CC BY
52teens and young adults. Pew Internet & American Life Project Washington, DC, 2010.
13. D. Naor, M. Naor, and J. Lotspiech, "Revocation and tracing schemes for stateless receivers," in Advances in Cryptology — CRYPTO 2001 (J. Kilian, ed.), vol. 2139 of Lecture Notes in Computer Science, pp. 41-62, Springer Berlin Heidelberg, 2001.
14. C.K. Wong, M. Gouda, and S.S. Lam, "Secure group communications using key graphs," in Proceedings of the ACM SIGCOMM '98 conference on Applications, technologies, architectures, and protocols for computer communication, SIGCOMM '98, (New York, NY, USA), pp. 68-79, ACM, 1998.
15. M. Aspan, "How Sticky Is Membership on Fa-cebook? Just Try Breaking Free. "New York Times, Feb 2008. http://www.nytimes.com/2008/02/11/techn ology/11facebook.html, letzter Abruf: 07.03.2013.
16. Facebook, "Facebook reports first quarter 2013 results," 2013. http://inve stor.fb.com/releasede-tail.cfm?ReleaseID=761090, letzter Abruf: 10.06.2013.
17. M. Dürr, M. Werner, and M. Maier, "Re-Socializing Online Social Networks," in Green Computing and Communications (GreenCom), 2010 IEEE/ACM Int'l Conference on Int'l Conference on Cyber, Physical and Social Computing (CPSCom), pp. 786 -791, Dec. 2010.
ЭФФЕКТ СОЗДАНИЯ ДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ БЕЗ ВЫБРОСА РЕАКТИВНОЙ МАССЫ В СОГЛАСИИ С МЕХАНИКОЙ НЬЮТОНА И РЕАЛИЗАЦИЯ ЕГО В ТЕХНИКЕ
Богданов В.И.
д.т.н., ПАО «ОДК-Сатурн» эксперт.
EFFECT OF PROPULSIVE FORCE WITH NO REACTION MASS EJECTION IN ENGINEERING NOT CONTRADICTING WITH NEWTONIAN MECHANICS
Bogdanov V.
Doctor of Engineering, PJSC "UEC-Saturn", expert.
АННОТАЦИЯ
Показана необходимость учёта в уравнении количества движения взаимодействующих деформируемых тел импульса сил трения (потерь на удар). С позиции ньютоновой механики дано объяснение возникновения движущей силы в устройствах без выброса реактивной массы, на примере инерцоида, за счёт разности кпд (потерь) в процессах отделения и присоединения колеблющейся одной и той же массы. Предложено механическое устройство, создающее движущую силу, по типу инерцоида, с реализацией биомеханики гребца для передвижения в космосе.
ABSTRACT
To fly in space, jet thrust is required, which is determined by energy and consumable reaction mass. If a space-flight unit (SFU) can obtain energy from an energy-intensive nuclear plant or the Sun, which is considered to be inexhaustible source of energy, then the mass of expellant, the consumable mass, is always limited. Basically, the energy (chemical) and the consumable mass are combined in the rocket fuel; these are its reserves on board of a SFU that limit its capabilities, especially for interplanetary flights. Therefore creation of the space jet engine with high specific impulse, even a small thrust, is actual.
In recent decades, numerous experimental studies confirmed possibility to create thrust in devices with no mass ejection. But the problem here is to explain this phenomenon or effect without violating the laws of conservation. Understanding the physics of the process of thrust occurrence would qualitatively raise its efficiency. Existing publications recognize this phenomenon and attempt to explain it. However, given that the scientific world is at the beginning of the way of knowing this process, it is advisable to carefully consider other versions, even at the level of hypotheses, which could complement each other. Below we consider the explanation of this phenomenon in terms of Newtonian mechanics and its manifestation in nature and technology.
In paper the explanation of this phenomenon in terms of Newtonian mechanics and its possible implementation in technique is considered. The necessity to take into account friction forces momentum (impact losses) in the momentum equation of interacting deformable bodies is shown. Occurrence of propulsive force in devices with no reaction mass ejection is explained in terms of Newtonian mechanics exemplified by the so-called inerzoids, due to the gap between the efficiency coefficient (losses) in the process of expelling and addition of the same sloshing mass. A mechanical device creating propulsive force, in the form of an inerzoid, implementing oarer biomechanics for outer space is proposed. Also the possibility possibility to apply the considered inerzoid mechanism to create propulsive force at the atomic level is considered.
