Безопорный движитель миф или реальность

БЕЗОПОРНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ: МИФ ИЛИ РЕАЛЬНОСТЬ

Идея движения без опоры на среду в которой движется объект с давнего времени привлекала человечество. После «вечного двигателя» это, пожалуй, вторая вожделенная мечта изобретателей преодолеть запреты физических законов и создать устройства с небывалыми потребительскими качествами.
К этой проблеме обращались уже в Древней Индии сформулировав постулат «никакое тело не может само себя привести в движение» поставив на много веков крест на этой проблеме, вплоть до наших дней.
Но, не смотря на этот четко сформулированный запрет, человечество все время пыталось найти выход из этого тупика. Благодаря этому стремлению был обоснован реактивный принцип движения, который сегодня не представляется нам чем-то не обычным. Следует отметить, что прежде чем его обосновать К.Э. Циолковский пытался решить эту проблему путем создания безопорного движителя с помощью обычного механического устройства.
Так, например, использование схемы обратного маятника (центр вращения находится у него внизу, а не вверху как у обычного маятника) позволяет создать подъёмную тягу способную преодолеть земное притяжение. Этим его свойством хотел воспользоваться в 1873 году К.Э. Циолковский, ему тогда было всего 16 лет. Он предлагал использовать для создания движителя два перевернутых маятника, машущих синхронно, во встречных направлениях.
В 1899 г. предложенную Циолковским идею пытался разрабатывать американец Р.Х. Годдард, но вскоре, как и Циолковский, переключился на анализ реактивного движения.
Первые наблюдения свойств обратного маятника были опубликованы в 1908 г. А. Стефенсоном.
Динамическая стабилизация перевернутого маятника подробно изучалась академиком П.Л. Капицей в 1951 году. Экспериментальное устройство с кривошипным приводом, построенное для данных экспериментов получило название «маятник Капицы». Особенностью маятника Капицы является то, что перевернутое (вертикальное) положение маятника может быть устойчивым, в случае быстрых вибраций подвеса.
В последующем это направление безопорных движителей не получило своего развития.

В 1929 г. инженер М. Жаров предложил оригинальную конструкцию безопорного движителя. Суть её заключалась в следующем:
Через маленькое отверстие под большим давлением, 700 атм, в большую камеру подавалась жидкость, которая распылялась через соответствующую форсунку.
Изобретатель предполагал, что в этом случае реакция струи не будет компенсироваться равномерно распыленными по всему объёму частицами жидкости. Но экспериментальная проверка этого предположения его не подтвердила, ожидаемого эффекта Жаров не получил.

Первый прототип безопорного движителя, в простонародье инерциоид, в СССР, и, похоже, в мире, сконструировал в 1936 году инженер В.Н. Толчин.
Широкая дискуссия по инерциоиду Толчина, по известным причинам нашей истории, развернулась только в конце 60-х годов.
В феврале 1968 г. профессор В. Казакевич объяснял действие «инерциоидов» за счет игры сил трения. Этой же точки зрения придерживаются и земляки изобретателя, сотрудники Пермского университета — доктор физико-математических наук И. Шапошников, кандидат физико-математических наук Н. Лебедев, кандидат философских наук В. Асеев и инженер Пермского завода имени Ф. Э. Дзержинского М. Башарин. Они утверждали, что в «инерциоидах» нет ничего загадочного, их движение без труда объясняется на основании обычной механики (а не «механики Толчина»); если «инерциоиды» — не изолированные системы, они взаимодействуют с опорой или подвесом и с воздухом. Это взаимодействие мало, но его нельзя не учитывать.
Однако не все ученые тогда разделяли мнение скептиков. Вот как отзывался об «инерциоидах», например, доктор физико-математических наук М. Протодьяконов:
«По-моему, опыты В. Толчина заставляют задуматься о верности некоторых положений механики. Я бы не поверил, что эти опыты осуществимы, если бы не видел их своими глазами...»
А кандидат технических наук Г. Сивков прямо заявляет, что лишь «...механика В. Толчина объясняет результаты специальных экспериментов, поставленных автором, совершенно необъяснимых, фантастических, немыслимых и «невозможных» с точки зрения классической механики».
Эксперименты с инерциоидом Толчина показали, что причиной движения его центра масс являются не силы трения между колесами и подстилающей поверхностью, а неуравновешенные силы инерции, возникающие в момент изменения угловой частоты вращения грузов.

