Механично увеличение чрез поток положителни йоницялата маса на газовете към отрицателния електрод-горелка в случай на прилагане на надлъжен електрическо полесъгласно схема а (виж фиг. 2) трябва да доведе до намаляване на височината на вътрешния конус и повърхността на горене S k ; и обратно, при схема b, когато горелката е под положителен потенциал, трябва да се очаква увеличение на kh и S k.
В съответствие с отношения (2) и (3), с постоянен вход и външни условиятакива промени в h k и S k се обясняват само с промени в u n, т.е. увеличаване или намаляване нормална скоростпламък.
От гледна точка на термичната теория, ефектът на йонния вятър може да се обясни с факта, че положителните йони, влачейки маса от горещи газове при прилагане на поле съгласно фиг. 2, а, донесете зоната с повече висока температуракъм горелката, в резултат на което се създават условия за по-интензивен топлообмен между горещите продукти на горене и свежата горима смес. Това от своя страна води до ускоряване на реакцията и изместване на фронта на пламъка по-близо до горелката, когато полето е приложено съгласно фиг. 2b, зоната с по-висока температура ще се измести нагоре, тъй като йоните ще носят със себе си неутрална маса горещи газове към катода. В този случай топлообменът със свежата смес ще се влоши, развитието на горенето ще се забави и фронтът на пламъка ще увеличи повърхността на горене.
При подаване на заряд към горелката съгласно фиг. 1, c и d, възможните промени в h k и S k, възникващи поради електрическото взаимодействие на положителните йони със заряда на горелката, могат да бъдат обяснени по същия начин като влиянието на полето. Ефектът от промяната на S k обаче ще бъде много по-слаб.
Нека разгледаме влиянието на електрическото поле и заряда според границата на стабилност за прекъсване и пробив на пламъка, стабилизиран върху горелката, приемайки йонния вятър като основен механизъм на влияние. Най-простото условие за стабилно горене е равенството
В случаите, разгледани на фиг. 2, a и c, в съответствие с анализа на влиянието на полето върху скоростта на горене и приетата интерпретация на йонния вятър, трябва да се очаква разширяване на областта на стабилно разпространение към по-високи критични скорости на срив и неговото стесняване поради увеличаване на критичната скорост, съответстваща на пробива на пламъка. Потокът от положителни йони, носещ маса от горещи газове, ще помогне за стабилизиране на пламъка на отрицателно заредена горелка.
Ако разгледаме пламък, стабилизиран върху електролизиран пръстен, повдигнат на определена височина над горелката (вариант на „висящ“ пламък), тогава прилагането на надлъжно електрическо поле съгласно диаграмата на фиг. 2, а, трябва да причиняват стабилизиране на пламъка в устието на горелката под въздействието на йонен вятър. Същото нещо, но с по-висока потенциална стойност, може да се очаква, когато се приложи към горелката електрически зарядсъгласно фиг. 2, c.
Въпреки това, когато се прилага надлъжно електрическо поле съгласно фиг. 2, b и заряд съгласно фиг. 2, d, стабилизирането на предварително разкъсан пламък върху положително заредена горелка е невъзможен процес, освен ако не се обяснява с йонния вятър; напротив, полето (вижте фиг. 2, b) и зарядът (вижте фиг. 2, d), ако следваме концепцията за йонен вятър, трябва да допринесат за по-нататъшно разрушаване на пламъка.
Таблица 1 изброява вероятните експериментални ефекти, които могат да се очакват, когато пламъкът се разпространява в електрическо поле, като се приеме, че един от трите механизма на действие е определящият фактор. с № 2c, 2d, 3a и 3c, въпреки че се характеризират с липсата на влияние на полето върху разпространението на пламъка, но само в първо приближение, тъй като когато се прилага отрицателен заряд към горелката (вариант 2c ), през пламъка ще протича ток от положителни йони, а при вариант 2d - електронен ток. По принцип по време на това движение към горелката заредените частици ще претърпят еластични сблъсъци и до известна степен ще увеличат енталпията на пламъка.
