Înălțător

Un liftier, de asemenea , cunoscut ca un ionocraft sau hexalifter, este un electrohidrodinamic aeronave care utilizează un fenomen cunoscut sub numele de efect Biefeld-Brown pentru propulsie produse într - un mediu gazos , fără a necesita nici o ardere sau părțile în mișcare. Termenul ionocraft datează din 1960, moment în care experimentele electrohidrodinamice erau la apogeu. În forma sa cea mai simplă, acesta constă pur și simplu dintr-un condensator format din doi electrozi conductivi paraleli, unul sub forma unui fir subțire și altul care poate fi format dintr-o rețea metalică, tuburi sau folii metalice cu o suprafață netedă și rotundă. Când electrozii sunt alimentați la o tensiune ridicată de ordinul mai multor kilovolți, produc o ridicare care poate fi suficientă pentru ridicarea structurii.

Elevatorul face parte din familia propulsoarelor de ioni, în care constituie un caz particular în care fazele de ionizare și accelerație ale propulsorului sunt combinate într-o singură etapă.

Termenul „ridicator” este o descriere exactă, deoarece nu este un dispozitiv anti-gravitațional, dar care, la fel ca o rachetă, câștigă din forța de reacție rezultată din accelerația descendentă a atmosferei în care este plasată. La fel ca o rachetă sau un motor cu reacție (poate fi de fapt mai eficient decât un motor cu reacție ^[1] ), forța pe care o generează o navă ionică este întotdeauna orientată pe axa sa, indiferent de câmpul gravitațional în care se află. Afirmația că dispozitivul poate funcționa în vid a fost, de asemenea, respinsă. ^[2]

O vastă subcultură a crescut în jurul acestui dispozitiv simplu, iar interesul public pentru aceasta a dus la un studiu mai precis al fizicii sale. Construcția și utilizarea ridicatoarelor artizanale necesită multe măsuri de siguranță datorită tensiunii ridicate necesare pentru funcționarea lor.

Principiul de funcționare

Când se aplică o diferență mare de potențial (de obicei de ordinul câtorva kV) între doi electrozi într-un mediu dielectric gazos, un efect cunoscut sub numele de ionizare avalanșă este generat atunci când se depășește pragul de intensitate a câmpului electric. Pentru a-i înțelege funcționarea trebuie să luăm în considerare două fapte: prima este că în mijloc există în mod natural un număr mic de sarcini libere, o parte din care electroni care, la fel ca restul componentelor gazului, se mișcă cu mișcare browniană și interacționează prin coliziuni elastice în prima aproximare.cu atomii mediului. Al doilea fapt este că aceste sarcini libere, în prezența unui câmp electric intens, sunt accelerate de acesta și, între un impact și următorul, dobândesc o anumită cantitate de energie cinetică. Când energia dobândită în medie între o coliziune și următoarea devine suficientă pentru ionizarea atomului în coliziune, se generează fenomenul de ionizare a avalanșei care determină o multiplicare rapidă a sarcinilor libere din mediu. Dintre aceștia, cei care au o sarcină opusă celei prezente pe electrod sunt atrași de acesta de câmpul electric și, când ajung la suprafață, suferă instantaneu o recombinare a sarcinii și revin la neutru. În schimb, încărcăturile având un semn egal cu cel al electrodului sunt respinse de acesta, generând un nor de ioni care înconjoară electrodul în sine, generând în acest proces un curent electric direcționat radial care se poate manifesta prin fenomene precum lumină vizibilă și zgomot trosnet.

Intensitatea câmpului electric lângă un conductor este în general proporțională cu curbura locală a suprafeței sale, fenomen cunoscut sub numele de efect de vârf . Într-un elevator, diametrul mic al electrodului de sârmă înseamnă că, pe măsură ce crește tensiunea aplicată echipamentului, în câmpul său se generează un câmp electric suficient pentru a declanșa efectul de ionizare a avalanșei și o descărcare coroană. După recombinarea rapidă a purtătorilor cu sarcină opusă celei prezente pe electrod, încărcările concordante sunt accelerate de câmpul electric puternic în direcția electrodului de stuf. Acest lucru declanșează un curent de ioni care provine din electrodul subțire în direcția electrodului extins.

