ES2709423T3 - Motor de empuje de partículas cargadas - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de motor a reacción de partículas cargadas, que comprende: una pluralidad de electrodos conectados a al menos una fuente de energía eléctrica; estando al menos uno de dichos electrodos (3, 4), cuando está sumergido en un medio gaseoso, configurado para permitir que el medio pase a través o alrededor del mismo; en el que el tamaño, la forma y la posición de los electrodos (3, 4) en el medio crean diferentes regiones del medio utilizado por el dispositivo; partículas cargadas de baja energía introducidas en cualquier punto de dicho medio o separadas de otras partículas cargadas que ya están en el medio, de manera que la mayoría de las partículas cargadas en una región son de una polaridad; en el que estas partículas cargadas se aceleran mediante uno o más campos eléctricos producidos por las diferencias de potencial entre los electrodos; en el que las partículas cargadas aceleradas viajan una distancia en el medio, de modo que el número de colisiones de dichas partículas cargadas aceleradas con átomos y/o moléculas del medio resulten en la transferencia de energía e impulso de las partículas cargadas a los átomos o moléculas neutras; en el que la masa total de los átomos y/o las moléculas neutras que colisionan con las partículas cargadas excede la masa total de las partículas cargadas; en el que la energía y el impulso de los átomos neutros y/o moléculas que han colisionado con las partículas cargadas aceleradas excede la energía y el impulso de las partículas cargadas aceleradas después de abandonar la región del dispositivo donde se aceleraron las partículas cargadas; en el que todos los electrodos donde las partículas cargadas se neutralizan después de alcanzar y/o pasar a través de o alrededor de dichos electrodos se definen como electrodos de salida; y en el que al menos dos de los electrodos establecen un campo eléctrico y caracterizado por que se proporcionan medios para reducir la carga espacial axial generada por el campo eléctrico producido cuando las cargas están entre los electrodos.

Description

DESCRIPCION

Motor de empuje de particulas cargadas

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

[0001] Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional US n.° de serie 60/607.405, presentada el 3 de septiembre de 2004.

Antecedentes de la invencion

1. Campo de la invencion

[0002] El campo de la invencion, motores a reaccion de particulas cargadas, han existido en la forma de motores a reaccion de iones durante mas de cincuenta anos y han sido utilizados como dispositivos de propulsion para aplicaciones de muy poco espacio de empuje. Se han realizado intentos para crear un motor a reaccion de iones para usar en la atmosfera utilizando iones creados a partir de la propia atmosfera. Hasta la fecha, estos intentos en la atmosfera han sido infructuosos, ya que el empuje muy bajo producido requeria una entrada de potencia tan alta que otras formas de propulsion han demostrado ser mucho mas eficientes.

[0003] La razon de la muy pobre eficiencia y el bajo empuje es que hasta la presente invencion que se describe aqui, la mayoria de la energia utilizada para generar empuje se desperdicia en la creacion de particulas cargadas y por el metodo ineficiente usado para transferir energia a partir de las particulas cargadas aceleradas a las moleculas de masa de reaccion neutra debido a la interaccion de la trayectoria libre media y la carga espacial generada por el campo electrico inverso.

2. Descripciones de la tecnica anterior relacionada

[0004] En un motor de iones, el empuje es producido por la ionizacion de atomos o moleculas neutras y por la aceleracion de estos iones, la masa de reaccion, por un campo electrico. La cantidad de empuje es igual a la masa de reaccion multiplicada por la aceleracion de esa masa o la masa de reaccion multiplicada por el cambio en la velocidad de la masa. Para cambiar la velocidad de la masa de reaccion, se debe suministrar energia a esa masa. La energia que debe suministrarse es igual a la mitad de la masa multiplicada por el cambio en la velocidad de la masa al cuadrado. La maxima eficiencia energetica se obtiene creando el mayor empuje para la menor cantidad de energia suministrada. La eficiencia energetica se puede maximizar acelerando la mayor masa de reaccion posible a la velocidad minima necesaria para lograr el empuje deseado.

[0005] En aplicaciones espaciales, especialmente donde la energia se puede obtener a partir de energia solar o fuentes nucleares, la masa de reaccion debe minimizarse, ya que debe ser realizada por la propia nave espacial. En esta situacion, se desea acelerar la masa mas pequena a la velocidad mas alta posible. Se esta minimizando el gasto de masa utilizando cantidades relativamente grandes de energia. La eficiencia energetica general de los motores ionicos es muy baja cuando se minimiza la masa, pero el empuje por unidad de masa es muy alto. Debido a que la cantidad que se esta acelerando es tan pequena, la mayoria de los motores de iones solo pueden generar unas pocas onzas de empuje como maximo. Aun asi, en aplicaciones espaciales donde la masa de reaccion es limitada, pueden ser mucho mas eficientes que los cohetes convencionales.

[0006] Cuando un motor de iones se desplaza a traves de un medio liquido o gaseoso, donde la masa de reaccion no tiene que ser llevada, entonces se hace posible maximizar la eficiencia energetica mediante la aceleracion de la cantidad maxima del medio posible. Ha habido intentos de construir reactores de iones que operan en la atmosfera, pero hasta la fecha, estos dispositivos han producido muy pocas cantidades de empuje muy ineficientemente debido a la falta de comprension acerca de como funcionan realmente estos dispositivos.

[0007] Con pequenas variaciones, estos intentos consistieron en dos electrodos, el primero ya sea un cable delgado soportado sobre el segundo electrodo que es una placa plana alineada con el cable de modo que el borde delgado de la placa apunte hacia el cable como en la figura 1A, o como una rejilla se muestra en la figura 1B, o el primer electrodo es un punto afilado coaxial a un segundo electrodo de anillo separado a cierta distancia del primer electrodo, como se muestra en la figura 1C. Luego se aplica una alta tension entre los dos electrodos y, si el dispositivo es lo suficientemente ligero y la tension es suficiente, se elevara del suelo.

[0008] Aunque el uso de particulas cargadas aceleradas para crear empuje se refiere siempre a Robert Goddard en 1906, a Konstantin Tsiolkovsky en 1911, y a Herman Oberth en 1929, la primera persona que realizo experimentos en la propulsion electrostatica en el aire fue Thomas Townsend Brown en los anos cincuenta y principios de los sesenta. Sus patentes describen el uso de dos electrodos para ionizar y luego acelerar los iones entre los dos electrodos para producir empuje. Como no estaba claro y no parecia reconocer y expresar en estas patentes el mecanismo mediante el cual se producia el empuje, los investigadores posteriores desarrollaron dos teorias para explicar la fuerza de elevacion en estos dispositivos. El primero se basa en el trabajo de Thomas Towsend Brown y del Dr. Paul Alfred Biefeld, generalmente conocido como el efecto Biefield-Brown, que se ha asociado con la teoria de que esta fuerza de elevacion se debe a una interaccion aun desconocida entre un campo electrico asimetrico producido por un "condensador asimetrico" y un campo gravitatorio o algun campo o medio hipotetico desconocido en el espacio. La segunda explicacion es que estos dispositivos crean iones que se aceleran, lo que produce un empuje. Experimentos recientes realizados en vacio han demostrado que la segunda explicacion es la correcta y que, contrariamente a las numerosas patentes emitidas con condensadores asimetricos, la fuerza basada en esta interpretacion del efecto Biefield-Brown simplemente no existe.

[0009] Parte de la confusion se debe a que el numero de iones creados y las aceleraciones que se someten se basan en que la tension y la corriente entre los dos electrodos son demasiado pequenas para tener en cuenta el empuje producido. Cuando se considera la masa adicional de moleculas de aire neutro aceleradas por colisiones con los iones acelerados, el empuje observado se tiene en cuenta completamente.

[0010] Tambien a fines de la decada de 1950 y a principios de la decada de 1960, Glen E. Hagen desarrollo una mejora en lo que se conoce como un "elevador" que es similar al dispositivo de T.T. Brown en que tambien uso dos electrodos para crear los iones y luego acelerarlos. Glen E. Hagen parece ser el primero en darse cuenta de que la eficiencia energetica aumenta cuando se acelera mas masa a una velocidad mas baja. Sus mejoras consistieron en maximizar la cantidad de masa acelerada aumentando el area de los electrodos. Alexander P. De Seversky uso esta misma estructura basica en su "lonocraft" como lo hizo W.J. Coleman et al.

[0011] En la decada de 1970, Robert S. Fritzius combino dos pares de electrodos de polaridad opuesta, de manera que una vez que se aceleraron los iones, se neutralizarian entre si. A fines de la decada de 1990, Kenneth E. Burton tomo el dispositivo basico de Coleman e invirtio la polaridad de los electrodos para que se crearan iones negativos en lugar de iones positivos.

[0012] La solicitud de patente francesa publicada con el numero FR 2717865A divulga un sistema de propulsion para el vehiculo espacial en orbita terrestre baja, definido como que tiene una altitud de entre 160 y 1000 km. El vehiculo espacial tiene un electrodo anterior (Eav) y una rejilla conductora posterior (gar) unida a su chasis. El electrodo anterior puede ser una placa conductora o una rejilla y la rejilla posterior comprende puntos calentados adecuados para descargar electrones. Los electrodos anterior y posterior se mantienen en una diferencia de potencial por una bateria, de manera que se produce un campo electrico (E). Este campo propulsa iones y electrones en direcciones opuestas. El impulso de los iones es mucho mayor que el de los electrones y el impulso neto impulsa el vehiculo por reaccion.

[0013] El documento US 6145298 A divulga un metodo para generar empuje en un motor a reaccion de particulas cargadas que opera en un medio gaseoso de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 14.

[0014] En todas las aplicaciones conocidas de propulsores de iones en la atmosfera, todos ellos se basan en un electrodo de ionizacion (5) en todos los dibujos, ya sea un punto agudo, figura 1C (5) o un alambre delgado, figura 1A (5) y figura 1B (5), separadas de un electrodo de aceleracion (4) de una placa, rejilla o anillo. La alta tension (8) aplicada entre los dos electrodos (3,4) ioniza y acelera los iones. Si bien estos dispositivos se elevaran una o dos onzas en el aire, los intentos de aumentar el empuje a cantidades utilizables han fallado hasta ahora debido a la falta de comprension de como maximizar el empuje, al tiempo que se minimiza la energia requerida para generar ese empuje.

