 |
Это очень простой , но все-таки электродвигатель. Многие конечно знают что такое магнитогидродинамический двигатель(МГД). Суть его в том , что при протекании постоянного электрического тока через проводник , расположенный поперек силовых линий магнитного поля , на этот проводник действует сила (Лоренца) , направление которой определяется по правилу левой руки и пр. Таким образом работают насосы для расплавленного металла в металлургии а также довольно экзотические двигатели для судов. Работа такого двигателя (или генератора - ведь это обратимая машина) ясна из рисунка:
Я предлагаю совсем немногое : свернуть МГД в кольцо. Получается очень простая конструкция , приведенная ниже и собранная из первых попавшихся под руку материалов.
Любой желающий тоже может изготовить такой двигатель за несколько минут. Материалы мной использованные: поллитровая стеклянная банка , полиэтиленовая крышка , гвоздь , кусок жести свернутый в кольцо, магнит от динамика , диод КД202 , кусок провода , немного воды. При включении конструкции в сеть 220 вольт , ток течет через воду между гвоздем и кольцом , всегда перпендикулярно пересекая силовые линии магнита , лежащего под банкой и вода (плохой , но все-таки проводник) начинает медленно вращаться. Для получения более заметного эффекта воду надо просто посолить. Правда при этом уже сильно заметна реакция диссоциации и оседание всякой гадости на электродах . Но все это работает и по сути дела является настоящим двигателем , ротором которого в данном случае является соленая вода.Чтобы не связываться с промышленной сетью - можно питать устройство и от обычной батареи(я использовал в другом варианте аккумуляторную батарею 12 вольт - конструкция на мой взгляд вполне достойная для демонстрации на уроках физики в школе). Практической пользы из данной конструкции вроде бы никакой , но пока не будем торопиться. Кстати ротором может быть не только вода : жидкий натрий , а еще лучше ртуть(интересно куда меня сейчас пошлют экологи?). При высоком напряжении на электродах ротором может быть и воздух. Или холодная плазма (обыкновенное пламя) при определенных условиях. Когда- то и не помню где , я читал , что нашими конструкторами в недрах Минатома был создан МГД генератор , который вырабатывал энергию при сгорании обычного жидкого топлива и прохождении сгораемого пламени через магнитное поле постоянного магнита .Так для увеличения проводимости плазмы , с целью увеличения мощности , они добавляли некую присадку к топливу, которая увеличивала проводимость этого пламени в десятки тысяч раз. Интересно это топливо с присадкой случайно не было скажем так: соленым керосином? Итак вы наверно чувствуете к чему я клоню. Кольцевой МГД генератор с ротором из чего-то горящего и проводящего. Корпус - уже конечно не стеклянная банка , а открытая керамическая плошка. Центробежная сила которая любезно предоставляет порции свежего воздуха и способствует интенсивному горению. В общем смахивает на некую керосинку , которая очень интенсивно потребляет окружающий воздух. А в этом состоит суть турбореактивного двигателя: перерабатывать как можно больше воздуха. Предлагаемое устройство занимается именно этим , только в отличии от настоящей турбины не имеет никаких механических движущихся частей.
innovatory.narod.ru
Магнитная гидродинамика (МГД) является областью науки, изучающей законы физических явлений в электропроводящих жидких и газовых средах при их движении в магнитном поле. На этих явлениях основан принцип действия различных магнитогидродинамических (МГД) машин постоянного и переменного тока. Некоторые МГД машины находят применение в различных областях техники, а другие имеют значительные перспективы применения в будущем. Ниже рассматриваются принципы устройства и действия МГД машин постоянного тока.
 |
| Рисунок 1. Принцип устройства электромагнитного насоса постоянного тока |
В насосе постоянного тока (рисунок 1) канал 2 с жидким металлом помещается между полюсами электромагнита 1 и с помощью электродов 3, приваренных к стенкам канала, через жидкий металл пропускается постоянный ток от внешнего источника. Так как ток к жидкому металлу в данном случае подводится кондуктивным путем, то такие насосы называются также кондукционными.
При взаимодействии поля полюсов с током в жидком металле на частицы металла действуют электромагнитные силы, развивается напор и жидкий металл приходит в движение. Токи в жидком металле искажают поле полюсов ("реакция якоря"), что приводит к снижению эффективности насоса. Поэтому в мощных насосах между полюсными наконечниками и каналом помещаются шины ("компенсационная обмотка"), которые включаются последовательно в цепь тока канала во встречном направлении. Обмотка возбуждения электромагнита (на рисунке 1 не показана) обычно включается последовательно в цепь тока канала и имеет при этом только 1 – 2 витка.
Применение кондукционных насосов возможно для малоагрессивных жидких металлов и при таких температурах, когда стенки канала можно изготовить из жаропрочных металлов (немагнитные нержавеющие стали и так далее). В противном случае более подходящими являются индукционные насосы переменного тока.
Насосы описанного типа стали находить применение около 1950 года в исследовактельских целях и в таких установках с ядерными реакторами, в которых для отвода тепла из реакторов используются жидкометаллические носители: натрий, калий, их сплавы, висмут и другие. Температура жидкого металла в насосах при этом составляет 200 – 600 °С, а в некоторых случаях до 800 °С. Один из выполненных насосов для натрия имеет следующие расчетные данные: температура 800 °С, напор 3,9 кгс/см², расход 3670 м³/ч, полезная гидравлическая мощность 390 кВт, потребляемый ток 250 кА, напряжение 2,5 В, потребляемая мощность 625 кВт, коэффициент полезного действия 62,5 %. Другие характерные данные этого насоса: сечение канала 53 × 15,2 см, скорость течения в канале 12,4 м/с, активная длина канала 76 см.
Преимущество электромагнитных насосов состоит в том, что они не имеют движущихся частей и тракт жидкого металла может быть герметизирован.
Насосы постоянного тока требуют для питания источников с большой силой тока и малым напряжением. Для питания мощных насосов выпрямительные установки малопригодны, так как они получаются громоздкими и с малым коэффициентом полезного действия. Более подходящими в этом случае являются униполярные генераторы, смотрите статью "Специальные типы генераторов и преобразователей постоянного тока".
Рассмотренные электромагнитные насосы являются своеобразными двигателями постоянного тока. Подобные устройства в принципе пригодны также для разгона, ускорения или перемещения плазмы, то есть высокотемпературного (2000 – 4000 °С и больше) ионизированного и поэтому электропроводящего газа. В связи с этим производится разработка реактивных плазменных двигателей для космических ракет, причем ставится задача получения скоростей истечения плазмы до 100 км/с. Такие двигатели не будут обладать большой силой тяги и поэтому будут пригодны для работы вдали от планет, где поля тяготения слабы; однако они имеют то преимущество, что массовый расход вещества (плазмы) мал. Необходимую для их питания электрическую энергию предполагается получать с помощью ядерных реакторов. Для плазменных двигателей постоянного тока трудную проблему составляет создание надежных электродов для подвода тока к плазме.
МГД машины, как и всякие электрические машины, обратимы. В частности, устройство, изображенное на рисунке 1, может работать также в режиме генератора, если через него прогонять проводящую жидкость или газ. При этом целесообразно иметь независимое возбуждение. Генерируемый ток снимается с электродов.
На таком принципе строятся электромагнитные расходомеры воды, растворов щелочей и кислот, жидких металлов и тому подобного. Электродвижущая сила на электродах при этом пропорциональна скорости движения или расходу жидкости.
МГД генераторы представляют интерес с точки зрения создания мощных электрических генераторов для непосредственного превращения тепловой энергии в электрическую. Для этого через устройство вида, изображенного на рисунке 1, необходимо пропускать со скоростью порядка 1000 м/с проводящую плазму. Такую плазму можно получить при сжигании обычного топлива, а также путем нагревания газа в ядерных реакторах. Для увеличения проводимости плазмы в нее можно вводить небольшие присадки легко ионизируемых щелочных металлов.
