Ученые предложили новый принцип создания двигателя EM-drive, основанный на излучении пар фотонов » DailyTechInfo

Недавние новости, связанные с созданием «невозможного двигателя» EM-drive, которому, кроме энергии, не требуется топлива любого вида, были встречены с энтузиазмом, с одной стороны, и со скептицизмом, с другой стороны. Тем не менее, специалисты НАСА демонстрируют и испытывают свой вариант такого двигателя, который представляет собой полностью закрытый резонансный объем, внутрь которого подаются потоки микроволнового излучения. Такие двигатели, пока только в теории и мечтах фантастов, могут обеспечить полеты космических аппаратов в дальний космос, удерживать спутники на заданной орбите, не используя ничего, кроме энергии солнечного света. Но, такой принцип работы двигателей нарушает один из основных законов, закона равенства действия и противодействия, третий закон Ньютона. Именно поэтому некоторые из экспертов до сих пор сомневаются в возможности практической реализации подобных принципов.

Группа ученых из университета Хельсинки и других финских научных учреждений разработала абсолютно новый принцип построения двигателя EM-drive, который, по их мнению, позволяет соблюсти третий закон Ньютона. Основой этого принципа является некий генератор, который синхронно и в больших количествах излучает пары фотонов света, фаза колебаний которых повернута на 180 градусов друг относительно друга. Покидая пределы генератора, эти фотоны создают импульс, направленный в противоположную сторону от их направления движения.

Но самое интересное начинается чуть позже, когда траектория движения этих фотонов пересекается в некоей точке пространства внутри замкнутого объема двигателя EM-drive. Если говорить очень и очень упрощенно, то волновые составляющие обоих фотонов, колеблющиеся в противофазе, взаимно компенсируют друг друга и оба фотона, объединяясь в один, попросту исчезают, больше никогда не коснувшись и не отразившись ни от одной из внутренних стенок резонансной полости двигателя.

На самом деле все происходящие с фотонами света в камере двигателя EM-drive процессы и явления имеют гораздо более сложную природу, нежели описано выше. То, что фотоны взаимно уничтожают друг друга, еще не означает того, что они полностью перестают существовать и выпадают из «области бытия». Тем не менее, согласно проведенным учеными математическим расчетам, такой двигатель может обеспечить постоянный вектор тяги, направленный только в одном направлении, при этом, никакие физические объекты не покидают пределов двигателя.

И в заключении следует отметить, что все результаты, полученные в ходе испытаний различных вариантов двигателей EM-drive, еще не получили должного подтверждения и не могут использоваться в качестве доказательств работоспособности этих принципов. Новый принцип также не является исключением, для его практической реализации ученым предстоит решить огромную массу теоретических и практических вопросов, связанных с генерацией, взаимодействием и «исчезновением» пар противофазных фотонов. Да и после всего этого нет никакой уверенности в том, что препятствием работе такого двигателя станут какие-нибудь новые физические законы или явления, о которых ученым не известно еще ничего на сегодняшний день.

Ключевые слова:
Двигатель, EM-drive, EmDrive, Тяга, Вектор, Топливо, Энергия, Импульс, Генератор, Фотон, Пара, Фаза

Первоисточник

Другие новости по теме:

Документы, «утекшие» из недр НАСА, говорят о работоспособности «невозможного» двигателя EM Drive

Китай произвел успешные испытания «невозможного» двигателя EmDrive на борту своей космической станции

Новый термоакустический генератор преобразует тепло в электричество посредством звуковых колебаний.

Ученые нашли способ «обмануть» третий закон Ньютона

Создан ионный двигатель, использующий космический мусор в качестве топлива

Добавить свое объявление
Загрузка…

Подмосковный школьник изобрел новый тип двигателя и предложил его Илону Маску

Подмосковье

19 февраля 2022, 18:19

Подмосковный школьник предложил изобретенный им двигатель Илону Маску

Unsplash

Читать 360tv в

Необычный двигатель внутреннего сгорания придумал 17-летний школьник из городского округа Реутов вместе со своим научным руководителем из «Изобретариума». Это специальная мастерская, где юные изобретатели под руководством наставников создают собственные проекты.