В приложении своей книги "Инерцоид" Толчин приводит технические характеристики испытанных им моделей. Так для мощного однотактного инерцоида он приводит следующие данные:
тяга одного рычага - 75 Н
вес одного груза - 1 кг
длина рычага - 0,3 м
ход вперёд - 0,45 м
ход назад - 0,02 м
вес модели - 5,6 кг

При этом он не приводит самой важной характеристики - изменение угловой скорости вращения рычагов, без которой рассчитать динамические характеристики модели не возможно. Но её можно вычислить благодаря приведённым данным.

Тяга обратного хода прямо пропорциональна изменению прямого хода:

F(о) = (0,02/0,45)*75 = 3,33 Н

F = m*w^(2)*R

m - масса груза, 1 кг;
w - угловая скорость (р/с);
R - длина рычага, 0,3 м.

w = squ[F/(m*R)]
w(1) = squ(75/1*0,3)= 15,81 р/с = 2,52 об/с
w(2) = squ(3,33/1*0,3)= 3,33 р/с = 0,53 об/с

Таким образом, в модели Толчина максимальная угловая скорость рычагов составляла 2,52 об/с. За счёт использования в конструкции торможения в полуцикле обратного хода, он снизил угловую скорость до 0,53 об/с, что и обеспечило появление не сбалансированной центробежной силы прямого и обратного хода.

Для получения плавности хода модель нужно было оснастить второй парой синхронных рычагов работающих в противофазе с первой парой. При этом тяга от двух грузов снизится до 143,34 Н, а полная гравитационная сила противодействующая этой тяге равна 56 Н, в результате не скомпенсированная центробежная сила равна 87,34 Н (8,7 кг*с), что было вполне достаточно для преодоления гравитации.

Средняя угловая скорость вращения рычагов w(ср) = 0,5*(2,52 + 0,53) = 1,53 об/с
Интервал двух тактового тягового импульса при этом равен - 0,33 с. Полное время воздействия импульса на модель 0,165 с.
Путь под воздействие гравитации L(гр) = 10 * 0,165^(2) = 0,27 м, когда импульс не воздействует на модель.
Путь пройденный моделью под воздействием тягового импульса и гравитации одновременно L(т) = 15,6 * 0,165^(2) = 0,42 м. Таким образом, модель могла подниматься при каждом тяговом импульсе до 0,15 м.

Иными словами расчёты показывают, что модель Толчина могла преодолеть гравитацию и при небольшой доработке демонстрировать безопорный полёт, но этого не случилось, потому что ни сам Толчин, ни иные специалисты, не разобрались в природе безопорного движения.

В одно время с развернутыми дискуссиями относительно инерциоида Толчина над инерциоидом своей собственной конструкции работал киевский энтузиаст В. Зайцев, который собрал безопорный движитель, работающий на принципе дисбаланса рабочих грузов, который он назвал «универсальный импульсный движитель» (УИД).
УИД был изготовлен весной 1965 года и испытывался на даче под Киевом. С помощью карданного вала его подсоединили к двигателю от моторной лодки мощностью в 12 л.с. (1500 об/мин)
Когда двигатель запустили, сообщает В. Зайцев, механизм весом в 14 кг резко подпрыгнул, прижался к расположенным на высоте 13 см упорам и висел в таком положении все время его работы (около 5 мин.).
К сожалению не зная величины дисбаланса невозможно вычислить критерий Фруда для данного устройства. Но учитывая, что УИД преодолел гравитационное притяжение можно предположить, что он составлял значение около 5 мм, а масса дебаланса должна была быть при этом около 1,12 кг.
По неизвестной причине образец был разобран и о дальнейших исследования этого энтузиаста ни чего не известно. Вероятней всего поводом для этого послужило то, что он не смог решить проблему прочности опор дебалансов,  которые в таком режиме должны были очень быстро выходить из строя.

