Инерционный двигатель

Содержание

Гравитационно инерционный двигатель или кому нужна антигравитация

Хочется сразу уточнить что речь пойдет о двигателе то есть, о моторе- устройстве преобразующем какую либо энергию (бензин,электричество …)в поступательное движение путем взаимодействия с гравитационным полем окружающем нас .Немного истории. Теорией гравитации я начал заниматься ещё в школьные годы когда понял что современной науке об этом ничего толком не известно .

Поступил в университет на физфак и благополучно кончил его . Работал конструктором радиоэлектронной аппаратуры при этом получил диплом патентоведа и метролога потом перестройка ну чем бы не занимался продолжал собирать всю возможную информацию ,читать все до чего мог дотянутся и ставить опыты проверяя сложенные вместе кусочки информации – так что получившаяся теория имеет эмпирические корни .

Когда понимание протекающих процессов стало полным начал обращаться, в основном через интернет ,к нашим ученым мужьям адреса которых удавалось найти (обратите внимание практически все статьи на любую серьезную тему не имеют обратного адреса) но ответа не от кого не было .

В результате, добрые люди, мне сказали что теории много и для того чтобы доказать ее состоятельность нужно чтобы она как минимум объясняла процессы происходящие во вселенной . Пришлось заняться астрономией ,провозился с пол года , несколько переработал теорию все встало на свои места.

Опять начались переговоры , и опять нашёлся добрый человек который подсказал – что теория это хорошо но не достаточно ,вот если я на основе своей теории сумею создать устройство которое пусть даже не летает но без выбросов массы и приводов на колеса будет само двигаться в выбранном направлении то это будет сто процентным доказательством и тогда …

Самым сложным было выбрать на основе чего сделать такое устройство – хотя руки растут откуда надо но возможности … Начались походы на барахолку с поиском того что может подойти .Остановился на двух вариантах как наиболее доступных –на твердом активном теле и на жидком, параллельно обшаривал интернет чтобы убедится что такова никто не делал чтобы не обвинили в плагиате, слава богу за три месяца пока делал тележку на грави тяге , ничего не нашёл.

Сейчас читают: ПОЧЕМУ ЛОМАЮТСЯ БОЛТЫ И КАК ОТКРЫТЬ ЗАКРЫТЫЙ ИЛИ ПОВРЕЖДЕННЫЙ БОЛТ 5 СПОСОБОВ

Не совсем что у меня но все же – адрес виден .Остается вопрос – А если разработчиком нового является не научно исследовательский институт содержащий сотни человек и поедающий миллионы из гос. бюджета , а человек одиночка то государству или кому ни будь это нужно .

Странно но в жизни я больше всего зарабатывал на новшествах — первым освоил технологию или освоил новую технику . Правда здесь речь идет не о мелочи , и все чувствуют подспудно что пока ничего серьезного нет то государство молчит , а если появятся явные успехи .

Ведь за последние годы экспериментируя я заметил несколько весьма интересных эффектов связанных с гравитацией , скажем управление скоростью естественного радиационного распада . Скажете чушь , а поройтесь в интернете и легко найдете результаты экспериментов в которых один и тот же прибор на разных параллелях земли дает различные результаты значительно превышающую статистическую ошибку , а ведь разница в уровнях гравитационного поля мизерна .

Может для кого то это прозвучит кощунством но ускорение свободного падения на различных параллелях разное , немного но разное . последним доводом предлагаю вспомнить что сброшенная американцами атомная бомба на луну не взорвалась , а ведь этот эксперимент готовили отнюдь не дураки .

В одном из экспериментах мне удалось получить потерю веса предметом в определенной камере более 20 процентов . А какое пременение возможно в военном деле .

А вот ответ на письмо которое я послал президенту России с предложением продолжить разработки на государственном уровне – из которого на прямую следует что они и только они УЧЕНЫЕ будут решать а нужно ли это государству , и это те самые которые даже не понимают за счет чего происходит движение или точнее откуда что берется .

Попробуйте найти хоть в интернете хоть в учебниках ответ на вопрос — почему раскрученный волчек стабилизируется в пространстве , ведь это явление изучено и широко применяется хотя бы в гироскопах . И таких вопросов можно привести много , к ним и относится моя модель . Отсюда вспоминается басня Крылова — как не полезна вещ , цены не зная ей , невежда про нее свой толк все к худу клонит ….

Попросту говоря отфутболили ,да и не мудрено если никто не может объяснить почему и за счет чего же модель движется зато можно пофантазировать типа что пол имел наклон аж в один два три градуса и поэтому за счет вибрации моделька в три кило весом набрала за три секунды скорость в 10 км час или посетовать что не хватает каких либо замеров сделанных с помощью специальных приборов которых у простого человека дома попросту не может быть, а на основании этого сделать вывод – что это оптический обман зрения и внимание на это обращать не стоит .

Ну и последнее , для тех кто захочет повторить конструкцию и убедится в ее работоспособности . Первое — откажитесь от шаров как рабочего тела по той простой причине что за счет вращения во время движения слишком низкий коэффициент преобразования массы .

Лучше всего грузик на телескопической ( одной или двух направляющих ) штанг с небольшими колёсиками по краям, для уменьшения сопротивления во время движения . В идеале можно предусмотреть скольжение по поверхности жидкости или масла разбрызганной перед грузом. Вариантов усовершенствований вижу множество .

А вот математическое обоснование такого варианта двигателя . Расчет делался исходя из расчета по физической формуле центробежной силы .А рядом сделан расчет устройства с реалистичными размерами и массой грузов в 10 килограмм , диаметр рабочей зоны чуть меньше метра так что R1 составляет 0.