По словам юного изобретателя, аналогов его двигателю среди современных моделей нет. Он работает по новому принципу.

«Это не цикл Дизеля, не цикл Карно. Это что-то переходное между одним и вторым», — пояснил юноша.

Ближайший аналог изобретения подмосковного школьника — роторный двигатель Ванкеля, созданный в 1957 году, но массовым он не стал из-за токсичных выбросов и быстрого износа.

Реутовский школьник вместе с наставником придумал, как решить вопрос с вредными выхлопами. В его двигателе есть параллельные роторы, которые сначала пропускают через себя топливную смесь, а затем еще раз прогоняют через себя уже сгоревший выхлоп, пуская его второй раз в оборот. Лишних деталей в двигателе нет, как и сильных вибраций. Это делает его износостойким.

По словам изобретателя, заправлять двигатель можно любым топливом. Даже спиртом. Еще можно регулировать, какой вид горючего использовать.

«Здесь регулируемая степень сжатия. Представляете, у вас в машине будет кнопочка, и вы такие: „Хочу 92-й бензин, но остался день до зарплаты, поэтому заправлюсь 80-м“», — рассказал молодой человек.

При этом у классического двигателя средний коэффициент полезного действия составляет 30%, а у изобретения школьника — 95%. То есть с литра бензина он даст энергии в три раза больше. А еще новую модель можно увеличивать.

«Наш двигатель из-за его маленького веса могут перенести два человека. Плюс, что самое крутое и классное, вы сможете наращивать количество секций — сколько угодно, не разбирая его, тем самым делая его мощнее и больше», — подчеркнул юный изобретатель.

Сейчас двигатель готовят к регистрации в патентном бюро. После оформления технической документации начнутся поиски инвестора. Наладить единичный выпуск моделей готовы помочь власти города, но для масштабного производства нужны представители крупного бизнеса.

За помощью молодой изобретатель решил обратиться к Илону Маску. Владельца компании Tesla новый двигатель может заинтересовать. Школьник отметил, что электрокары, которые делает американский бизнесмен, работают на аккумуляторах, которые не перерабатываются.

«Чтобы вы понимали, есть маленькая литий-ионная батарейка. Вот из таких маленьких батареек размером с этот стол и высотой сантиметров 20 сделан пол у Tesla и других электрокаров. Такой аккумулятор после окончания срока работы отравляет пять метров земли вокруг себя на десятки лет», — пояснил юноша.

Сообщение Маску подмосковный изобретатель отправил в Twitter. Пока основатель компании Tesla на сообщение не ответил.

Крупнейшее в России серийное производство вычислительной техники полного цикла Yadro Fab Dubnа появится в подмосковной ОЭЗ «Дубна». В декабре 2021 года, был заложен камень и началось строительство завода. Он заработает в 2023 году. Губернатор Подмосковья Андрей Воробьев отметил, что новое производство даст около 600 рабочих мест.

Авторы:

Екатерина Бутовская

Анатолий Минкин

Дмитрий Степанищев

Дети

Машины

Илон Маск

Подмосквич

Пиреолофор: новый принцип двигателя

Именно в Ницце Клод и Нисефор Ньепс начали свою первую изобретательскую деятельность. Сначала их интерес был сосредоточен на создании нового принципа действия двигателя, основанного на использовании расширения воздуха при взрыве. Знали ли они работы Гюйгенса (1625-1695), который уже использовал воздух, расширенный взрывом пороха в цилиндре, для движения поршня?

Париж, 9 ноября 1806 года. Презентация, описание и чертежи двигателя, изобретенного Клодом и Нисефором.

Сначала братья Ньепс использовали в качестве взрывчатого вещества порошок, изготовленный из спор растения: Lycopodium (широкий мох), затем они использовали уголь, смешанный со смолой. Так они изобрели первый двигатель внутреннего сгорания, который назвали пиреолофор (pyr=огонь, eolo=ветер и phore=я несу или произвожу).