Breve sumario de la invencion

[0015] Todos los motores a reaccion operan utilizando la tercera ley de Newton de movimiento, para cada accion hay una reaccion igual, pero opuesta. Esto es simplemente una declaracion de la ley de conservacion del impulso. El impulso es la masa de un objeto multiplicada por su velocidad. Un motor a reaccion funciona al acelerar una masa de reaccion, aumentando su impulso, que debe ser igualado por un cambio opuesto en el impulso del motor a reaccion. Podemos acelerar la masa de reaccion aplicando una fuerza entre el motor a reaccion y la masa de reaccion. Esta fuerza es el empuje del motor.

[0016] La energia de un objeto es una mitad de veces su masa por su velocidad al cuadrado. Cuando cambiamos la velocidad tanto de la masa de reaccion como del motor a reaccion, debemos suministrar energia a ambos. La potencia que debemos suministrar es la energia por unidad de tiempo y es igual a la mitad del caudal de masa de reaccion multiplicado por su velocidad al cuadrado. Definimos la eficiencia del empuje como el empuje dividido por la potencia agregada a la masa de reaccion para producir ese empuje. La eficiencia de empuje es igual a dos dividido por el cambio en la velocidad de la masa de reaccion.

[0017] El empuje de un motor de particulas cargadas es igual a la fuerza sobre cada particula cargada, que es igual a la carga en que los tiempos de particulas del campo electrico instantaneo en cada punto. El cambio en el impulso de la particula cargada es igual a esa fuerza multiplicada por el tiempo en que se aplica la fuerza a la particula. La fuerza igual y opuesta en los electrodos es el empuje del motor a reaccion.

[0018] A medida que las particulas cargadas se aceleran en el campo electrostatico, su velocidad, impulso, y energia aumentan hasta que, o bien salen del campo electrostatico si estan operando en un vacio, o chocan con una molecula neutra si estan operando en algun medio. La eficiencia de empuje de un motor de particulas cargadas es dos dividido por la velocidad final de las particulas cargadas cuando abandona el campo electrico.

[0019] La vision critica que conduce a las caracteristicas clave de esta invencion y la distingue de la tecnica anterior es el reconocimiento de que, cuando se opera en un medio, la eficiencia del motor de particulas cargadas se determina por la velocidad de las particulas cargadas en el momento de su colision con las moleculas neutras del medio. Los cohetes de iones en el espacio, que operan en el vacio, aceleran los iones a una velocidad muy alta, lo que resulta en un mayor empuje para una masa de reaccion dada, pero con una eficiencia de empuje extremadamente baja. En un medio, las particulas cargadas obtienen velocidades mucho mas bajas debido a que son constantemente ralentizadas por las colisiones con el medio. La clave para impulsar la eficiencia en un medio es encontrar formas de disminuir la velocidad de las particulas cargadas en el momento de cada colision.

[0020] En cualquier gas, liquido o solido, no hay espacio entre los atomos y las moleculas. Este espacio se denomina trayectoria libre media y es una funcion de la temperatura y de la presion del material. Es la distancia que una particula viajara antes de chocar con otra particula del medio. En nuestro caso, cuando una particula cargada esta siendo acelerada por el campo electrico, la trayectoria libre media determina que tan lejos viajara una particula cargada antes de colisionar con otra particula. Si la trayectoria libre media es corta, la particula cargada no adquirira mucha energia antes de chocar con la molecula neutra del medio. Cuanto mayor sea la trayectoria libre media, mayor sera la velocidad de la particula cargada y, por lo tanto, menor sera su eficiencia cuando choca con las moleculas del medio.

[0021] En teoria, podriamos obtener cualquier empuje que quisieramos en cualquier eficacia del empuje que quisieramos por el simple uso de un mayor numero de particulas cargadas aceleradas a una tension menor. Desafortunadamente, existe el problema de la repulsion mutua natural de las particulas cargadas, que disminuye el campo electrostatico en el electrodo de entrada, lo que causa un limite en el numero de cargas que puede haber entre los electrodos para una tension dada. Obtener las cargas suficientes para los resultados de empuje requeridos en una eficiencia de empuje muy baja. Es la combinacion de esta "corriente limitada de carga espacial" y la trayectoria libre media relativamente grande que resulta en una eficiencia de empuje muy baja.

[0022] Nuestra invencion, como se reivindica en las reivindicaciones 1 y 14, trata de las muchas etapas que se pueden tomar para aumentar tanto el empuje como la eficiencia de empuje de los motores de particulas cargadas que operan y un medio. Ademas, analizamos los medios eficientes para generar particulas cargadas, para su uso en estos motores, las diversas aplicaciones de estos motores y los metodos para controlar estos motores y las aplicaciones que los utilizan.

Breve descripcion de los dibujos

[0023] Los dibujos contenidos en este documento ilustran para los expertos en la tecnica, las realizaciones preferidas de la invencion. Estos dibujos son simplemente una guia para ayudar a entender la presente invencion.

La figura 1 consiste en tres dibujos simplificados de las estructuras utilizadas en la tecnica anterior.

La figura 2 consiste en dibujos de dos vistas de la invencion simplificada junto con una fuente alternativa de particulas cargadas basada en la ionizacion de la atmosfera.

La figura 3 muestra estructuras alternativas de la invencion que pueden utilizarse para optimizar algun aspecto de la invencion.

La figura 4 muestra varias configuraciones de electrodos que pueden usarse para crear componentes radiales y angulares del campo electrico de aceleracion aplicado.

La figura 5 muestra varias particiones, secciones, conductos y areas de seccion transversal variable dentro de la region de aceleracion para controlar el flujo molecular neutro.

La figura 6 muestra el uso de multiples segmentos para aumentar el empuje y la eficiencia.

La figura 7 muestra metodos para aumentar la corriente de difusion.

La figura 8 muestra metodos para recuperar energia termodinamica de la masa de reaccion.

La figura 9 muestra varios metodos para cambiar la estructura de la invencion dinamicamente mientras esta en operacion para optimizar las caracteristicas de la invencion a medida que surja la necesidad.

La figura 10 muestra varios metodos que se pueden usar para variar la direccion de empuje, empuje vectorial, a traves de medios electricos y mecanicos.

La figura 11 muestra varias vistas de dos metodos de recirculacion de particulas cargadas para minimizar la energia necesaria para la creacion de particulas cargadas.

La figura 12 muestra vistas en seccion de varias formas de electrodos.

La figura 13 muestra varias formas de electrodos que se pueden usar solos o juntos para modificar el campo electrico entre los electrodos para optimizar la eficiencia de empuje.

La figura 14 muestra varias configuraciones de electrodos que se pueden combinar con algunos tipos de generacion de particulas cargadas para aumentar la produccion de particulas cargadas.

La figura 15 muestra varios metodos eficientes para generar iones usando radiacion electromagnetica.

La figura 16 muestra varios metodos eficientes de generar partfculas cargadas utilizando colisiones de partfculas. La figura 17 muestra iones utilizados para reducir la friccion dinamica.

La figura 18 muestra un motor a reaccion de partfculas cargado integrado con generador de iones, fuente de alimentacion y fuente de energfa.

La figura 19 muestra varias aplicaciones de la invencion en diversos usos terrestres.

La figura 20 muestra varias aplicaciones de la invencion en diversos usos basados en agua.

La figura 21 muestra varias aplicaciones de la invencion en diversos usos basados en la atmosfera.

Descripcion de las realizaciones preferidas de la invencion

[0024] Para todos los motores a reaccion que dependen de la segunda ley de Newton de movimiento, las siguientes ecuaciones son universales.

donde:

F = la fuerza sobre la masa,

m = la masa siendo acelerada,

a = la aceleracion de la masa m

dv = el cambio instantaneo en la velocidad de la masa de reaccion,

dt = el diferencial de tiempo.

[0025] El cambio en el impulso es mdv. La energfa que se debe agregar a la masa de reaccion, de, es igual a:

[0026] La potencia es simplemente la energfa por unidad de tiempo,

y es igual a:

donde,

m = el caudal masico.

[0027] Podemos definir una eficiencia de empuje, nt igual al empuje dividido por la potencia,

y es igual a,

[0028] Como podemos ver, la eficiencia es inversamente proporcional al cambio en la velocidad de la masa de reaccion.

[0029] La vision crftica que conduce a las caracterfsticas clave de esta invencion y que la distingue de la tecnica anterior es el reconocimiento de que el empuje electrostatico se determina totalmente por las partfculas cargadas mientras se encuentran en el campo electrico y que la eficiencia de empuje se determina totalmente por su velocidad en el momento de su colision con la masa de reaccion neutra. La fuerza sobre cada partfcula cargada es igual a los tiempos de carga del campo electrico instantaneo en cada punto. El cambio en el impulso de la particula cargada sigue siendo igual a la fuerza por el tiempo que se aplica la fuerza a la particula, ecuacion (1c). Hay una fuerza igual y opuesta en los electrodos que produce el empuje. El empuje produce un cambio en el impulso del motor igual a, pero opuesto en direccion, al impulso de las particulas cargadas. La velocidad de la particula cargada en el momento de la colision con la masa de reaccion neutra sigue siendo la energia de la particula cargada dada por la ecuacion (1d). La energia dada a una particula entre colisiones es igual a los tiempos de carga del potencial electrico de la particula justo despues de la colision anterior y el potencial electrico justo en el punto de la siguiente colision.

[0030] Esto conduce al hecho de que si tuvieramos un 100 % de transferencia de la energia y el impulso de las particulas cargadas a las moleculas de masa de reaccion neutras, la eficiencia se fija por la ecuacion (1h) en el tiempo de la colision de la particula cargada y la masa de reaccion neutra y esta 2 dividida por el cambio en la velocidad de la particula cargada en el punto de la colision que determina la eficiencia, no la velocidad de la masa de reaccion. Debido a que no hay interaccion entre las moleculas neutras y el campo electrico, en una primera aproximacion, lo que suceda con la energia y el impulso transferido a las moleculas neutras despues de la colision no afecta al impulso o a la energia producida por el campo electrico.

[0031] En cualquier gas, liquido o solido, no hay espacio entre los atomos y las moleculas. Este espacio se denomina trayectoria libre media y es una funcion de la temperatura y de la presion del material. Es la distancia que una particula viajara antes de chocar con otra particula del medio. En nuestro caso, cuando una particula cargada esta siendo acelerada por el campo electrico, la trayectoria libre media determina que tan lejos viajara una particula cargada antes de colisionar con otra particula. Si la trayectoria libre media es corta, la particula cargada no adquirira mucha energia antes de colisionar con la molecula de masa de reaccion neutra. Cuanto mayor sea la trayectoria libre media, mayor sera la velocidad de la particula cargada y, por lo tanto, menor sera su eficacia cuando colisiona con la molecula de masa de reaccion neutra.