Когато разглеждаме варианти № 3а и 3в, ние също приемаме, че не е имало влияние на електрическото поле върху разпространението на пламъка, въпреки че не сме взели предвид такъв фактор като поляризацията на химически активни частици под въздействието на електрическо поле, което допринася за развитието химически процеси. В тези варианти влиянието на електрическото поле се обяснява с нееластични сблъсъци на електрони с частици, но тъй като във варианти № 3а и 3в електроните не могат да преминат през свежата смес и в съответствие с посоката на полето те се ускоряват към продуктите на горенето, тяхното влияние върху подготовката за изгаряне на прясна смес ще бъде отслабено от полето.
Анализът на таблица 1 ни позволява да направим следните изводи:
- 1. всеки от трите механизма, влиянието на електрическото поле върху процеса на разпространение на пламъка се определя от посоката на полето;
- 2. в зависимост от посоката на полето в реални системи, когато
И трите фактора могат да повлияят на разпространението на пламъка,
могат да се идентифицират доминиращи процеси.
Хипотезата за прякото влияние на електрическото поле върху кинетиката на процеса на горене е логично следствие от хипотезата на Томсън за активната роля на йоните и електроните в процеса на горене. Предполага се, че благодарение на електроните и йоните, възникващи във фронта на пламъка, горещата смес се подготвя да влезе в реакция и следователно заредените частици определят процеса на разпространение на пламъка. За да потвърди хипотезата си, Д. Томсън провежда експеримент за облъчване на детониращ газ с нокаутирани вторични електрони рентгенови лъчиот прясно калцинирана платинена тел. В резултат на това се получи експлозия на водородно-кислородната смес. И въпреки че по-късно експериментът беше признат за неправилен (реакцията на горене на водород, наблюдавана от Томсън, беше обяснена с каталитичния ефект на платината), тази хипотеза спечели поддръжници и стана основа за обяснение на много ефекти, които възникват, когато електрическо поле се приложи към пламък. По този начин резултатите от работата, която показа, че пламъкът на метан, ацетилен и етилен в напречно поле с потенциална разлика от 50 - 1800 V (с междуелектродна междина от 4,85 cm) се гасят, авторите обясняват, както следва: тъй като заредените частици са отговорни за разпространението на пламъка, като предаватели на енергия към свежата смес, тъй като когато се приложи напречно поле, електроните и йоните, генерирани отпред, ще бъдат отстранени от зоната на горене към електродите, в резултат на които концентрацията им ще намалее толкова много, че при достигане на критичната напрегнатост на полето горенето ще спре - пламъкът ще угасне.
Хипотезата за прякото влияние на полето върху горенето се подкрепя от резултатите от изследванията на влиянието на полето върху индукционния период и температурата на самозапалване на течни и газообразни горива. Те показват, че в зависимост от посоката на полето, индукционният период и температурата на самозапалване могат да се увеличат или намалят в сравнение със същите параметри при липса на поле. Авторите обясняват получените резултати с участието на отрицателни йони в процеса на бавно окисление.
Обобщавайки всичко по-горе, трябва да се посочи, че двете основни гледни точки за механизма на действие на електрическото поле върху горивния процес (въздействие върху газовата динамика на процеса или пряк ефект върху кинетиката на реакцията) са отражение на още две общи понятияотносно ролята и мястото на заредените частици в процеса на горене, единият от които отрича, а вторият приема участието на заредени химически активни частици в механизма на окисление и горене.
Очевидно е невъзможно да се отрече значителното влияние на масовите сили, които възникват в газа, когато електрическо поле е приложено към пламъка върху процеса на горене, особено когато силата на полето е висока, но локално разрушаване на електродите не възниква, особено след като в много експерименти полето се прилага по този начин, че е трудно да се очаква друго влияние на полето освен чрез механизма на йонния вятър.
Факт е, че в цитираните изследвания полето се прилага интегрално към целия пламък и в този случай, в резултат на екранирането на полето от заредени частици, присъстващи в зоната на доизгаряне, напрегнатостта на полето в реакционната зона и в препарата площта ще бъде близка до нулата. Очевидно е, че такова поле може да повлияе на кинетиката на реакциите само в зоната на доизгаряне, т.е. където основните процеси, включително тези, включващи йони, са почти завършени.