Отчет 1806 года об изобретении пиреофора

В 1806 году они написали первый отчет. Комиссия Национального института, также известного как Академия наук, которой было поручено оценить изобретение, вынесла следующий вердикт:
«Топливо, обычно используемое М.М. Niépce состоит из спор lycopodium, горение которых наиболее интенсивное и наиболее легкое; однако, поскольку этот материал был дорогостоящим, его заменили угольной пылью и при необходимости смешивали с небольшой порцией смолы, которая действует очень хорошо, как это было доказано многими опытами. В М.М. В машине Ньепса ни одна часть тепла не рассеивается заранее; движущая сила является мгновенным результатом, и весь эффект топлива используется для создания расширения, вызывающего движущую силу.
В другом эксперименте машина, установленная на лодке с носом шириной около двух футов и высотой в три фута, уменьшенной в подводной части и массой около 2000 фунтов, шла вверх по реке Сона только на мощности двигателя, со скоростью более река в противоположном направлении; количество сжигаемого топлива составляло около ста двадцати пяти гран в минуту, а количество пульсаций составляло от двенадцати до тринадцати за то же время. Затем уполномоченные заключают, что машина, предложенная М.М. Ньепс изобретателен, так что он может стать очень интересным по своим физическим и экономическим результатам и заслуживает одобрения Комиссии».
Отчет Лазара Карно и К.Л. Бертолле, 15 декабря 1806 года.

Братья Ньепс провели несколько испытаний на озере Баттерей, расположенном посреди леса Ла-Шарме, у Сен-Лу-де-Варенн. Они получили патент сроком на десять лет. Этот патент был подписан императором Наполеоном и датирован 20 июля 1807 года.
Никефор и Клод продолжали совершенствовать пиреолофор. 24 декабря 1807 года они сообщили Лазару Карно, что получили легковоспламеняющийся порошок, смешав одну часть смолы с девятью частями угля. Но в 1816 году их прогресс был недостаточен для получения субсидий на их изобретение. Срок действия патента подходил к концу, и Клод решил отправиться в Париж, а затем в Англию, надеясь использовать двигатель.

Первый план пиреофора, нарисованный братьями Ньепс. Источник: Архив INPI 

Изобретение двигателя внутреннего сгорания

Нисефор начинает новые эксперименты с топливом. В конце мая 1816 года Клоду пришла в голову идея другого топлива: угля.

Но уже 2 июня 1816 года Нисефор пишет Клоду: «Я рад, что в результате ваших опытов по возгоранию угля вы смогли обнаружить многие недостатки, связанные с этим топливом, и дали вам светлая идея заменить на белое масло нефтяное. {…}
Тогда я настоятельно призываю вас повторить этот интересный эксперимент в большем масштабе; потому что, когда люди увидят, что при низком расходе масла мы можем получить огромное пламя, люди будут поражены и признают реальную важность нашего открытия».
Белое масло нефти сродни керосину.

С 8 июля 1817 года испытания Клода становятся более определенными, по словам Нисефора: «На самом деле, если вам удастся впрыснуть белое нефтяное масло с достаточной энергией, чтобы получить мгновенное испарение, то, мой дорогой друг, несомненно, что вы должны получить наиболее удовлетворительный результат». Действительно, как мы теперь знаем в современных двигателях, Клод изобрел и отрегулировал систему впрыска топлива. На самом деле братья Ньепс сегодня считаются изобретателями принципа впрыска топлива.