[0032] Se sabe que la mejor eficiencia que podemos obtener de un cohete reaccion viene dada por la ecuacion (1 h). Si pudieramos hacer que cada particula neutra sea golpeada una sola vez por una particula cargada y si la velocidad de esta particula cargada fuera siempre igual a la velocidad requerida de la masa de reaccion necesaria para producir el empuje requerido, nuestras particulas cargadas utilizarian la misma energia que la masa de reaccion neutra requiere y tendriamos un 100 % de energia de particulas cargadas a la transferencia de energia de la masa de reaccion.

[0033] En teoria, se podria obtener esta transferencia de energia optima mediante el control de la tension de aceleracion aplicada, de modo que en el momento de cada colision la velocidad de las particulas cargadas es igual a la velocidad requerida de la masa de reaccion neutra. Entonces, solo necesitariamos ver que se usaron suficientes particulas cargadas para que cada molecula neutra colisione con una particula cargada y, por lo tanto, se acelere a la velocidad final.

[0034] El problema es el campo electrico inverso generado por las particulas cargadas que viajan entre los electrodos. Cuando el numero de cargas es lo suficientemente grande, este campo electrico inverso puede cancelar completamente el campo electrico aplicado en el electrodo de entrada. Para compensar este bajo campo electrico, la tension aplicada debe aumentarse hasta el punto de que, cuando pueda obtener suficiente empuje, la velocidad de los iones se haya vuelto tan grande en el electrodo de salida debido a la trayectoria libre media relativamente grande, que la eficiencia de transferencia global sea solo una fraccion de un porcentaje.

[0035] El empuje y la eficiencia electrostatica se determinan por la trayectoria libre media. En el electrodo de entrada, la trayectoria libre media es la misma en todas las direcciones. A medida que aumenta la velocidad de la masa de aire neutro, aumenta la trayectoria libre media en la direccion de la aceleracion de particulas. Podriamos calcular el empuje total y la eficiencia utilizando una trayectoria libre media que varia con la direccion, pero es mas facil observar el empuje electrostatico producido como si tuviera dos componentes separados. El componente de empuje debido a la trayectoria libre media igual a la que llamamos empuje de movilidad, ya que el empuje se determina por la movilidad de las particulas cargadas en el medio de empuje a reaccion. El componente del empuje debido al aumento en la trayectoria libre media a medida que se acelera la masa de reaccion, lo llamamos el empuje de masa efectivo. La eficiencia de transferencia de energia de masa efectiva puede acercarse al 100 % incluso con el campo electrico inverso inducido por carga espacial. La eficiencia de empuje de la movilidad cuando se incluye el campo electrico inverso es generalmente inferior al 1 %. Es el componente de empuje de la movilidad el que se ve mas gravemente afectado por el campo electrico inverso porque la trayectoria media libre bastante grande permite que las particulas cargadas alcancen altas velocidades cuando se aumenta la tension de aceleracion aplicada para compensar el campo electrico inverso.

[0036] Cuando la velocidad de la particula cargada supera la velocidad promedio requerida por la masa de reaccion para un empuje dado, la particula cargada transfiere una cantidad en exceso de energia y el impulso en cada colision y mientras el impulso es entonces compartido por las colisiones entre las propias moleculas neutras, el exceso de energia despues de muchas colisiones simplemente eleva la temperatura de la masa de reaccion. Esta energia "termodinamica" perdida puede recuperarse parcialmente o convertirse parcialmente en empuje termodinamico o ambos.

[0037] A partir de este conocimiento de los componentes de empuje y de la eficiencia de reactores de iones que operan en un medio gaseoso o lfquido, queda claro por que los intentos previos han fracasado. Debido a que todos los intentos anteriores han utilizado descargas de corona entre los dos electrodos de aceleracion, donde un electrodo es el electrodo de descarga de corona que produce iones y el otro electrodo es el electrodo de salida donde los iones se neutralizan, la tension aplicada a estos electrodos es cercana a la tension maxima que se puede aplicar antes de que se produzca la descomposicion del aire, lo que da como resultado la mayor velocidad de partfculas cargadas y, por lo tanto, la menor eficiencia posible, menos del 1 %.

[0038] Los siguientes metodos para aumentar el empuje y/o la eficiencia pueden implementarse de forma independiente entre si.

[0039] Es evidente que la primera etapa en la generacion de empuje electrostatico eficiente es disociar la generacion de iones de aceleracion de iones. Esto nos permite controlar la tension de aceleracion y, por lo tanto, la eficiencia independientemente de la tension necesaria para la generacion de iones.

[0040] Debido a que el empuje generado por la movilidad es el mas ineficiente, cualquier cosa que incremente esa eficiencia ayuda. Las ecuaciones que describen el empuje y la eficiencia del componente de movilidad del empuje electrostatico son:

y

donde,

F = el empuje en Newtons,

V = el potencial de aceleracion en voltios,

L = la separacion del electrodo en metros,

g = la movilidad de partfculas cargadas en metros 2/voltios segundos,

£^q = la permitividad del espacio libre en Faradios/metro,

y,

nt = la eficiencia de empuje en Newtons/vatio.

[0041] Para los electrodos de placas paralelas, la cantidad V/L es la intensidad del campo electrico aplicado y a partir de la ecuacion (2b), la reduccion de este termino linealmente aumenta la eficacia, pero reduce el empuje como el cuadrado de la reduccion del campo electrico. Pero podemos aumentar la eficiencia disminuyendo la movilidad. La movilidad es inversamente proporcional a la presion del medio, por lo que podemos aumentar la eficiencia al convertir la velocidad adquirida de la masa de reaccion a medida que pasa a traves del motor a un aumento de presion al encerrar los electrodos en un tubo no conductor y disminuir lentamente el area en seccion transversal del tubo desde la entrada hasta el escape para aumentar la presion en consecuencia.

[0042] La mayor mejora en la eficiencia proviene de la reduccion de la carga espacial inversa inducida por campo electrico. Si no hubiera un campo electrico inverso, la ecuacion (2a) variarfa linealmente con la movilidad y el campo electrico aplicado. Aunque en teorfa el campo electrico inverso es una funcion de las propiedades ffsicas de las cargas y el espacio vacfo, el campo electrico inverso en una direccion puede modificarse cambiando el cambio en el campo electrico en otra direccion. La ecuacion de Poisson en coordenadas cilfndricas esta dada por,

[0043] Esto dice que la suma de los cambios en los componentes radial, angular y axial de la carga espacial generada por electricidad es igual a la densidad de carga espacial dividida por la permitividad del espacio libre. En realidad, en un medio distinto del aire, que tiene una permitividad relativa de 1, es la permitividad relativa del medio por la permitividad del espacio libre.

[0044] Hay muchos metodos para alterar el cambio en la intensidad de campo electrico en las direcciones radial y angular para bajar el cambio en el campo electrico en la direccion axial, la direccion que genera el campo electrico inverso que se opone al aplicar la aceleracion de campo electrico. El primer metodo utilizado para alterar las intensidades de campo electrico radial y/o angular es cambiar la forma de los electrodos para crear campos electricos tridimensionales complejos donde se realzan los cambios radiales y angulares en el campo electrico a expensas del campo electrico axial. El segundo metodo consiste en utilizar una densidad de particulas con carga radial y/o angular no uniforme para que el cambio radial y/o angular autoinducido en el campo electrico reduzca el cambio en la intensidad del campo electrico axial. Un tercer metodo es utilizar electrodos adicionales entre los electrodos de aceleracion para crear un componente radial y/o angular del campo electrico. Estos electrodos se pueden aislar si es necesario para evitar la neutralizacion de las particulas cargadas. Un cuarto metodo consiste en emplear regiones aisladas portadoras de corriente incrustadas en la region entre los electrodos de aceleracion que transportan particulas con carga opuesta, cuya carga espacial genera un campo electrico completo o cancela parcialmente el campo electrico inverso del empuje que produce particulas cargadas. Estas regiones con carga opuesta podrian ser particulas cargadas que producen empuje solo de signo opuesto o podrian ser particulas cargadas que no empujan, como los electrones, que eventualmente neutralizan el empuje que produce particulas cargadas. Un cuarto metodo es hacer que estas regiones con carga opuesta sean coaxiales.

[0045] Otro metodo para aumentar el empuje y/o la eficiencia es segmentar el motor. Aqui se utilizan multiples electrodos para crear el equivalente de varios motores en tandem con particulas cargadas alimentadas principalmente al primer electrodo y donde el potencial de cada electrodo posterior aumenta de manera que las particulas cargadas se mueven a traves de todas las etapas. Estos electrodos intermedios podrian estar aislados o podrian inyectarse particulas cargadas adicionales para reemplazar las particulas neutralizadas que pasan a traves de los electrodos intermedios. El electrodo intermedio tambien podria considerarse como superficies de potencial fijo que contrarrestan el campo electrico inverso generado por la carga espacial. En cualquier caso, el empuje se incrementa por el numero de etapas utilizadas, mientras que la eficiencia se puede aumentar al reducir la tension aplicada entre cada segmento.

[0046] Otro metodo para aumentar el empuje y la eficiencia es aumentar la corriente de particulas cargadas mientras se reduce la tension aplicada. La unica forma de hacer esto sin cambiar la movilidad o la densidad del medio es aumentar el numero de particulas cargadas que forman la corriente de particulas cargadas. Desafortunadamente, aumentar el numero de cargas entre los electrodos de aceleracion aumenta la carga espacial inverso hasta el punto en el que impiden que las particulas cargadas adicionales entren en la region de entrada. Si alguna particula cargada adicional ingresa a la region, el campo electrico inverso llega a ser mayor que el campo electrico aplicado y las particulas cargadas se alejan de la entrada. Sin embargo, podemos usar una corriente de difusion para crear un flujo de corriente de particulas cargadas contra este campo electrico inverso.