Ключевые слова: уравнение количества движения, инерцоид, присоединённая масса, уравнение Мещерского, колебательный процесс.
Keywords: momentum equation, inerzoid, additional mass, Meshchersky equation, oscillating process.
Введение
Для полёта в космосе необходима реактивная тяга, которая определяется энергетикой и расходной реактивной массой. Если энергию космический летательный аппарат (КЛА) может получать от энергоёмкой ядерной установки или солнца, которое считается неиссекаемым источником энергии, то отбрасываемая, расходная масса всегда ограничена. В основном же, энергия (химическая) и расходная масса совмещены в ракетном топливе, запасы которого на борту КЛА и ограничивают его возможности, особенно для межпланетных полётов. Поэтому актуальным является создание космического реактивного двигателя с высоким удельным импульсом, даже небольшой тяги [1].
В последние десятилетия многочисленными экспериментальными исследованиями подтверждена возможность создания тяги у движителей без выброса массы. Проблемой здесь, прежде всего, является объяснение этого явления или эффекта без нарушения законов сохранения. Понимание физики процесса возникновения тяги позволило бы качественно поднять его эффективность. В существующих публикациях признаётся это явление, и делаются попытки объяснить его [2]. Однако учитывая, что научный мир находится в начале пути познания данного явления, целесообразно внимательно рассматривать и другие версии, даже на уровне гипотез, которые могли бы и дополнять друг друга. В статье рассмотрено объяснение этого явления с позиции ньютоновой механики и возможная его реализация в технике. Показана необходимость учёта в уравнении количества движения взаимодействующих деформируемых тел импульса сил трения (потерь на удар). С позиции ньютоновой механики дано объяснение возникновения движущей силы в устройствах без выброса реактивной массы, на примере инерцоида, за счёт разности кпд (потерь) в процессах отделения и присоединения колеблющейся одной и той же массы. Предложено механическое устройство, создающее движущую силу, по типу инерцоида, с реализацией биомеханики гребца для передвижения в космосе. Также рассмотрена возможность применения рассмотренного механизма инерцоида для создания движущей силы на атомарном уровне.
Данную статью следует рассматривать как развитие результатов исследований по реализации пульсирующих рабочих процессов в реактивных двигателях [3].
Теоретические положения В прикладной газовой динамике [4] для струи газа с учётом силы трения известное уравнение количества движения для сечений 1 - 2 с постоянной площадью ^ и без совершения работы запишется так:
(Р1 - Р2№ - Ртр = 0^2 - V:), т.е. здесь учитывается сила трения Ртр, ар и V - соответственно давление и скорость газа.
В соотношении для определения тяги сопла [5], полученным общепринятым для ВРД методом
из уравнения количества движения, вводится коэффициент скорости, учитывающий внутренние потери, вследствие трения, скачков уплотнения.
Для эжекторного усилителя тяги [4], в котором взаимодействуют активная (эжектирующая) и эжектируемая струи, в соотношении, определяющим коэффициент увеличения тяги введено кпд, учитывающее потери на удар взаимодействующих масс.
у = у/(П + \)" , (1)
o
где P/Po - отношение тяг с эжекторным усилителем тяги и без него (коэффициент увеличения тяги);
n = G2/G1 - отношение расходов газа эжекти-руемого и эжектирующего (коэффициент эжек-ции);
Л - кпд эжекторного усилителя тяги.
В работах [4,5], представленные соотношения с учётом кпд процессов взаимодействия масс газа при течении подтверждены многочисленными экспериментами и широко используются в практике.