Идеи Толчина нашли свою реализацию в работах Г.И. Шипова. Этот ученый попытался раскрыть особенности движения инерциоидов с позиций «торсионной механики». В рамках своих исследований он разработал собственную теорию торсионного поля, которую он позиционировал как развитие ОТО А. Эйнштейна, но только ввел в неё такие понятия как вращение и кручение пространства.
Г.И. Шипов, работая в фирме Туполева, изготовил два инерциоида по схеме Толчина. Затем последовало успешное испытание инерциоидов в МГУ на платформе на воздушной подушке. Но когда Шипов, желая усовершенствовать инерциоид Толчина, подал заявку на изобретение в 1991 году, то получил отказ со ссылкой на некое секретное Постановление, запрещающее в СССР рассматривать заявки, если они касались инерциоидов.
В 2000 г. Шипов Г.И. исследовал инерциоиды в лаборатории, которую специально создали на деньги спонсоров в Таиланде. В 2002 году, в НИИ Космических систем имени Хруничева он начал серьезно заниматься темой инерционных движителей. Но все попытки практической реализации его проектов не увенчались успехом, хотя несколько экспериментальных моделей демонстрировали заявляемый эффект, но дальше этого вопрос не продвинулся.

Одним из ярких исторических примеров в данной области является «инерциоид Дина».
Страховой агент из Вашингтона, Норман Л. Дин получил американский патент № 2886976 от 19 мая1959 года. Устройство называется «System For Converting Rotary Motion Into Unidirectional Motion», то есть, «система преобразования вращательного движения в однонаправленное». Второй патент взят позже, US Patent № 3182517 от 11 мая 1965 года «Variable Oscillator System», название означает «Система с изменяемым осциллятором».
Критики работ Нормана Дина выражают свои сомнения по поводу его результатов, так как собрав аналог его изобретения строго по описанию, взятому из патента, они не получают работоспособного движителя. Предполагается, что автор описал в тексте патента принцип в сокращенном виде, не раскрывая некоторые важные детали конструкции.

2 ноября 1961 г. Купцов С.И. и Карпухин К.С. подают заявку на изобретение за № 684021/27 «Импульсный фрикционный движитель для самоходных систем» (А.С. №151574), принцип действия которого заключался в том, что под действием дебалансов расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях формировался пульсирующий режим движения. В одной фазе устройство за счет вертикальных дебалансов прижималось к поверхности, увеличивая силу трения, не давая возможности горизонтальным дебалансам двигать устройство вперед. Во второй фазе наоборот дебалансы уменьшали вес устройства, а действующие в это время горизонтальные дебалансы двигали его вперед.

Проблемой безопорных движителей занимался и белорусский ученый А.И. Вейник, который в 1991 году в своей монографии «Термодинамика реальных процессов» опубликовал схему своего безопорного движителя БМ-28 использующего свободное перемещение грузов во вращающемся барабане обеспечивающее им изменения радиуса своей орбиты только в одном направлении, благодаря чему обеспечивалось появление небольшой линейно направленной некомпенсированной силы.
При эксцентриситете 0,7 мм и частоте вращения 21000 об/мин, что соответствует скорости движения шариков 42 м/с, тяга составила около 14•10-5 ; (14 мг).
Исходя из приведенных им данных, критерий Фруда в этой конструкции составлял 396.
Вероятно, для модели был использован шарик от подшипника диаметром 10,716 м массой 5,64 г, который вылетал из обоймы на 0,7 мм. В этом случае вес всего движителя должен был быть 2233 г, что вполне правдоподобно с учетом массы двигателя.
Удивительно, что им вообще была зафиксирована тяга, скорее всего это погрешность измерения.
Данный эксперимент Вейника был воспроизведен в группой Александра Фролова ООО «Лаборатория Новых Технологий Фарадей» в 2002 году. Он отмечает, что работа движителя сопровождалась значительной вибрацией, поэтому, увеличение эксцентриситета или скорости вращения было затруднительно. Силы, действующие в данной конструкции, были незначительны.

В 1986 г. канадский изобретатель Брендсон Торнсон получил патент US 4631971 от 30 декабря 1986 года на безопорный движитель, который он установил на каноэ, с его помощью оно двигалось с равномерной скоростью 1 миля в час, имея полный вес 250 кг. По энергозатратам, данный привод оказался экономнее, чем бензиновый лодочный винтовой мотор примерно в 20 раз.