[0047] La corriente que fluye debido a un campo electrico se denomina la corriente de deriva. Una corriente de difusion es causada por cualquier gradiente de concentracion. La corriente de difusion es independiente de la corriente de deriva y en realidad puede fluir en la direccion opuesta a la corriente de deriva. Si aumentamos el gradiente de concentracion de particulas cargadas en el electrodo de entrada, podemos crear una corriente de difusion que fluira contra el campo electrico inverso generado por la carga espacial. La corriente de difusion es igual a un coeficiente de difusion multiplicado por el gradiente de concentracion. Las particulas cargadas en esta region de alto gradiente de concentracion tambien generan un campo electrico y la magnitud de este campo electrico debe mantenerse por debajo del campo electrico de ruptura del medio. Aunque el coeficiente de difusion es generalmente y el orden de magnitud menor que la movilidad con la que esta relacionado, el gradiente de concentracion puede ser bastante alto, de modo que la corriente de difusion puede ser mas que un orden de magnitud mayor que la corriente de deriva limitada de la carga espacial.

[0048] Tambien es posible utilizar este gradiente de concentracion con el motor segmentado y en el que el gradiente de concentracion elevado se propaga entre las etapas. La corriente de difusion se opondra a la corriente de deriva inversa y, finalmente, la corriente de difusion alcanzara una tension de aceleracion neta positiva entre los electrodos. En este punto, las corrientes de deriva y de difusion seran en la misma direccion. Cuando se alcanza el final de un segmento, nuevamente habra un campo electrico neto que se opone al flujo de corriente de particulas cargadas. Las particulas cargadas de la primera etapa se concentraran en la entrada de la segunda etapa hasta que la corriente de difusion asociada con este gradiente de concentracion contrarreste la corriente de deriva inversa de la siguiente etapa. El resultado de esto es la propagacion del gradiente de concentracion a traves de las etapas del motor.

[0049] Para generar el gradiente de concentracion en la entrada del motor, se puede utilizar una barrera fisica o electrica para crear el gradiente de concentracion de particulas cargadas. Si bombeamos particulas cargadas en la region de entrada y si evitamos que escapen por la parte delantera del motor, se acumularan en concentracion hasta que fluyan hacia el motor. Se puede usar una barrera fisica aislada o se puede usar un electrodo de tapa que crea un campo electrico que evita que las particulas cargadas se escapen.

[0050] Hemos declarado anteriormente que el exceso de energia de las particulas cargadas se transfiere a la masa de aire neutra en forma de calor. Si la generacion de empuje de movilidad solo es eficiente en un 1 %, entonces el 99 % de la energia se esta utilizando para calentar la masa de reaccion. Parte de esta energia se puede recuperar o convertir en empuje o ambos.

[0051] El aumento de la temperatura a medida que la masa de reaccion se esta acelerando a traves de los resultados del motor en el movimiento termico de la masa neutral es mayor en el escape que en la entrada. Debido a que la velocidad termica es en todas las direcciones, la mitad de las moleculas neutras tendran un componente de esta velocidad termica que va de atras hacia adelante. Debido a que la velocidad termica en el electrodo de salida es mayor que la velocidad termica en la entrada habra un flujo neto de particulas cargadas debido a las diferentes velocidades termicas desde la salida hasta la entrada. Cuando estas moleculas neutras chocan con una particula cargada, el impulso asociado con este componente de la velocidad se transfiere de nuevo a la particula cargada, lo que hace que la particula cargada no extraiga tanta energia del campo electrico o devuelva la energia al campo.

[0052] Debido a que el aumento de la energia termica de la masa de reaccion eleva su temperatura y presion, la energia termodinamica se puede convertir en empuje exactamente en la misma forma que se convierte en un motor a reaccion quimica convencional. Si la masa de reaccion solo puede salir a traves del escape, la diferencia de presion entre la parte delantera del motor y la parte trasera del motor producira empuje. Para convertir esta presion termodinamica en empuje, se debe encerrar el motor, lo que evita que la masa de aire neutra se escape, excepto a traves de la abertura de escape.

[0053] La mayoria de los metodos especificados anteriormente tendra algun efecto sobre la distribucion de particulas cargadas y la densidad. Es critico que, si la eficiencia efectiva del componente de masa no aumenta a medida que cambia la densidad y la distribucion de la particula de carga, la densidad y la distribucion de la masa de reaccion neutra se modifica para rastrear la densidad y la distribucion de la particula cargada lo mas cerca posible. Esto se puede lograr mediante colisiones con particulas cargadas y/o particiones, conductos y areas de seccion transversal variable dentro de la region de aceleracion.

[0054] La estructura basica de nuestro dispositivo de motor a reaccion particula cargada utiliza una pluralidad de electrodos conectados a una fuente de alimentacion electrica, al menos uno de dichos electrodos cuando se sumerge en un medio de particula gaseoso permite que el medio pase a traves o alrededor del mismo. El tamano, la forma y la posicion de los electrodos y otras estructuras en el medio crean diferentes regiones del medio utilizado por el dispositivo. La introduccion de particulas cargadas de baja energia en cualquier punto de dicho medio o la separacion de particulas cargadas que ya se encuentran en el medio aseguran que la mayoria de las particulas cargadas, si las hay en una region, son de una polaridad. Estas particulas cargadas se aceleran mediante uno o mas campos electricos producidos por las diferencias de potencial entre los electrodos. Las particulas cargadas aceleradas viajan una distancia suficiente en el medio para que el numero de colisiones de dichas particulas cargadas aceleradas con atomos y/o moleculas del medio resulten en la transferencia de energia e impulso de las particulas cargadas a los atomos o moleculas neutras. La masa total de los atomos neutros y/o las moleculas que colisionan con las particulas cargadas excede la masa total de las particulas cargadas, de modo que la energia y el impulso de los atomos neutros y/o las moleculas que han colisionado con las particulas cargadas aceleradas exceden la masa, la energia y el impulso de las particulas cargadas aceleradas despues de abandonar la region del dispositivo donde se aceleraron las particulas cargadas y donde las particulas cargadas que se usan para transferir energia e impulso a los atomos y/o a las moleculas neutras para producir empuje no son creadas por ionizacion de alta tension debido a los campos electricos de cualquiera de los electrodos de aceleracion.

[0055] Uno o mas de los electrodos rodea una region determinada en el medio y es de cualquier tamano y forma y se sumerge total o parcialmente en el medio. Uno o mas de los electrodos estan hechos de un material no aislante o estan cubiertos total o parcialmente por un material aislante, que permite que el medio y cualquier particula cargada en el medio pase a traves o alrededor del mismo. Cuando uno o mas de los electrodos permiten que las particulas cargadas pasen a traves o alrededor del electrodo, algunas o todas las particulas cargadas permanecen cargadas.

[0056] El area encerrada por uno o mas electrodos puede ser fija o variable. Uno o mas de los electrodos neutralizan algunas o todas las particulas cargadas que pasan a traves o alrededor del electrodo. Los electrodos se pueden mantener juntos y apoyados por una serie de estructuras aisladas de al menos un electrodo, en donde dicha estructura es lo suficientemente resistente como para resistir las fuerzas mecanicas y electrostaticas colocadas sobre el mismo y sobre cualquier material o estructura adherida al mismo.

[0057] Las estructuras pueden ser rigidas y/o ajustables, de tal manera que la separacion y la orientacion de los electrodos entre si se puede ajustar. El metodo utilizado para ajustar las estructuras puede ser mecanico, electrico o hidraulico. Con la invencion es posible transferir el empuje, el impulso, la energia y el movimiento de la estructura a otra estructura de suficiente resistencia para resistir las fuerzas mecanicas y electrostaticas colocadas sobre la misma y sobre cualquier material o estructura adherida a la misma o para incorporar o fusionar las estructuras del motor a reaccion de particulas cargadas en otra estructura de suficiente resistencia.

[0058] La invencion puede construirse de modo que una o mas estructuras a traves de la cual el medio no puede fluir se utilizan para controlar y dirigir el flujo del medio. Las estructuras pueden encerrar parcialmente una o mas regiones del medio, lo que obliga al medio a fluir dentro y fuera de estas regiones a traves de aberturas en la estructura.

[0059] En el dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas, la carga espacial axial campo electrico generado se puede reducir usando un campo electrico no uniforme perpendicular a la carga espacial axial del campo electrico generado, que puede ser un campo radial electrico, una carga espacial angular generado campo electrico o una densidad de carga no uniforme. Un metodo utilizado para reducir la carga espacial axial generada por el campo electrico puede consistir en uno o mas electrodos, conductores y canales adicionales, cualquiera de los cuales puede estar aislado o no y que pueden ser electrodos axiales, radiales y/o angulares, conductores y/o canales.

[0060] Un segundo metodo utilizado para reducir el campo electrico generado por la carga espacial axial consiste en una o mas regiones productoras de empuje axial adyacentes o coaxiales en las que las particulas cargadas son de una polaridad donde la carga espacial genera campos electricos de todas las regiones se pueden hacerse para cancelar parcial o totalmente los campos electricos generados por la carga espacial de cada una de las regiones.

[0061] El flujo de corriente limitado de la carga espacial se puede aumentar por el uso de una corriente de difusion en el que cuanto mayor sea el gradiente de concentracion de las particulas cargadas, mayor sera la corriente de difusion y, por lo tanto, la corriente limitada de la carga espacial. Dos metodos para aumentar el gradiente de concentracion de las particulas cargadas son mediante el uso de uno o mas electrodos adicionales muy proximos, que crean un campo electrico que concentra las particulas cargadas en la ubicacion deseada y/o mediante el uso de una o mas estructuras aisladas que forman una barrera fisica que evita que las particulas cargadas salgan en todas las direcciones, excepto en la direccion deseada.

[0062] Para aumentar la eficiencia del motor a reaccion de particulas cargadas, podemos recuperar parte de la energia termodinamica de la masa de reaccion a traves de la interaccion de los atomos y/o de las moleculas neutras de alta energia con particulas cargadas en alguna region del motor y que puede maximizar la recuperacion de energia al concentrar particulas cargadas en una region de interaccion de los atomos y/o las moleculas neutras y las particulas cargadas mediante el uso de uno o mas electrodos adicionales y/o mediante el uso de una o mas estructuras que forman una barrera fisica, evitando que las particulas cargadas salgan en todas las direcciones, excepto en la deseada.

