阅读说明：本技术 一种基于原子波动性的推进装置 (Propulsion device based on atomic fluctuation ) 是由 贾东明 秦鹏举 鞠宏艳 于 2019-11-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于原子波动性的推进装置,包括外壳、管道、加速装置、加热装置、冷却装置及流体工质；管道、加速装置、加热装置及流体工质均设置在外壳内部,管道位于中部,加速装置设置在管道一端,加热装置设置在管道上,冷却装置设置在外壳外部；流体工质在加速装置的作用下流入管道内,同时在管道内加热升温,之后由管道另一端流出,在外壳内部冷却后回流到管道内形成循环；外壳所受到的力为流体工质原子的合作用力,合作用力为流体工质原子在有热量变化的同时进行运动所产生的基于原子波动性作用力和流体工质流动产生的力这二者的合力,外壳受到的合力不为零,向外界提供推进力。本发明体积小且能够产较大的推力。(The invention discloses a propelling device based on atomic volatility, which comprises a shell, a pipeline, an accelerating device, a heating device, a cooling device and a fluid working medium, wherein the shell is provided with a plurality of cavities; the pipeline, the accelerating device, the heating device and the fluid working medium are all arranged inside the shell, the pipeline is positioned in the middle, the accelerating device is arranged at one end of the pipeline, the heating device is arranged on the pipeline, and the cooling device is arranged outside the shell; the fluid working medium flows into the pipeline under the action of the accelerating device, is heated and heated in the pipeline, flows out from the other end of the pipeline, and flows back to the pipeline after being cooled in the shell to form circulation; the force applied to the shell is the cooperative force of fluid working medium atoms, the cooperative force is the resultant force generated by the fluid working medium atoms moving while having heat change and based on the atomic wave acting force and the force generated by the fluid working medium flowing, and the resultant force applied to the shell is not zero and provides propulsion force for the outside. The invention has small volume and can generate larger thrust.)

一种基于原子波动性的推进装置

技术领域

本发明涉及宇航推进装置技术领域，具体涉及一种基于原子波动性的推进装置。

背景技术

目前世界上进行宇航活动时，所采用的推进装置一般是火箭发动机，它需要将燃料置于发动机内部，通过燃料的燃烧以高速向后喷出气体，依据反推力推动有效载荷运动。这种装置由于不可避免地消耗燃料，因此其寿命是有限的，但是截至目前还没有一个投入实用的、没有燃料的宇航推进装置出现，唯一一个被证明有推力产生且没有燃料的宇航推进装置是2008年西北工业大学杨涓团队证实的无工质微波推进装置，经过试验证实可以产生推力，但是该装置推进效率非常差，只能产生mN量级的推力，需要改进效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于原子波动性的推进装置，体积小且能够产较大的推力。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于原子波动性的推进装置，包括外壳、管道、加速装置、加热装置、冷却装置及流体工质；

所述管道、加速装置、加热装置及流体工质均设置在外壳内部，所述管道位于中部，加速装置设置在管道一端，所述加热装置设置在管道上，所述冷却装置设置在外壳外部；所述流体工质在加速装置的作用下流入管道内，同时在管道内加热升温，之后由管道另一端流出，在外壳内部冷却后回流到管道内形成循环；

外壳所受到的力为流体工质原子的合作用力，所述合作用力为流体工质原子在有热量变化的同时进行运动所产生的基于原子波动性作用力和流体工质流动产生的力这二者的合力，外壳受到的合力不为零，向外界提供推进力。

进一步地，所述冷却装置利用空调的制冷装置，所述制冷装置与外壳连接，与升温后的流体工质进行热量交换。

进一步地，所述加速装置采用涡扇。

进一步地，所述加热装置采用磁控管。

进一步地，所述管道设置在外壳的中轴线上。

有益效果：

1、本发明不需要借助燃料或外力就能产生推力，可以实现在太空中只需要通过电能产生推力，永远不用担心燃料用完的问题，只要电能可以持续供应，推力就可以持续产生，是人类目前所知道的最理想的太空推进装置。

2、本发明工作腔设置在外壳的中轴线上，不会出现由于推进装置质心与作用力方向不一致导致的附加力矩。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

其中，1-工作腔，2-磁控管，3-加速腔，4-涡扇，5-回流冷却腔，6-外壳。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

在经典动力学中，牛顿第一定律是：质点不受外力时保持匀速直线运动，但在原子层次，牛顿第一定律不完全成立，原因是原子有波动性，根据测不准原理，原子的速度和原子的位置这两个参数不可能同时完全确定，因此匀速直线运动是一种不可能出现的运动状态，这是因为它能同时确定原子的位置和速度。原子的波动性已经经过了衍射试验的证实，不能予以忽略。试验已经证实原子的波动性是客观存在的，原子同时存在波动性和粒子性，原子的波动性是原子内部因素造成的，有两个原因：(1)电子在原子内的位置是不确定的，通过量子电动力学只能算出电子出现在某个区域的概率，由于无法确定其具***置和具体速度，因此其质心位置以及具体的速度有一定的波动性，这是原子波动性的主要原因；(2)当原子通过万有引力场、电场、磁场对外产生相互作用时，这些场同时还对原子自身造成了扰动，这种扰动效应非常微弱，只有通过光谱的精细结构分析才能看到，是原子波动性的次要原因。基于上述分析认为波动性是原子固有的、不可克服的现象，因此原子层次的牛顿定律需要重新进行整理，其中一部分适用于粒子性，另一部分适用于波动性。如果只考虑原子的粒子性，在经典力学中可以证明由原子组成的系统不可能在没有外力的情况下改变系统的平均速度，因此要理解无工质微波推进装置的原理必须要从原子的波动性入手。