Продольный разрез лодки, приводимой в движение пиреолофором, нарисованной братьями Ньепс. Источник: Архив INPI

Открытие впрыска топлива

Испытания были многообещающими. 16 июля Никефор писал: «Вы только что еще раз доказали, что Lycopodium, самое легковоспламеняющееся твердое вещество, производит меньше пламени, чем определенное количество испарившегося нефтяного масла».
Нисефор провел много испытаний. Он испарил топливо, нагрев до красного каления конец трубы, по которой текло масло, но результаты были далеко не постоянными. Затем он попробовал новую технику, чтобы масло распылялось подобно порошку плауновидного во время воспламенения. Сначала он вооружился трубой длиной около 20 см (8 дюймов) и диаметром 7 мм (1/4 дюйма). Он наполнил его водой на длину 3 см, а затем сильно дунул. Вода выбрасывалась в виде струи, состоящей из крошечных капелек, рассыпавшихся подобно порошку. Он улучшил этот результат, сплющив выхлопной конец с довольно коротким скосом, напоминающим ему «трость гобоя». Он повторил эксперимент, заменив воду спиртом и установив зажженный фитиль у выпускного отверстия с целью поджечь капли жидкости.

Это удалось: «спирт сдетонировал при горении, как ликопод», — сказал он. Нисефор только что обнаружил, что горючее должно воспламеняться, когда оно холодное и в виде пара, как это было в случае с нагревательными трубами, которые он использовал раньше. Тогда смесь воздуха и мельчайших капелек горючей жидкости станет взрывоопасной. Следующим шагом было испытание белого масла нефти. Нисефор сделал трубку диаметром 9 мм и согнул ее под углом 90°, чтобы ему больше не приходилось использовать свой язык в качестве клапана. Часть, через которую он должен был дуть, была длиной около 66 см, а та, через которую вытекало масло, была около 33 см. Выхлоп был скошенным, как и в предыдущем эксперименте.
Это было полностью успешным: «Пламя, по сравнению с небольшим количеством использованного масла, было огромным; это было интенсивно, мгновенно и взорвалось, как ликопод», — сказал Нисефор и добавил: «Результаты, которые я только что получил, возродили мою смелость и полностью удовлетворили меня». Чем меньше количество используемого масла, тем сильнее взрыв.
Это был комплект, сочетающий в себе эффективность и экономичность. Убедившись в эффективности этого топлива, он полностью прекратил испытания.

Комментарии Сади Карно.

Физик Сади Карно.

Несколько лет спустя, в 1824 году, Сади Карно (1796-1832), сын Лазара Карно, написал книгу под названием: «Размышления о движущей силе огня и машинах, необходимых для развития этой силы», в которой он сделал комментарий о двигателе братьев Ньепс:
«Среди первых попыток развития движущей силы огня через атмосферный воздух следует указать на попытки М.М. Niépce, который состоялся во Франции много лет назад с помощью устройства, называемого пиреолофор, разработанного изобретателями. Это устройство состояло из цилиндра с поршнем, куда впускался атмосферный воздух нормальной плотности. Было выпущено легковоспламеняющееся вещество очень высокой степени измельчения, которое некоторое время оставалось во взвешенном состоянии в воздухе, а затем воспламенялось. Воспламенение произвело впечатление, как если бы эластичная жидкость была смесью воздуха и легковоспламеняющегося газа, такого как воздух и углеродистый водород; произошел своего рода взрыв и внезапное расширение эластичной жидкости, расширение, которое раньше действовало исключительно на поршень. Этот приводился в движение определенной амплитуды, и таким образом создавалась движущая сила. Операцию можно было бы возобновить, обновив воздух и пройдя цикл заново.
У этой очень хитроумной и интересной машины, особенно по новизне своего принципа, был существенный недостаток. Материал, который использовался в качестве топлива (это была ликоподиевая пыль, используемая для разжигания пламени в наших театрах), был настолько дорог, что всякая польза от его использования исчезала: и, к несчастью, было очень трудно использовать более дешевое топливо в качестве топлива. было необходимо тело из очень мелкого пороха, воспламенение которого должно было быть быстрым, легко распространяемым и оставлять мало пепла или вообще не оставлять его».