[0063] Tambien podemos convertir parte de la energia termodinamica de empuje mediante la prevencion de que la masa de reaccion neutra fluya fuera de la entrada de una o mas de las regiones productoras de empuje a medida que se anade energia termodinamica a la masa de reaccion por el cambio de la direccion y/o la velocidad de los atomos y/o moleculas neutras, por lo que el cambio en el impulso de los atomos y/o las moleculas neutras debe coincidir con un cambio igual, pero opuesto, en el impulso del motor a reaccion de particulas cargadas, lo que aumenta el empuje del motor. Evitamos que los atomos y/o las moleculas neutras fluyan por la entrada de una o mas de las regiones productoras de empuje mediante el uso de colisiones de los atomos neutros y/o moleculas con particulas cargadas, o alguna estructura del propio motor de particulas cargadas. Una vez mas, podemos usar uno o mas electrodos adicionales para concentrar las particulas cargadas para maximizar el numero de atomos y/o moleculas neutras que no pueden salir a traves de la entrada de una o mas regiones productoras de empuje. Tambien podemos evitar que los atomos y/o las moleculas neutras fluyan por la entrada de una o mas de las regiones productoras de empuje mediante el uso del aumento de la presion del medio en la entrada a esa region.

[0064] Los motores a reaccion de particulas cargadas se pueden combinar en tres maneras de aumentar el empuje, la eficiencia, o ambos. El simple uso de multiples motores independientes de particulas cargadas es una forma, pero el area de entrada, el uso de energia y el peso aumentan linealmente con el numero de motores de particulas cargadas utilizados. Colocar dos o mas motores a reaccion de particulas cargadas independientes en tandem, donde la salida de masa de reaccion neutra de un motor a reaccion de particulas cargadas se alimenta a la entrada de otro motor a reaccion de particulas cargado aumentara el empuje, el uso de energia y el peso de forma lineal con el numero de etapas, mientras que el area de entrada se mantendra constante. La colocacion de dos o mas motores a reaccion de particulas cargadas fusionadas donde el electrodo de salida de un motor es el electrodo de entrada del siguiente motor a reaccion de particulas cargadas produce un motor a reaccion de particulas cargadas segmentadas donde el empuje, la energia y el peso aumentan linealmente con el numero de etapas, mientras que el area de entrada y la energia de generacion de iones permaneceran constantes. Para la configuracion segmentada, cada electrodo en secuencia debe estar a un potencial electrico mas alto que el electrodo anterior. Para la configuracion en tandem, los potenciales de electrodo pueden ser independientes entre si porque no se transfieren particulas cargadas entre los motores a reaccion de particulas cargadas.

[0065] Para que un motor a reaccion de particulas cargadas funcione, las particulas cargadas o bien deben ser eliminadas de la masa de reaccion o neutralizadas cuando ya no son necesarias. Las particulas cargadas pueden separarse de la masa de reaccion mediante campos electromagneticos y una vez separadas pueden almacenarse, neutralizarse o recircularse. Al mismo tiempo, las particulas se separan, se pueden clasificar por masa, de modo que, si una particula cargada se neutraliza, almacena o recircula puede basarse en la masa de la particula cargada. El campo electrostatico de aceleracion hara que las particulas cargadas se atraigan al electrodo de salida. Si este electrodo se hace conductor, neutralizara las particulas cargadas. Las particulas cargadas tambien pueden neutralizarse inyectando las cargas de polaridad opuestas del generador de iones en la region donde las particulas cargadas deben neutralizarse o dejar que las particulas cargadas formen regiones opuestas que producen el empuje de polaridad se neutralicen entre si. Si las particulas cargadas deben recircularse, se pueden usar fuerzas electromagneticas para dirigir y acelerar las cargas de recirculacion. Tambien es posible utilizar un medio de transporte mecanico, tal como una bomba mecanica para recircular las particulas cargadas. Si las particulas cargadas no se crean a partir del medio, puede ser ventajoso neutralizar primero las particulas cargadas y transportarlas a la entrada de un generador de particulas cargadas.

[0066] Debido a que el aumento de la cantidad de masa que se acelera aumenta la eficiencia de empuje, tambien podemos aplicar los metodos siguientes para aumentar el flujo de masa del medio en una o mas regiones del dispositivo. Cuando el motor se esta moviendo con respecto al medio, se puede insertar una cuchara recolectora en el medio para aumentar la cantidad de medio que entra a una region. Tambien podemos usar un campo electrostatico o electromagnetico para producir una fuerza en las particulas cargadas que colisionan con el material neutro del medio y canalizan material adicional hacia la region.

[0067] Se puede aumentar la eficiencia del motor a reaccion de particulas cargadas si se convierte cualquier velocidad del medio en un aumento de la densidad, ya que la eficiencia de empuje de los motores a reaccion de particulas cargadas aumenta con la densidad del medio. Podemos usar boquillas u otros medios mecanicos para aumentar la densidad del medio. Aunque agregan peso, complejidad y partes moviles, los compresores mecanicos tambien pueden usarse para aumentar la densidad del medio en varias regiones del dispositivo. Tambien podemos usar fuerzas electrostaticas o electromagneticas sobre particulas cargadas que chocan con el material neutro del medio para aumentar la densidad del medio.

[0068] Podemos producir un empuje vectorizado en un motor a reaccion de particulas cargadas mediante una variedad de medios. Podemos alterar la trayectoria de las particulas cargadas para cambiar la direccion de la aceleracion de particulas usando uno o mas electrodos de aceleracion alternativos y/o uno o mas electrodos segmentados y cambiando entre uno o mas electrodos de aceleracion alternos o segmentos de electrodo o aplicando diferentes potenciales de aceleracion a uno o mas electrodos de aceleracion alternativos y/o a uno o mas segmentos del electrodo. Tambien podemos utilizar la inyeccion de una densidad de particulas de carga no uniforme para proporcionar una transferencia de energia no uniforme a la masa de reaccion para producir un empuje no uniforme de vectores. Podemos alterar la trayectoria de las particulas cargadas y el medio neutro mediante el uso de una o mas boquillas moviles o mediante el uso de un material flexible que encierra una region del motor a reaccion de particulas cargadas que se puede ajustar para cambiar la direccion de las particulas cargadas y el medio neutro. Tambien podemos usar colisiones de las particulas de carga cuya trayectoria se puede cambiar a traves de uno o mas de los metodos descritos anteriormente con las particulas neutras para controlar la trayectoria de las particulas cargadas y las particulas neutras. El uso de electrodos alternativos se puede usar para seleccionar en que region entra el medio neutro. Por supuesto, tambien podemos rotar todo el motor a traves de algun eje para producir un empuje vectorial. Los metodos electricos tienen la ventaja del control electrico directo de la trayectoria de empuje y no de partes moviles.

[0069] En el motor a reaccion de particulas cargadas de la presente invencion, las particulas cargadas pueden crearse directamente en la region apropiada a traves de la ionizacion de fotones y/o a traves de electrones u otras colisiones de particulas de suficiente energia. La descarga de corona es un caso especial de colisiones de particulas que utiliza un campo electrico elevado para producir una cascada de particulas cargadas. El uso tradicional de la descarga de corona producida por un alto campo electrico entre los electrodos de aceleracion de entrada y salida garantiza la menor eficiencia posible, ya que las particulas cargadas, una vez que se crean, se aceleran a traves del potencial maximo posible para una separacion de electrodos determinada. La descarga de corona se puede utilizar para crear iones directamente en una region de alta eficiencia si los dos electrodos que producen el campo electrico alto no son los mismos que los electrodos de aceleracion de entrada y de salida. En la mayoria de los casos, sin embargo, sera mas eficiente obtener las particulas cargadas fuera de la region de aceleracion y luego inyectarlas en la region. La fuente de estas particulas cargadas puede almacenar particulas cargadas, ya sea creadas a partir de algun medio o particulas que tienen una carga estatica permanente, particulas cargadas creadas a partir de un medio distinto del medio acelerado por las particulas cargadas, y/o del mismo medio en el que las particulas cargadas aceleran y forman la masa de reaccion neutra. El generador de particulas cargadas puede ser un generador de iones que utiliza un campo electrico alto, radiacion electromagnetica y/o colisiones de particulas, incluyendo la descarga de corona para generar iones utilizando la energia minima posible para crear los iones. Si se utiliza un exceso de energia para crear las particulas cargadas, se puede recuperar a traves de la interaccion de la particula cargada y un campo electrico. Finalmente, es posible que el propio medio pueda contener suficientes particulas cargadas para producir el empuje requerido y asegurar que en cualquier region del motor de particulas cargadas donde se usan las particulas cargadas para suministrar energia al medio neutro, la mayoria de las particulas cargadas en la region tienen la misma polaridad, ya sea por separacion o por neutralizacion selectiva.

[0070] Ademas de controlar la direccion del empuje, generalmente es necesario controlar la cantidad de empuje producido. El empuje se puede variar variando los potenciales aplicados a los electrodos de aceleracion, variando la cantidad y/o la distribucion de las particulas cargadas en una region productora de empuje del motor a reaccion de particulas cargadas, variando la carga espacial generada por el campo electrico inverso al variar los potenciales y/o las corrientes de cualquier carga espacial generaron electrodos o conductores de campo electrico inverso y/o controlando la cantidad de masa de reaccion neutral disponible en una region productora de empuje. La cantidad de masa de reaccion neutra disponible y/o el numero de particulas cargadas disponibles en una region puede controlarse mediante un acelerador mecanico y/o por electrodos que dirigen algunas o todas las particulas cargadas a una region que no produce el empuje del motor de iones de particulas cargadas y dirige las particulas de masa de reaccion neutra a una region que no produce empuje mediante colisiones con particulas cargadas.

[0071] Hay un gran numero de usos para el motor a reaccion de particulas cargadas. Los siguientes usos solo pretenden ser una muestra de la amplia gama de aplicaciones del motor a reaccion de particulas cargadas y solo pretenden ilustrar algunas de las muchas ventajas del motor a reaccion de particulas cargadas sobre otros medios de produccion de empuje y no estan destinados de ninguna manera a limitar el alcance de esta invencion.

[0072] Un motor a reaccion de particulas cargadas de cualquier tamano empaquetado como unidad autonoma que contiene uno o mas generadores de iones, una o mas regiones de aceleracion de iones, una fuente de energia, una fuente de alimentacion, combustible, y electronica de control creara una fuente independiente autonoma de una fuerza que puede aplicarse a cualquier objeto en el que la aplicacion de dicha fuerza tenga un significado. El motor a reaccion de particulas cargadas tambien se puede integrar en estructuras tales como, pero sin limitarse a, los vehiculos y la unidad autonoma anterior. La integracion del motor a reaccion de particulas cargadas en alguna otra estructura puede resultar en ahorros tremendos en materiales, costes y/o peso. Por ejemplo, un motor a reaccion de particulas cargadas encerrado podria integrarse en el fuselaje de un avion a reaccion, donde un solo tubo estructural proporcionaria el soporte para electrodos de aceleracion integrados, al mismo tiempo proporcionaria un soporte estructural de gran area para una celula de combustible y/o una celula solar que reduce en gran medida el peso. La eleccion del combustible y la fuente de energia dependeria de la aplicacion, pero podria ser una o una combinacion de una bateria, una celula solar, una celula de combustible y/o alguna forma de un reactor nuclear.