Игрушки «смешной повар», «шагающий пингвин» и «доктор айболит»

Совет отметил, что наряду с игрушками хорошего качества, к сожалению, много и устаревших. Было предложено снять с производства 15 видов игрушек низкого качества, заменив их новыми интересными моделями. Особое внимание обращено на то, что отсутствуют игрушки, управляемые по радио, наборы для занятий по конструированию, настольные железные дороги, автотрассы.

Микроэлектродвигатели имеют малую мощность, низкий коэффициент полезного действия, что отражается на качестве игрушек. Совет предложил промышленным предприятиям обратить особое внимание на выпуск высококачественных электро-механических игрушек, отражающих достижения нашей страны в области радиоэлектроники, авиастроения, ракетостроения, космонавтики и пр.

Из журнала «Новые товары», 1968 год

Номинация «Первые открытия»

Здравствуйте, меня зовут Дима Подпоринов. Это мой брат Денис. (Денис выставляет и по очереди заводит игрушки, направляет их движение по прямой). Скажите, пожалуйста, что общего в этих игрушках? Действительно, все эти игрушки могут двигаться, они заводные.

Тема нашего исследования: «Тайна черной коробочки, или Почему едет машинка?»

Наша цель : узнать, какой механизм приводит в движение заводные игрушки.

Произвести вскрытие одной игрушки и рассмотреть механизм.
Понять, как он работает, выделить его свойства.

Наши гипотезы: Я думаю, что внутри игрушки есть пружина, она прыгает и игрушка прыгает. А Денис думает, что внутри игрушки есть моторчик. Он и приводить её в движение.

Рассмотреть, что внутри заводной игрушки.
Обследовать части моторчика, если таковой там найдется, выявит их свойства.

Папа помог нам раскрутить одну поломанную заводную игрушку. Внутри оказалась черная коробочка с колесиками. Колёсики были пластмассовыми и с зубчиками, они цеплялись друг за друга. Наш папа сказал, что они называются шестеренками. Сквозь коробочку проходит палочка, называется ось. На одном её конце прикрепляется ключ, которым заводят игрушку, а другой конец был внутри коробки.

Что же там внутри? Папа поддел ножом коробочку, и оттуда неожиданно выскочила тоненькая металлическая пластинка. Она оказалась очень длинной и в коробочке лежала свернутой. Это была пружина. Главное её свойство в том что она может скрутиться и занимать очень мало места, а когда она раскручивается она раскручивает ось за которую прикреплена, ось крутит шестеренки, шестеренки крутят друг друга и последняя заставляет двигаться колеса машины.

Мы провели исследование пружинного двигателя. Оказалось чем сильнее сжимаешь пружину, тем дольше она будет раскручиваться, а, следовательно, дольше будет работать игрушка. Мы подтвердили это утверждение на опыте. Сначала отметили на полу место старта машинки, взяли линейку в40 сантиметров.

Ту машину, которую мы разобрали, собрать уже не удалось, потому что пружина выскочила. И папа отдал её нам. Мы её обследовали. Она оказалась очень упругой, пружинила. И мы с братом придумали такую игру (Денис показывает и выставляет по тексту) Взяли картонку, наклеили разноцветные поля.

Вывод: Мы выяснили, что в заводных игрушках роль мотора выполняет пружинный двигатель. Пружина, раскручиваясь, заставляет двигаться игрушку. Чем сильнее скрутить пружинку, тем дольше будет двигаться игрушка.

Инерционный безпружинный механизм

Беспружинный инерционный механизм состоит в основном из редуктора с количеством зубчатых колёс от 2 до 4 (рисунок выше). На рабочей оси 1 находится главное зубчатое колесо 2, а на последней оси редуктора — маховик 3 и передаточный валик 4. Прокатив несколько раз рукой игрушку вперёд, заставляют маховик развернуться и набрать большое количество оборотов.

Если теперь игрушку поставить на пол, то благодаря приобретенной инерции маховик через систему передач заставит вращаться рабочие колёса игрушки. Обращение с пружинными двигателями и уход за ними. Как и всякие механизмы часового типа, пружинные двигатели нуждаются в особом обращении и уходе.

Согласно действующим ТУ заводные механизмы должны были работать плавно, без заедания и обеспечивать пробег игрушки на обусловленное расстояние. Но при хранении и транспортировании игрушка могла быть повреждена. Поэтому перед продажей заводные игрушки следовало осмотреть и мелкий ремонт, в случае необходимости, произвести на месте.

Внешний осмотр должен был определить качество изготовления деталей, соответствие наличия деталей, качество покрытия, техническое состояние механизма, безотказность и надёжность в работе. В хорошо сделанном механизме все зубчатые колёса должны были вращаться центрично, без биения и перекоса, зубчатое зацепление плавное, без заедания.

Рычаги, оси и стенки платинок не должны были быть погнуты или помяты. Ведущие колеса игрушки должны быть насажены на оси плотно, без перекосов. Все рабочие детали механизма смазывались лёгким машинным маслом (костяным или трансформаторным). Смазке подлежли: заводная пружина (между витками), места вращения осей и зубчатые колеса.

Если механизм почему-либо не смазан, его следовало смазать при помощи маслёнки с длинным носиком, чтобы проникнуть в труднодоступные места механизма. Витки распущенной пружины смазывались мягкой, но прочной кистью так, чтобы отдельные волоски кисти не остались на деталях механизма.

Внешний осмотр производился в следующем порядке: в первую очередь осматривалась заводная пружина. Если пружина гладкая, светлая, без пятен и ржавчины, она, как правило, работала надёжно. Если на пружине имелись раковины от коррозии это было признаком, что она обязательно разорвется в течение нескольких заводов ключом.

