Статья из сайта petrovlam.ru
Автор: Петров В. М.
Введена 08.07.2007
Последнее обновление: Исправлена: 09.04.2008

Часть 2.      Движитель (инерцоид) В. Н. Толчина

 

      Аннотация:    Анализируется первый реально построенный (из известных мне) центробежный движитель.

 

      На рисунке 2-1 приведена схема движителя, представленного на суд московских учёных инженером В. Н. Толчиным в 1936 году. Рисунок сканирован из книги академика РАН Геннадия Ивановича Шипова «4D гироскоп в механике Декарта» 2006 г.

 

 

Рис. 2-1   Схематическое изображение инерцоида В. Н. Толчина

 

      На металлической платформе 1 с тремя свободно вращающимися колёсами 2 установлена пружина 6, которая служит источником внутренней энергии. Запасённая пружиной энергия через систему шестерёнок 7 передаётся на два груза 5, вращающихся синхронно в противоположные стороны.

      Во время вращения кулачок 8, жёстко закреплённый на оси вращения 3, набегает на планку 10, к которой прикреплена пружина 9. Кулачок 8 и пружина 9 в совокупности представляют собой мотор-тормоз. Назначение мотор-тормоза состоит в том, чтобы замедлять скорость вращения груза в секторе углов 240°¸270° (кулачок 8, отталкивая планку 10, растягивает пружину 9) и ускорять это вращение в секторе углов 60°¸90° (планка 10 начинает уже «подгонять» груз). Тем самым пружина 9 рекуперирует энергию главной пружины 6.

      На остальных участках угловое вращение можно принять условно постоянным.

 

      У меня нет информации об уровне изменения угловой скорости вращающихся грузов. Поэтому на первое время я принимаю двухкратное изменение. Закон изменения скорости на разгонном и тормозном участках принимаю для первичного анализа линейным. Графически изменение угловой скорости по углу поворота груза можно интерпретировать так, как это показано на рисунке 2-2 (синяя линия).

 

 

Рис. 2-2    Графики изменения угловой скорости и тяговой компоненты

 

      Поскольку центробежная сила, генерируемая вращающимся грузом определяется зависимостью

 

Р = m * w2 * r

 

где

 

      Р – центробежная сила, генерируемая грузом

      m – масса груза

      w - угловая скорость вращающегося груза

      r - размер плеча от оси вращения до центра груза (радиус вращения груза),

 

постольку при увеличении угловой скорости в 2 раза величина центробежной силы в секторе 60°¸90° увеличится в 4 раза (что и видно в рис. 2-2 – зелёная линия).

      Мгновенное значение тяговой компоненты (мгновенное значение тяговой силы) зависит от углового положения плеча груза и может быть вычислено по формуле

 

Q = m * w2 * r * sin a

 

где

 

      a - угол поворота груза

 

      Мне не известны масса груза и величина радиуса вращения. Однако в относительных единицах (меня интересует коэффициент пульсации) это не будет иметь значения. Произведение m * r можно принять равным единице. Формула примет вид

 

Q » w2 * sin a

 

      На участке 0°¸60° кривая изменения тяговой компоненты (зелёная линия на рисунке 2-2) выражается участком чистой синусоиды.  Амплитуда этой синусоиды определена низким значением угловой скорости вращения груза.

      На участке 60°¸90° мгновенное значение удобно вычислять из зависимости

 

Q » (w + wj)2 * sin a

 

где

 

      wj – приращение угловой скорости на участке её изменения

 

      Или

 

 

      Схема для расчёта приращения показана на рисунке 2-3

 

 

Рис. 2-3    Расчётная схема для вычисления wj

 

      Для сектора 60°¸90°:

 

 

      Параметру w можно присвоить значение 1.

 

 

      Окончательное значение мгновенной тяговой силы на участке 60°¸90° будет пропорционально величине

 

 

      На участке 90°¸240° кривая опять представляет собой чистую синусоиду, пересекающую нулевое значение. Амплитуда этой синусоиды определена максимальным значением угловой скорости вращения груза.

 

Q » 4 * sin a

 

      Для участка 240°¸270° используется зависимость

 

 

 

      На конечном участке 270°¸360° кривая снова становится чистой синусоидой с единичной амплитудой.

      Движитель с одной парой противоположно вращающихся грузов принято считать однотактным. Таким образом, рассматриваемый движитель тоже является однотактным.

      Особенностью однотактных движителей является сильная пульсация суммарной тяговой силы. Пока груз находится в «нужном» секторе (0°¸180°), тяговая компонента его центробежной силы имеет «положительное» значение, изменяясь от нуля через максимум снова до нуля. Когда груз оказывается в «обратном» секторе (180°¸360°), тяговая составляющая тоже меняет своё направление на «обратное», изменяясь от нуля через «отрицательный» максимум до нуля.

 

      Суммарная тяговая сила за один оборот груза пропорциональна разности площадей, описываемых (очерченных) положительным и отрицательным участками кривой.

 

      Можно, конечно, аналитически проинтегрировать полученную зависимость тяговой компоненты и получить её интегральное значение. Однако, учитывая то, что сайт рассчитан на широкий круг посетителей, я интегрирование проведу графически.

 

a

15

30

45

60

75

90

105

120

Q

0.26

0.50

0.71

0.87

2.17

4.00

3.86

3.46

a

135

150

165

180

195

210

225

240

Q

2.83

2.00

1.04

0

-1.04

-2.00

-2.83

-3.46

a

255

270

285

300

315

330

345

360

Q

-2.17

-1.00

-0.97

-0.87

-0.71

-0.50

-0.26

0

     

Среднее значение (условной) тяговой силы:

 

Qср =    = 0.245

 

      На рис. 2-2 усреднённый уровень тяговой силы выделен красным цветом.

      Положительная пульсация:

 

 

      Отрицательная пульсация:

 

 

      Окончательная оценка коэффициента пульсаций:

 

t = ± 1500%

 

      Я бы не рискнул отнести такую пульсацию к хорошим эксплуатационным показателям. А кроме этого показателя интерес могут вызывать удельно-массная и удельно-объёмная силы, которые, скорее всего, для такого типа движителей едва ли будут привлекательными.

      Тем не менее, не будем забывать, что мы рассматривали первенец!

      И я считаю, что конструкция заслужила того, чтобы её фотография была помещена в эту статью (рисунок 2-4).

 

 

Рис. 2-4    Центробежный движитель №1 (инерцоид В. Н. Толчина)

 

      Другие схемотехнические варианты центробежных движителей мы рассмотрим в следующих статьях.


Просмотров: 3590

Комментарии к статье:


Ваще сообщение:
 

 

Добавить комментарий

[B] [I] [u] [S] [2] [2]       [TAB] [∑] [∓] [≈] [≠] [≤] [≥] [π] [×] [√]       [RED] [GRE] [BLU]

[α] [β] [Γ] [γ] [Σ] [σ] [Δ] [δ] [Ω] [ω] [μ] [Λ] [λ]