[发明专利]通过在气体介质中产生受控等离子体环境来增加粒子密度和能量的系统、设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过增加带电粒子的密度和能量，增加气体介质的空间带电限制。更具体而言，本发明涉及通过将受控等离子体环境引入气体介质，增加带电粒子的密度和能量。

背景技术

施加给给定空间体积中的气体粒子的电能产生了这样的可能性：电势差(PD)在施加了PD的阴极与阳极之间放电。大家已知这是“电弧”，类似于云层与地面之间、或者具有大PD的云层之间的闪电放电。电弧是这样一种现象：通过电弧，电流能够在带电表面之间的间隙穿过。尽管闪电通过高电压产生等离子体，但是电弧对许多应用有害，并且持续时间极短，不适于许多目的。仅当两个表面之间的电势差超过“最小电弧电压”时，才会出现电弧。最小电弧电压的值并非绝对的，而是取决于许多因素，例如保持电势差的材料、材料之间的距离、以及材料之间的介质，但是不限于此。术语“介质”意欲包括一种或多种元素的粒子群。例如在标准大气和压力下，一般公认的大气最小电弧电压在带电表面之间的距离为每米1,000,000伏特。对于在电弧发生之前能够施加给给定空间的PD的大小，很久以来就公认有一个实际应用的限制。这个限制称为“空间电荷限制电流”饱和点(又称为“带电空间限制”)或者给定空间体积能够适应的PD限制。电弧有效地释放了差异，有效地消除了跨过电场的PD。对于某些应用，放电是有益的。而对于另一些应用，放电抵消了输入介质的电能的可能好处，并限制了电弧发生之前能够施加的电能。例如，已知当提供足够的功率时，不对称电容器表现出合力，因为电场产生带电粒子，而带电粒子根据洛仑兹定律响应电场。不对称电容器一般是具有几何上不同的电极表面面积的电容器。被加上电压的不对称电容器周围的电势差产生不平衡力，因此产生小幅度的动力。过去几十年的挑战在于，在气体介质中没有电弧的情况下，产生动力所需的电能量的大小，也就是推力功率消耗比。虽然重量轻，不对称电容器模型已经显示出产生足够的力来克服它们本身质量的重力效应的能力，但是因为带电空间限制，不能使用实现这个特点的实际、商业化应用所要求的电能级别。部分地，电能的要求级别被限制为低于电弧释放PD的级别。

由于各种原因，很多研究人员利用离子及其运动来产生动力。一些美国专利描述了涉及不同环境中的动力的静电电荷。通过参考将这些专利合并于此。例如，1934年9月授予Brown的美国专利No.1,974,483涉及通过在可充电体积和关联电极的系统中提供并维持高电势的静电电荷来产生力或移动的方法。1949年1月授予Hergenrother的美国专利No.2,460,175涉及通过分子与用负电势提供能量的导电部件之间的吸引力将气体分子电离并移开分子的离子真空泵。1952年2月授予Mallinckrodt的美国专利No.2,585,810涉及用于推进飞机的射流推动设备以及电弧设备。1953年4月授予Hertzler的美国专利No.2,636,664涉及使气体分子受到电离力，导致它们在预定方向上运动的泵送方法。1956年10月授予Lindenblad的美国专利No.2,765,975涉及通过气体的电晕放电效应，不需要移动部分的气体的运动。1960年8月授予Brown的美国专利No.2,949,550涉及一种动电设备，利用电势产生力，导致结构与周围介质之间的相对运动。1964年2月授予Gehagen的美国专利No.3,120,363涉及利用离子放电的、比空气重的飞行设备以及推动和控制方法。2001年9月授予Campbell的美国专利No.6,317,310涉及的方法和设备公开了将两个空间的、不对称的电容器充电至高电势以产生推力。

在1959年3月授予Streib的美国专利No.2,876,965中可见跨过机翼的气体分子的非电离应用以产生升力。该专利涉及能够利用机翼的径向横截面作为有效机翼来垂直和水平飞行的环形翼飞机。