为建立适用于无燃料推进装置的一般性原理，必须要在原子层次上建立既适合粒子性也适合波动性的力学体系。

原子层次的牛顿第一定律为：当原子不受外力时，其速度为

其中

为恒定值，是随机值,为正态分布，I为单位矩阵。

原子层次的牛顿第二定律为：其中E_α(.)表示期望值，下角标α用于区别不同的E。

其中

为由于原子内部波动性引起的随机内力。

原子层次的牛顿第三定律仍为：

力的作用对象分别为原子A和原子B。

原子层次的第四定律为：原子A所受到的外力为

其中i为宇宙中所有物质。

现在需要确定

的分布规律。

定义原子熵为

其中k为波耳兹曼常数，

是正态分布

的分布密度函数，

x、y、z代表三个轴方向。容易证明

定义原子内能为

其中m为原子的质量，则有

定义温度

则可以证明

因此有U内能

并有

现在来求

的分布规律。

期望值

因此有：

由式(7)可知：原子波动会无中生有地产生一种作用力，这种作用力出现的条件是将热量的变化转化为力，它正是摩擦生热的逆过程——热转化为力。其物理机制是这样的：原子的温度和内能发生变化时，温度变化意味着波动的方差要发生变化，这种变化需要能量的变化，或者说需要将原子的动能转化为热能，或者将热能转化为动能，因此在动量

方向上动能被减少或增加，但是被减少或增加的能量并不是只用来增加或减少动量方向上的波动性，根据能量均分原理，能量的变化稳定后波动的方差永远满足

这实质上是把来自

的动能分散到各个方向上热能，因此

方向上的动能会有所变化，但

方向的热能并不能补偿由能量均分产生的能量变化，从而产生了作用力。

基于此，本实施例提供了一种基于原子波动性的推进装置，利用了摩擦生热的逆效应所揭示的物理学现象，即原子在有热量变化的同时进行运动会产生额外的作用力，将这种作用力用来产生动力装置的推力。

如图1所示，推进装置包括外壳6、管道、磁控管2、涡扇4、冷却装置及流体工质。管道、涡扇4、磁控管2及流体工质均设置在外壳6内部，管道1位于外壳6的中轴线上，且管道1中轴线与外壳6中轴线重合，管道1内部为工作腔1，涡扇4设置在工作腔1一端形成加速腔3，用于加速流体工质，磁控管2设置在管道上；冷却装置设置在外壳6外部，管道与外壳6内壁之间为回流冷却腔5。外壳6外部可以连接空调的制冷装置，与升温后的流体工质进行热量交换，这样流体工质在回流冷却腔5内温度会下降，内能会减小，以防止流体工质不间断升温，导致系统失效。

工作腔1用于基于原子波动性产生推力；回流冷却腔5用于将工作腔1尾部的流体工质以较慢的速率回流到工作腔1的头部，在回流过程中同时将高温流体工质降温，加速腔3一侧为工作腔1的头部；加速腔3用于将进入工作腔1之前的缓慢流动的流体工质加速。

流体工质可以是液体也可是气体或混合的流体，要求能够在加速腔3、工作腔1和回流冷却腔5之间往复运动，其流体工质流动顺序为加速腔3→工作腔1→回流冷却腔5→加速腔3。流体工质在加速腔3的作用下，流入工作腔1，同时在工作腔1内加热升温，之后由工作腔1另一端流出经回流冷却腔5冷却后又流入加速腔3，外壳6受力运动。

管道上附的磁控管2通电后能产生能被流体工质吸收的微波，微波的作用范围基本上在工作腔1内，因此流体工质在工作腔1内会被加热，导致其温度升高，即

并同时导致内能增加，即有

这样就能保证式(7)中

根据式(7)的计算结果，可以得到单个原子由于原子波动性产生的作用力的大小和方向。之后积分求出作用力大小。

本发明推力装置工作时，设流体工质在工作腔1中的平均速度为

流体工质原子质量为m，并对磁控管2予以通电，根据式(7)有

不为0，因此会有作用力产生，本动力装置利用的是其反作用力，这个反作用力作用的部位为外壳6，外壳6上所受到的力为流体工质所有原子的合作用力，即基于原子波动性作用力和流体工质流动产生的力这二者的合力。

另一实施例中，采用两个以上工作腔1，管道沿外壳6中轴线间隔排布，首尾相对，每个工作腔1大小不一，便于控制流体工质经过不同工作腔1的流速。

另一实施例中，采用两个以上工作腔1，管道并列排布，首尾同向平行设置，可控制推力装置转弯。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。