Электропроводность плазмы при температурах порядка 2000 – 4000 °С относительно мала (удельное сопротивление около 1 Ом × см = 0,01 Ом × м = 104 Ом × мм² / м, то есть примерно в 500 000 раз больше, чем у меди). Тем не менее в мощных генераторах (порядка 1 млн. кВт) возможно получение приемлемых технико-экономических показателей. Разрабатываются также МГД генераторы с жидкометаллическим рабочим телом.
При создании плазменных МГД генераторов постоянного тока возникают трудности с выбором материалов для электродов и с изготовлением надежных в работе стенок каналов. В промышленных установках также сложную задачу представляет собой преобразование постоянного тока относительно низкого напряжения (несколько тысяч вольт) и большой силы (сотни тысяч ампер) в переменный ток.
Источник: Вольдек А. И., "Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений" – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.
www.electromechanics.ru
Сопловая часть магнитогидродинамического двигателя «Ямато-1»
Mbarratt / wikipedia.org
Китайская корпорация CSIC в середине октября текущего года провела первые успешные испытания прототипа магнитогидродинамического двигателя, «тихого» движителя без подвижных частей для перспективных подводных лодок. Как сообщает Global Times, испытания установки проводились на корабле, приписанном к порту в Санье в провинции Хайнань. Испытания двигателя были признаны успешными.
Самая простая конструкция магнитогидродинамического двигателя представляет собой канал, по которому движется жидкость, и расположенные по его сторонам электромагниты. Во время работы на электромагниты подается напряжение, возникает магнитное поле, которое провоцирует появление в жидкой среде движущей силы. При этом жидкость, проходящая по каналу, должна быть электролитической, то есть проводить ток.
В случае с морским магнитогидродинамическим двигателем электролитической жидкостью выступает морская вода. Поскольку в таком двигателе отсутствуют подвижные части, он практически не шумит — уровень гидродинамического шума проходящей сквозь установку воды и работающих электромагнитов на порядки меньше шума стандартных движителей надводных и подводных кораблей.
Согласно заявлению CSIC, во время испытаний корабль с новой установкой смог достичь расчетной скорости. На каком именно корабле проводились испытания и какой конкретно скорости он смог достичь, не раскрывается. Также не уточняется, был ли опытовый корабль подводным или надводным. Испытания состоялись 18 октября 2017 года.
Следует отметить, что попытки создать морской магнитогидродинамический двигатель предпринимались и раньше. В 1980х годах такой двигатель считался «установкой будущего» для тихих подводных лодок. В 1984 году даже вышел роман американского писателя Тома Клэнси «Охота за «Красным октябрем». В книге советская подлодка «Красный октябрь» имела именно магнитогидродинамические двигатели.
«Ямато-1»
Mugu-shisai / wikipedia.org
В 1992 году в Японии проводились испытания опытной надводного судна «Ямато-1», приводившегося в движение магнитогидродинамическим двигателем. Во время испытаний судно, разработанное корпорацией Mitsubishi Heavy Industries, смогло развить скорость в восемь узлов (14,8 километра в час). Во время последующих испытаний «Ямато-1» не смогло развит скорость более восьми узлов.Считалось, что магнитогидродинамические двигатели, помимо тихой работы, позволят кораблям развивать скорости большие, чем позволяли традиционные движители с гребными винтами. Во время испытаний «Ямато-1» и нескольких других прототипов судов с новыми установками высоких скоростей достичь так и не удалось. Проект закрыли.
На «Ямато-1» стоял магнитогидродинамический двигатель с шестью движителями и электромагнитами, которые охлаждались жидким гелием. Сегодня «Ямато-1» находится в морском музее в Кобе, а магнитогидродинамический двигатель судна — в музее морской науки в Токио.
Василий Сычёв
nplus1.ru
www.freepatent.ru
Природа нам приготовила несметное количество электроэнергии. Огромная ее часть сосредоточена в мировом океане. В Мировом Океане скрыты колоссальные запасы энергии [1]. Пока что люди умеют использовать лишь ничтожные доли этой энергии, да и то ценой больших и медленно окупающихся капиталовложений, так что такая энергетика до сих пор казалась малоперспективной. Однако происходящее весьма быстрое истощение запасов ископаемого топлива, использование которого к тому же связано с существенным загрязнением окружающей среды заставляет ученых и инженеров уделять все большее внимание поискам безвредных источников энергии, например энергии в Мировом океане. Океан таит в себе несколько различных видов энергии: энергию приливов и отливов, океанских течений, термальную энергию, и др. Кроме этого, морская вода – природный электролит и содержит в 1 л несметное количество разных ионов, к примеру, положительных ионов натрия и отрицательных ионов хлора. Заманчивой становится перспектива – поставить такое устройство в природный нескончаемый поток естественных морских течений и получать в результате недорогую электроэнергию из морской воды и передавать ее на берег. Одним из таких устройств может стать генератор, в котором используется магнитогидродинамический эффект. Это и стало темой исследования: “Энергетические возможности магнитогидродинамического эффекта”.
Целью исследования является описание, демонстрация и возможности использования магнитогидродинамического эффекта. Объектом исследования является: движение заряженных частиц в магнитном поле. Предмет исследования: магнитогидродинамический эффект, магнитогидродинамический генератор.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:1. Провести историко–логический анализ учебных, научных, научно–популярных источников информации.2. Выявить физические законы, принципы, которые объясняют, в чем заключается магнитогидродинамический эффект.3. Выявление возможностей использования МГД–эффекта в качестве энергетического ресурса.4. Изготовить модель, демонстрирующую магнитогидродинамический эффект.
Для наиболее эффективного решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: изучение источников информации, анализ, метод обобщений, эксперимент.
Магнитогидродинамический эффект [2] — возникновение электрического поля и электрического тока при движении электропроводной жидкости или ионизированного газа в магнитном поле. Магнитогидродинамический эффект основан на явлении электромагнитной индукции, то есть на возникновении тока в проводнике, пересекающем силовые линии магнитного поля. В данном случае, проводниками являются электролиты, жидкие металлы или ионизированные газы (плазма). При движении поперек магнитного поля в них возникают противоположно направленные потоки носителей зарядов противоположных знаков. На основе магнитогидродинамического эффекта созданы устройства — магнитогидродинамические генераторы (МГД–генераторы), которые относятся к устройствам прямого преобразования тепловой энергии в электрическую.
МГД–генератор – это энергетическая установка, в которой тепловая энергия рабочего тела (электролита, жидкого металла или плазмы) преобразуется непосредственно в электрическую. Еще в 1832 году Майкл Фарадей [3] пытался обнаружить ЭДС между электродами, опущенными в реку Темзу (в потоке речной воды есть ионы растворённых солей, движущиеся в магнитном поле Земли), но чувствительность измерительных приборов была слишком мала, чтобы обнаружить ЭДС. А в 1970–80– е годы возлагались большие надежды на создание промышленных МГД–генераторов, использующих плазму (поток ионизированного газа), велись многочисленные разработки, строились экспериментальные МГД–генераторы, но постепенно всё затихло.
Достаточно подробно о принципе работы МГД–генераторов рассказывается в одном из выпусков журнала “Двигатель” [4].С одной стороны, МГД – генераторы имеют широкие возможности применения, с другой стороны, они не очень распространены. Попробуем разобраться в этом вопросе. Изучив соответствующую литературу [5, 6, 7], мы составили список преимуществ и недостатков МГД–генераторов.