После пружины осматривались зубчатые колёса, главным образом их зубья и качество зацепления между собой. Если зубчатые колеса не имели смятых, «изъеденных» зубьев или других механических дефектов, то можно было дальнейшую проверку работы механизма производить неполным заводом ключа.

Убедившись, что механизм работает нормально, можно было давать полный завод. Не рекомендовалось заводить механизм до отказа, т. к. пружина при этом получала перенапряжение в месте крепления к оси и могла лопнуть. Если при осмотре обнаруживалась помятость зубьев или плохое закрепление зубчатых колёс, игрушку следовало направить в ремонт.

Для исправления помятостей следовало механизм разобрать, вынуть колеса из платинок и осторожно выправить их на стальной плите при помощи медного или деревянного молотка. При разборке нужно было иметь в виду, что соединение платинок производится при помощи загнутых язычков (клеммеров), которые легко ломаются при сгибании.

Поэтому разгибать и сгибать язычки нужно было при помощи отвёртки и плоскогубцев, плавно, без резких усилий, предварительно слегка обколотив молоточком место сгиба для уменьшения натяжения металла. На практике часто встречаелся срыв внутреннего конца пружины с заводной оси.

Если этот конец не лопнул и сохранил отверстие для крепления, то можно было соединить конец пружины со штифтом или специальным выступом на оси при помощи плоскогубцев. Внутренний конец можно было гнуть плоскогубцами так, чтобы образовалась довольно плотная петля.

ПРИБОРЫ ТОЧНОЙ МЕХАНИКИ

УДК 681.586.2

DOI: 10.17586/0021-3454-2022-60-3-245-250

ИНЕРЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

1 2 В. И. Ветренко1, Т. И. Романова2

1ООО „Звездный», 634040, Томск, Россия E-mail: vladim.vetrenko@yandex.ru 2Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, Томск, Россия

Рассматривается инерционный двигатель, используемый в устройствах кратковременного действия для придания элементам конструкции вращательного движения. Крутящий момент создается плоской пружиной, а маховик двигателя обеспечивает необходимый кинетический момент. Представлены аналитические выражения для вычисления размеров двигателя с учетом моментов инерции его элементов. Расчетные выражения выведены на основе установленного равенства момента импульса и пускового момента двигателя. По полученным выражениям рассчитан и изготовлен экспериментальный образец двигателя многоразового действия, испытания которого показали соответствие расчетных характеристик полученным экспериментальным значениям. Разработанный двигатель не требует дополнительных источников питания, что позволяет снизить его стоимость и увеличить надежность. Представленная конструкция двигателя может применяться в устройствах стабилизации оптического изображения, управления угловым перемещением кресла космонавта в безвоздушном пространстве в экстренных случаях, а также для изменения положения рулей управления подвижных объектов.

Ключевые слова: инерционный двигатель, кинетический момент, маховик, упругая лента, пусковой момент, момент импульса, стабилизация оптического изображения, кресло космонавта

В конструкциях механических и электромеханических устройств широко используются инерционные двигатели, основное назначение которых — аккумулирование энергии для придания элементам конструкции вращательного движения. В устройствах кратковременного действия — часовых механизмах, электрогенераторах и гироскопах — такие двигатели применяются для придания маховику кинетического момента [ 1, 2].

Основным элементом в инерционном двигателе для создания крутящего момента является пружина, выполненная как плоская упругая лента, имеющая вид спирали Архимеда и жестко закрепленная одним концом к валику, а другим — к массивному маховику. Маховик обеспечивает необходимое значение кинетического момента двигателя на определенном интервале времени. Задача придания маховику наибольшего ускорения при раскручивании пружины решается путем создания максимального момента пуска пружины и получения максимального момента инерции маховика при заданных габаритах конструкции.

В работах [3—5] приведены формулы для вычисления геометрических размеров спиральной ленты, маховика и валика инерционного двигателя. Однако эти формулы приводят к получению некорректных размеров, так как в них не учитываются инерционная составляющая

двигателя и значительное изменение конфигурации ленты при ее перемещении. Допускаемые напряжения в ленте при изгибе, рассчитанные по формулам, приведенным в работах [6, 7], превышают предел прочности материала при сохранении, тем не менее, малых деформаций и упругости материала. В этой связи возникает задача определения формулы пускового момента пружины и вывода аналитических выражений для вычисления размеров элементов конструкции двигателя с учетом инерционной составляющей при его многоцикличной работе.

Инерционный двигатель в исходном положении показан на рис. 1. Правая система координат 0ХУ2, связанная с двигателем, расположена так, что оси ОУ и 02 находятся в плоскости вращения маховика 1, а ось ОХ направлена вдоль валика 2. Правая система координат АХ1У121, связанная с лентой (рис. 2), расположена таким образом, что ось AZ1 направлена вдоль ленты, а оси АХ иАГ1 расположены в плоскости ее поперечного сечения.

02 /

1 У

Рис. 1

В 1

‘ У

У1

Рис. 2

Двигатель состоит из маховика 1 с наружным радиусом Я1 и внутренним радиусом Я, валика 2 с радиусом г и упругой спиральной ленты 3. В состав двигателя также входят элементы стопорения маховика относительно корпуса и храповой механизм заводки пружины. Для приведения двигателя в заведенное состояние валик 2 фиксируется, а маховик поворачивается на угол V. После пуска двигателя упругая лента, маховик вместе с валиком и элементами заводки и стопорения создают вращательное движение двигателя с угловым ускорением в . Этот процесс можно описать выражением

dL _ Тг _ ^0

_ J0s _ M

(1)

где М — пусковой момент пружины, Ь — момент импульса двигателя, /0 — момент инерции

двигателя относительно оси ОХ, □ — угловая скорость двигателя.

