Техника - молодёжи 1969-07, страница 10

Майор ВВС США де Се-верскии демонстрирует летающую модель ионокрафта.

Не следует сбрасывать со счетов и возможность передачи энергии с земли — по проводам, с помощью радиоволн или лучей лазера- Такой способ применим в первую очередь для аппаратов, которые должны неподвижно висеть над определенной точкой земной поверхности или иметь ограниченную маневренность.

" Движитель ионокрафта служит одновременно и органом устойчивости и управляемости. Уменьшение или увеличение напряжения на всех его электродах вызывает вертикальное перемещение. Изменение потенциала на крайних — наклоняет или поворачивает аппарат вокруг нужной оси. Управление оказывается очень гибким и эффективным, а самое главное — оно практически безынерционно.

Несколько слов о внешнем виде ионокрафтов. Машины с электрической тягой могут иметь любую целесообразную конфигурацию. Ведь нет каких-либо жестких условий, определяющих форму несущей системы. Легкие аппараты, вероятнее всего, будут похожи на летающие платформы, очертание тяжелых в плане приблизится к кругу. Одним словом, конструкторский выбор зависит от условий работы машины. Например, летающая модель, созданная в США майором де Север-ским (о ней шла речь в начале статьи), представляег собой прямоугольную рамку из бальзы с натянутой на нее алюминиевой проволокой. Энергия подводится по коаксиальному кабелю.

НЕМНОГО О ПРЕИМУЩЕСТВАХ

Возможно, использование принципа непосредственного преобразования электрической энергии в энергию движения летательного аппарата вызовет новый, качественный скачок в развитии авиации, поскольку ЭСД имеют существенные преимущества по сравнению с современными несущими системами.

Конструкция машины предельно упрощается. В электростатическом движителе нет движущихся элементов. Срок службы такого «летающего трансформатора» практически неограничен.

Бесшумность работы, отсутствие вибраций — это и гарантия идеального комфорта в пассажирской кабине и возможность устроить посадочные площадки в непосредственной близости от жилых зданий. Остаточная энергия струи, создаваемой безмашинным генератором, будет поглощена в мощных шумогасителях, а в случае подачи энергии с земли или при использовании ядерной силовой установки аппарат станет абсолютно бесшумным.

Большое преимущество ЭСД — простота и легкость управления. Управляющие команды практически мгновенно перераспределяют электрические заряды. Нетрудно автоматически регулировать устойчивость машины в зависимости от условий полета и производить дистанционное управление с земли.

И наконец, высокая экономичность электростатического способа создания тяги.

Ионокрафты будут успешно конкурировать с самолетами и вертолетами. Можно быстро перевозить пассажиров «от двери к двери», практически на любое расстояние, с площадок, не превышающих длины аппарата Легкие, маневренные и экономичные воздушные такси, транспорт индивидуального пользования, регулировщики движения, парящие неограниченное время над главными транспортными развязками и дорогами

Для метеорологов ионокрафт — мощный зонд, способный не только патрулировать в определенном районе, но и неподвижно висеть над местностью, уточняя атмосферные условия. Для строителей — это летающий кран большой грузоподъемности, управляемый с земли.

Да мало ли применений найдется ионолету!

Однако все эти достоинства пока лишь потенциальны. Реальность — лишь слабый ветерок, возникающий возле заряженного острия, способный — самое большее — погасить свечу.

Но многие ли во времена Ньюкомена верили, что пар сможет двигать паровозы?

НАСКОЛЬКО РЕАЛЕН ИОНОКРАФТ?

дея проста и эффектна. Но не будут ли чрезмерными ¹ затраты мощности для ионизации молекул воздуха? Нет, и вот почему. Хотя во всех рассуждениях о газовом разряде речь идет об элементарных заряженных частичках, в действительности ион представляет собой совокупность молекул газа, собравшихся около первоначального иона. Следовательно, общая масса вовлеченных в движение частиц будет раз в тридцать больше, чем при отбросе чистых ионов. Кроме того, заряженная частица, двигаясь в электрическом поле, все время захватывает новые нейтральные молекулы, «сбрасывая» подхваченные ранее и фактически уже ускоренные. При этом, если кинетической энергии иона достаточно для отрыва электрона от нейтрального атома, возникает так называемая ионизация через столкновение. Вследствие лавинного характера такого процесса плотность тока в газе резко возрастает. При определенной величине ускоряющего потенциала несамостоятельный тихий разряд в электродном промежутке может превратиться в самостоятельный, который будет поддерживаться за счет ионизации через столкновение. Общая масса отбрасываемого газа существенно увеличивается

Таким образом, для отброса всей массы воздуха, проходящего через эффективную площадь электростатического движителя, не требуется полной ионизации. Больше того, она физически невозможна из-за ограничений, накладываемых простран ственным зарядом, который в сколько-нибудь плотной плазме оказывается непомерно большим. Так, например, по расчетам проф. Д. Франк-Каменецкого, при однопроцентной однократной ионизации плазмы, имеющей такую же концентрацию частиц, как атмосферный всздух у поверхности земли, в каждом кубическом сантиметре будет 5-Ю¹⁷ электронов, что создает электрическое поле с колоссальной напряженностью — 9-Ю¹¹ вольт/см.

Еще в 1911 году Чайлд и независимо от него Лэнгмюр в 1913 году вывели выражение максимальной плотности тока i для ионов с постоянным значением удельного заряда

нулевой начальной энергией в зависимости от приложенного напряжения U и расстояния между электродами d. Этот закон пространственного заряда выражается формулой

¹ = 9Г' V V •

U3/2

W

и устанавливает, что максимальная напряженность в ионном источнике ограничивается его электрической прочностью, не превышающей для современных диэлектриков величины 50 000— 100 000 в/см. Нетрудно подсчитать и величину удельной тяги в зависимости от напряженности поля. При напряженности 100 кв/см сила тяги равна 8 г/см² или 80 кг/м². Между тем удельная тяга, создаваемая современными вертолетными винтами, находится в пределах — 15—50 кг/м².

И конечно, не следует забывать q том, что присоединение электрона к нейтральной молекуле выделяет в поток свободную энергию ионизации, а ускорение ионов происходит почти без потерь, вследствие малой скорости отбрасывания. По зарубежным данным, для ЭСД с объемной ионизацией рабочего тела к.п.д. достигает 75%, что соответствует очень хорошим современным вертолетным винтам.

ПО ИНОСТРАННЫМ ИСТОЧНИКАМ

6