[0073] El motor a reaccion de particulas cargadas se puede utilizar como un medio para mover el medio en el que esta incrustado en lugar de moverse a si mismo. Puede usarse como un ventilador y/o bomba que mueva un volumen potencialmente ilimitado de un medio gaseoso, tal como aire u otro gas.

[0074] Aunque el uso de un motor a reaccion de particulas cargadas para mover un medio gaseoso es util, es la aplicacion de uno o mas motores a reaccion de particulas cargadas en una amplia variedad de objetos para producir una o mas fuerzas en estos objetos que son especialmente utiles. El uno o mas motores a reaccion de particulas cargadas pueden unirse temporal o permanentemente al objeto y, si estan conectados permanentemente, pueden integrarse en la estructura de los objetos. En la mayoria de las aplicaciones, los objetos a los que uno o mas motores a reaccion de particulas cargadas aplican su fuerza estaran sumergidos parcial o completamente en el medio a reaccion de la masa. Podemos definir un conjunto de ejes ortogonales para fijar la posicion y la orientacion del objeto en el espacio. Si se detecta una fuerza gravitatoria en la ubicacion del objeto, el eje vertical se define en la direccion de la fuerza gravitacional. Los otros dos ejes ortogonales estan en angulos rectos al eje vertical. Si no hay una fuerza gravitatoria detectable, las orientaciones del eje son arbitrarias. Estos ejes se pueden usar para definir la posicion, la orientacion, la distancia y la velocidad del objeto y la direccion de las fuerzas que se aplican al objeto. Los motores a reaccion de particulas cargadas pueden alinearse con el eje o no dependiendo de la aplicacion.

[0075] Las fuerzas sobre los objetos no se limitan a fuerzas producidas por los motores a reaccion de particulas cargadas, sino que pueden incluir tambien la fuerza de la gravedad, las fuerzas estaticas tales como las producidas por las ruedas o estructuras estaticas, las fuerzas dinamicas de fluidos, fuerzas de flotacion y fuerzas debidas a la inercia. Las fuerzas dinamicas flotantes y fluidas pueden ser aquellas producidas por uno o mas gases y/o uno o mas liquidos. Las fuerzas dinamicas del fluido pueden ser producidas o modificadas por uno o mas perfiles aerodinamicos, uno o mas hidroplanos y/o una o mas superficies de control en el objeto donde las superficies de control pueden ser fijas o moviles sobre cualquier eje arbitrario no necesariamente alineado con el eje global mencionado anteriormente. Se pueden producir fuerzas dinamicas de fluidos adicionales en la interfaz entre dos medios diferentes, tal como el planeo en la superficie del medio por objetos tales como botes y esquis, la tension superficial del medio y, por lo tanto, las llamadas fuerzas de "efecto suelo". La fuerza neta total sobre el objeto se puede modificar en magnitud y/o direccion modificando la magnitud y/o la direccion de cualquiera de las fuerzas individuales sobre el objeto. La magnitud y la direccion de las fuerzas sobre el objeto producidas por uno o mas motores a reaccion de particulas cargadas pueden modificarse por cualquiera de los metodos dados anteriormente. Las fuerzas dinamicas del fluido pueden modificarse variando la velocidad, la forma y/o la orientacion del objeto en el medio o a traves de una o mas de las superficies de control. Las fuerzas de la superficie se pueden modificar por la velocidad, la forma, la orientacion del objeto con respecto a la superficie y la distancia desde la superficie. Las fuerzas de flotacion pueden modificarse variando la forma del tamano o el peso del objeto.

[0076] A traves de la modificacion de las fuerzas sobre el objeto mediante uno o mas metodos dados anteriormente, la posicion, la orientacion, la aceleracion, el tamano, la forma, y/o la velocidad del objeto se pueden modificar. Estos parametros pueden ser modificados directamente por un ordenador a traves del control electrico directo de las fuerzas sobre el objeto. La separacion y la velocidad relativa del objeto en relacion con cualquier objeto fisico conocido, no solo con otros objetos controlados por motores a reaccion de particulas cargadas, puede modificarse y/o mantenerse mediante este control informatico a traves de sensores en el objeto o mediante algun sistema de control de trafico que este en comunicacion con el objeto. El hecho de que el objeto este bajo control informatico no impide que el control manual se ejerza sobre el objeto, "pilotaje por cable". Los valores deseados de cualquiera de los parametros controlados por el ordenador pueden ingresarse en el ordenador y cuando el ordenador esta conectado a un sensor que determina el valor actual del parametro, el ordenador puede modificar el parametro real para que coincida con el valor deseado. Esto permite que los parametros se estabilicen en condiciones variables tales como carga, corrientes y remolinos en el medio y/o condiciones de superficie variables.

[0077] Uno de los objetos a los que uno o mas motores a reaccion de particulas cargadas se pueden adjuntar es una persona. Los motores pequenos se pueden unir a botas que usa la persona, donde el empuje puede aparecer como la misma fuerza que uno experimentaria sobre una superficie solida. Alternativamente, se puede usar un arnes para sujetar uno o mas motores a reaccion de particulas cargadas a las personas que estan detras o los motores se pueden unir a un traje de vuelo donde la fuerza se aplica al cuerpo sobre un area amplia. Cuando esta conectado a una persona, el motor a reaccion de particulas cargadas puede funcionar como un paracaidas. Para agregar control y estabilidad, se pueden unir pequenos reactores de particulas cargadas de control en los guantes para que se pueda ejercer una fuerza en las manos para mantener el equilibrio. La cantidad de fuerza generada por los motores a reaccion de particulas cargadas unidos a las botas podria ser regulada por el angulo del tobillo, de modo que pararse sobre los dedos de los pies aumentaria el empuje mientras pararse sobre los talones reduciria el empuje a cero. El mismo mecanismo podria aplicarse a los motores a reaccion de particulas cargadas unidos a las manos, donde el angulo de la muneca controla la magnitud del empuje.

[0078] Podemos restringir el movimiento de los objetos a los que estan unidos los motores a reaccion de particulas cargadas a traves de alguna estructura de guia, donde esta estructura de guia puede tener la forma de una pista que esta parcialmente rodeada por parte del objeto, una estructura de pista que rodea parcialmente el objeto, una estructura de pista que rodea completamente el objeto, una estructura de tubo que rodea parcialmente el objeto, una estructura de tubo que rodea completamente el objeto, una trayectoria virtual almacenada en un ordenador que usa informacion de GPS a bordo y/o un sistema de guia inercial para hacer coincidir la posicion y la velocidad almacenadas con la posicion y la velocidad reales, segun lo determinado por el sistema de guia inercial y/o las senales GPS, una estructura que puede ser detectada por sensores en el objeto en el que la estructura es fija o variable en el tiempo y/o espacio, o donde la trayectoria consiste en una o mas senales electromagneticas, tal como rayos de luz enfocados que pueden ser detectados por los sensores del objeto. La trayectoria restringida puede definirse por una trayectoria entre la posicion actual del objeto y un punto en el espacio fijo o variable con respecto al tiempo y a la posicion. Este punto es el espacio puede ser un punto de la trayectoria, un punto final o de destino, otro objeto en el espacio donde el objeto se esta moviendo o esta parado. Un punto de destino es un punto final donde el objeto puede permanecer sin gasto de energia. El punto final puede ser un punto objetivo donde el objeto restringido puede afectar a otro objeto en ese punto, el objeto de destino, destruyendolo con la energia cinetica del objeto restringido, mediante una ojiva explosiva quimica o nuclear detonada en o cerca del punto objetivo con la ojiva con suficiente energia para destruir el objeto de destino. El punto objetivo puede ser la posicion de un objeto cuya posicion inicial en el punto objetivo puede ser alterada por el objeto restringido que se adhiere al objeto objetivo por medios magneticos, mecanicos o adhesivos y luego usa las fuerzas aplicadas al objeto restringido para mover ambos objetos. Si el objeto de destino es un objeto controlado por un motor a reaccion de particulas cargadas mediante la comunicacion entre el objeto restringido y el objeto de destino, se puede utilizar para forzar al objeto de destino en una trayectoria que sigue al objeto restringido. Los multiples objetos controlados por el motor a reaccion de particulas cargadas pueden verse obligados a seguir la misma trayectoria con una separacion fija mantenida por un separador mecanico o un sensor que detecta la separacion entre los objetos y donde el mecanismo de control utiliza los sensores para modificar la separacion real, de modo que es igual a la separacion deseada, formando asi un tren virtual.

[0079] Reducimos la friccion dinamica en una superficie del motor a reaccion de particulas cargadas en contacto con un medio cubriendo la superficie con particulas cargadas para actuar como una capa elastica entre el medio y la superficie. Estas particulas cargadas pueden acumularse naturalmente en la superficie que contiene particulas cargadas debido a la repulsion mutua de cargas similares entre si. Las particulas cargadas se pueden mantener contra una superficie usando un potencial aplicado a la superficie aislada de las particulas cargadas y uno o mas de los electrodos de los motores a reaccion de particulas cargadas.

[0080] Con referencia ahora a los dibujos, la figura 2A muestra una vista lateral esquematica de los diversos componentes de esta invencion. En esta figura y en todo este documento, (1) es una flecha que indica el punto de entrada del medio gaseoso o liquido. La flecha etiquetada (2) apunta al punto de salida del medio. Los anillos, (3) y (4) son los electrodos utilizados para crear el campo electrostatico que acelera las particulas cargadas en una direccion desde (3) a (4). El generador de particulas cargadas (5) es independiente del campo de aceleracion de la fuerza electrostatica entre los dos electrodos (3) y (4). La trayectoria (6) se usa para introducir las particulas cargadas uniformemente en el campo entre los dos electrodos de aceleracion y, si bien esto se muestra de forma esquematica como un tubo separado, no pretende descartar metodos de generacion de carga que estan contenidos dentro de uno o mas de los electrodos Lo que se descarta es el uso exclusivo del campo electrostatico entre los dos electrodos de aceleracion para generar iones por descarga de corona. La separacion entre los electrodos se mantiene mediante los soportes aislados (7), mientras que la fuente de alimentacion (8) proporciona la tension de aceleracion aplicada a los dos electrodos. El generador de particulas con carga alternativa que se muestra en la figura 2B crea iones desde el medio como se muestra por la abertura al medio indicado por la flecha de entrada del medio (3), mientras que los generadores de la figura 2A y la figura 2C pueden usar o no iones del medio como las particulas cargadas.