В общей физике [6] закон сохранения количества движения для двух взаимодействующих твёрдых тел (примем, что тело m2 до удара покоится) при неупругом ударе выглядит следующим образом:
wi mi = w2 (mi+m2) или, w2 (mi+m2)/wi mi=1 (2)
Здесь нет потерь на удар (трение при деформации), они отражаются только на механической энергии в виде кпд процесса взаимодействия. В работе [6] приведен эксперимент с попаданием пули в ящик с песком, подвешенным как маятник, масса которого в 1000 раз больше массы пули. При этом установлено, что кпд процесса 0,1%. Измерялось отклонение ящика, усилие, создаваемое ящиком, не измерялось. Возникает вопрос, насколько корректен эксперимент и что было бы с результатами, если ящик заполнить материалом с другим сопротивлением проникновению пули. Теоретически всю механическую энергию можно превратить в тепло и, что тогда также будет сохраняться импульс? Импульс - это наличие скорости, скорость -механическая энергия. Т.е. нет скорости - нет импульса. Это качественная оценка. А теперь оценим математически справедливость приведенного выше уравнение количества движения (2) с позиции закона сохранения энергии. При неупругом ударе часть кинетической энергии переходит в тепло, т.е. кинетическая энергия уменьшается. Таким образом, здесь, как и в эжекторном усилителе тяги [4] это отношение кинетических энергий можно принять за кпд неупругого удара
+ m2)
w2 mx
= "Z\
Преобразуем это соотношение для энергий в соотношение для количеств движений. Извлечём квадратный корень из левой и правой частей уравнения:
V
и умножим на
т + Ш2
Шл
ёт
ёг
массы; ёт
2
т + ш2
ёг
- секундный расход (отбрасывание)
- секундный приход (присоединение)
т
Получим отношение количеств движений М2 (Ш1 + Ш2)
Ш,
Ш + ш2
Ш,
7
11
неравным 1, что противоречит уравнению (2). Данное соотношение соответствует (1), которое получено также.
На основании изложенного, можно сделать следующий вывод: для деформируемых тел, в которых механическая энергия переходит в тепло (а абсолютно твёрдых тел в природе нет), необходимо в уравнение количества движения вводить импульс силы трения. И тогда в замкнутой системе, если будут созданы разнонаправленные и неравные силы трения (например, в колебательном процессе), то возникнет неуравновешенная (движущая) сила без выброса реактивной массы. Ситуацию с присоединением и отбрасыванием массы описывает известное уравнение Мещерского:
ёи ■=■ _ ёт — ёт7
т-= Ь + щ-1 + и2-2,
ёг ёг ёг
где m - переменная масса тела; и - скорость движения тела переменной массы; щ - относительная скорость отделяющихся частиц; и2 - относительная скорость присоединяющихся частиц;
массы; Б - внешняя сила.
Эффект возникновения (создания) движущей силы при безопорном движении, без выброса реактивной массы может быть рассмотрен на примере известного механического устройства инерцоида (рис.1) и результатов исследований пульсирующих газодинамических процессов [7-13], реализующего эти условия, в рамках законов ньютоновой механики и в частности уравнения Мещерского.
Инерцоид: теория, эксперименты
Для инерцоида интересно частное решение уравнения Мещерского, когда для тела отброшенная масса равна присоединённой, т. е. масса его постоянна. В реальных условиях при постоянной массе с учётом потерь возможно создание импульса, когда появляется неуравновешенная сила из-за разных значений кпд процессов отбрасывания и присоединения массы.
Механизмы инерцоидов, несмотря на их многообразие, можно свести к одной общей упрощенной схеме (рис. 2), включающей ударный механизм кривошипно-шатунного типа -1, тела с разными упругостями - 2,3, размещёнными в корпусе - 4. В работе ударного механизма есть две основные фазы: 1 - когда есть его воздействие на тела 2,3 и 2 - (противофаза), когда нет этого воздействия. Привода на колёса нет.
Рис. 2 Схема движителя (инерцоида) без выброса реактивной массы: 1 - ударный механизм; 2 - абсолютно упругое тело: 3 - неупругое тело: 4 - корпус.
Рассмотрим силовую схему инерцоида (рис. 2). Для облегчения понимания физики явления примем следующие допущения:
- масса, задающая количество движения сосредоточена в ударном механизме;
- тело 2 - абсолютно упругое;
- тело 3 - неупругое;
- трение между телами 2 , 3, узлами ударного механизма (не закреплён на корпусе) и стенками корпуса 4 отсутствует;
- Р1 = Р2 - силы, передаваемые ударным механизмом на тела 2,3;
- Ртр. - сила трения, возникающая при деформации в неупругом теле 3;
-Рост. - остаточная сила, передаваемая неупругим телом 3 правому торцу корпуса 4.