În timpul tranzitului lor de la un electrod la altul, ionii încărcați se ciocnesc cu atomii prezenți în gaz prin interacțiuni care, deoarece departe de electrodul subțire, energia dobândită între un impact și următorul nu este în medie suficientă pentru a provoca o ionizare, poate fi bine schematizat prin intermediul coliziunilor elastice. Aceste impacturi repetate transferă impulsul dobândit de ioni către mediul gazos înconjurător, generând un flux de gaz neutru direcționat de la electrodul subțire la cel extins, care este vizibil experimental, de exemplu, prin apropierea unei surse de fum sau vapori către o stație de lucru. ridicator. Izotropizarea vitezei ionilor cauzată de interacțiunea cu gazul determină recombinarea acestora cu o viteză medie mult mai mică decât cea pe care ar fi obținut-o dacă ar fi fost accelerați în vid; momentul transferat elevatorului prin iterația dintre ioni și câmpul electric generat de sarcinile prezente pe armături nu este, în acest fel, compensat în momentul recombinării și mediul este supus unei forțe nete. ^[3]

Greșeli comune

O credință larg răspândită este că ridicatorul își bazează funcționarea pe un fenomen necunoscut de interacțiune între sarcina electrică și câmpul gravitațional ^[4] sau că se datorează parțial interacțiunii cu sarcina electrică sau câmpului magnetic al pământului. Aceste credințe sunt ușor excluse prin verificarea faptului că forța generată de dispozitiv este independentă de orientarea sa față de suprafața pământului. ^[5]

O altă concepție greșită obișnuită este că utilizarea unor traiectorii balistice (așa cum ar trebui să se facă dacă elevatorul ar fi acționat în vid) pentru a calcula forța generată este o aproximare validă. Deși transferul de energie, de fapt, este independent de traiectoria luată de ioni grație proprietății câmpului electric de a fi conservator, impulsul transferat depinde de caracteristicile cinetice ale mișcării lor. Momentul posedat de o particulă non-relativistă este, de fapt, proporțional cu viteza sa, în timp ce energia cinetică este proporțională cu pătratul său. Prin urmare, dacă aceeași cantitate de energie este utilizată pentru a accelera un număr mare de particule având aceeași masă la viteze mai mici, impulsul totalizabil va fi mai mare. ^[6]

O altă legendă referitoare la ridicator este că este o manifestare a fenomenelor fizice necunoscute și puțin exploatată tehnologic. ^[7] De fapt, tehnologia propulsiei ionice , dezvoltată cu designuri mai eficiente și compacte, este utilizată în prezent pentru zborul spațial și este încă supusă unei cercetări și dezvoltări intense. ^[8]

Geometria dispozitivului

Diagrama schematică a dispozitivului așa cum este prezentată în ( EN ) US3120363 , Biroul de brevete și mărci al Statelor Unite, Statele Unite ale Americii. de Thomas Townsend Brown

Forma dispozitivului poate fi foarte variată, inventatorul Thomas Townsend Brown l-a realizat sub forma unui disc de material conductor pe marginea căruia, la o distanță de câțiva centimetri, a introdus un fir conductor subțire, izolat electric de primul.

Diagrama dispozitivului realizată cu o foaie de material conductor și un fir subțire de metal

Există mai multe variante ale elevatorului, cea mai frecventă în rândul amatorilor, este cea în care armătura majoră a condensatorului este realizată folosind o foaie dreptunghiulară din aluminiu și armătura minoră utilizând un fir subțire de metal susținut de o structură realizată prin optimizarea greutății. și putere izolatoare (o alegere obișnuită pentru construcția structurii este balsa), cu polul pozitiv conectat la armătura principală și negativul conectat la armătura firului. Pentru a permite structurii să se susțină pe verticală atunci când este oprită și sprijinită pe sol și pentru a profita de forța produsă de mai multe perechi de folie-sârmă atunci când dispozitivul este în zbor, structuri în care diferite propulsoare sunt unite pentru a forma celule triunghiulare sau hexagonale constituie o alegere validă și comună de design.

Performanţă

Eficienta energetica

Eficiența energetică P a unui elevator, definită ca raportul L / W în care L este propulsia generată și W este puterea electrică absorbită, este în jur de 0,01-0,03 N / W echivalent cu aproximativ 1-3 grame / W. De exemplu, în cazul unui elicopter avem P = 0,1 N / W (10 grame / W) sau de 3 până la 10 ori mai bine.