* Очень высокая мощность, до нескольких мегаватт на не очень большую установку* В нём не используются вращающиеся детали, следовательно, отсутствуют потери на трение.* Рассматриваемые генераторы являются объемными машинами – в них протекают объемные процессы. С увеличением объема уменьшается роль нежелательных поверхностных процессов (загрязнения, токов утечки). В то же время увеличение объема, а с ним и мощности генератора практически ничем не ограничено (и 2 ГВт, и более), что соответствует тенденции роста мощности единичных агрегатов.* При более высоком к.п.д. МГД-генераторов существенно уменьшается выброс вредных веществ, которые обычно содержатся в отработанных газах.* Большой успех в технической отработке использования МГД – генераторов для производства электрической энергии был достигнут благодаря комбинации магнитогидродинамической ступени с котельным агрегатом. В этом случае горячие газы, пройдя через генератор, не выбрасываются в трубу, а обогревают парогенераторы ТЭС, перед которыми помещена МГД – ступень. Общий КПД таких электростанций достигают небывалой величины – 65%* Высокая маневренность
* Необходимость применения сверх жаропрочных материалов. Угроза расплавления. Температура 2000 – 3000 К. Химически активный и горячий ветер имеет скорость 1000 – 2000 м/с* Генератор вырабатывает только постоянный ток. Создание эффективного электрического инвертора для преобразования постоянного тока в переменный.* Среда в МГД-генераторе с открытым циклом – химически активные продукты сгорания топлива. В МГД-генераторе с замкнутым циклом – хотя и химически неактивные инертные газы, но зато очень химически активная примесь (цезий)* Рабочее тело попадает в так называемый МГД-канал, где и происходит возникновение электродвижущей силы. Канал может быть трех видов. Надежность и продолжительность работы электродов – общая проблема всех каналов. При температуре среды в несколько тысяч градусов электроды весьма недолговечны.* Несмотря на то, что генерируемая мощность пропорциональна квадрату индукции магнитного поля, для промышленных установок требуются очень мощные магнитные системы, гораздо более мощные, чем опытные.* При температуре газа ниже 2000° С в нем остается так мало свободных электронов, что для использования в генераторе она уже не годится. Чтобы не расходовать зря тепло, поток газа пропускают через теплообменники. В них тепло передается воде, а образовавшийся пар подается в паровую турбину.* На данный момент наиболее широко изучены и разработаны плазменные МГД-генераторы. Информации о МГД-генераторах, использующих в качестве рабочего тела морскую воду, не найдено.
Из этого списка видно, что имеется целый ряд проблем, который еще необходимо преодолеть. Эти трудности решаются многими остроумными способами.
В целом этап концептуальных поисков в области МГД–генераторов в основном пройден. Еще в шестидесятых годах прошлого века были проведены основные теоретические и экспериментальные исследования, созданы лабораторные установки. Результаты исследований и накопленный инженерный опыт позволили российским ученым в 1965 г. ввести в действие комплексную модельную энергетическую установку “У–02”, работавшую на природном топливе. Несколько позднее было начато проектирование опытно–промышленной МГД–установки “У–25”, которое проводилось одновременно с исследовательскими работами на “У–02”. Успешный пуск этой первой опытно–промышленной энергетической установки, имевшей расчетную мощность 25 МВт, состоялся в 1971 г.
В настоящее время на Рязанской ГРЭС используется головной МГД–энергоблок 500 МВт, включающий МГД–генератор мощностью около 300 МВт и паротурбинную часть мощностью 315 МВт с турбиной К–300–240. При установленной мощности свыше 610 МВт выдача мощности МГД–энергоблока в систему составляет 500 МВт за счет значительного расхода энергии на собственные нужды в МГД–части. Коэффициент полезного действия МГД–500 превышает 45 %, удельный расход условного топлива составит примерно 270 г/(кВт–ч). Головной МГД–энергоблок запроектирован на использование природного газа, в дальнейшем предполагается переход на твердое топливо. Исследования и разработки МГД–генераторов широко развёрнуты в США, Японии, Нидерландах, Индии и др. странах. В США эксплуатируется опытная МГД–установка на угле тепловой мощностью 50 МВт. Все перечисленные МГД–генераторы используют плазму в качестве рабочего тела. Хотя, на наш взгляд, можно использовать в качестве электролита и морскую воду. В качестве примера нами проделан эксперимент, демонстрирующий МГД–эффект. Для того, чтобы продемонстрировать энергетические возможности МГД–генератора изготовлена лодка на МГД приводе.
Продемонстрировать МГД–эффект можно используя следующий набор материалов:1. Магнит;2. Соль;3. Перец;4. Батарейка;5. Медные провода.
Ход работы: 1. Делаем водный раствор соли и добавляем перец. Это необходимо для того, чтобы было видно движение потоков жидкости.2. Ставим небольшой сосуд с приготовленным раствором на магнит.3. Опускаем концы медной проволоки, присоединенные другими концами к полюсам батарейки, в приготовленный раствор (фото 1).4. Наблюдаем движение потоков жидкости между концами медной проволоки.
Фото 1
Объяснение: Раствор соли является проводником электрического тока – электролит. Электролит будет двигаться в магнитном поле, под действием силы Лоренца. В этом и заключается МГД–эффект.
Используя явление МГД–эффекта, была изготовлена лодка на МГД–приводе [8]. Используемые материалы представлены на фото 2, готовая лодка на фото 3 и 4.
Фото 2
Фото 3, 4
Лодка будет перемещаться за счет движения электролита в магнитном поле.Таким образом, можно сделать вывод о том, что МГД–электричество, несмотря на все трудности, придет на службу человеку и люди научатся использовать в полной мере энергию океана. Ведь это просто необходимо современному человечеству, потому что запасы ископаемого топлива по расчетам ученых заканчиваются буквально на глазах у ныне живущих обитателей планеты Земля!
1. Володин В., Хазановская П. Энергия, век двадцать первый.– М.: Детская литература, 1989.– 142 с.2. http://ru.wikipedia.org/ – свободная энциклопедия3. http://www.naukadv.ru – сайт “Физика машин”4. Касьян А. Напряжение плазменного смерча или просто – о МГД–генераторе //Двигатель, 2005, № 65. Магомедов А.М. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. – Махачкала: Издательско–полиграфическое объединение “Юпитер”, 19966. Ашкинази Л. МГД–генератор //Квант, 1980, № 11, С. 2–87. Кириллин В.А. Энергетика. Главные проблемы. – Москва: Знание, 1990 – 128 с.8. http://how-make.ru – Сайт для любителей мастерить своими руками.
Работу выполнила:
Володенок Анастасия Викторовна, ученица 10 класса
Руководитель:
Филатова Надежда Олеговна, к.п.н., учитель физики
МОУ Сибирский лицейг. Томск
livescience.ru
Библиографическая ссылка на статью:Подвысоцкий В.В. Прямоточный импульсный МГД-двигатель // Современная техника и технологии. 2012. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2012/04/510 (дата обращения: 07.06.2018).
В предыдущей статье http://n-t.ru/tp/ts/kd3.htm нами был рассмотрен новый тип реактивных двигателей, работающих на кинетической энергии космического аппарата (или захваченного потока вещества, в зависимости от выбора системы координат). Принцип действия предложенного типа двигателей основан на захвате и торможении встречного потока вещества. Захваченное вещество обладает огромной кинетической энергией, часть которой можно преобразовать в теплоту или электрический ток, и использовать для ускорения бортовых запасов реактивной массы. При определенных условиях реактивная сила тяги превышает силу торможения, и космический аппарат увеличивает скорость полета. Масса, импульс и кинетическая энергия космического аппарата при этом уменьшаются (в соответствии с законами сохранения).
Удельная тяга двигателей некоторых двигателей нового типа, прямо пропорциональна скорости полета космического аппарата относительно встречного потока вещества http://kuasar.narod.ru/ideas/eol/index.htm. Таким образом, удельную тягу можно увеличить либо за счет разгона космического аппарата, либо за счет ускорения встречного потока вещества. Одним из возможных источников формирования движущихся с большой скоростью встречных потоков вещества, являются химические, ядерные или термоядерные взрывные устройства (предварительно расположенные вдоль траектории полета космического аппарата). При подлете космического аппарата к взрывному устройству, инициируется взрыв. Образовавшиеся при взрыве потоки плазмы могут быть использованы для разгона космического аппарата различными способами.
Прежде всего, рассмотрим формирование потоков плазмы путем взрыва непосредственно перед космическим аппаратом (в случае, когда скорость космического аппарата превышает скорость движения продуктов взрыва). При этом разгон космического аппарата может осуществляться при помощи нового прямоточного импульсного МГД-двигателя (который является еще одним представителем типа реактивных двигателей работающих на кинетической энергии встречных потоков вещества). Предлагаемый прямоточный импульсный МГД-двигатель состоит из следующих основных частей: массозаборника, сквозной трубы, МГД-генератора, МГД- движителя, реактивного сопла.