На левый торец, благодаря абсолютно упругому телу 2 сила Р1 передаётся полностью. При положении ударного механизма в противофазе, когда нет действия ударного механизма на тела 2,3 Р1 = 0, Р2 = 0, не реализуется приведенное ниже уравнение сил (нет движущей силы).
Для принятой силовой схемы уравнение одновременно действующих на торцы корпуса сил запишем для определения только мгновенного значения движущей силы. Положительным примем направление действия движущей силы Рдв.
Р = Р - Р
1 дв 1 1 1 ос
Для определения Рост запишем уравнение сил, действующих на неупругое тело
Р2 = Ртр + Рост , тогда
Р - P2 + Ртр = Р
тр дв ' "
Р = Р
дв тр
Теоретически возможно, что Рост = 0 (вся механическая энергия переходит в тепло), тогда Рдв = Р1.
В телах 2, 3 при работе ударного механизма в колебательном процессе может быть присоединение массы с эффективностью, определяемой их упругостью.
Инерцоид представляет собой механизм, в котором, благодаря асимметричной упругости и соответственно разных кпд процессов присоединения и отбрасывания твёрдотельной массы в колебательном процессе, возникает неуравновешенная сила.
Если бы была возможность изготовить инер-цоид из абсолютно твердого материала, то никакого перемещения не было бы.
Следует отметить, что подобный механизм инерцоида был успешно испытан в 1996 г. в ООО «Фарадей» (г.Тула) [14]. В статье [14] отмечено, что идея эксперимента давно известна - она была отражена в американском журнале «Popular Science» №126 за 1935 г. Однако теоретического обоснования, уравнений в этих публикациях не было приведено. В работе [15] дан достаточно большой обзор механических устройств, создающих движущую силу, без выброса реактивной массы.
В [16] представлена информация о том, что в Канаде возможность подобного способа перемещения по воде была подтверждена на специально созданном каноэ (имеется видеоизображение), однако не получившим развития. По этому поводу можно отметить следующее:
- каноэ двигалось очень медленно (1 миля в час) и это не вызвало практического интереса;
- понимая физику процесса, можно за счёт конструктивных мероприятий повысить его эффективность (увеличить движущую силу);
- в космосе большое значение имеет и малая сила, создаваемая без выброса реактивной массы.
Концепция устройства с реализацией эффекта для перемещения в космосе.
Для полёта в космосе необходимы энергия и расходная масса, которые совмещены в ракетном топливе. Запасы топлива на борту космического летательного аппарата (КЛА) ограничивают его возможности пребывания на орбите и выполнения межпланетных полётов.
Вместе с тем в космосе находят применение ракетные двигатели малой тяги, которые служат для стабилизации положения КЛА, их перемещения на другие орбиты, а также для передвижения космонавтов в открытом космосе. Тяга таких двигателей обычно не превышает нескольких килограмм, что по затрачиваемой энергии ниже физических возможностей человека.
Предлагается использовать принцип движения инерцоида в устройстве, приводимом мускульной силой для перемещения КЛА в космосе. Наиболее полно мускульная энергия реализуется у спортивных гребцов (в академической гребле). Здесь в создании усилия участвуют все основные мышцы ног, спины и рук. На рис. 3 показано устройство, выполняемое по типу инерцоида с реализацией биомеханики гребца в двух положениях: в начале и конце (штриховая линия) рабочего хода. Для облегчения понимания работы устройства рассматривается его конструктивная схема в наиболее простом условном виде. Учитывая, достаточно большой рабочий ход гребца Ь (около 1,5 м) применён полиспаст 1, задающий рабочее усилие, обеспечивающий на выходе малый рабочий ход I и соответствующее увеличение силы (Ь/1) для оптимального деформирования неупругого тела. Полиспаст жёстко закреплён на конструкции КЛА 2 и имеет пружинный механизм для приведения устройства в исходное состояние (при возвратном ходе). Приведенные обозначения и соответственно уравнения - такие же как у рассмотренного выше инерцоида. Неупругое тело 3 здесь показано условно, является легко деформируемым, не теряющее своих свойств в работе (например, что-то типа пластилина). Для приведения неупругого тела в исходное состояние (перед рабочим ходом) имеется механизм его разворота на 900 (на рис.3 не показан). Рабочий процесс состоит из двух циклов: рабочего хода с деформированием неупругого тела и возвратного (подготовительного) хода с поворотом неупругого тела, т.е. похож на ковку горячей металлической заготовки. В результате создаётся неуравновешенная движущая сила.
