Зазоры между стационарными кольцевыми электродами и подвижными штыревыми должны быть 0,2—0,5 мм. Это обеспечит минимум потерь мощности при передаче ее от конденсатора и не создаст дополнительного трения при вращении ракеты. Размеры ракет и соответственно всей установки могут быть различными, однако объем разрядной камеры должен быть соразмерным с величиной конденсатора и мощностью источника питания. Для того чтобы конструктивно рассчитывать основные узлы установки и сконструировать свою модель ракеты, ниже приводится упрощенная схема расчета необходимой мощности.

Основным отправным положением является то, что газ в разрядной камере двигателя должен быть нагрет до t = 8—10°K. Это позволяет оценить энергию одного разряда:plasmarock6

Коэффициент полезного действия установки, определяемый наличием подводящих проводов и зазоров в токовом коллекторе, можно принять равным 0,6. Тогда энергия, запасенная в конденсаторе, равна:plasmarock5

По формуле можно рассчитать величину емкости конденсатора С, если знать, чему равно напряжение на нем U.

Чтобы оценить величину U1, вспомним, что она определяется электрическим пробоем разрядного промежутка модели. Процесс пробоя в воздухе зависит от целого ряда параметров: влажности воздуха, состояния поверхности и полярности электродов, формы внешнего и внутреннего электродов разрядной камеры и т.д. Приближенно можно считать, что:plasmarock4

Здесь d — суммарный зазор, выраженный в сантиметрах. К1 равняется 20, если внутренний электрод отрицательный и К2 равен 14, если он положительный. Приведенных формул достаточно, чтобы сделать наш несложный расчет. Добавим еще, что если камера имеет цилиндрическую форму, то объем ее равен:plasmarock3

а площадь сопла в минимальном сечении должна быть равна примерно 0,20 г2.

Условные обозначения в формулах:

Е — энергия разряда, Дж;

V — объем, см3;

г — радиус камеры, см;

1 — длина камеры, см;

— плотность воздуха при нормальных условиях, Q = 0,129 • 10-3 г/см3;

Сv — теплоемкость воздуха при постоянном объеме (для наших расчетов можно принять Cv = 8 Дж/г. град.);

Т—Т0 — температура, до которой нагревается газ;

То — нормальная температура воздуха, равная примерно 300°К;

С — емкость конденсатора, Ф;

U — напряжение зарядки конденсатора, В.

Приведем примерный расчет. Зададим напряжение U = 6000 В, тогда из третьей формулы d = 0,45 см. Емкость конденсатора возьмем равной 0,5 • 10-6 ф, тогда Еc по второй формуле составит 9 Дж, а энергия, выделяемая в камере модели двигателя, Е = 5,4 Дж. Разницу температур возьмем равной 10000°К. Из (I) получаем величину объема камеры V 0,50 см3. Считая r = d – 0,025 : 2 = 0,4 см, получаем 1 = 1 см, а диаметр сопла 1,8 мм. Элементы электрической схемы для данного, конкретного случая следующие: повышающий трансформатор 220х5000 В мощностью 200 Вт, резистор R5 — проволочный мощностью 100 Вт.

Описываемая нами модель относится к разряду установок с рабочим напряжением выше 1000 В, поэтому необходимо проявлять особую осторожность при работе с ней и соблюдать правила техники безопасности. Напомним основные из них.

Запуск модели должен производить один человек, остальные находятся на расстоянии не менее 1 м от установки. Производить какие бы то ни было операции с моделью и касаться ее можно только после полного отключения установки от сети питания (выдернуть вилку шнура питания из розетки) и после истечения 1 мин. За это время конденсатор С1 полностью разряжается через шунтирующие резисторы R1—R4. И еще одно замечание: величину R5 следует выбирать такой, чтобы зарядный ток был меньше 60 мА. Источник питания установки должен быть помещен в закрытый металлический корпус, который при работе заземляется медным проводом в изоляции диаметром не менее 1,5 мм.

Естественно, если вы решите сконструировать себе настоящую ракету, то и мощность плазменного двигателя надо будет увеличить в несколько тысяч раз. Но при желании – это возможно !!!

 plasmarock2

Рис. 1. Принципиальная схема источника питания плазменного двигателя.

 plasmarock

Рис. 2. Конструкция установки для демонстрации работы плазменного двигателя:

1 — подвижные штыревые электроды,

2 — противовес,

3 — ось,

4 — модель ракеты,

5 — разрядная камера,

6 — сопло,

7 — шариковый подшипник,

8 — стационарные кольцевые электроды.

Добавить комментарий

Язык моего сайта - русский. Старайтесь не делать грамматических ошибок. Всегда помните что языком сайта является русский, а не его гремучая помесь неизвестно с чем. Афтары, медведы и первонахи недопустимы! Использование транслита при написании сообщений допускается только в крайних случаях. Администратор оставляет за собой право удалять комментарии без объяснения причин.
В комментариях категорически запрещено:
- Оскорблять чужое достоинство
- Сеять и проявлять межнациональную или межрелигиозную рознь
- Обсуждать личности, личные обстоятельства, интеллектуальный, культурный, образовательный и профессиональный уровень
- Употреблять ненормативную лексику.
- Публиковать объявления рекламного характера.
- Публиковать комментарии бессодержательного характера, т.н. "флуд"


Защитный код
Обновить