Сади Карно имел дело только с первым патентом и, похоже, проигнорировал более поздние работы братьев Ньепс с белым нефтяным маслом.
Его комментарии довольно поверхностны и сбивают с толку. Правда, братья Ньепс продемонстрировали силу своего нового принципа двигателя, применив его к поршню («ПРИМЕЧАНИЕ» от 09.11.1806 г.), и планировали применить его к «насосу, как в пожарных машинах» («ПРИМЕЧАНИЕ ” прочитано в Институте 17.11.1806 г.), но одной из основных характеристик пиреолофора было то, что он действовал путем прямой реакции».
Именно это столетие спустя, в 1925 г., прославило Пьера Клеже и Огюста Рато (см. стр. 9).05). Опечатка. На странице 906 следует читать 1807 вместо 1808.

В сотрудничестве с Institut Image de l’ENSAM (Высшая национальная школа искусств и ремесел) в Шалон-сюр-Сон Дом Ньепс представляет 3D-видео, показывающее внутреннее функционирование Пиреолофор. Творение Адриана Дюамеля под руководством Жана-Луи Брюле.

> Посмотреть выставку в музее

Инвестировать в новый двигатель, который заново изобретает движение

Содержание этой статьи предназначено только для информационных целей и не является финансовым или инвестиционным советом. Важно провести собственное исследование и подумать о том, чтобы обратиться за советом к независимому финансовому специалисту, прежде чем принимать какие-либо инвестиционные решения.

Хотя двигатели внутреннего сгорания (ДВС) приводили в движение наши автомобили, мотоциклы и самолеты на протяжении 150 лет, их основные принципы не сильно изменились со времен Генри Форда. Будущее, похоже, принадлежит электромобилям с батарейным питанием. Но LiquidPiston считает, что мы неправильно смотрели на проблему, и, чтобы доказать это, она заново изобрела двигатель с нуля.

Двигатель LiquidPiston, получивший название X-Engine, выглядит крошечным по сравнению со своими традиционными аналогами, но при этом обладает в 10 раз большей мощностью на фунт. Версия мощностью от 40 до 60 лошадиных сил, достаточно мощная, чтобы управлять трактором, также мала и достаточно легка, чтобы ее можно было носить в рюкзаке. Более того, он даже весит значительно меньше, чем аккумуляторы для электромобилей (EV), и может потреблять на меньше топлива, чем на перезарядку электромобиля. Это связано с тем, что зарядные станции для электромобилей часто питаются от крупных центральных электростанций, которые передают электричество по длинным линиям электропередачи, многие из которых до сих пор используют ископаемое топливо, включая уголь.

Вот вам и зеленая энергия. На самом деле, Управление энергетической информации США прогнозирует, что к 2050 году ископаемое топливо будет по-прежнему обеспечивать более 70 процентов потребления энергии. , Здесь мы более подробно рассмотрим технологию LiquidPiston, чтобы понять, почему она привлекла 11 миллионов долларов финансирования от американских военных и других инвесторов.

Аварийная ситуация с выбросами

Большинство современных ДВС по-прежнему основаны на моделях, разработанных еще в 1800-х годах. Работают ли они на бензине или дизельном топливе, управляют ли они газонокосилкой или реактивным самолетом, все эти двигатели работают одинаково: внутренний поршень сжимает воздух и топливо в камеру, воспламеняет эту смесь и направляет выхлоп через клапан. Этот процесс приводит в действие такие вещи, как вращение вала, чтобы вращать автомобильное колесо или даже пропеллер самолета.

Хотя за прошедшее столетие инженеры внедрили в эти двигатели множество постепенных улучшений, они не добились новшеств в области термодинамического цикла. Это определяет, насколько эффективно двигатели преобразуют энергию в полезную работу. И поскольку он остался неизменным, до сих пор были достигнуты лишь дополнительные улучшения эффективности.

Мы искали автомобили с батарейным питанием, чтобы избежать этих исторических ограничений двигателя. Но продолжаются споры о том, насколько и при каких условиях производство электромобилей, выработка электроэнергии, эксплуатация и утилизация фактически сокращают выбросы в течение жизненного цикла по сравнению с автомобилями, работающими на газе. Тем не менее, есть много сценариев, для которых подключаемые гибриды и чистые гибриды более практичны и, возможно, более экономичны. Но во многих случаях меньший по размеру и более эффективный двигатель может стать огромным преимуществом для владельцев гибридов.