Так как вращающиеся элементы двигателя механически связаны между собой, то и их угловое ускорение будет одинаковым в конце разгона маховика.

Элементы инерционного двигателя обычно изготавливаются из материала одинаковой удельной плотности. Тогда суммарный осевой момент инерции двигателя Jo (согласно рис. 2) определяется выражением

Т — ‘ Т о — —

В(Л,4 — К4 г4) Ь(К4 — г24)’

2^. , V (2)

где у — удельная плотность материала, В — ширина маховика и валика, Ь — ширина упругой ленты, г — радиус внутреннего витка спущенной пружины.

Максимальный пусковой момент ленты относительно центра О двигателя (см. рис. 1) определяется как

М — 02Я-04, (3)

где 02 и 04 — сила и момент в точке закрепления ленты к маховику, значения которых получены в работе [8]:

12 ЕТХ 6ЕТХ 4ЕТХ 6 ЕТХ

02—2—^ -4—^ 04-—4—Г^ -4—^ (4)

I3 I2 I I2

г Е т ЬИ3 й где г — длина ленты; Е — модуль упругости; -х, — —момент инерции сечения упругой

ленты относительно оси ^Х,; И — толщина упругой ленты;

д2 — у « Ку — К • 2кпз, д4 — V — 2лпз (5)

— обобщенные координаты, где пз — число витков заведенной пружины.

Подставив выражения (4) в формулу (3) с учетом значений обобщенных координат (5), получим максимальное значение пускового момента

^ 2пЕЬИ3

М- Кпч, (6)

где ^ — коэффициент потерь пускового момента двигателя,

<1. (7)

К,-

( К2 Л

1 — 3 К

V 12 J

Подставив выражения (2) и (6) в соотношение (1), получим

«В(( — К4 г4) Ь(К4 — г24У °»ЕЬИ3

2пЕЬИ3 К (8)

К1пзЧ (8)

Число витков заведенной и спущенной пружины двигателя и ее длина рассчитываются по известным формулам [5]:

пз — • (9)

К — г2

Пс , (10)

я(К2-г2)

I-(11)

2И

Подставляя выражения (9) и (11) в (8), получаем основную формулу для расчета минимальной толщины ленты по заданным геометрическим размерам валика и маховика и заданной угловой скорости двигателя:

h=!3 3лву

EK1л(r2 — г )

K2 (( — R4 г2 ) (Я2 — Г 2 ), (12)

где в = 2 л О/1, t — время разгона двигателя, К = Б/Ь .

Как показано в работе [9], при цилиндрической форме маховика рациональное распределение его массы с учетом динамической неуравновешенности достигается, если внутренний радиус маховика Я = 0,5 Яр Принимая во внимание толщину спущенной пружины

(см. рис. 2), это условие можно записать в виде

Г2 = 0,5Я1, (13)

при этом ширина маховика должна быть равной

Б * 1,0Я1. (14)

Ширина упругой ленты с учетом К2 и выражения (14)

Ь = Я1/К2. (15)

Известно [7], что маховик выполнит максимальное количество оборотов, в случае если в него вложена пружина из ленты такой длины, при которой соблюдается условие равенства объемов спущенной и заведенной пружины, т.е. этому условию соответствуют определенные размеры маховика и валика. Такая пружина называется нормальной заводной:

г = Г =

Я2 г 2

(16)

где г — радиус внешнего витка заведенной пружины.

В работе [6] принято следующее отношение между внутренним радиусом маховика и радиусом валика:

г = 1Я . (17)

Тогда подставляя выражения (13) и (17) в (16), для нормальной заводной пружины получаем

0,5Я1

Я2 г 2

= 0,745Я (18)

или

Я = 0,671Я1. (19)

Подставив значения (13), (17), (19) в формулу (12), получим выражение для расчета толщины ленты:

h = 3

лвуЯ5 (5,71К 1)-0,076

ЕКщ

Для пружинных двигателей фактическая толщина ленты должна приниматься больше расчетной, исходя из сортамента выпускаемых изделий.

По формулам (11), (15), (17), (19), (20) проведены вычисления геометрических размеров инерционного двигателя и изготовлен его экспериментальный образец [10] со следующими

10 2

характеристиками: материал ленты — упругая сталь 65Г; Е = 20 -10 Н/м , допускаемое напряжение при изгибе [ а ] = 170 -106 Н/м2. Для увеличения прочности ленты в месте ее креп-

ления к валику и маховику использовались накладки такого же сечения, что и лента. Параметры изготовленного двигателя:

0 = 6000 об/мин, t = 0,3 с, Я1 =22-10-3м, Я = 16-10-3м, г = 5-10-3м, Б = 23-10-3м,

h = 0,3 -10-3м, Ь = 16 -10-3м, I = 1 м, г2 = 9 -10-3м, г1 = 10,5-10-3м, пз = 18, пс = 12. Экспериментальное значение пускового момента Мэ = 2,35 Н-м; расчетное значение, вычисленное по формуле (6), — Мр = 3,19 Н-м. Определим допускаемые напряжения при изгибе ленты.

В работе [11] при больших перемещениях упругого элемента предлагается напряжения при изгибе определять по формуле

а = рш —, (21) _ 21

где Р = ^ Р12Е/Л| — силовой коэффициент подобия, Р = Ы/Я — приведенная сила в точке

закрепления ленты к маховику, ш — моментный коэффициент подобия, при различных формах упругой линии ленты принимающий значения, согласно работе [11], 0 < ш < 7,7274 .

При указанных размерах упругой ленты и том же пусковом моменте значение напряжения при изгибе, рассчитанное по формуле (21), равно

а = 1,39-2,33 — = 97-106 и/м2 , 21 ‘

что не превышает допускаемых напряжений при изгибе для упругой стали.