Рис.3. Устройство создания движущей силы в условиях космоса с реализацией биомеханики гребца: 1 - полиспаст; 2 - упругое тело; 3 - неупругое тело.
Неупругое тело может быть другого исполнения, например, в виде механизма, и возможно с утилизацией выделившейся энергии, однако это требует проведения специальных исследований. Данное устройство одновременно может выполнять и функцию спортивного тренажёра для космонавта.
Возможна и длительная работа устройства при использовании электрического привода.
О целесообразности изучения проявления эффекта на атомарном уровне.
Целесообразно рассмотреть возможность применения рассмотренного механизма инерцоида для создания движущей силы на атомарном уровне. Известно, что все атомы твёрдого тела совершают тепловые колебания. Между атомами твёрдого тела имеются сильные взаимодействия. Ядро, в котором сконцентрирована масса атома, колеблется в системе: «ядро - электронная оболочка». Асимметричность этой системы может быть создана за счёт следующих факторов:
1. Под воздействием магнитного поля можно сдеформировать электронную оболочку и сформировать асимметричную систему, в которой силовое взаимодействие определяется обратно пропорционально квадрату расстояния. В итоге атомы как множество инерцоидов в колебательном процессе создают суммарную неуравновешенную движущую силу.
Отчасти подтверждением этому может служить так называемый «невозможный» электромагнитный ракетный двигатель без выброса реактивной массы изобретателя Роджера Шауэра (EmDrive) [2,17]. Возможность создания такого двигателя малой тяги подтверждена HACA, в публикациях отмечается асимметрия в электромагнитной системе двигателя с высокочастотным магнетроном, однако объяснения механизма создания тяги нет. В России к подобному двигателю может относиться разработка Владимира Леонова [18,19].
2. Под воздействием ускорения ядро, в котором заключена масса атома, может также формировать с электронной оболочкой описанную выше
асимметричную систему, создающую движущую силу. Многочисленные эксперименты [15,20] с вращающимися массами подтверждают это.
Следует отметить, что за рубежом данная тема реализуется в государственной программе США [21].
Выводы
1. На примере применения уравнения количества движения в прикладной газовой динамике, в частности, в теории эжекторного усилителя тяги, математически доказана необходимость учёта потерь на удар (трение) в уравнении количества движения взаимодействующих деформируемых тел.
2. На примере известного механического устройства инерцоида с использованием уравнения количества движения (с учётом трения) показана возможность создания тяги без выброса массы. Это также соответствует частному решению уравнения Мещерского, когда отбрасываемая и присоединенная массы равны (одна и та же колеблющаяся масса), а кпд процессов разный.
3. Показано возможная реализация эффекта в технике, например в устройстве, реализующем биомеханику гребца для передвижения в космосе.
Литература
1. Коватёва Ю., Воробьёв А.Г., Боровик И.Н. и др. Жидкостный ракетный двигатель малой тяги на топливе газообразный водород и газообразный метан. Вестник МАИ. 2011. Т.18. № 3. С. 45-54.
2. Лопота В.А., Глушко В.П., Глушко В.В. О движителях без выброса массы в «пустом» космическом пространстве // Робототехника и техническая кибернетика. 2018. № 2. С. 66 - 76.
3. Богданов В.И. Исследования по реализации пульсирующих рабочих процессов в реактивных двигателях // Вестник МАИ. 2017. Т.24. №4. С. 100109.
4. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. Изд.-во «Наука», 1969. - 824 с.
5. Нечаев Ю.Н., Фёдоров Р.М. Теория авиационных газотурбинных двигателей. Ч. 2. М.: «Машиностроение», 1978, -336 с.
6. Китайгородский А.И. Введение в физику. Изд.-во «Наука», 1973. - 688 с.