В 1996 г. изобретатель из Иванова К.Д. Шувалов в Санкт-Петербурге демонстрировал свои конструкции действующих инерциоидов, В одной из них был реализован принцип некомпенсированного удара грузов по пружинам в направлении движения, с последующей их компенсацией в перпендикулярном движению направлении. По свидетельству очевидцев представленная конструкция действительно двигалась в соответствующем направлении.

В 1998 г. во Фрязино команда энтузиастов под руководством С.М. Полякова изготовила инерциоид по сохранившимся патентным чертежам австрийского изобретателя Виктора Шаубергера, в котором ртуть двигалась в трубопроводу, представляющем собой объемную спираль Архимеда (спираль, намотанная на поверхность конуса). Внутри спирали ртуть приводилась в движение электродвигателем.
Движитель Полякова общим весом около 40 кг устанавливался на рычажные весы и уравновешивался грузом. Затем включается электродвигатель и ртуть начинала двигаться по вытянутой спирали Архимеда внутри корпуса движителя, при этом, как показали многочисленные измерения, движитель устойчиво терял до 28 гр. веса.
В Научно-исследовательском институте космических систем (НИИКС) при ГКНПЦ им. М.В. Хруничева были разработаны несколько модификаций таких движителей. Все они устойчиво показывали потерю веса. Многочисленные оппоненты указывали на различные источники, приводящие к потере веса. После устранения которых, потеря веса продолжала наблюдаться.

В середине 90-х годов вопросами создания инерциоидов занялся Э.И. Линевич (Приморский край, г. Артем). Результатом этих исследований стало создание в начале 2000-х годов опытного образца, который демонстрировал наличие тягового усилия.
Этот образец, по данным автора, отработал пять пусков, каждый продолжительностью от 20 до 40 секунд. Полная его масса 55 кг. Масса дебаланса 15 кг. Радиус инерции дебаланса 4,2 мм. Электродвигатель привода асинхронного типа: мощность 1,5 кВт, скорость вращения 1435 об/мин. Масса гироскопа 8 кг, скорость вращения 3000 об/мин. Среднее значение силы тяги 1,6 кг.
Конструкция образца с использованием гироскопа не позволяет провести его расчет, без детальных параметров. Но приблизительную оценку возможности этого движителя предпринять можно.
Критерий Фруда Ф = 9,65
В создании тягового усилия в 1,6 кг участвовала масса 6 кг, что более чем в половину меньше массы дебаланса. Таким образом, применение гироскопа в конструкции значительно снизили её потенциальные возможности.

Приблизительно в это же время сербский энтузиаст Вилько Милкович предложил оригинальную конструкции двойного маятника. Это не инерциоид в обычном понимании этого слова. Но идея использования центробежной силы дебаланса была им реализована. Милкович иронично относился к своему изобретению и изобразил себя на качелях, которые в то время как он отдыхает и развлекается, качают воду на его участок.
Двойной маятник Милковича указывает на путь преодоления запретов закона сохранения энергии. Привлекая к энергии раскачивания маятника силу гравитации Милькович на выходе получает больше энергии, чем вкладывает в его раскачку. На этом принципе могут быть построены генераторы использующие конструкции отдельных инерциоидов, ещё больше увеличив и без того большое КПД маятника Милковича.

В 1996 г. инженер-механик В.И. Докучаев предложил схему торообразного инерциоида работающего на принципе изменения масс жидкости при вращении. Технические характеристики модели им не приводились, поэтому проверить правильность предложенного им решения не представляется возможным.

В 1999 году Р.И. Романов-Букин получил патент № 2137523 на «Машину Романова - механический атом 10». В описании к патенту автор пишет:
«В работе этих механизмов должно участвовать реле, периодически включающее малый и большой электродвигатели»
Периодическое включение электродвигателей создает эффект «бегущего» импульса, который и придает всей конструкции линейное движение.

Приблизительно в это же время пермский инженер В. Сергеев заявил о создании устройства весом 7 кг, заключенное в замкнутый ящик-куб с гранью 1/3 м. Он был установлен на примитивной четырехколесной тележке, которая, после включения электродвигателя мощностью 40 Вт, катится по ровному гладкому полу с заметным ускорением.

Интерес к безопорным движителям получает в начале 2000-х годов новый импульс. В этой области появляется целый ряд теоретических работ.