Введите LiquidPiston, чей двигатель вполне может решить многие из этих проблем за один ход.

Роторная революция

X-Engine компании LiquidPiston использует инновационную инженерию и использует естественные законы физики для создания новой платформы роторного двигателя, которая обеспечивает преимущества в производительности по сравнению с традиционными поршневыми двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Как механическое устройство X-Engine представляет собой чудо элегантного дизайна и эффективного функционирования: движущийся ротор всасывает воздух или топливно-воздушную смесь, в зависимости от версии X-Engine, в отсеки внутри корпуса. Вращение ротора заставляет и сжимает воздух в одну из трех фигурных выемок вдоль внутренней поверхности корпуса. Компрессия нагревает воздух, превращая углубление в мини-камеру сгорания, где искра воспламеняет топливовоздушную смесь, если двигатель работает в режиме искрового зажигания 9Топливо 0056 или впрыскивается, если двигатель работает в режиме воспламенения от сжатия. Этот процесс последовательно продолжается для двух других камер.

Этот высокоэффективный гибридный цикл (HEHC) является подвигом инженерного гения, стоящего за топливной экономичностью X-Engine как оптимизированный термодинамический цикл, предназначенный для увеличения количества энергии, содержащейся в полезной производительности. Это позволяет X-Engine производить три акта сгорания на каждый оборот ротора, используя при этом в 10 раз меньше компонентов, чем сопоставимый поршневой двигатель, что делает его на 80 процентов меньше и легче.

Производя больше мощности при меньшем весе и вибрации, X-Engine обеспечивает до 30 процентов большую эффективность, чем любой бензиновый или дизельный двигатель, используемый сегодня, даже при работе на одном и том же топливе. И за счет сокращения расхода топлива эффективный цикл сгорания двигателя также производит гораздо меньший углеродный след, чем существующие ДВС.

Следующая волна расширения

В 2021 году LiquidPiston продемонстрировала свой легкий двигатель для беспилотного летательного аппарата (БПЛА), работающего на реактивном топливе в параллельной гибридно-электрической конфигурации — инновация, ставшая результатом конкурса xTechSearch армии США. и последующая награда за исследования инноваций в малом бизнесе (SBIR). Между тем, армия США заключила с LiquidPiston контракты на разработку тактического генератора энергии, а ВВС США наградили LiquidPiston наградой за передачу технологий малого бизнеса (STTR) за разработку двигателя для беспилотных летательных аппаратов следующего поколения.

Эти контракты Министерства обороны США (DOD) на сегодняшний день составляют почти 10 миллионов долларов — поразительный прогресс для молодой компании, занимающейся сложной научной задачей. В дополнение к DOD, LiquidPiston получила и успешно выполнила четыре контракта на технико-экономическое обоснование с промышленными компаниями для аэрокосмической промышленности и производства электроэнергии. Чтобы развить эти первоначальные успехи и завершить процесс разработки и строгой индустриализации, чтобы вывести на рынок коммерчески готовые продукты, LiquidPiston применила неортодоксальный подход, предложив акции своей компании частным инвесторам. В последний раз, когда он делал это в начале 2020 года, его краудфандинговая кампания по регулированию была превышена за девять часов.

Заглядывая вперед, руководство LiquidPiston по-прежнему уверено в своем 15-летнем опыте исследований и разработок, включая ноу-хау и возможности, накопленные для решения некоторых сложных научных задач. Компания уже имеет 64 выданных и находящихся на рассмотрении патента. Он считает себя ключевым разрушителем рынка ICE стоимостью 400 миллиардов долларов в год. В будущем, помимо текущей фазы военных контрактов, которые сосредоточены на авиационной энергии, портативных генераторах и силовых установках для БПЛА, LiquidPiston планирует выйти на широкий спектр промышленных и коммерческих, морских, городских и автомобильных рынков.