Прямоточный импульсный МГД-двигатель работает следующим образом. При приближении к взрывному устройству по специальному сигналу происходит взрыв. Одна часть продуктов взрыва движется в сторону космического аппарата. Другая часть продуктов взрыва движется в противоположном направлении. После захвата продуктов взрыва массозаборником, внутри двигателя формируются потоки плазмы (причем скорость плазмы в конце двигателя, значительно больше, чем скорость плазмы в начале двигателя). Быстрый поток (в конце двигателя) тормозится при помощи МГД-генератора. Медленный поток (в начале двигателя) ускоряется при помощи МГД-движителя. Вырабатываемый МГД-генератором электрический ток приводит в действие МГД-движитель. Как будет показано ниже, за счет приведения скорости всей плазмы внутри двигателя к одинаковому значению, двигатель создает тяговый импульс, позволяющий осуществить разгон космического аппарата без дополнительных затрат реактивной массы.
На рис.1 изображен момент подлета космического аппарата к взрывному устройству.
Рисунок 1
1 – взрывное устройство.
2 – массозаборник.
3 – МГД-движитель.
4 – сквозная труба.
5 – МГД-генератор.
6 – реактивное сопло.
На рис. 2 изображено расположение потоков плазмы внутри двигателя (в момент включения МГД-генератора и МГД-движителя). В результате захвата продуктов взрыва внутри двигателя формируются два потока плазмы. Медленный поток (7) обозначен короткими стрелками. Быстрый поток (8) обозначен длинными стрелками. Быстрый поток (8) проходит через канал МГД-генератора, вырабатывая электрический ток. Полученный электрический ток приводит в действие МГД-движитель. Медленный поток (7) проходит через канал МГД-движителя. Скорость всей плазмы приводится к одинаковому значению.
Рисунок 2
7 – медленный поток плазмы (короткие стрелки)
8 – быстрый поток плазмы (длинные стрелки)
На рис. 3 изображено расположение потоков плазмы, приведенных к одинаковой скорости, после завершения рабочего импульса МГД-двигателя. Видно, что поток плазмы (9) проходит через канал МГД-генератора, который к этому моменту уже выключен, и не воздействует на поток плазмы (9). При скорости космического аппарата 60 км/с, и длине сквозной трубы 20 м, продолжительность рабочего импульса составит ~ 150 микросекунд.
Рисунок 3
9, 10 – потоки плазмы, приведенные к одинаковой скорости, после завершения работы МГД-двигателя (стрелки средней длины)
Сделаем приближенный расчет величины полученного тягового импульса. Скорость космического аппарата равна V. Масса продуктов взрыва равна m. Скорость расширения продуктов взрыва равна u. Поток плазмы (7) имеет скорость V – u. Поток плазмы (8) имеет скорость V + u. Эти два потока плазмы имеют примерно равную массу, а их скорость нужно привести к одинаковому значению, приведенной скорости u’
V + u > u’ > V – u (1)
Поток плазмы (8) теряет часть кинетической энергии ΔE’
ΔE’ = m[(V + u)² - u'²]/4 (2)
Поток плазмы (7) получает часть кинетической энергии ΔE”
ΔE” = m[u'² - (V - u)²]/4 (3)
Коэффициент полезного действия прямоточного импульсного МГД-двигателя k равен
k = ΔE”/ΔE’ (4)
Используя (2, 3, 4) запишем
u’²(1 + k) = k(V + u)² + (V – u)² (5)
Скорость потока плазмы (7) увеличилась на величину u’ – (V – u). Скорость потока плазмы (8) уменьшилась на величину (V + u) – u’. Таким образом, изменение импульса Δp составит
Δp = m[u' - (V - u) - (V + u) + u' ]/2 (6)
Перепишем (6) в виде
Δp = m[u' - V] (7)
Используя (7) запишем выражение для эффективной скорости истечения u(эф.)
u(эф.) = u’ – V (6)
Важным показателем эффективности работы реактивных двигателей является удельная тяга (отношение создаваемой тяги к расходу рабочего тела). В нашем случае, массовым расходом рабочего тела можно считать расход массы взрывных устройств. С учетом этого, удельная тяга P(уд.) запишется в виде
P(уд.) = u(эф.)/(9,81 м/с²) (8)
Предположим, скорость космического аппарата V = 60 км/с, скорость расширения продуктов взрыва u = 50 км/с. КПД прямоточного импульсного МГД-двигателя k = 0,8. Используя (5) получаем значение приведенной скорости u’
u’ = 73,7 км/с
Используя (6, 8) получим значение удельной тяги P(уд.)
P(уд.) = 1400 с
Скорость движения продуктов взрыва мы приняли равной 50 км/с (что соответствует удельной теплоте взрыва 1250 МДж/кг). Предположим, космический аппарат разгоняется ракетным двигателем, работающим на ядерном топливе с аналогичной удельной теплотой сгорания 1250 МДж/кг. При КПД k = 0,8 удельная тяга такого ядерного двигателя составит 4560 с. Согласно формуле Циолковского, при разгоне от 0 км/с до 60 км/с, из первоначальных 1 кг массы, остается всего 0,26 кг массы. С учетом этого, дальнейший разгон космического аппарата до скорости выше 60 км/с ядерным ракетным двигателем, эквивалентен применению прямоточного импульсного МГД-двигателя с удельной тягой 1185 с (4560 с * 0,26 кг/1 кг). Расчетная удельная тяга МГД-двигателя составляет 1400 с, следовательно, его применение в данном случае представляется более выгодным.
Согласно (5, 8) предельное значение удельной тяги в рассматриваемом режиме разгона, достигается в случае V → u. При скорости движения продуктов взрыва u = 50 км/с и КПД прямоточного импульсного МГД-двигателя k = 0.8, максимальная удельная тяга равна
P(уд.) = 2040 с
Таким образом, можно сделать следующие выводы. Формирование встречных потоков плазмы в космическом пространстве, может осуществляться при помощи химических, ядерных или термоядерных взрывных устройств. При скорости космического аппарата, превышающей скорость движения продуктов взрыва (V > u), необходимо производить взрывы непосредственно перед космическим аппаратом. Полученные потоки плазмы, используются для разгона, при помощи прямоточного импульсного МГД-двигателя. Применение прямоточного импульсного МГД-двигателя, в этих условиях, является одним из наиболее выгодных и эффективных вариантов разгона космического аппарата.
Далее коротко остановимся на работе прямоточного импульсного МГД-двигателя при полете космического аппарата со скоростью, которая меньше скорости движения продуктов взрыва. В этом случае, взрыв непосредственно перед космическим аппаратом приводит к значительным потерям плазмы. Поэтому, подрыв взрывных устройств целесообразно осуществлять либо внутри двигателя космического аппарата, либо позади космического аппарата. При взрыве внутри сквозной трубы (на участке между МГД-движителем и МГД-генератором), прямоточный импульсный МГД-двигатель работает в рассмотренном выше режиме, создавая тягу путем приведения скорости всей плазмы внутри двигателя к одинаковому значению. При подрыве взрывного устройства позади космического аппарата (либо внутри реактивного сопла), задействуется лишь МГД-генератор, для предотвращения выхода плазмы через канал сквозной трубы двигателя. В этих режимах ожидаемая эффективность прямоточного импульсного МГД-двигателя еще выше (чем в рассмотренном в данной статье основном варианте разгона, когда скорость полета космического аппарата, превышает скорость движения продуктов взрыва).