[0081] Cuando las particulas cargadas han alcanzado el electrodo de salida, ya no contribuyen al empuje del motor y deben ser neutralizadas si no van a ser recirculadas o usarse en las etapas que siguen como se discute mas adelante en este documento. Debido a que todas las particulas cargadas son atraidas hacia el electrodo de salida, pueden neutralizarse simplemente haciendo que el electrodo sea conductor en su superficie, donde las particulas cargadas pueden recogerse o perder su carga. Debido a que la velocidad de las particulas cargadas en un medio se ha ralentizado por las colisiones con el medio, la erosion de los electrodos no deberia ser un problema importante.

[0082] Las figuras 3 a 21 muestran varias configuraciones de la invencion que se presentan para mejorar la comprension de los principios y la flexibilidad de la invencion y no se pretende limitar en modo alguno el alcance de la invencion. La figura 3 ilustra varias configuraciones de reactores de particulas cargadas que pueden ofrecer ciertas ventajas dependiendo de la aplicacion. En estos dibujos, se omite la generacion de particulas cargadas para mayor claridad. En la figura 3A, se muestra la estructura basica de bastidor abierto. Aqui, los dos electrodos (3) y (4) estan separados por un aislante (7) y proporcionan una entrada de medio (1) y una salida de escape (2). Esta configuracion funciona debido al hecho de que la fuerza esta entre las particulas cargadas y los electrodos. Cuando las particulas cargadas chocan con atomos y moleculas neutras, la cantidad y la direccion de la transferencia de energia resultante son aleatorias y, cuando se promedian en muchas colisiones, el 50 % de la energia de las particulas cargadas se transfiere en la direccion del electrodo posterior. El otro 50 % deja la perpendicular respecto al eje de empuje en todas las direcciones y no produce empuje neto. La ventaja de esta configuracion es la simplicidad y el peso ligero. La desventaja es que la energia termodinamica aleatoria no se puede convertir en empuje.

[0083] La figura 3B encierra los electrodos en un alojamiento aislante (7). Parte de la energia perdida de la configuracion de bastidor abierto se puede recuperar de los atomos y moleculas neutras al restringir el componente perpendicular del movimiento del atomo neutro y de la molecula. Esto es posible porque el motor a reaccion de particulas cargadas, como los reactores y cohetes convencionales, tambien contiene atomos y moleculas neutras aceleradas, cuyo componente de energia perpendicular se puede convertir en un componente axial a traves de colisiones con otros atomos y moleculas mientras esta contenido entre los electrodos. Discutimos esto mas adelante cuando se trata de la energia termodinamica perdida.

[0084] La figura 3C muestra la adicion de una cuchara media o embudo (9) utilizado para aumentar el numero de atomos neutros y moleculas que ingresan al motor. Cuanta mas masa se mueva, menos energia se necesita para un empuje dado.

[0085] La figura 3D muestra una boquilla convergente (10) que se puede utilizar para recuperar parte de la energia de los atomos y las moleculas neutras. La figura 3E muestra una boquilla divergente (10) que tambien se puede utilizar para recuperar esta energia.

[0086] La figura 3F muestra una configuracion conica donde el area de la seccion transversal disminuye al pasar del electrodo de entrada al electrodo de salida, lo que resulta en un aumento de la presion de los atomos neutros y las moleculas a medida que viajan entre los electrodos. La figura 3G muestra un estrechamiento inverso en el que la presion disminuye de adelante hacia atras sobre lo que seria si la seccion transversal no fuera conica. Las paredes conicas tambien convierten el flujo de energia perpendicular de los atomos y las moleculas neutras en empuje axial a traves de las colisiones con el alojamiento (7).

[0087] La figura 3H muestra el uso de entradas de medio (11) alrededor de la circunferencia del alojamiento utilizada para llevar mas del medio a la region entre los electrodos. Esto es especialmente util en aplicaciones donde los electrodos son estacionarios con respecto al medio y donde el proposito del reactor de particulas cargadas es proporcionar empuje estatico sin movimiento relativo con respecto al medio. La figura 3I muestra una cuchara o embudo (9a) adicional disenado para presurizar el aire que ingresa a las entradas de aire perifericas. Unas puertas de aleta sobre las entradas pueden cerrarse cuando la presion dentro del reactor es mayor que la presion exterior.

[0088] La figura 3J muestra una configuracion de bastidor abierto del motor de particulas cargadas donde los electrodos no son anillos circulares. De hecho, los electrodos pueden ser de cualquier forma dependiendo de la distribucion de campo electrico deseada y de las limitaciones de espacio del diseno. Tambien deberia ser bastante obvio que las modificaciones a la estructura de bastidor abierto de la figura 3A que se muestra en la figura 3B a la figura 3I tambien se pueden aplicar a la estructura de bastidor abierto que se muestra en la figura 3J y otras formas de electrodos arbitrarios.

[0089] Todos los dibujos de la figura 4 y la figura 5 muestran metodos utilizados para reducir la carga espacial axial generada por el campo electrostatico inverso. La figura 4 muestra los motores a reaccion de particulas cargadas abiertos, mientras que la figura 5 muestra estructuras cerradas. La figura 4A muestra la configuracion estandar de anillo abierto de la figura 3A con el campo electrico aplicado (76) mostrado. El uso de electrodos de gran diametro sin ninguna malla para distribuir el potencial a traves de la entrada y la salida permite que el potencial dentro del area del anillo varie y, como resultado, el campo electrico mostrado. Cuando las lineas de campo no son paralelas al eje del electrodo, existira un componente radial del campo electrico. Al igual que en el caso del campo electrico axial, las cargas en la region tambien reduciran el campo electrico radial y angular aplicado y porque la suma de todos los cambios en los campos electricos en todas las direcciones debe ser igual a la densidad de carga dividida por la permitividad el aumento del cambio radial y angular en el campo electrico, da como resultado una disminucion en la carga espacial axial generada por el campo electrico inverso. La figura 4B utiliza un pequeno electrodo (75) unido a cada anillo, que puede operarse a un potencial mas bajo que los electrodos de anillo para aumentar el componente del campo electrico radial, lo que provoca un mayor cambio en el campo electrico radial y, por lo tanto, un campo electrostatico axial inverso mas bajo. La figura 4C usa electrodos axiales para crear un campo electrico radial inverso mas uniforme. Si bien se muestra que el electrodo va desde el electrodo de entrada hasta mas alla del electrodo de salida, esta claro que la longitud, el diametro y la posicion del electrodo pueden variar para optimizar el campo para la aplicacion particular. La figura 4D utiliza una pluralidad de electrodos cuyos potenciales individuales se pueden variar para lograr cualquier configuracion de campo electrostatico deseada que incluya un componente de campo electrico angular y radial no uniforme. La figura 4E muestra electrodos de panal de abeja, aunque pueden tener cualquier forma deseada que se pueda usar para dividir el area de entrada general en regiones de radio mas pequenas para aumentar el cambio en la intensidad del campo electrico radial.

[0090] En la figura 5, se muestran motores de particulas cargadas cerrados. La figura 5A a la figura 5E corresponden a los motores de particulas cargadas abiertos de la figura 4A a la figura 4E, respectivamente. En el caso de motores de particulas cargadas cerrados, la estructura de cerramiento tambien se puede usar como un electrodo para modificar los campos electricos radiales y/o angulares.

[0091] La introduccion de los componentes de campo electrico angular y/o radial dara lugar a densidades de carga angulares y/o radiales no uniformes. Para maximizar la eficiencia y el empuje, la densidad media neutra debe rastrear estos cambios. En la figura 5F, el campo electrico radial tendera a concentrar las particulas cargadas cerca del eje central. La carcasa conica que se muestra en la figura 5F se puede usar para ayudar a concentrar las moleculas neutras hacia el eje central. La figura 5G y la figura 5H usan electrodos adicionales correspondientes a los electrodos adicionales de la figura 5B y la figura 5C, respectivamente, junto con la carcasa conica. Debe quedar claro que la forma real de la carcasa podria modificarse para controlar la trayectoria del medio neutro.

[0092] Hay una segunda forma de reducir el campo electrico axial inverso generado por la carga espacial y que es mediante el uso de particulas de carga opuesta para cancelar el efecto de las particulas cargadas que producen el empuje. Si la figura 4C, la figura 4D, la figura 5C, la figura 5D y la figura 5H, los electrodos axiales tambien pueden ser conductores aislados o canales conductores que contienen particulas con carga opuesta cuya densidad de carga coincide con la densidad de carga de las cargas que producen el empuje. Las cargas en esta region pueden ser simplemente electrones o si es un conductor o particulas cargadas de polaridad opuesta si es una region hueca. El punto es hacer coincidir la densidad de carga en cada punto para cancelar parcialmente el campo electrico inverso de las particulas que producen el empuje. En la figura 5I, las secciones de radio mas pequenas producen empuje al utilizar particulas cargadas de ambas polaridades entremezcladas para proporcionar la maxima cancelacion del campo electrico inverso de carga espacial. La polaridad de las particulas de carga de cada seccion se muestra mediante los numeros de los electrodos en la parte delantera y trasera, donde la polaridad de las cargas en los canales con el electrodo marcado (3) es opuesta a la polaridad de los canales con el electrodo marcado (4). En la figura 5J, las regiones de polaridad de carga opuesta son coaxiales.