Таким образом, получены аналитические выражения для вычисления пускового момента упругой ленты и ее геометрических размеров с учетом инерционной составляющей двигателя при его многоцикличной работе. На основании испытаний образца инерционного двигателя выявлено, что расчетные характеристики соответствуют полученным экспериментальным значениям.

Разработанный двигатель не требует дополнительных источников питания, что позволяет снизить его стоимость и увеличить надежность. Представленная конструкция двигателя может применяться в устройствах стабилизации оптического изображения, управления угловым перемещением кресла космонавта в безвоздушном пространстве в экстренных случаях, а также для изменения положения рулей управления подвижных объектов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ветренко В. И., Романова Т. И., Романов А. С. Гироскопическая стабилизация двухколесного подвижного устройства // Изв. вузов. Приборостроение. 2022. Т. 57, № 10. С. 47—50.

2. Еськов Д. Н., Ларионов Ю. П., Новиков В. А. и др. Автоматическая стабилизация оптического изображения. Л.: Машиностроение, 1988. 240 с.

3. Никитин Е. А., Шестов С. А., Матвеев В. А. Гироскопические системы: Элементы гироскопических приборов / Под ред. Д. С. Пельпора. М.: Высшая школа, 1988. 432 с.

4. Бабаева Н. Ф., Ерофеев В. М., Сивоконенко Ю. М. и др. Расчет и проектирование элементов гироскопических устройств. Л.: Машиностроение, 1967. 480 с.

5. Гевондян Т. А. Пружинные двигатели: Теория, расчет, методы контроля и испытаний. М.: Гос. изд-во оборонной пром-сти, 1956. 368 с.

6. Борисов С. И., Токарев В. Ф., Токарев В. А. Теория механизмов и детали точных приборов. М.: Машиностроение, 1966. 407 с.

7. Фесик С. П. Справочник по сопротивлению материалов. Киев: Буд1вельник, 1982. 280 с.

8. Ветренко В. И., Скорых В. Я. Определение радиальной жесткости трехленточной упругой опоры / Томск. политехн. ин-т. Томск, 1989. Деп. в ин-те „Информприбор». 20.04.89, № 4613-89.

9. Павлов В. А. Основы проектирования и расчета гироскопических приборов. Л.: Судостроение, 1967. 408 с.

10. Пат. 1806292 РФ, А3, МКИ F03 G 1/02/3/08. Инерционный пружинный двигатель / В. И. Ветренко, О. В. Глазкин, В. И. Копытов, В. А. Петрухин, С. Н. Самойлов //Б.И. 1993. № 12.

11. Попов Е. П. Теория и расчет гибких упругих стержней. М.: Наука, 1986. 296 с.

Сведения об авторах

Владимир Ильич Ветренко — канд. техн. наук; ООО „Звездный», Томск; директор;

E-mail: vladim.vetrenko@yandex.ru Татьяна Ильинична Романова — Томский государственный архитектурно-строительный университет,

кафедра экономики и организации строительства; ст. преподаватель; E-mail: e2e4@vtomske.ru

Рекомендована кафедрой Поступила в редакцию

экономики и организации строительства 16.06.16 г.

Ссылка для цитирования: Ветренко В. И., Романова Т. И. Инерционный двигатель // Изв. вузов. Приборостроение. 2022. Т. 60, № 3. С. 245—250.

INERTIAL ENGINE

V. I. Vetrenko1, T. I. Romanova2

1 Limited Liability Company Zviezdny, 634040, Tomsk, Russia E-mail: vladim. vetrenko@yandex.ru 2 Tomsk State University of Architecture and Building, 634003, Tomsk, Russia

Inertial engine used in short-term action devices to bring structural elements into rotational motion is considered. Torque is generated by a flat spring, and the flywheel of the engine provide the necessary momentum. Analytical expressions for calculating the size of the engine with the account for moments of inertia of its elements are presented. The formulas are derived based on the equality of angular momentum and the starting torque of the motor. The obtained expressions are used to design and manufacture a reusable experimental model of the engine; results of the model test demonstrate compliance of design characteristics with the experimental data. Absence of additional power sources reduces the cost of the developed engine and increases its reliability. The design of the engine can be used in devices used for optical image stabilization, for angular movement of astronaut seat control in the space in case of emergency, and for changing the position of rudder control of moving objects.

Keywords: inertial engine, kinetic momentum, elastic tape, starting torque, angular momentum, flywheel, optical image stabilization, astronaut seat

Data on authors

PhD; Limited Liability Company Zviezdny, Tomsk; Director; E-mail: vladim.vetrenko@yandex.ru

Tomsk State University of Architecture and Building, Department of Economics and Construction Management; Senior Lecturer; E-mail: e2e4@vtomske.ru

For citation: Vetrenko V. I., Romanova T. I. Inertial engine // Journal of Instrument Engineering. 2022. Vol. 60, N 3. P. 245—250 (in Russian).

DOI: 10.17586/0021-3454-2022-60-3-245-250

Vladimir I. Vetrenko Tatyana I. Romanova

Как работает инерционный двигатель

Возможен ли гравитационный (инерционный) движитель?

Действительно, возможен ли гравитационный (инерционный) движитель, способный перемещать транспортное средство без отбрасывания масс и пригодный для перемещения не только по поверхности Земли, но и в безвоздушном (космическом) пространстве?

Как может быть устроен гравитационный движитель? Это должно быть устройство, которое позволяло бы преобразовывать энергию энергоносителя в механический импульс, способный перемещать транспортное средство без существенного изменения массы последнего. Академическая наука считает, что такое невозможно.