Все статьи автора «valik395»
technology.snauka.ru
Изобретение относится к усовершенствованию магнитогидродинамического электрического генератора и к его применению в двигателе на гибридном топливе для преобразования тепловой энергии топлива и/или тепловой энергии, сохраняемой в воздухе, в электрическую энергию с высоким термодинамическим коэффициентом полезного действия и высоким показателем преобразования энергии. Магнитогидродинамический генератор и двигатель на гибридном топливе, включающий данный генератор, конструкция которого позволяет осуществить прием когерентного света, генерируемого электрической стимуляцией, тепловым индуцированием и/или расширением газа, и его фокусировку в сторону плазмы газового разряда, движущейся между магнитами и токосъемными пластинами. В этом генераторе осуществляется контроль за составом лазерной газовой смеси и производится регулирование на случай неизбежных потерь в процессе работы, когда имеет место диссонация газовых молекул, особенно CO2, которые обеспечат повышение коэффициента полезного действия двигателя. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
Настоящее изобретение относится к усовершенствованию магнитогидродинамического (МГД) электрического генератора и к его применению в двигателе на гибридном топливе для преобразования тепловой энергии топлива и/или тепловой энергии, сохраняемой в воздухе, в электрическую энергию с высоким термодинамическим коэффициентом полезного действия и высоким показателем преобразования энергии. Более конкретно, изобретение связано с усовершенствованием МГД-генератора и двигателя на гибридном топливе, раскрытых автором настоящего изобретения в патенте США N 4.500.803 от 19 февраля 1985 года.
Вышеупомянутый патент США N 4.500.803 раскрывает МГД-генератор, в котором газовый поток, движущийся в замкнутом цикле, фотоионизируется лазером и пропускается через магнитное поле для индуцирования электрического тока между парой электродов, которые расположены перпендикулярно к потоку газа и к магнитному полю соответственно. Лазер, используемый для фотоионизации газа в МГД-генераторе, является газовым лазером, который объединяет в себе расширяющееся сопло для подготовки газа для лазера за счет расширения, и генератор ВЧ-диапазона для подготовки газа к лазерному излучению посредством электрического поля. Газовый лазер также имеет оптическую систему для приема лазерного излучения и его фокусировки на газовом потоке, проходящем выше электродов и магнитного поля. Эта оптическая система имеет первую пару зеркал, расположенных выше и ниже газового потока соответственно, для фокусировки лазерного излучения в осевом направлении газового потока. Она также имеет оптическую подсистему для приема лазерного излучения в направлении, поперечном к газовому потоку, и еще одну пару фокусирующих зеркал для фокусировки лазерного излучения, собранного подсистемой, в направлении, поперечном к газовому потоку. Для подогрева газа перед его проходом через электроды предусмотрен теплообменник. Для обеспечения циркуляции газа в закрытой системе также имеется компрессор. Патент США N 4.500.803 также раскрывает возможность объединения вышеупомянутого генератора с обычным двигателем разомкнутого цикла на топливе. Получающаяся конструкция составляет двигатель на гибридном топливе для преобразования тепловой энергии топлива и/или тепловой энергии, сохраняемой в воздухе, в электрическую энергию с высоким термодинамическим коэффициентом и высоким показателем преобразования энергии. В данной конкретной комбинации двигатель с разомкнутым циклом на топливе имеет последовательно расположенные камеру сгорания, в которой происходит сжигание воздуха и топлива, теплообменник МГД-генератора и тепловой двигатель для обеспечения работы компрессора МГД-генератора. В основу изобретения положена задача усовершенствовать магнитогидродинамический электрический генератор и двигатель на гибридном топливе путем приема когерентного излучения, генерируемого электрическим полем, тепловым индуцированием или расширением газа, и его фокусировка в сторону плазмы газового разряда, двигающейся между магнитами и токосъемными пластинами, а также путем обеспечения соответствующего контроля за составом лазерной газовой смеси и ее корректировка на случай неизбежных потерь в процессе работы при диссоциации газовых молекул, которые обеспечат повышение коэффициента полезного действия двигателя. Задача решается тем, что предлагается магнитогидродинамический (МГД) электрический генератор, имеющий S-образный трубопровод, один конец которого используется в качестве входа для лазерной газовой смеси, подаваемой под давлением при температуре выше 1100oС, при этом трубопровод имеет три отстоящих друг от друга участка, которые удлиняются поперек и вдоль общей оси. Первый из этих участков находится в трубопроводе у входа и удлиняется в направлении, перпендикулярном направлению общей оси. Он предназначен для того, чтобы определить первую зону генерации лазера, в которой происходит подготовка лазерной газовой смеси для лазера. Первый участок также предназначен для того, чтобы создать первый оптический резонатор, имеющий первую пару оппозитно расположенных зеркал, которые устанавливаются вдоль общей оси и юстируются таким образом, чтобы обеспечить фокусировку когерентного света, который они собирают. Одно из зеркал, а именно зеркало, находящееся в непосредственной близости от зеркала второго участка, является частично прозрачным зеркалом, обеспечивающим передачу когерентного излучения, генерированного и собранного на первом участке, в направлении второго и третьего участков трубопровода, расположенных вдоль общей оси. Второй участок трубопровода расположен ниже первого участка после расширяющегося сопла и также удлиняется в сторону перпендикулярно направлению общей оси. Этот второй участок определяет вторую зону генерации лазера, в которой происходит подготовка лазерной газовой смеси за счет расширения. Этот второй участок также предназначен для того, чтобы создать второй оптический резонатор, имеющий вторую пару оппозитно расположенных зеркал, которые устанавливаются вдоль общей оси на одной линии с общей осью и юстируются таким образом, чтобы обеспечить фокусировку когерентного света, который они собирают. Оба зеркала второй пары являются частично прозрачными зеркалами, обеспечивающими проход когерентного излучения, собранного на первом участке, на второй участок и увеличение общего количества когерентного излучения, собранного на втором участке, и затем передачу увеличенного таким образом когерентного излучения на третий участок трубопровода. Третий участок трубопровода расположен на одной линии с общей осью, и его положение ориентировано в сторону первого и второго участков этого трубопровода. Этот третий участок предназначен для того, чтобы создать третий удлиненный в осевом направлении оптический резонатор, имеющий третью пару зеркал, которые устанавливаются вдоль общей оси и юстируются таким образом, чтобы обеспечить фокусировку когерентного света, приходящего из первой и второй зон, на соосно расположенном пятне, которое ионизирует газовую смесь, проходящую через третий участок и, таким образом, преобразует ее в плазму. Одно из зеркал этой третьей пары, а именно, зеркало, расположенное в непосредственной близости от второго участка трубопровода, является частично прозрачным зеркалом, обеспечивающим проход когерентного излучения на третий участок. Электрический МГД-генератор также имеет несколько постоянных магнитов, установленных вдоль третьего участка трубопровода. У каждого магнита имеется положительный и отрицательный полюса, симметрично расположенные по отношению к общей оси. Электрический МГД-генератор имеет также несколько токосъемных пластин, установленных вдоль третьего участка трубопровода. Эти пластины сгруппированы в пары, симметрично установленные относительно общей оси таким образом, чтобы они располагались перпендикулярно как к потоку газовой смеси, проходящему через третий участок трубопровода вдоль общей оси, так и к магнитам. Каждая из пластин может быть подсоединена к нагрузке и является опорой обмотки, которая также может быть подсоединена к нагрузке. В процессе использования, когда газовая смесь подается в трубопровод и осуществляется ее подготовка для лазера на первом и втором участках, на третьем участке вследствие этого происходит очень эффективное индуцирование электрического тока за счет известного магнитогидродинамического действия и одновременно благодаря эффекту Фарадея. Первый участок трубопровода может быть оперативно подсоединен к генератору ВЧ- диапазона для того, чтобы подготовить газовую смесь для лазера посредством электрического поля через ВЧ-индуцирование на первом участке или путем