7. Богданов В.И. Нестационарное взаимодействие масс, инерцоиды, движители без выброса реактивной массы и закон сохранения количества движения Эйлера // Инженер. 2007. № 7. С. 24 - 26.
8. Кудрин О.И. Пульсирующее реактивное сопло с присоединением дополнительной массы. Сборник «Труды МАИ». 1958, вып. 97. С.98-180.
9. Богданов В.И. Взаимодействие масс в рабочем процессе пульсирующих реактивных двигателей как средство повышения их тяговой эффективности // Инженерно-физический журнал. 2006. Т. 79. № 3. С. 85-90.
10. Кудрин О.И., Квасников А.В., Челомей В.Н. Явление аномального высокого прироста тяги в газовом эжекторном процессе с пульсирующей активной струёй: описание открытия №314. Вестник АН СССР. №10,1986.
11. Богданов В.И., Реш Г.Ф., Шишурин А.В. Предварительные результаты экспериментальных исследований эффекта увеличения импульса пульсирующего реактивного двигателя в вакууме за счёт присоединения собственной массы газа, перспективы его использования. Вестник РГАТУ им. П.А. Соловьёва. Рыбинск. 2013. №1. С.23-30.
12. Bogdanov V.I. Pulse Increase at Mass Interaction in an Energy Carrier. American Journal of Modern Physics. 2013, vol.2, no. 4, pp.195 -201.
13. Левин В.А., Смехов Г.Д., Тарасов А.И., Хмелевский А.Н. Расчётное и экспериментальное исследование пульсирующей детонации в модели двигателя. - М.: Институт механики МГУ, 1998. Препринт №42-98. - 34 с.
14. Фролов А.В. Преобразователи энергии окружающей среды на основе нанотехнологий. // Алтернативный киловатт. 2012, № 1, С. 42-46.
15. Меньшиков В.А., Акимов А.Ф., Качекан А.А., Светличный В.А. Движители без выброса реактивной массы: предпосылки и результаты. М.: Изд.- во НИИ КС, 2003. - 226 с.
16. Двигатель Торнсона, http: // trini-tas.ru./rus/doc/0231/004a/02311023,htm.
17. Двигатель EmDrive, http: // spacegid.com.
18. Фаличев О. Тяга в будущее // Военно-промышленный курьер. 2019. № 22 (785), 11-17 июня. С. 4.
19. Еремеев Е. Европейский обозреватель о квантовом двигателе Владимира Леонова // Военно-промышленный курьер. 2019. № 38 (801), 1-7 октября. С. 8.
20. Антигравитация гироскопов, http: // mydocx.ru.Quot.
21. Sarah Scoles. Sane Insanity. Scientific American, 2019, No. 10; pp. 42-49.
УЛУЧШЕНИЕ ЭКОЛОГИИ ПРИ ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ ПЛАСТА ДЛЯ ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЯХ
Богопольский В.О.
кандидат технических наук, доцент кафедры «Нефтегазовая инженерия», Азербайджанский Государственный университет нефти и промышленности,
г. Баку, Азербайджан Ширинов М.М.
старший преподаватель кафедры «Нефтегазовая инженерия», Азербайджанский Государственный университет нефти и промышленности,
г. Баку, Азербайджан
IMPROVING THE ENVIRONMENTAL SITUATION UNDER THERMAL INFLUENCE ON THE WRONG ZONE OF THE LAYER FOR HIGH-VELOCITY OILS
Bogopolskiy V.
Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor at the Department of Oil and Gas Engineering in Azerbaijan State Oil and Industry University
Shirinov M.
Senior Lecturer, Department of Oil and Gas Engineering in Azerbaijan State Oil and Industry University
АННОТАЦИЯ
В статье рассмотрены проблемы, возникающие при эксплуатации месторождений высоковязких нефтей, которые в той или иной степени связанны с экологическими проблемами. Показано, что основной проблемой малых дебитов, одной из которых является высокая вязкость нефти, вызывающая большие гидравлические сопротивления притоку нефти к забою.
Другой проблемой являются отложение осадков из твердых углеводородов на стенках пор пласта, обсадной колонны, в насосно-компрессорных трубах за счет изменения термодинамических параметров потока, что ухудшает экологическую обстановку за счет выбросов в атмосферу продуктов распада высоковязких нефтей.
