无工质推进装置原理初探和改进方案.ppt

吴 翔 英国的 Roger Shawyer 2000年设计出 emdrive 中国的 杨涓 2010年实验检验 emdrive 美国的 Guido Fetta 2014年公布cannae drive 中国的 吴翔 2008年发表无支撑悬浮的推理 当前少有的团队： Roger Shawyer能提供emdrive具体的实现方案 。并且能接受重复检验。但对原理的解释还不 被公认。实验结果也颇受怀疑，但无法确切地 否认。 Shawyer的解释主要强调：如果波导波长越大 ，那么端面获得光压力越小；反之，如果波导 波长越小，那么端面获得光压力越大。圆台形 谐振腔的大小两个端面分别受到不平衡的力量 ，净推力由此产生。 杨涓研究电分量和磁分量在导体壁上的作用。 用数值模拟方法计算电磁波作用于导体壁的结 果。 问题在于这种计算使用了入射波加反射波之 合，也就是驻波。然而，要计算光压，必须用 入射波减反射波之差，也就是行波的改变量。 Shawyer 计算端面压力也同样使用了驻波。 杨涓的真实实验有净推力读数。一位未透露姓 名的朋友指出用柔性波导从静止部分导入微波 的方法不完善。应该把微波源甚至电源一起做 进移动部分。 美国的 Guido Fetta 测量了cannae drive的推力 ，也测量了emdrive的推力，还测量了完全匹 配负载的推力。还是这位认真的朋友指出，微 波传输线的空间路径一致的实验中，推力数据 相近；空间路径不同的实验中，推力数据不同 。这说明推力数据反而和负载的设计无关，和 微波传输线摆放路径有关。研究人员认定匹配 负载的推力为0，并且用这个目标去校准。认 真的朋友指出每一个独立的实验，要分别校准 。 目前，世界同类研究对无工质推进装置有或无 净推力还不能十分肯定。还需对有疏漏的地方 做出改进再次用实验检验。这不妨碍在理论上 先行得到出路，理论指导实验改进方向，相互 检验。 吴翔的无支撑悬浮和我们谈无工质推进是一个 事物两种用法。吴翔的理论推理有匿名审稿专 家给出五颗星好评。这个评语是中国科技论 文在线主持的。 在这里，吴翔用 2008 年做的推理对无工质推 进给出解释，并且提出改进方案。这里面绝对 不是大众传播的那样说无工质推进违返动量守 恒。恰恰是电动力学给了我们机会，既遵守动 量守恒又得到推力。 这当中必需提起光压。光压归根揭底就是洛伦兹 力，但洛伦兹力不能全部代表光压。 所有用光压的计算都假定了目标对象是纯阻性的 （包括完全反射面，有吸收率的反射面，完全吸 收面，有吸收率的透射面等等）。电磁场的电分 量推动了载流子，而磁分量制造压力。这就是洛 伦兹力对光压的解释。 但是，电磁场作用于非阻性元件组成的阵面，将 得到不一样的力。显然不全等于光压。不论怎么 用光压去想问题，都跳不出死循环。要就要考察 洛伦兹力。 含有过多公式，跳转至论文文档。大纲为： 1.振荡电偶极子模型 2.全反射面作为导体空腔的结果。 3.有吸收率的反射面作为导体空腔的结果。 4.馈源从纯阻性变成非阻性。定性地看结果必 然和纯阻性时不同。定量的计算有公式。 5.改变其中一个公式去猜杨涓的实验。同样会 有振荡起伏的曲线。 改进办法有三种。方案1向两个方向公平地辐 射，所以就算回收这些辐射，也不影响推力。 方案2和3从emdrive出发做出极端设计。 方案1：将导体空腔从圆台形回归到圆柱形，并要求 馈源满足纯阻性。在导体壁上开孔，使微波漏出去 。这些孔是非阻性的。在圆柱形一侧底面开感性的 孔，另一侧底面开容性的孔。两底面相位差应为pi/2 。所以二者辐角绝对值等于pi/4才能使相位差pi/2。 圆柱形的高必须符合规则。这规则是两个底面的距 离不等于二分之一个波导波长的整数倍加四分之一 个波导波长。最佳距离在二分之一个波导波长的整 数倍。圆柱形也可以换成六面体。波导理论指导的 形状都可以使用，包括增加端面的同轴传输线。 开孔后，每一个孔都被当作波源。它们从入射的微波获取能 量，改变相位后辐射出去。一半辐射到腔体外面，一半辐射 到腔体里面。圆柱形两个底面受力之合就是净推力。我们也 能把辐射出的微波能量回收，以减少能量损失。相对而言， 就可以在有限微波功率下获得尽可能大的净推力。回收了能 量也避免了多个装置相互影响，这样就能够实现多个装置的 随意组合。回收能量的办法是，在谐振腔两端加设纯阻性且 阻抗匹配的天线。因为两面回收天线上受力是相抵的，所以 回收天线对装置净推力无影响。值得一提，建议在回收得到 能量的位置把交流整流为直流，再将能量送回微波发射装置 。如果回收的能量经由波导直接传输送回馈源，那么根据互 易原理，从馈源进入波导的微波恰好起到相反作用。 方案2：也将圆台形回归到圆柱形或者其它波 导形状，却要求馈源突出非阻性。空腔一侧底 面不开孔，另一侧底面是回收天线。馈源的位 置距不开孔底面八分之一个波导波长，允许加 四分之一个波导波长的整数倍。不需对圆柱形 的高做出严格要求，但至少把馈源包含进来。 方案3：既然有方案2这样的设计，那也不妨 走得更极端。方案3利用金属半球面作为反射 面，球半径为八分之一个波长，允许加四分之 一个波长的整数倍。在球心位置放置点状馈源 ，要求馈源突出非阻性。利用回收天线封闭半 球面的开口，但不应挡住从馈源到半球面的射 线。 不妨给出将来实验结果的预言。根据康普顿效 应和太阳帆动量交换原理，电磁波给出动量后 ，自身频率相应减小。因此，频率减小（频谱 下移）是装置加速时必须有的现象。反之，装 置在减速时频率增加（频谱上移）。我们没有 必要以动量守恒为原则否认无工质推进器的可 行性。 无工质推进不应该强调利用驻波和谐振原理。 反而提倡用行波，和末端回收能量的办法。 末端回收能量也产生相反作用力。这个作用力 并不完全抵消推力。方案1也回避了这个问题 。 还会不会有其他问题？望各位专家批评。 1 Roger Shawyer. A theory of Microwave Propulsion for SpacecraftOL. 2007,7. 2 杨涓，杨乐，朱雨，马楠. 无工质微波推进的推力转换机理与性能计算分析J. 西北工业大学学报，2010，205 28(6)：807-813. 3 YANG J, WANG Y Q, MA Y J, LI P F, YANG L, WANG Y, HE G Q. Prediction and experimental measurement of the electromagnetic thrust generated by a microwave thruster systemJ. Chinese Physics B, 2013, 22(5): 050301, 1-9 4 David A. Brad, Harold G. White, Paul March, James T. Lawrence, and Frank J. DaviesAnomalous Thrust Production from an RF Test Device Measured on a Low- Thrust Torsion PendulumOL. 201