прямого электрического разряда. Первый участок трубопровода может быть также оперативно подсоединен к газовой горелке для того, чтобы подготовить газовую смесь для лазера подогревом. Целесообразно, чтобы МГД-генератор мог дополнительно иметь устройство для контроля газовой смеси, имеющее по меньшей мере один газовый сенсор, размещаемый в трубопроводе для того, чтобы проверить состав газовой смеси и сигнализировать о необходимости проведения коррекции. Предпочтительно, чтобы такое устройство контроля обеспечивало поступление на вход трубопровода лазерной газовой смеси такого состава: N2 - 88 - 89%, CO2 - 8 - 10% и Н2О - не менее 4%. Целесообразно для повышения плотности газовой смеси, проходящей через третий участок, чтобы он имел сужение поперечного сечения. На третьем участке может быть предусмотрен по меньшей мере один инжектор для увеличения количества газа, проходящего через третий участок, и для защиты токосъемных пластин. Задача решается тем, что предлагается двигатель на гибридном топливе для преобразования тепловой энергии топлива и/или тепловой энергии, содержащейся в воздухе, в электрическую энергию с высоким КПД и высоким показателем преобразования энергии. Этот двигатель на гибридном топливе включает: а) систему электрического МГД-генератора замкнутого цикла, имеющую по порядку; усовершенствованный МГД-генератор, раскрытый выше, и компрессор для подачи лазерной газовой смеси в МГД-генератор через теплообменник, систему, также имеющую генератор лазерного газа с резервуаром-хранилищем для генерирования лазерной газовой смеси и ее подогрева, замкнутый цикл и скруббер; б) двигатель на топливе с разомкнутым циклом, имеющий по порядку: камеру сгорания, в которой сжигаются воздух и топливо, теплообменник системы МГД-генератора и тепловой двигатель для приведения в действие компрессора системы МГД-генератора. Желательно, чтобы топливный двигатель дополнительно имел воздушный компрессор, работающий от теплового двигателя для сжигания воздуха, подаваемого в камеру сгорания. Целесообразно, чтобы тепловой двигатель представлял собой турбину и эта турбина, воздушный компрессор и компрессор системы магнитогидродинамического генератора были бы установлены на одном и том же валу. Целесообразно, чтобы система магнитогидродинамического генератора имела турбину для регистрации энергии из газа и подачи этой регенерированной энергии в компрессор системы магнитогидродинамического генератора, при этом турбина должна устанавливаться на том же валу, что и вышеупомянутый компрессор. Изобретение будет лучше понято после ознакомления с нижеследующим свободным описанием двух предпочтительных вариантов осуществления изобретения с использованием ссылок на прилагаемых чертежах. На фиг. 1 представлена схема усовершенствованного МГД-генератора, согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения; на фиг. 2 приведена блок-схема МГД-генератора, показанного на фиг. 1, с другими компонентами, необходимыми для приведения генератора в действие; на фиг. 3 приведено схематическое изображение входа усовершенствованного МГД-генератора, согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения; на фиг. 4 представлено схематическое изображение двигателя на гибридном топливе, объединяющего МГД-генератор, показанный на фиг. 2, с двигателем на топливе. На фиг. 2 видно, что магнитогидродинамический (МГД) электрический генератор 1, согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения, предназначен для работы на лазерной газовой смеси, предпочтительно, следующего состава: N 2 - 88 - 89%, СО2 8 - 10%, уравновешивающим элементом является вода. Такая лазерная смесь поступает из источника 3 лазерного газа, который может быть резервуаром-хранилищем (не показан) или горелкой, в которой C6H6 сжигается с N2O или C6h20 или C6h22 сжигаются с воздухом. Известно, что такая лазерная газовая смесь обладает высокой отдачей и ее промышленное производство хорошо известно специалистам в этой области и нет необходимости более объяснять это. Лазерная газовая смесь из источника 3 поступает в компрессор 5, который подает ее далее к МГД-генератору под давлением около 10 атм. Компрессор 5 приводится в действие внешним источником энергопитания. Об этом будет сказано ниже. Перед входом в МГД-генератор лазерная газовая смесь, выходящая из компрессора 5, проходит через теплообменник 7 для подогрева смеси до температуры выше 1100oC , если это необходимо, т.е. в том случае, когда лазерная газовая смесь, поступающая из источника 3 лазерного газа и компрессора 5, еще не достигла температуры, необходимой для того, чтобы обеспечить требуемый КПД лазера. Лазерная газовая смесь, которая выходит из МГД-генератора 1 проходит через тепловой двигатель 9, который может быть турбиной или двигателем Стирлинга. Назначение теплового двигателя (регенерировать как можно больше энергии из лазерной газовой смеси, выходящей из МГД-генератора 1, и возвратить регенерированную энергию обратно в компрессор 5 через ведущий вал 11 внешнего энергоисточника питания. При рассмотрении фиг. 1 видно, что МГД-генератор 1, согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения, имеет S-образный трубопровод 13 со входом 15, через который подается под определенным давлением подобранная лазерная газовая смесь с необходимой температурой. Благодаря своей форме трубопровод 13 имеет три разнесенных участка 17, 19 и 21 соответственно, которые удлиняются поперек и вдоль общей оси А. Первый участок 17 находится вблизи входа 15 и удлиняется поперек общей оси А. Он предназначен для того, чтобы определить первую зону генерации лазера, в которой лазерная газовая смесь готовится для лазера электрической стимуляцией или ВЧ-индуцированием, осуществляемым генератором 23 ВЧ-диапазона, подсоединенным к кольцевому лазерному резонатору, к резонатору с закругленными зеркалами или к резонатору со связью через отверстие. Подобное оборудование хорошо известно специалистам в этой области и далее нет необходимости описывать его. Первый участок 17 трубопровода также предназначен для того, чтобы создать первый оптический резонатор. Для этой цели первый участок 17 имеет пару оппозитно расположенных зеркал 25 и 27, которые могут иметь водяное охлаждение и которые устанавливаются на одной линии с осью А и юстируются для того, чтобы обеспечить фокусировку когерентного света, который они собирают. Зеркало 25 на вершине S-образного трубопровода является плоским зеркалом. Зеркало 27, которое обращено к зеркалу 25, является частично прозрачным зеркалом, которое может быть сферическим стеклом Брюстера, зеркалом со щелью, действующим в качестве лазерного отвода поперечной моды и в качестве регулятора СВЧ-диапазона. Это зеркало 27 позволяет осуществлять сбор когерентного света, генерируемого между зеркалами 25 и 27 на первом участке 17 трубопровода в поперечном направлении, и передаваемого в направлении второго и третьего участков 19 и 21 трубопровода, как это будет сейчас объяснено. Лазерная газовая смесь, уходящая с первого участка 17 трубопровода 13, затем проходит через расширяющееся сопло 29, которое становится шире на втором участке 19 трубопровода. Газовый поток, расширяющийся благодаря этому соплу 29, подготавливает среду для лазера расширением на втором участке 19 трубопровода, тем самым определяя вторую зону генерации лазера. Как и первая зона, вторая зона генерации лазера предназначена для того, чтобы создать второй оптический резонатор. Для этой цели она имеет пару оппозитно расположенных зеркал 31 и 33, которые устанавливаются на одной линии с осью А и юстируются для обеспечения фокусировки когерентного света, который они улавливают за расширяющимся соплом 29. Эти частично прозрачные зеркала 31 и 33 являются светопроводящими и для них можно также предусмотреть водяное охлаждение. Они пропускают когерентное излучение, которое генерируется в первой зоне, далее и тем самым "усиливают" когерентное излучение во второй зоне генерации лазера. Наконец, лазерная газовая смесь, уходящая со второго участка 19, попадает на третий участок 21 S-обраэного трубопровода, который, в отличие от первого и второго участков, не расположен поперек оси А, а наоборот, он находится на одной прямой с осью А и ориентирован в сторону первого и второго участков, как это четко видно на фиг. 1. И вновь, третий участок предназначен для того, чтобы создать третий соосно удлиненный оптический резонатор. Для этой цели он имеет пару оппозитно расположенных зеркал 35 и 37, которые устанавливаются на одной линии с осью А и юстируются, чтобы обеспечить фокусировку когерентного излучения, приходящего из первой и второй зон генерации лазера, на пятне, которое, конечно, находится на оси А. Конечно, для того, чтобы когерентное излучение могло пройти на третий участок 