И для доказательства всякого рода учебники и пособия ссылаются на разного рода законы, запрещающие, например, изменяться положению центра масс закрытой системы при механических взаимодействиях компонентов, входящих в эту систему. Ну а если, наряду с механическими взаимодействиями внутри системы имеют место взаимодействия электромагнитные, электрохимические, химические или тепловые?

Как быть в таком случае? Если на транспортном средстве установлен электромотор и имеется неограниченный запас энергии, или есть возможность эту энергию вырабатывать с помощью солнечных или атомных батарей? В таком же случае система становится открытой.

Между тем в космонавтике гиродины давно используют для коррекции орбиты, например, МКС или спутников. И как расценивать такие признания со стороны тех, кто управляет спутниками или станциями на орбите Земли? Изменение орбиты спутника посредством управления параметрами установленных на нём гироскопов — это разве не перемещение в пространстве без отбрасывания масс? Или на это случай у наших академических светил есть какой-то особенный термин?

И если незначительная коррекция орбиты возможна с помощью гироскопов (гиродинов), то, следовательно, движение без отбрасысаания масс вполне возможно. И речь только идет о выборе варианта такого гравитационного (инерционного) движителя, чтобы перемещение в пространстве происходили наиболее эффективно при минимальном расходовании «топлива» (энергоносителя) в расчете на 1 км пути.

Некоторые сразу укажут, как на один из возможных вариантов гравитационного движителя, на инерциоид Толчина, другие приведут его аналоги. Не исключаю, что инерциоид Толчина можно использовать в качестве движителя, но мне в нём не нравится одна особенность – грузы жестко закреплены на рычагах, поэтому ускорения грузов передаются сразу всему транспортному средству, что не совсем желательно для гравитационного (инерционного) движителя.

По моим представлениям рабочее тело гравитационного движителя не должно быть жестко связано с двигателем или транспортным средством, чтобы иметь возможность «заныкивать» импульс, возникающий в нем после столкновения с рабочей площадкой двигателя транспортного средства.

На сайте Gravio одно время активно рекламировались к продаже и самостоятельному изготовлению гравитационные движители его конструкции. И хотя на форуме дискуссия велась жаркая, но подойти к реальной конструкции в открытую так и не удалось. Было несколько заявлений, что вот-вот движитель будет собран, проверен и результаты будут доведены до участников форума.

Возможно, кто-то и смастерил такой движитель, но до «высокого собрания» форумчан информация о таких успехах доведена не была. В последний раз на форуме Gravio конструкция гравитационного движителя была схематично приведена такой, как на рисунке, подобном этому.

Гравитационный движитель, фактически, представляет собой насадку к двигателю, например, электрическому или ДВС, которая крепится на ось двигателя и при вращении оси (вала) двигателя рабочее тело гравитационного движителя позволяет создавать нескомпенсированный импульс, толкающий транспортное средство в нужном направлении, например, в сторону мотора.

Гравитационный движитель состоит из трех частей. Во-первых, это рабочая площадка с волнистой поверхностью, которая закрепляется жестко на двигателе (или транспортном средстве). Во-вторых, это специальная конусная насадка, полая внутри, по которому свободно может перемещаться рабочее тело, эта конусная насадка закрепляется на оси двигателя и вращается вместе с ней.

Когда вал (ось) мотора не вращается, то шарики могут занимать любое положение внутри конуса или на рабочей площадке. Но как только вал мотора начинает вращаться, то ситуация сразу меняется, так как внутри полого конуса создается инерционное поле (царство центробежной силы), на рабочее тело (шары) начинает воздействовать центробежная сила, которая по величине может в десятки или тысячи раз превосходить силу тяжести, если транспортное средство будет располагаться на Земле.

Под действием центробежной силы шары будут прижиматься к наружной стенке полого конуса по обе стороны оси (вала), а уже дальше шары будут приближаться к основанию конуса, пока они не достигнут рабочей площадки. Двигаясь по рабочей площадке, шары обязательно «столкнутся» с «волнами» на них.

Вот тут и раскрывается весь секрет данного варианта гравитационного движителя. С «точки зрения» шара движение по внутренней поверхности конуса представляет собой «подъём в гору», против горизонтальной составляющей центростремительной силы (центробежного давления).

Для шара центробежная сила –это аналог силы тяжести, с которой каждый имеет дело, когда поднимается по лестнице. Горизонтальная составляющая центростремительной силы при некоторой частоте вращения конуса не позволит шару достичь малого основания, в результате импульс силы, полученный шаром в результате столкновения с «волной» рабочей поверхности окажется уничтоженным центробежной силой.

Так как вращается только конус и два шара в нём, то что творится внутри конуса совершенно не затрагивает транспортное средство. Для транспортного средства – внутренность вращающегося конуса – это совершенно другая Вселенная, от которой транспортное средство и отталкивается.

Как только шар, изменив направление под действием горизонтальной составляющей центростремительной силы, достигнет рабочей площадки, он опять столкнется с «волной», опять возникнет пара сил, одна из которых толкнет транспортное средство, а другая вновь попытается затолкнуть шар во вращающийся полый конус, откуда его вышвырнет, фактически, центробежная сила.

Становятся понятными утверждения Gravio о том, что, если в обычных двигателях на перемещение транспортного средства уходит 50% энергии энергоносителя, то в гравитационном движители все 100%, так как транспортное средство получает импульс в момент столкновения шара с «волной», а затем шар, вытолкнутый из полого конуса центробежной силой отдает свой импульс транспортному средству, прежде чем опять получить «пинок» от «волны» на рабочей площадке.

Не исключаю, что вместо полого конуса надо (можно) использовать обычные трубки, установленные с соответствующим наклоном, в которых будут перемещаться шары. Наверное, можно покрыть внутреннюю поверхность конусов ребрами, чтобы было чем слегка «подгонять или разгонять» шары, если они «вздумают» отставать от стенок конуса при его вращении.

