ПРОЕКТНАЯ РАБОТА ПО ФИЗИКЕ ПО ТЕМЕ «ВОЗДУШНЫЙ ПЛАЗМЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ»
АННОТАЦИЯ • Ионные двигатели являются самыми эффективными двигателями для космических полетов-сравнительно небольшого количества топлива хватает на года работы. Но использование их в пределах атмосферы неэффективно из-за маленькой тяги. Мы решили создать новый тип ионного двигателя-воздушный плазменный двигатель.
ВСТУПЛЕНИЕ • Винтовые двигатели мало эффективны при небольшом диаметре винта-подъемная сила пропорциональна квадратному корню из мощности и прямо пропорциональна диаметру. Мы попробуем создать альтернативу винтовым двигателям-воздушный плазменный двигатель.
АКТУАЛЬНОСТЬ • При растущих плотности застройки и массы перевозимых грузов человек не может позволить себе бесконечно увеличивать диаметры винтов вертолетов. Использование самолетов вертикального взлетапосадки дорого. Мы попытаемся создать достаточно эффективный для данных сфер двигатель.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ • На схеме представлена установка, позволяющая получать большую магнитную индукцию и большое изменение магнитной индукции в момент фронта импульса, путём создания большого импульсного тока. • При увеличении B по правилу Ленца в витке, который поднесён к катушке, наводятся токи, стремящиеся сохранить B, вследствие чего виток отталкивается от катушки. Но мы можем заменить виток из металла на виток из плазмы. В плазме будут наводиться токи Фуко, которые аналогичны токам наводящимся в металлическом витке.
• _____ • q=q 0·sin(t/√(L·C)); Дифференцируем по времени • • ______ _____ • I=q 0/√(L·C)·cos(t/√L·C); но I=I 0· cos(t/√L·C) • ____ • Imax=I 0=q 0/√(L·C)=√(C/L)·U;
• ____ • • Фmax=L·Imax=√(C·L)·U _ ______ Фэф≈Фmax/√ 2=√(C·L/2)·U F=I·By·l=I·By· 2·π·r
• • • By =B·sin α; B≈Bmax·k; где k = B/Bmax, это отношение зависит только от катушки и сердечника. F≈I·Фmax· 2·π· sinα·k·r/S; r- радиус эквивалентного кольца из плазмы k и sinα можно измерить экспериментально на различных расстояниях, построив картину магнитного поля катушки с помощью железных опилок. k не зависит от Bmax, поэтому распределение k(l) можно построить экспериментально при произвольном токе в катушке.
• • ______ F≈I·√(C·L· 2)·U ·π· sinα·k·r/S • +∞ _______ • p = ∫ I·√(C·L· 2)·U·π· sin α·k·r/Sdx • 0 • Здесь x – координата от центра катушки. Функциями от x являются sinα и k _______ +∞ • • p = I·√(C·L· 2)·U·π·r/S · ∫ sin α·k dx • 0
• +∞ • ∫ sin α·k dx=0, 85 Измерили это значение экспериментально • 0 По таблице значений k*sinα построенной для катушки • ____ • P=0, 85·I·√ 2·C·L·U·π·r/S • Рассмотрим сопротивление и массу кольца из плазмы радиусом r(эффект. радиус. ) и сечением в виде квадрата со стороной a • R=2·π·r/(σ·a 2); • M=ρ·V=ρ·a 2· 2·π·r;
• I=U/R=U·σ·a 2/(2·π·r); • I/M=U·σ/(ρ·(2·π·r)2); Напряжение в воздухе U≈27 В • Индуктивность измерена через измерение B с помощью датчика магнитной индукции при известном токе. • L≈9 м. Гн; • ____ • Vи=0, 85·I·√ 2·C·L·Uк·π·r/(S·M) • ____ • Vи=0, 85·√ 2·C·L·Uк·π·r· Uд·σ /(S· ρ·(2·π·r)2)
• Vи=1200·σ/(r·ρ) ; r≈≈1 см; • • • Воспользовавшись формулами термодинамики оценили плотность плазмы, если она находилась бы в воздухе. ρ=0, 034 кг/м 3 σ=6, 6 См/м (использовали работу Белякова А. А. ) Vи=230 км/c То есть концепция такого двигателя требует дополнительного развития. Так как по показателю скорости истечения данный двигатель может конкурировать с ионными двигателями.
ПРАКТИКА Для получения величин sinα и k мы использовали данную установку, Lab. Quest, таблицы Exсel и калькулятор.
ТАБЛИЦА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ. L(см) k sinα K*sinα 0 0, 5 1 1, 5 2 2, 5 3 3, 5 4 4, 5 5 5, 5 6 6, 5 7 7, 5 8 8, 5 9 0, 791667 0, 7638 0, 7916 0, 708333 0, 6388 0, 5694 0, 5 0, 221521 0, 178687 0, 147063 0, 108849 0, 073257 0, 052239 0, 038991 1 0, 990826 0, 977064 0, 933486 0, 908257 0, 844037 0, 791284 0, 75 0, 733945 0, 699541 0, 635321 0, 46789 0, 279817 0, 233945 0, 18578 0, 15367 0, 114679 0, 091743 0, 077982
• практика заключалась в уяснении принципа действия установки (выталкивание провод-ника под действием быстро растущего магнитного поля). Также мы измерили необходимые зависимости k и sinα от расстояния до катушки.
Скачать презентацию ПРОЕКТНАЯ РАБОТА ПО ФИЗИКЕ ПО ТЕМЕ ВОЗДУШНЫЙ ПЛАЗМЕННЫЙ
Проектная работа по физике по теме.pptx