Principala ineficiență prezentă în interiorul ascensorului se datorează dispersiei sub formă de energie termică a energiei de ionizare deținută de încărcăturile care se deplasează în mediul gazos atunci când ajung la suprafața armăturilor și sunt recombinate. Această pierdere de energie este, până în prezent, inevitabilă.

Propulsie generată

Capacitatea unui elevator de a genera tracțiune depinde de diverși factori, cum ar fi:

• Tensiunea de alimentare .
  Este unul dintre principalii factori care îi afectează capacitatea de a împinge. Este limitat în partea de jos de necesitatea de a furniza o tensiune suficientă pentru a declanșa descărcarea coroanei, iar în partea de sus de tensiunea de rupere dincolo de care este generat un arc electric între armăturile ascensorului care îi inhibă funcționarea și riscă să provoace distrugerea acesteia. .
  În acest domeniu, forța ridicatorului în funcție de tensiune crește exponențial ^{[ fără sursă ]} , prin urmare, în limitele în care se menține o marjă de siguranță în ceea ce privește tensiunea de avarie, creșterea tensiunii de funcționare este cea mai bună soluție pentru creșterea presiunii.
• Constanta dielectrică a materialului .
  Variația forței este aproximativ proporțională cu valoarea constantei dielectrice a mediului gazos în care este amplasat elevatorul ^{[ fără sursă ]} .
• Geometria ridicatorului .
  S-a observat că reducerea secțiunii firului care constituie armatura minoră permite, în anumite limite, să crească forța produsă de aparat cu aceeași tensiune de funcționare.
• Frecvența tensiunii de alimentare .
  În cazul în care, datorită tehnologiei utilizate pentru a o genera, tensiunea de alimentare ar trebui să prezinte o undă semnificativă, frecvența acestora poate afecta performanța energetică a elevatorului. Unii amatori au subliniat, în special, că caracteristicile de eficiență ale dispozitivului depind de această frecvență și tind să se îmbunătățească odată cu creșterea acestuia. ^[9]
• Polaritatea
  Inversiunea polarității sursei de alimentare aplicată armăturilor aparatului nu inhibă funcționarea acestuia, totuși conectarea anodului la armatura minoră și a catodului la armatura majoră pare să garanteze o performanță mai bună.
• Caracteristicile aerului.
  Caracteristicile aerului, în special umiditatea, pot reduce împingerea ascensorului. Presiunea aerului în sine este un parametru critic, de fapt într-o zonă rarefiată distribuția impulsului de către ionii în mișcare între electrozi are loc cu mai multă dificultate și calea liberă medie superioară permite particulelor să atingă viteze mai mari, reducând cantitatea totală mișcare transferată.

Probleme în realizarea unui lifter autonom

Construcția unui elevator fără sursă de alimentare externă, o condiție indispensabilă pentru utilizarea acestuia ca elice pentru construcția de aeronave, prezintă dificultăți tehnice considerabile pe care, astăzi, nu a fost încă posibil să le rezolve.

• Raport excesiv de dimensiune / împingere .
  Un elicopter care are un rotor de aproximativ 20 m² pentru o masă de aproximativ 3.000 kg produce o împingere verticală de aproximativ 1500 N / m² (150 kg greutate / m²). Cei mai buni elevatori construiți până acum nu depășesc 3 N / m² (0,3 kg / m²), o valoare de 500 de ori mai mică. Prin urmare, dacă un elevator ar ridica 3.000 kg, ar fi necesară o suprafață de aproximativ 10.000 m²
  Este posibilă reducerea acestei suprafețe prin aranjarea diferitelor module în straturi, cu limitarea pierderii unei fracțiuni din împingere datorită interferenței fluxului generat de acestea. Rețineți, totuși, că această interferență este moderată, în comparație cu alinierea verticală a propulsoarelor elice, de viteza redusă imprimată pe fluid.
• Greutatea transformatorului de înaltă tensiune .
  Greutatea combinată a sursei de alimentare și a transformatorului de înaltă tensiune se dovedește prohibitivă pentru dispozitivele mici, în timp ce tinde să se adapteze favorabil pentru dispozitivele mari. Utilizarea electronicii integrate permite reducerea greutății sistemului de alimentare cu energie electrică.