Но в целом, как мне кажется, данное описание процессов, происходящих при вращении вала двигателя, наиболее правдоподобное и простое. Именно тот факт, что после удара с «волной» шар находится в состоянии свободного полета (или падения), фактической невесомости и позволяет превратить данную конструкцию в мощный гравитационный движитель.

Если воспользоваться жидким рабочим телом, например, ртутью, то конструкция движителя может быть такой. Наклон стенок «таза» 45 градусов, как наиболее выгодная с энергетической точки зрения. «Крышка» у такого тазообразного движителя изнутри гладкая и плоская, но имеет 2-4 волны типа «лежачего полицейского» от центра крышки к периферии.

И когда порция ртути, сталкиваясь с волной, будет порождать пару импульсов сил, одна сила будет передаваться крышке, а через неё летательному или иному транспортному средству, а другая сила будет воздействовать на порцию ртути, которая, вращаясь на наклонной стенке «таза», будет «заныкивать» импульс силы посредством вертикальной составляющей центростремительной силы.

Возможно, мотор должен вращаться не с постоянной скоростью, а слегка менять её относительно некой оптимальной величины, чтобы ртуть по инерции могла то обгонять, то догонять вращающийся «таз» и таким образом усиливать силу своего взаимодействия с волнами на крышке «таза».

В данном варианте гравитационного движителя также можно применить стальные шарики, много шариков, смешанных с небольшим количеством масла для облегчения трения и предохранения шариков от ржавчины, и не только.

Что будет, если подобное устройство, только габаритами побольше установить на Земле мотором вниз, а конусом вверх? Это на случай, если в будущем придется менять параметры орбиты Земли, например, для того, чтобы избежать столкновения с крупным метеоритом, или потребуется убегать от расширяющегося Солнца.

Есть еще вариант гравитационного движителя, позволяющего получать нескомпенсированные импульсы силы, направленные вдоль оси двигателя. В этом случае рабочее тело, шарики, взаимодействует с корпусом несколько иным способом, как это показано на рис.3. На варианте а) красным цветом обозначен мотор, синим – его вал с «наковальней», по которой будут ударяться шарики в каналах.

Сами шарики обозначены серым цветом. На рисунке показано в каждом канале по 2 шарика, в действительности это показано два разных крайних положения одного и того же шарика, которые он занимает при вращении вала мотора. Вариант б), схема которого позаимствована с форума Gravio (её там разместил один из участников), выглядит более компактным, но функционально он равноценен варианту а).

Как видно из рисунка, при вращении вала мотора шарики будут центробежной силой выдавливаться на периферию к боковой цилиндрической поверхности и если это поверхность ровная, то шарики будут плавно по ней кататься, играя роль своеобразного маховика и стабилизатора частоты вращения вала мотора.

Теперь для шаров поверхность будет «видеться» волнистой, гладкой по дуге окружности и волнистой (синусоида) вдоль хорды. И при встрече с каждой «волной» шарик будет мощной силой забрасываться внутрь изогнутой под прямым углом трубы. И по мере того, как шар будет перемещаться ближе к валу, тем заметнее будет уменьшаться центробежная сила, тем меньше будет момент инерции шара, тем больше будет скорость перемещения шара.

В результате такой трансформации импульс силы, полученный шаром при столкновении с «лежачим полицейским» и первоначально направленный к валу и перпендикулярно валу, превратится в импульс силы, направленной вдоль вала мотора. Удар шара по «наковальне» вала будет воспринят транспортным средством, а вот импульс, полученный при ударе шаром, при возвращении к периферийному выходу канала (трубки) будет уже направлен перпендикулярно направлению движения транспортного средства, а так как шаров четное количество, то импульсы эти будут взаимно гаситься.

В результате, при вращении вала мотора, вращающиеся в каналах (трубках) все шары будут перенаправлять импульсы, получаемые ими от волнистых стенок рабочей камеры, в одну и ту же сторону, обеспечивая таким образом движение транспортного средства в выбранном направлении.

На примере этих двух вариантов гравитационных движителей была показана возможность того, что движение с опорой на искусственное гравитационное поле, возможно, их можно использовать для перемещения транспортного средства в пространстве, в том числе и космическом.

Главное, чтобы на борту транспортного средства имелся бы необходимый запас энергоносителя, или иной источник энергии. И отличительной особенностью этих движителей является простой факт – рабочее тело часть своей траектории перемещается в пространстве, где искусственно создается мощное гравитационное (инерционное) поле.

Гравитационный (инерционный) двигатель может быть без вращающихся рабочих тел (рис.5). В этом случае эксцентрик при вращении толкает грузы-поршни, которых с другой стороны «подпирают» пружины разной жесткости. Или можно пружины взять одинаковой жесткости (упругости), а массы поршней разные.

Наряду с обсуждением гравитационных движителей, позволяющих получить тягу вдоль вала двигателя, Gravio упорно навязывал участникам форума обсуждение схем гравитационных движителей, которые по механизму предполагаемого действия были очень похожи на инерциоид Толчина.

Вот, например, рисунок фирменного варианта Gravio, который мы обозвали кастрюлей Gravio (рис.6). Для создания такого движителя предполагалось взять обычную кастрюлю подходящего диаметра (300 мм), разрезать её по дну на две равные части, затем эти половины раздвинуть на 10 мм, обеспечив герметичность такой кастрюли вставками на дне и по бокам.

Простые расчеты показывают, что если учитывать только центробежную силу, возникающую в шариках (роликах) на концах вильчатого рычага, то получаем результат, вроде бы, указывающий на возможность формирования тяги. Но если брать в расчет только реакцию обечайки, через которую и только через которую передается центробежная сила от шариков (роликов) на транспортное средство, то получаем для тяги абсолютный ноль.