Среди них следует отметить работы М.Г. Иванова, который рассматривает различные возможности создания безопорных движителей. Но, к сожалению его утверждения, очень часто грешат техническим дилетантизмом на уровне обычных знаний теоретической механики, что в значительной мере снижает привлекательность его идей. К тому же ни одно из предложенных решений он не до вел до реального воплощения, ограничившись лишь теоретическим выкладками.
Идеи Иванова нашли своих последователей, так Сергей Орлов предложил несколько конструкций развивающих идеи Иванова, но они так и остались на уровне идей, до воплощения их в действующую модель дело не дошло.

Обратился к теме безопорных движителей и такой маститый ученый как Юрий Николаевич Маслов (1938 - 2007) - инженер-электромеханик, доктор технических наук, профессор, действительный член Международной академии информатизации, заслуженный изобретатель РСФСР, автор более 400 научных работ, на его счету 65 изобретений и патентов. Предложенная им схема позволяет предположить, что он рассматривал инерциоид с изменяющимся радиусом вращения грузов.

Исследованию принципов безопорного движения посвящен ряд работ В.А. Жигалова, который в основном ориентируется на анализе известных схем инерциоидов Толчина, Шипова и других.

Среди теоретических работ посвященных безопорному движению, следует отметить работы Ю.Г. Белостоцкого, который в целом развивает идеи Шипова об особых полях, свойства которых могут быть использованы в безопорном движении.

В начале этого века большое внимания проектированию различных схем безопорных движителей уделял В.М. Петров, который даже предпринял попытку реализации своих проектов в действующем образце. Но изготовленная им модель не подтвердила ожидаемого эффекта.
Визуальное изучение представленного автором образца и изучение заявленных им проблем приводят к убеждению, что в модели не обеспечено согласование мощности двигателя с внутренними потерями энергии в конструкции. В остальном предложенные схемы выглядят как вполне работоспособные.

В мае 2008 года с космодрома Плесецк ракета-носитель «Рокот» вывела в космос малый космический аппарат «Юбилейный» с инерциоидом на борту. Инициатором доставки в космос инерциоида, прозванного журналистами «гравицапой», был генерал Валерий Меньшиков, директор НИИ космических систем. Несмотря на предупреждения учёных о невозможности для такого движителя создать тягу в космосе, поскольку это противоречит одному из фундаментальных физических законов — закону сохранения импульса, его авторы заявляли, что в НИИ КС «движитель без выброса реактивной массы» работал и создавал тягу в 28 грамм. На данный движитель был выдан патент «Роспатентом» (!). Эксперименты финансировались в рамках межгосударственной российско-белорусской программы «Космос СГ», где главным исполнителем является также Валерий Меньшиков.
В июне-июле того же года были проведены первые испытания, результаты которых были названы «неоднозначными», а в феврале 2010 начались эксперименты. Как и ожидали учёные, выведенный в космос движитель не смог ни на микрон изменить орбиту спутника. Сам принцип работы «двигателя» и деятельность, связанная с его «созданием», не раз обсуждались и критиковались Комиссией РАН по борьбе с лженаукой.

В 2013 году Ермоленко В.Н. и С.В. получили патент № 2455187 на импульсно-инерционный движитель. Суть изобретения заключалась в том, что вращая колеса с дебалансами определенным способом можно получать их полную компенсацию в одном направлении и декомпенсацию в другом. Авторы заявляли о возможности получения тягового усилия до 1000 тонн.
Поскольку ни каких технических данных устройства не приводится сейчас не возможно ни опровергнуть, ни подтвердить заявляемый ими эффект.

Оригинальная идея безопорного движения в 2013 г. была предложена сибирским ученым В.И. Копыловым, который предложил усовершенствованную схему обратного маятника с подвижным грузом. При определенных частотах вибрации маятника на груз начинает действовать центробежная сила, и он поднимается по маятнику вверх. Дойдя до крайней точки, он начинает в том же направлении воздействовать на корпус объекта, заставляя его подниматься вверх. К сожалению технических характеристик своего решения он не приводит, поэтому проверить расчетами его предложение не представляется возможным.