Notă

Elemente conexe

• Efect Coandă

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe Lifter

linkuri externe

Se crede că acest articol sau secțiune despre aviație și Internet este verificat . Motiv : Pentru a fi verificați și tăiați, nu suntem un director de site-uri pe acest subiect Alăturați-vă discuției și / sau corectați intrarea. Urmați sfaturile din desenele de referință 1 , 2 .

Brevete

• ( EN ) US1974483 , United States Patent and Trademark Office , Statele Unite ale Americii. - Motor electrostatic - TT Brown
• ( EN ) US2949550 , United States Patent and Trademark Office , Statele Unite ale Americii. - Aparat electrocinetic - 16 august 1960 - TT Brown
• ( EN ) US6411493 , United States Patent and Trademark Office , Statele Unite ale Americii. - metode și aparate care utilizează condensatori încărcați la potențial ridicat pentru generarea impulsului și, mai ales, la un aparat îmbunătățit care utilizează un condensator asimetric bidimensional căruia i se aplică un potențial ridicat - 25 iunie 2002 - Campbell; Jonathan W. (Harvest, AL).
• ( EN ) US2002012221 , United States Patent and Trademark Office , Statele Unite ale Americii. - Aparat pentru generarea tracțiunii folosind un modul condensator asimetric bidimensional - 31 ianuarie 2002 - Cambell Jonathan W., SUA AMERICII NASA.
  Rezumatul brevetului:
  Un modul de condensator asimetric pentru generarea tracțiunii include două elemente conductoare de geometrii similare, dar diferite, separate de un element dielectric. Exemplele de realizare îmbunătățite furnizate în construcția elementelor conductoare cu o întindere axială mai mică includ cele în care elementul este format dintr-un fir inelar sau un inel susținut dielectric. Alte variante de realizare se referă la membrul dielectric și implică modificări în întinderea și forma acestuia.

Alte legături

• Antigravitația electrostatică pe pagina NASA "Erori comune la propulsie"
• NASA: Condensatori asimetrici pentru propulsie
  Documentul NASA raportează testele efectuate pe sisteme de propulsie cu capacitate asimetrică.
• Blaze Labs Research - Introducere în propulsoarele și ridicatoarele EHD
  Include videoclipul lui De Seversky și alte articole.
• Blaze Labs Research - De ce Lifters nu vor funcționa în vid
  Acest articol raportează testul de funcționare a elevatorului în vid, rezultatele au fost negative, astfel încât s-ar părea că dispozitivul în cazul în care împingerea acestuia ar provoca un efect de interacțiune a ionilor cu particulele neutre ale aerului și, prin urmare, ar anula posibilitatea utilizării unui astfel de dispozitiv. ca mijloc de propulsie spațială.
• Blaze Labs Research - soluții de analiză și proiectare matematică Ionocraft ( PDF ), la blazelabs.com .
• Blaze Labs Research - Demonstrarea ionocraftului autonom hibrid , la blazelabs.com .
• ForceLabs Basic Lifter Experiment and Video , la members.shaw.ca .
• JLN Labs - Proiectul Lifter
  Construcție, detalii și teste.
• JLN Labs - 22 ianuarie 2003, demonstrație a unui lift de 250g
  Videoclipul arată zborul unui greutator de 250g, pentru care a fost necesar să se construiască un generator de înaltă tensiune de aproximativ 18 Kv și 300 W.
• Laboratoare JLN - 8 decembrie 2002, analiza performanței
  În această analiză, scrisă de experimentatorul francez Jean-Louis Naudin când lucra în numele Companiei, se fac câteva analize asupra caracteristicilor ridicatorului și asupra dimensiunii acestora.
• JLN Labs - Listă a peste 350 de realizări realizate de amatori, universitari din întreaga lume
  O listă interesantă și variată care servește pentru a demonstra caracteristicile fenomenului și pentru a sublinia simplitatea implementării.

Creații speciale

• Un elevator de 5 m a zburat la aproximativ 15 metri înălțime
  A fost realizat în ianuarie 2003 de către profesorii Saburo Yokokura și studenții Takayuki Muroi, Takanori Haraguchi , la Universitatea Meisei din Tokyo .

Video

• Test Lifter în vid de NASA , pe YouTube . - Experiment de operare a ridicatorului de vid efectuat de Gravitec Inc la instalația NASA NSSTC LEEIF din Huntsville Alabama.

Portalul aviației

Portalul de fizică

Portalul de transport