Этот же результат был получен для «кастрюли», у которой ось создавалась в дне нормальной кастрюли с диаметром 310 мм без переделки за счет её смещения от геометрической оси на 5 мм (рис.7). Это обеспечивала то, что минимальный радиус для шарика от оси вращения, помещенного в вильчатый рычаг был 150 мм, а максимальный – 160, как и у фирменной кастрюли Gravio. Справа на этом рисунке предполагаемый ГД имеет 4 груза, хотя их может быть 2 или, например, 6.

Т.е., опять, учет только центробежных сил, возникающих в шариках, приводил к результату, что суммарно вектор центробежных сил был не равен нулю и направлен вверх, а вот ответная реакция обечайки в виде векторов сил, направленных по нормали в обечайке, оказывалась равной нулю.

Вполне возможно, половины фирменной кастрюли Gravio надо было соединять не жестко прямыми вставками, а с помощью пружин. Причем одну половину кастрюли надо жестко соединить с осью, а вторую соединить с первой половиной с помощью пружин, не забыв про направляющие.

Вставки теперь будут не нужны. Когда вильчатый рычаг будет установлен вдоль «разреза», то пружины будут прижимать половины кастрюли друг к другу, а когда вильчатый рычаг с шарами (роликами) будет устанавливаться поперек «разреза», то под действием центробежной силы одного из шаров, подвижная половина кастрюли будет отодвигаться от той, что жестко закреплена на оси вильчатого рычага.

В результате тяга на стороне подвижной половины кастрюли будет меньше, чем на стороне жестко закрепленной. Это, по идее, приведен к тяге в сторону жестко закрепленной половины кастрюли. Но это, пока так, первые наброски, первые предположения, которые могут оказаться ошибочными.

Для желающих предлагаю проанализировать возможности «кастрюли», схема которой дана на рис.8.

Обечайка этой кастрюли состоит из трех частей: четверти окружности радиуса R, полуокружности с радиусом R h и четверти эллипса с меньше полуосью равной R и большей полуосью равной R h. Все части обечайки плавно переходят одна в другую, так что при вращении вильчатого рычага центробежное давление, с которым шары давят на обечайку не испытывают разрывов.

В данной статье затронут только самый первый вопрос – возможен ли гравитационный или инерционный движитель. На примере двух вариантов с тягой вдоль вала двигателя показано, что такой движитель вполне возможен. А вот что касается вариантов, обсуждаемых на форуме Gravio, которые были названы «кастрюлями», то вопрос пока остается открытым.

Устройство электромотора для игрушки

Электрические двигатели для игрушек. Основным типом такого двигателя являлся электромотор постоянно-переменного тока коллекторного типа в том или ином конструктивном оформлении. В целях безопасности питающий электромотор ток должен иметь по международным нормам напряжение не свыше 20 в.

Хотя число оборотов коллекторных моторов легко поддавалось регулировке при помощи реостата или переключаемых отводов трансформатора, но оно весьма значительно (до 5000 об/мин.) и поэтому для соединения мотора с ведущими колесами игрушки требовался редуктор из зубчатых колёс.

Устройство электромотора показано на выше. Корпус 1 мотора, являющийся статором, представляет собой пакет из отдельных листов трансформаторной стали, стянутый при помощи заклёпок. На статоре размещены обмотки электромагнита 2. Внутри статора вращается ротор 3 из такой же стали, также имеющий обмотку.

На оси ротора расположен коллектор 4 из отдельных, изолированных друг от друга пластин, соединённых с отводами от обмотки ротора. Число отводов ротора равно числу пластин коллектора и бывает в игрушках от 2 до 12. С двух сторон к коллектору прижимаются угольные щётки 5, соединённые электрически со статором и электрической сетью, питающей мотор.

На конце оси ротора помещается шкив или шестерня 6 для соединения её с механизмом игрушки. От взаимодействия двух магнитных полей — переменного поля, образуемого статором, и постоянного поля ротора — последний придёт во вращение. Постоянное поле ротора образуется постоянным (точнее, пульсирующим) током, полученным в результате выпрямления переменного тока коллектором.

Для водоплавающих игрушек с двигателями обычно использовались небольшие маломощные моторы, питаемые от батареи карманного фонаря, они работали без какой-либо передачи прямо на ось гребного винта. Питание током таких игрушек, как или трамваи, производились тремя способами: 1) через два изолированных друг от друга рельса (при изолированных осях колёс), 2) через внешние рельсы и третий внутренний рельс, 3) от контактного воздушного провода, подвешенного на мачтах. Во всех случаях съём тока осуществлялся подвижным скользящим контактом.

Обращение с электрическими двигателями и уход за ними. Внешним осмотром проверялось наличие контакта в подводящих цепях, состояние зубчатых колёс редуктора, лёгкость вращения ротора. Обязательно соблюдение правил смазки. Если при включении в трансформатор или батарею мотор не вращался, нужно было в первую очередь проверить наличие контакта между щётками и пластинками коллектора и при необходимости зачистить шкуркой пластинки и щётки.

Если последние не касались пластин, то следовало растянуть пружинки, с тем чтобы они плотнее прижимали щётки к коллектору. Обрыв в цепи можно было проверить на месте испытанием при помощи батарейки и лампочки карманного фонаря. Если цепь была исправна, лампочка должна была загораться.

Если обрыв наружный, то он исправлялся пайкой оловом с канифолью. Обрывы внутри ротора или статора можно было исправить только в мастерской. Если мотор при включении гудел и грелся, если щётки сильно искрили, это означало, что внутри обмоток произошло частичное замыкание витков.