В същото време е не по-малко очевидно, че кинетичният механизъм на полето е в състояние да повлияе на макроскопичните параметри на горенето само когато е възможно да се създаде поле със сила, достатъчна за забележимо разделяне на зарядите точно в реакционната зона. и - в светлината на последните изследвания на процеса на образуване на йони в пламъци - в области на обучение. В този случай е желателно силата на полето в зоната на доизгаряне да е малка, т.к би позволило да се избегне изкривяващото влияние на йонния вятър.
През 60-те години „йонопланът“ изглеждаше като иновация и революция в науката. Говореше се дори, че принципът на действието му може да се използва в малки самолети и във военните дела, тъй като такива „йоноплани“ не генерират топлина и поради това не могат да бъдат открити на радар. По някое време, поради своята безшумност, „йонопланите“ искаха да заменят конвенционалните хеликоптери и дори да изградят специални летящи платформи за противоракетна отбрана и наблюдение на движението по пътищата.
Проблемът беше мощността. Технологията работи чудесно за малки модели, като този, който можете да видите във видеото по-горе, но изобщо не беше подходяща за изграждане на по-големи „йоноплани“. Какво да кажем, технологията дори не ни позволяваше да носим собствен източник на енергия на борда, камо ли допълнително оборудване. И така, известно време по-късно те започнаха да забравят за технологиите.
Когато учените от Масачузетския технологичен институт решиха да се върнат към този въпрос, те откриха, че всъщност не е имало сериозно изследване на йонния вятър и възможността за създаване на двигатели на негова основа. Затова те решават да проведат експеримент, при който към дизайна на „йонолет“ ще бъде подаден ток от стотици волта, което би било достатъчно, за да запали обикновена електрическа крушка.
Резултатите бяха изненадващи. Екипът установи, че йонното задвижване е по-ефективно от, например, самолетните двигатели. Докато самолетните (турбореактивни) двигатели произвеждат 2 N тяга на киловат мощност, йонният двигател е в състояние да създаде 110 N тяга на киловат мощност. Освен това се оказа, че такива двигатели са най-ефективни за осигуряване на ниска тяга. С други думи, не се губи енергия.
Въпреки това доста обещаващо откритие, не трябва да очакваме, че ще можем да видим или дори да летим с "йоноплани" в близко бъдеще. Всъщност, въпреки своята ефективност, технологията изисква невероятно голямо количество енергия, консумирана за захранването ѝ. Дори за да се вдигне малък във въздуха ще са необходими мегаволта енергия. Следователно учените все още ще трябва да решават въпроси за това как да натъпчат енергията, генерирана от цяла електроцентрала, в самолет.
Независимо от това, характеристиките и особеностите на йонния двигател ни водят до заключението, че с увеличаването на самите двигатели се увеличава и разстоянието между анода и катода. Следователно, за да стартира от земята, „йонопланът“ ще се нуждае от толкова голям двигател, че практически самият самолет ще бъде разположен вътре в този двигател. Това означава, че „йонопланът“ вероятно ще бъде много голям, кръгъл, с основната палуба, разположена в центъра.
С други думи, кой знае, че един ден може да видим истински безшумни летящи чинии.
Хранително алуминиево фолио и най-тънката медна тел, а между тях - само 3 сантиметра въздух. Фолиото и жицата са прикрепени към квадратна диелектрична рамка, изработена от леки пластмасови пръчици. Конструкцията лежи върху масата и като всеки предмет е подложена на силата на гравитацията от Земята. Но веднага щом създадете потенциална разлика от няколко хиляди волта между фолиото и жицата, прилагайки към него високо постоянно напрежение от около 30 000 волта от източник на захранване с ниска мощност, структурата, сякаш по магия, излита.
Тук не говорим за летящ кондензатор, тъй като плочите, ако изобщо можете да ги наречете така, почти не се припокриват една друга в някаква значителна част от техните площи, което означава, че на практика не се получава натрупване на енергия в диелектрика между “ плочи.”
Ако конструкцията не се държеше на масата от най-тънките здрави нишки, тя щеше да продължи своето движение напредпо посока на тънък телеен електрод, но тъй като нишките държат продукта здраво, той просто витае във въздуха над масата и сякаш левитира над нея.
Този експеримент е ясна демонстрация на така наречения ефект на Бифелд-Браун, известен на много експериментатори, любители на „повдигачите“ (от английския повдигач), чиито занаяти в огромно разнообразие могат да се видят в YouTube.