Никитин А.В. в 2015 году приводит сведения о якобы работающих инерциоидах. Один из них обладал следующими характеристиками:
Общий вес инерциоида….....................................5,6 кг
Вес одного груза .........................................1,0 кг
Максимальный импульс тяги ................................ 15 кг
Ход вперед за один такт .................................. 45 см
Отход назад за один такт .................................  2 см
Данных для расчета динамической характеристики инерциоида недостаточно. Но если предположить что плечо, на котором вывешивался груз, было около 10 см, то частота вращения плеча должна была быть около 370 об/мин.

Другой инерциоид, изготовленный в Арзамасе 16 группой инженеров под руководством В. Коробко, имел общий вес 60 кг и вес груза 5 кг. В качестве источников энергии, обеспечивающих вращение столь массивных грузов, использовались аккумулятор и электромотор мощностью 1,75 кВт, составляющие значительную часть веса инерциоида. За один такт движение вперед составляло 11 см и отход назад 1 см.
Можно предположить, что тяговое усилие в этом случае составляло около 24 кг, тогда при плече 10 см частота вращения плеча должна была быть около 20 об/мин.

Никитин приводит характеристики ещё одного инерциоида изготовленного с участием Г.И. Шипова. Инерциоид с непрерывным движением вперед имел полный вес 1,8 кг, вес грузов 300 г, угловая скорость менялась, от 4 рад/сек, до 13 рад/сек, при этом средняя скорость центра масс составляла 30 см/сек.
При массе грузов 0,3 кг и средней угловой скорости 8,5 рад/с плечо инерциоида должно было иметь длину около 28 см.

Насколько можно судить из публикаций А.В. Никитина, его интерес к безопорным движителям носит сугубо теоретический интерес, так как о собственных воплощенных разработках он нигде не пишет.

Недавно о своём инерциоиде заявил еще один энтузиаст безопорных движителей А.П. Колпаков. К сожалению, он не раскрыл своего технического решения, на каком принципе он проектировал свой инерциоид, заявив лишь о его тяговом усилии до 5 кгс, поэтому проверить заявленный им эффект не представляется возможным.

Анализ участников в проектах безопорных движителей позволяет выделить их в две основные группы.
К первой относятся дилетанты, мало знакомые с теоретической механикой, и изготовляющие свои образцы, опираясь на интуицию и свою изобретательскую «чуйку». Даже при получении положительных результатов, плохо понимая, откуда он взялся, они не могут обеспечить устойчивою воспроизводимость полученных результатов, отчаиваются и уходят из темы.
Ко второй группе относятся ученые склонные к наукообразию. Не понимая тонкостей теоретической механики, они пытаются подменить это незнание глубокомысленными размышлениями о природе вещей вообще и не состоятельности основных постулатов физики в частности. В результате понять что либо у них трудно, да и сами они не торопятся подтвердить свои выводы какими либо практическими результатами.
Очевидно, пока в эту тему не придут профессионалы из теоретической механики способные грамотно составлять векторно-скалярные балансы действующих внутри замкнутой системы сил, эта проблема вряд ли будет решена в ближайшее время.


ДОПОЛНЕНИЕ 1

Мною была предпринята попытка проверить возможность создания безопорного движителя. Полную версию испытаний опытного образца можно посмотреть по адресу  https://youtu.be/Hs9sKXrsMnI

Видеообзор разных конструкций безопорных движителей представлен по адресу: https://www.youtube.com/watch?v=0lhlJtSskqc

Классификация реализованных безопорных движителей представлена по адресу:
https://youtu.be/qelnDHWbDgU


ДОПОЛНЕНИЕ 2

Опыт общения с РОСПАТЕНТОМ убедил меня в том, что уровень научно-технической подготовки его специалистов в настоящее время не позволяет запатентовать какую либо конструкцию безопорного движителя.
Возможно их сможет убедить полномасштабная модель, которая поднимет его автора над их головами. Поэтому советую авторам будущих безопорных движителей рассчитывать их тягу из расчета не менее 10 Н на один килограмм общего веса конструкции, чтобы обеспечить его зависание перед окнами "стража научно-технического прогресса". Но учитывая, что глаза его завязаны как у Фемиды, не факт, что он вообще это заметит.

ДОПОЛНЕНИЕ 3

Об основах теории безопорного движения см. http://www.proza.ru/2017/11/09/1255


Рецензии