21, зеркало 35, которое расположено по соседству со вторым участком 19, должно быть светопроводящим. Другое зеркало 37 может быть плоским и, если необходимо, оба они могут иметь водяное охлаждение. Как показано на фиг. 1, на противоположных боковых сторонах третьего участка 21 трубопровода 13 установлено несколько постоянных магнитов 41, положительные и отрицательные полюса которых симметрично расположены по отношению к оси А. На боковых сторонах третьего участка 21 трубопровода также установлено несколько пластин 43, удерживающих обмотки. Предпочтительно, чтобы в качестве пластин использовались сегментообразные пластины. Пластины устанавливаются парами симметрично по отношению к оси А и вдоль ее. Пятно 39 генерируется всем когерентным светом, который собран и сфокусирован на первом и втором участках 17 и 19 трубопровода и затем перенесен в виде лазерного луча, соосного оси А, на третий участок 21 трубопровода через зеркала 27, 31, 33 и 35. Пятно 39, полученное при фокусировке лазерного луча зеркалами 35 и 37, ионизирует газ, движущийся по этому третьему участку 21 вдоль оси А и, таким образом, генерирует плазму, которая проходит между магнитами 41 и пластинами 43, которые расположены перпендикулярно друг к другу и к оси А. Это, в свою очередь, вызывает индуцирование электрического тока за счет обычного магнитогидродинамического действия, при этом вырабатываемый ток собирается и подается на нагрузку (не показано) от пластин 43, которые расположены перпендикулярно как к газовому потоку, так и к магнитам 43. Можно также понять, что плазма, генерируемая пятном 39, которое само по себе создается лазерным лучом, проникающим на третий участок 21 трубопровода, может двигаться вдоль оси А к источнику лазера (т.е. в сторону первого и второго резонаторов, определяемых первым и вторым участками 17 и 19 трубопровода). Это движение плазмы в сторону лазерного луча представляет особый интерес, поскольку оно вызывает образование дополнительного электричества благодаря эффекту Фарадея. Это дополнительное электричество накапливается в обмотках, окружающих пластины 43, и также подается на нагрузку. Далее можно понять, что удельная проводимость плазмы изменяется в зависимости от температуры, цвет плазмы меняется от полной прозрачности до матового оттенка. В последнем случае уже отсутствует поступление энергии для удержания структуры плазмы, которая вновь становится прозрачной. Затем образуется новое пятно и от пункта образования снова начинает движение вперед. Конечно, этот процесс идет непрерывно, пока работает МГД-генератор. Таким образом, конкретная структура МГД-генератора 1 позволяет пятну 39 двигаться на третьем участке трубопровода. Так как любое движение пятна 39 обязательно будет осуществляться вдоль оси А, дополнительная энергия будет непрерывно генерироваться под воздействием эффекта Фарадея, как было объяснено выше. Если необходимо, для нейтрализации обратного тока, возникающего при обратном движении пятна, может быть предусмотрена постановка емкостного конденсатора. Для генерирования как можно большего количества энергии важно, чтобы плотность газовой смеси, проходящей через третий участок 21 трубопровода, была высокой. Для выполнения этого требования можно или уменьшить диаметр третьего участка трубопровода, как это показано на фиг. 1, или предусмотреть постановку одного или нескольких газовых эжекторов 44 на входе третьего участка 21, чтобы увеличить количество газа, проходящего через этот участок. Целесообразно, чтобы расположение таких инжекторов 44 обеспечивало впрыск газа вблизи внутренних стенок третьего участка с тем, чтобы прикрыть магниты 41 и токосъемные пластины: 43. Ранее было заявлено, что для получения высокого коэффициента полезного действия важно, чтобы лазерная газовая смесь содержала N2 - 88 - 89%, CO2 - 8 - 10% и h3О - менее 4%. В процессе работы было установлено, что со временем состав лазерной газовой смеси может значительно изменяться, особенно, если имеет место рециркуляция газовой смеси, так как лазерный луч, ударяя молекулы СО2, расщепляет их. Для обеспечения постоянства требуемого состава лазерной газовой смеси, подаваемой в МГД-генератор 1, можно воспользоваться устройством 45 (фиг. 2) для контроля газовой смеси, имеющим один или несколько газовых сенсоров, которые можно разместить в трубопроводе между первым и вторым участками 17 и 19, для проверки содержания CO2 и/или N2, и/или h3O в смеси и проведения соответствующей регулировки на источнике 3 лазерной газовой смеси. На фиг. 3 видно, что электрический МГД-генератор 1, согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения, имеет прямое сходство с МГД- генератором, показанном на фиг. 1. По этой причине идентичным структурным элементам присвоены те же номера ссылок, что и на фиг. 1. Действительно, единственное различие между этим вторым вариантом и первым вариантом осуществления изобретения заключается в способе, который используется для подготовки газовой смеси для лазера в первой зоне генерации лазера, определяемой первым участком 17 трубопровода 13. В этом варианте используется возбуждение газовой смеси теплом, выделяемом пламенем 47 (фиг. 3) газовой горелки 49 в первом оптическом резонаторе. Альтернативный метод представляет особый интерес: (1) он не требует электричества и, таким образом, не оказывает отрицательного действия на общий электрический КПД всей системы; (2) он гарантирует, что газ, поступающий в МГД-генератор 1, имеет необходимую повышенную температуру, тем самым делает необязательным установку теплообменника 7 выше МГД-генератора по ходу движения потока, как это показано на фиг. 1; (3) он может быть использован для регулировки и/или коррекции лазерной газовой смеси, тем самым делает необязательным установку источника лазерного газа с системой 45 контроля газовой смеси. Ранее было заявлено, что независимо от выбора варианта осуществления изобретения, циркуляция газа в трубопроводе 13 МГД-генератора осуществляется компрессором 5, который подсоединен к внешнему источнику питания. Газ, выходящий из теплового двигателя 9, может быть также возвращен в источник 3 лазерного газа, чтобы завершить контур или цикл 51 (см. фиг. 4). В таком случае может быть предусмотрена установка скруббера 53, имеющего связь с атмосферой, для поддержания постоянного количества газа в закрытом контуре даже в том случае, когда туда вводится дополнительный газ из источника лазерного газа или при использовании горелки для регулирования концентрации смеси лазерного газа, поступающего в МГД-генератор. В любом случае будет понятно, что при таком положении, когда газ циркулирует в закрытой системе, термодинамический КПД системы будет очень хорошим, по сравнению с известными генераторами. Согласно еще одному варианту изобретения, который показан на фиг. 4, целесообразно, чтобы внешний источник питания, необходимый для работы компрессора 5, был представлен двигателем с разомкнутым циклом на топливе, использующим тепловую энергию топлива и/или воздуха при разомкнутом цикле в качестве источника питания для компрессора 5 и в качестве источника тепла для теплообменника 7. Этот двигатель с разомкнутым циклом на топливе может иметь воздухозаборник 55 для забора воздуха из атмосферы. Этот воздух может уже иметь тепловую энергию, сохраняемую в нем, от солнечного коллектора, ветрового коллектора или от них обоих. Однако он может быть также и обычным воздухом. Из компрессора 57 этот воздух направляется в камеру 59 сгорания, в которой он сжигается с топливом, если количество сохраняемой воздухом энергии недостаточно. Камера 59 сгорания подсоединена к теплообменнику 7 или объединена с ним. В теплообменнике лазерная газовая смесь, движущаяся в замкнутом контуре 51, подогревается. Топливо подается в камеру 59 сгорания из резервуара-хранилища (не показано) по топливной линии 61 самотеком. Горячий рабочий газ и/или воздух, выходящий из камеры 59 сгорания, подается в тепловой двигатель 63, который может представлять турбину или двигатель Стирлинга, чтобы извлекать энергию для работы компрессора 57. Эта энергия также используется для работы компрессора 5 замкнутого контура 51 через ведущий вал. Следует отметить, что когда в качестве тепловых двигателей используются турбины, целесообразно, чтобы все компрессоры и турбины были бы установлены на один и тот же вал 11, как это показано на фиг. 4, и оба цикла могли запускаться одновременно пусковым мотором, также посаженным на этот вал 11. Следует также заметить, что выхлопные газы и/или воздух из теплового двигателя 63 могут быть также использованы для подогрева воздуха, поступающего в контур через дополнительный теплообменник 67, чтобы еще более повысить КПД двигателя на гибридном топливе. Вышеописанный двигатель на гибридном топливе