Ефектът на Бифелд-Браун е един от малкото физически ефекти, които не е толкова лесно да бъдат еднозначно обяснени и ясно описани дори и днес. В действителност, в близост до телеен електрод с малка площ, напрегнатостта на електрическото поле е десетки пъти по-висока от интензитета в близост до фолиен електрод с голяма площ.
Това означава, че тези „облицовки“ влияят различно на околното пространство. В пространството между и около електродите има силно асиметричен модел на напрегнатост на електрическото поле, постоянна във времето.
Тук, разбира се, има, като един от компонентите, така нареченият „йонен вятър“, чийто принос обаче за движението на структурата е много, много малък; „йонният вятър“ е по-малък от една стотна от общата тяга - по-малко от 1% от повдигащата сила.
Йонният вятър е достатъчен само леко да отклони пламъка, както в училищен експеримент с високо напрежение на върха на игла, донесена до запалена свещ. Това е много слаба сила, тя не може дори да повдигне фолиото от масата, да не говорим за задържането на продукт с тегло десетки и стотици грама, окачен на опънати нишки. От 100 грама тяга "йонният вятър" създава максимум 1 грам.
В допълнение, 40% от тягата при работа не във вакуум се създава от движението на въздушния поток, което се получава поради ефекта на коронен разряд върху остър ръб в електрическо поле. Електростатичните вентилатори без лопатки вече работят на този принцип днес.
В близост до тънкия електрод въздушните атоми се йонизират и започват да се движат в посока на широкия електрод по пътя, по който се сблъскват с други въздушни молекули, дават им дял от собствената си кинетична енергия или отново ги йонизират и следователно се ускоряват; .
Целият смисъл на ефекта е, че около 49% от тягата, както казват учените, е от неизвестен характер тук, тоест почти половината от общата повдигаща сила е по някакъв начин свързана с действието на асиметрично електрическо поле върху околната среда пространство и изобщо не е свързано с количеството на тока, създаден поток от въздушни йони.
По всяка вероятност ние говорим заза ефекта на тази заредена структура върху гравитационното поле над електрод с малка площ. Ако махнете връзките, които държат продукта на масата, той винаги ще се стреми нагоре - към електрода с малка площ.
Въз основа на този принцип, както предполагат руските учени Емил Бикташев и Михаил Лавриненко, може да се опита да се изгради много ефективен двигател за космически кораб. Експеримент във вакуум потвърди фундаменталната възможност на тази идея.
И така, официалните документи си казаха думата.
Сега нека да разгледаме втората страница на корицата. Това е камерата, създадена от челябинските ученици Слава Верхогляд, Лева Мерензон и Слава Конов под ръководството на А. М. Коновалов. Днес тези момчета вече са студенти. Помолихме ги да ни разкажат как се роди идеята за създаването на устройството.
„Това беше преди няколко години. И тримата чиракувахме в Централната лаборатория на Челябинския тракторен завод. Там за първи път чухме тази история. Факт е, че челябинските трактори с марката „Произведено в СССР“ отиват в много азиатски страни, включително Индия. Дългият морски път през тропическите води създаде условия за развитие на корозия. Машините се развалиха много бързо.
В антикорозионната лаборатория, където често посещавахме, се разработваха нови покрития. Най-трудното
Процесът на тестване на тези покрития остава интензивен. Отне време и време, за да се установи влажността на въздуха, влиянието на температурата, вредните газове и ултравиолетовите лъчи.
Това ни интересуваше. Влязохме в Челябинск научно обществостуденти и подготвиха доклади за корозията на металите.“
Тук ще прекъснем думите на самите момчета. Ето и оценката, която получи работата им: „Представлява теоретичен и практически интерес. Завършването му допринесе за усвояването на методиката научни изследвания, важен за индустриалния процес на „защита на метала от корозия“. Рецензията е подписана от О. Голяницки, доцент от катедрата по химия на Педагогическия институт, и Г. Поляков, старши инженер на антикорозионната лаборатория на ChTZ.
Следващият етап от работата беше разработването на дизайна и създаването на устройството, сега известно като „Камера за изкуствено време“.
Погледнете отново страница 2 за
ДВИГАТЕЛ? ЙОНЕН ВЯТЪР
„Моделът на йоноплана, изработен от ученици от 10-ти клас „Б“ на челябинското училище № 80 А. Зарицки и В. Малишкин, беше тестван в лабораторията за високо напрежение на Института по механизация и електрификация на селското стопанство и показа следните резултати: при тегло 65 g, напрежение 45 V, ток 3 ma развиха тяга 13 g с общ брой игли 3000.
Чл. Преподавател в катедра "Електрически машини" А. Петров.
Глава лаборатория по производство и разпределение на електрическа енергия V. N o s o v“.
Седим в офиса на станцията в Челябинск млади техници. На масата са подредени албуми с изрезки от списания и репродукции на „космически“ картини на Соколов и Леонов. Младите физици^ изследователи внимателно събират и изучават всичко, свързано с бъдещето на космонавтиката. Това е същото - имаше бележка в списанието ■ - те бяха очаровани от идеята за йонна равнина преди година.
Този самолет е много стабилен в полет. Те лесно могат
контрол чрез промяна на силата и посоката на йонния вятър. - Момчетата сякаш се опитват да ме убедят в предимствата на бъдещия им кораб. - Йонопланите могат да се използват и на височини от 100-120 км, недостъпни за самолети и твърде ниски за сателити. Но именно тук според метеоролозите се намира основната кухня на времето.
Те също биха могли да бъдат релета за комуникация на дълги разстояния, по-добри от комуникационните спътници на Земята: io-
Първият в света самолет с йонна енергия беше тестван на затворена писта в Масачузетския център за общо физическо възпитание. Технологичен институт. Дрон с тегло 2,45 кг и размах на крилете пет метра прелетя почти 60 м благодарение на йонна тяга.
Устройството е изстреляно с помощта на катапулт. При изстрелване с неработещ двигател самолетът щеше да премине само 10 м, а дронът, „бутан” от йонния вятър, измина още 50 метра и непрекъснато набираше височина.
Ръководителят на разработката, професорът по аеронавтика в Масачузетския технологичен институт Стивън Барет, каза, че е бил вдъхновен да създаде йонния самолет от научната фантастика.
„Като дете бях голям фен на Стар Трек и мислех, че в бъдеще ще има безшумни самолети без движещи се части,“кавички Учен-пазител. Барет търсеше начин да създаде самолет без движещи се компоненти и научи за товаефект Biefeld-Brown, открит през 20-те години на миналия век.
Както обяснява Ars Technica, феноменът на йонния вятър позволява на самолета да се справя без витла и турбини. Снабден с електроди, инвертор и литиево-полимерни батерии, самолетът се движи чрез йонизиране на въздуха.
На предния ръб са разположени електроди с положителен заряд, а на задния ръб - отрицателни. Батериите произвеждат напрежение от 40 киловолта. След като токът премине през електродите, се създава „електронна каскада“. В резултат на това се образуват заредени молекули въздух. След това те „докосват“ втори набор от електроди, разположени в опашката на дрона. Докато се движат, заредените молекули предават енергия на неутралните молекули на въздуха. Така се създава тягата, с помощта на която йонопланът лети безшумно – точно като в сериала Стар Трек, вдъхновил Барет.
„Това е първият в света полет на самолет с двигател без движещи се части“, отбелязва ученият.
Експеримент на MIT доказва, че ефектът на Бифелд-Браун е приложим в авиацията. Преди това изследователите вярваха, че йонният вятър не е в състояние да осигури достатъчна тяга, за да задържи самолета във въздуха.
Според него технологията ще позволи в бъдеще да се създават по-тихи и по-екологични самолети с прост дизайн. Техният ремонт и поддръжка ще струва много по-малко от сега.
Работа въз основа на резултати от изследванияпубликувани в списание Nature. На следващия етап американските инженери искат да увеличат размера на прототипа, за да постигнат по-голяма скорост и пробег.
Изследователите предполагат, че в бъдеще йонните двигатели ще бъдат използвани за създаване на псевдосателитни дронове на слънчева енергия, който ще витае в стратосферата с месеци.
Наскоро Боинг Псевдосателитът Odysseus е резултат от 30 години разработка. Апаратът е способен да се издигне в стратосферата и да прекара там няколко месеца.