обладает высокой эффективностью для преобразования тепловой энергии топлива и/или тепловой энергии, сохраняемой в воздухе, в электрическую энергию. Так как температура лазерного излучения высокая по сравнению с температурой выхлопных газов, она имеет высокий термодинамический коэффициент. Более того, поскольку топливо сжигается во внешней камере 59 сгорания, температуру и давление двигателя можно контролировать. Таким образом, загрязнение также может находиться под контролем и может быть уменьшено. Для работы может быть использовано любое топливо, даже уголь, что делает изобретение особенно нужным для некоторых стран, в которых угля вполне достаточно, а электричества мало. Если в качестве источника тепла в камере 59 сгорания используется уголь, выхлопные газы не следует направлять непосредственно в тепловую турбину, поскольку разлетающийся уголь может повредить лопасти. Поэтому, в этом случае для передачи тепловой энергии турбине и компрессору следовало бы использовать теплообменник, использующий воздух. Вышеописанный двигатель легко масштабировать. Поэтому он может генерировать электроэнергию в количествах от Вт до МВт. Очевидно, что в форму, размеры и расположение деталей двигателя можно внести различные изменения. Например, вместо элементов, показанных на чертежах и описанных здесь, могут быть использованы эквивалентные элементы, и компоненты могут быть поставлены в обратном порядке. Более того, некоторые признаки изобретения могут быть использованы независимо от использования других признаков без отклонения от сущности или не выходя из рамок изобретения, как определено в прилагаемой формуле.Формула изобретения
1. Магнитогидродинамический электрический генератор, содержащий S-образный трубопровод, имеющий один конец, действующий в качестве входа для лазерной газовой смеси, подаваемой под давлением при температуре выше 1100oC, трубопровод имеет три отдельно отстоящих участка, которые удлиняются поперек и вдоль общей оси, при этом первый участок из вышеупомянутых участков, находящийся вблизи входа и удлиненный поперек общей оси, предназначен для определения первой зоны генерации лазера, в которой готовится лазерная газовая смесь для лазера, при этом первый участок предназначен для создания первого оптического резонатора, имеющего первую пару оппозитно расположенных зеркал, которые устанавливаются вдоль общей оси и юстируются, чтобы обеспечить фокусировку когерентного света, который они собирают, при этом одно из зеркал первой пары, а именно зеркало, расположенное в непосредственной близости от второго участка из названных участков, является частично прозрачным зеркалом, чтобы обеспечить передачу когерентного света, генерируемого и собираемого в первой зоне, в сторону второго участка и третьего участка из вышеупомянутых участков вдоль общей оси; второй участок из вышеупомянутых участков, расположенный ниже первого участка после расширяющегося сопла и также удлиненный поперек общей оси, при этом второй участок, определяющий вторую зону генерации лазера, в которой готовится лазерная газовая смесь для лазера расширением, при этом второй участок также предназначен для создания второго оптического резонатора, имеющего вторую пару оппозитно расположено расположенных зеркал, которые устанавливаются вдоль оси и юстируются для обеспечения фокусировки когерентного света, который они собирают, при этом оба зеркала второй пары, являющиеся частично прозрачными зеркалами для обеспечения продвижения когерентного света, собранного в первой зоне, во вторую зону и увеличения общего количества когерентного света, собираемого во второй зоне, и затем для передачи этого увеличенного количества когерентного света на третий участок трубопровода; третий участок из названных участков, устанавливаемый вдоль общей оси и ориентированный в сторону первого и второго участков трубопровода, при этом третий участок предназначен для создания третьего соосно удлиненного оптического резонатора, имеющего третью пару зеркал, которые устанавливаются вдоль общей оси и юстируются для обеспечения фокусировки когерентного света, приходящего из первой и второй зон, на соосно расположенном пятне, которое ионизирует газовую смесь, проходящую через вышеупомянутый третий участок и, таким образом, преобразует ее в плазму, при этом одно из зеркал третьей пары, а именно зеркало, находящееся в непосредственной близости от второго участка трубопровода, является частично прозрачным для обеспечения движения вышеупомянутого когерентного света на третий участок; при этом на третьем участке вследствие подачи газовой смеси в трубопровод и подготовки для лазера на первом и втором участках, происходит индуцирование электрического тока за счет магнитогидродинамического действия одновременно с эффектом Фарадея; несколько постоянных магнитов, расположенных вдоль третьего участка трубопровода, при этом магниты имеют положительные и отрицательные полюса, симметрично расположенные по отношению к общей оси; несколько токосъемных пластин, расположенных вдоль вышеупомянутого третьего участка трубопровода, при этом пластины сгруппированы в пары, симметрично расположенные относительно общей оси и расположенные перпендикулярно как к потоку газовой смеси, проходящему через третий участок трубопровода вдоль общей оси, так и к магнитам, причем каждая из пластин может быть подсоединена на нагрузку и служит опорой для обмотки, которая также может быть подсоединена к вышеупомянутой нагрузке. 2. Магнитогидродинамический электрический генератор, согласно п.1, отличающийся тем, что первый участок вышеупомянутого трубопровода подсоединен к генератору ВЧ -диапазона для подготовки газовой смеси для лазера посредством электрического поля или ВЧ-индуцирования на вышеупомянутом первом участке. 3. Магнитогидродинамический генератор, согласно п.1, отличающийся тем, что первый участок вышеупомянутого трубопровода подсоединен к газовой горелке для подготовки газовой смеси для лазера посредством подогрева. 4. Магнитогидродинамический генератор, согласно любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что содержит устройство для контроля газовой смеси, включающее, по меньшей мере, один газовый сенсор, установленный в трубопроводе для проверки состава газовой смеси и для сигнализации о необходимости коррекции. 5. Магнитогидродинамический генератор, согласно п.4, отличающийся тем, что третий участок трубопровода имеет сужение поперечного сечения, чтобы повысить плотность газовой смеси, проходящей через вышеупомянутый третий участок. 6. Магнитогидродинамический генератор, согласно п.4, на третьем участке трубопровода предусмотрен по меньшей мере один инжектор для увеличения количества газа, проходящего через этот третий участок и для защиты токосъемных пластин. 7. Магнитогидродинамический генератор, согласно любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что вышеупомянутая лазерная газовая смесь, подаваемая на вход трубопровода, после регулировки имеет следующий состав: N2-88-89%, CO2-8-10% и Н2О - не менее 4%. 8. Двигатель на гибридном топливе для преобразования тепловой энергии топлива и/или тепловой энергии, содержащейся в воздухе, в электрическую энергию с высоким термодинамическим КПД и высоким показателем преобразования энергии, имеющий систему электрического магнитогидродинамического генератора замкнутого цикла, имеющую по порядку: магнитогидродинамический генератор согласно любому из пп.1 - 7, и компрессор для подачи лазерной газовой смеси в магнитогидродинамический генератор через теплообменник, вышеупомянутая система имеет источник лазерного газа для генерации лазерной газовой смеси, средства для регулировки концентрации газовой смеси для закрытого цикла и скруббер; и двигатель на топливе с разомкнутым циклом, имеющий по порядку камеру сгорания, в которой сжигаются воздух и топливо, теплообменник системы магнитогидродинамического генератора и тепловой двигатель для приведения в действие компрессора системы магнитогидродинамического генератора. 9. Двигатель согласно п. 8, отличающийся тем, что топливный двигатель дополнительно имеет воздушный компрессор, также работающий от теплового двигателя. 10. Двигатель согласно п. 9, отличающийся тем, что тепловой двигатель представляет собой турбину, и эта турбина, воздушный компрессор и компрессор системы магнитогидродинамического генератора установлены на одном и том же валу. 11. Двигатель согласно п.10, отличающийся тем, что система магнитогидродинамического генератора имеет турбину для регенерации энергии из газа и подачи этой регенерированной энергии в компрессор системы магнитогидродинамического генератора, при этом турбина устанавливается на том же валу, что и компрессор.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4www.findpatent.ru