[0093] En la figura 6, que muestran diversos esquemas de segmentacion del motor. El campo electrico de carga espacial inverso limita el numero de cargas que entraran en la region entre los electrodos. Cuanto mayor sea la separacion entre los electrodos, menos cargas entraran en la region y menor sera el empuje para una tension aplicada dada. Es posible reducir la separacion entre los electrodos y mantener el mismo empuje utilizando electrodos intermedios adicionales (77) entre los electrodos de entrada (3) y de salida (4). Esto no es lo mismo que hacer funcionar multiples motores de particulas de carga independientes en tandem porque el potencial electrico continua aumentando de un electrodo al siguiente porque el electrodo de salida de un segmento es el electrodo de entrada del siguiente. Para funcionar, cada electrodo debe tener un potencial mas alto que el que lo precede. No es el hecho de que las particulas cargadas se esten reutilizando lo que separa la operacion segmentada de la operacion en tandem, sino la comparticion de electrodos de un segmento a otro. Si bien puede que no sea necesario inyectar nuevas particulas cargadas en la region cercana a cada electrodo, esto puede hacerse, si es necesario, para reemplazar las cargas perdidas o para adaptar cada segmento a la velocidad y a la densidad de la masa de reaccion neutra.

[0094] La figura 6A muestra multiples electrodos abiertos (3), (4) y (77), con cada electrodo a un potencial mas alto que el electrodo anterior, como lo muestran las fuentes de alimentacion multiples (78) en serie. En la figura 6B, mostramos un conjunto cerrado de electrodos con la carcasa conica para aumentar la densidad de la masa de reaccion neutra y de las particulas cargadas de un segmento a otro.

[0095] La figura 7 se ocupa de otro metodo para aumentar las particulas cargadas entre los electrodos de aceleracion (3) y (4). Cuando se opera bajo condiciones de corriente limitada de carga espacial, el campo electrico en el electrodo de aceleracion de entrada (3) se reduce a cero por el campo electrico inverso generado por la carga espacial. Si mas cargas ingresan de alguna manera a las regiones entre los electrodos, el campo electrico en realidad se invertira, forzando las cargas hacia fuera del anillo del electrodo frontal. Pero podemos obligar a las cargas a moverse contra este campo electrico inverso para que haya un flujo neto de particulas cargadas en el electrodo de entrada. Un metodo para hacer esto es mediante la difusion de particulas cargadas en el anillo de entrada debido a un gradiente de concentracion donde la densidad de particulas cargadas es mayor fuera del electrodo de entrada. El problema es mantener ese gradiente de concentracion.

[0096] En la figura 7A, se muestran dos electrodos estrechamente separados en la entrada del motor. El electrodo adicional (77) proporciona un campo electrico que repele cualquier particula cargada al electrodo de entrada. Si bien esto parece ser simplemente un motor segmentado, el funcionamiento es diferente porque la separacion de los dos electrodos (77) y (3) es lo mas cercana posible para maximizar el gradiente de concentracion de particulas cargadas para maximizar la corriente de difusion. Las particulas cargadas que se aceleran en el electrodo frontal (3) por la carga espacial negativa generada por el campo electrico seran atrapadas por el campo opuesto establecido por el potencial aplicado entre los electrodos (77) y (3).

[0097] En la figura 7B, se muestra el uso de una barrera fisica real para detener las particulas cargadas de salir de la parte delantera del motor. Los anillos en forma de "U" (79) forman regiones aisladas donde las particulas cargadas pueden concentrarse para aumentar el gradiente de concentracion. Claramente, la estructura fisica de la figura 7B se puede combinar con la estructura del electrodo de la figura 7A para maximizar el atrapamiento de las particulas cargadas.

[0098] En la figura 4 a la figura 7, se han mostrado formas de contrarrestar el espacio cargado de campo electrico generado principalmente para aumentar la eficiencia de empuje electrostatica del motor. El empuje electrostatico es potencialmente mucho mas eficiente que el empuje termodinamico generado por un reactor o cohete quimico convencional. Esto se debe a que la energia suministrada por el campo electrico esta inicialmente en su totalidad en la direccion axial, mientras que, en un cohete quimico o un motor a reaccion, la energia termica se distribuye aleatoriamente en todas las direcciones. Pero cualquiera que sea la maxima eficiencia de empuje electrostatico, la energia que no se utiliza para generar el empuje electrostatico, la energia asociada con el aumento en el componente axial de la velocidad de la masa de reaccion neutra terminara con el movimiento termico aleatorio de la totalidad de la masa de reaccion. Parte de esta energia puede ser recuperada.

[0099] En la figura 8A, se muestra lo que parece linea de la misma estructura que la que se muestra en la figura 7A, que se utiliza para atrapar las particulas cargadas para aumentar el gradiente de densidad de la particula cargada. Lo hace, pero, ademas, puede utilizarse para recuperar algo de la energia termodinamica. Una forma de recuperar algo de esta energia es a traves de colisiones de moleculas de aire neutras con un componente de velocidad axial hacia el electrodo de entrada con las particulas cargadas. Si la energia y el impulso se transfieren de nuevo a la particula cargada, ya sea reduciendo la velocidad de la particula o invirtiendo su direccion, la particula cargada atraera menos energia o devolvera la energia al campo electrico. En la figura 8A, la region entre los electrodos de aceleracion (3) y (4) recuperara energia, mientras que la gran densidad de carga entre el electrodo (77) y el electrodo (3) asegurara que toda la energia asociada con la masa de aire neutra que se mueve hacia el electrodo de entrada se recuperara o se convertira en un empuje termodinamico adicional.

[0100] El empuje termodinamico se crea cuando la presion en un recipiente abierto en un lado es mayor que la presion ambiente. En el motor de particulas cargadas, la energia termodinamica es la misma que la energia termodinamica causada por la quema de combustible en un cohete quimico o un motor a reaccion. Esta energia termodinamica aparece en forma de un aumento en la temperatura de la masa de reaccion. Si bien este aumento de la temperatura es bastante pequeno y produce un aumento muy leve de la presion, si el motor funciona con tensiones de aceleracion cerca de la ruptura, el empuje asociado con este aumento de la presion puede ser de un orden de magnitud mayor que el empuje electrostatico si el campo electrostatico inverso no se reduce. Para convertir este aumento de presion en empuje, se debe evitar que las particulas neutras que se mueven hacia el electrodo de entrada salgan de la parte delantera del motor. En esencia, debemos cerrar la entrada al paso de las moleculas neutras que salen del motor, pero no bloquearlas para que se muevan dentro del motor. Es el mismo problema que enfrenta un motor turborreactor y todos los metodos utilizados en los disenos de motores turborreactores se pueden usar aqui, tal como la presion aerodinamica (reactor de empuje), los obturadores de entrada (reactor de pulso), los compresores mecanicos (turborreactores), etc. Pero podemos tambien usar colisiones de las moleculas neutras que se mueven hacia el electrodo de entrada con las particulas cargadas para transferir el impulso a traves del campo electrico hacia los electrodos de aceleracion. Eso es tambien lo que esta ocurriendo en la figura 8A cuando usamos la region de particulas cargadas de alta densidad para recuperar el impulso de las moleculas neutras que se mueven hacia adelante y las convierten en empuje.

[0101] En la figura 8B, se utiliza un motor de particulas de gran carga (82) con electrodos (3) y (4) para "bombear" moleculas neutras en un segundo motor cerrado de particulas cargadas con electrodos (77) y (80) a traves de aberturas entre los dos motores (81), donde la mayoria de la energia termodinamica asociada con la aceleracion de las particulas cargadas en el motor contenido puede recuperarse mecanicamente debido a la parte delantera cerrada (83) del motor contenido. En la figura 8C, hemos mostrado el concepto de motores segmentados integrados, donde la energia termodinamica se puede recuperar en cada etapa.

[0102] Los dibujos de la figura 9 se refieren a estructuras de geometria variable del motor a reaccion de particulas cargadas. Todos se basan en dos principios del motor a reaccion de particulas cargadas; para un empuje dado, la energfa de empuje disminuye a medida que aumenta la masa que fluye entre los electrodos, por lo que al aumentar el area de la entrada del medio se produce un mayor flujo de masa y menor energfa de empuje y al aumentar la separacion entre los electrodos se producen mas colisiones por particula cargada, por lo que se requieren menos particulas cargadas.

[0103] En la figura 9A, la separacion de los electrodos de aceleracion del diseno de bastidor abierto se puede variar por los soportes de electrodos telescopicos (12). La figura 9B muestra una carcasa telescopica que usa secciones rigidas (13), mientras que la figura 9C muestra un diseno de tipo de manguera flexible. La figura 9D a la figura 9F muestran un diseno de tipo paraguas, donde el primer electrodo es un material solido que se abre como un paraguas. En esta configuracion, el medio entra en la region entre los electrodos a traves de la region de entrada central (3) y a traves de la region debajo del primer electrodo. La figura 9G muestra un electrodo rectangular cuya area puede ser alterada por las secciones de electrodo telescopicas. La figura 9H muestra una configuracion de electrodo circular cerrado donde el diametro de la carcasa se puede variar enrollando y desenrollando el material de la carcasa flexible (7).

[0104] Los dibujos de la figura 10 ilustran todos los metodos utilizados para crear un empuje vectorial. En estos dibujos, el punto de inyeccion de particulas cargadas no se muestra, pero se entiende que esta cerca de la region de entrada del medio que puede cambiar dependiendo de los potenciales aplicados a los segmentos de electrodo individuales. La figura 10A es una configuracion basica de bastidor abierto en la que los electrodos se han segmentado utilizando secciones aislantes (14) para que se puedan aplicar potenciales variables entre los segmentos. Por ejemplo, para vectorizar el empuje en una direccion hacia abajo, el potencial de aceleracion se puede aplicar entre el segmento del electrodo frontal superior y el segmento inferior posterior. Esto hace que las particulas cargadas se aceleren en diagonal de arriba a abajo a medida que viajan entre los electrodos. La figura 10B muestra los electrodos rectangulares segmentados. Solo es posible una vectorizacion de empuje limitado, pero solo se necesita un solo punto de inyeccion de iones, a menos que se desee un empuje bidireccional, en cuyo caso se debe prever el suministro de particulas cargadas a cualquier region que actue como entrada del medio.

[0105] La figura 10D muestra una estructura de cubo donde el vector de empuje puede estar en cualquier direccion segun lo determinado por el potencial aplicado a los segmentos individuales. La figura 10D muestra un cubo dividido en mas secciones que permiten un control mas preciso y una mayor eficiencia del vector de empuje. La figura 10E muestra una estructura con forma esferica que proporciona un control aun mas fino. En todas estas estructuras, se deben proporcionar medios para inyectar particulas cargadas en el punto apropiado.

[0106] La figura 10F muestra una boquilla de escape flexible colocada despues de los anillos de aceleracion, que se usa para cambiar el vector de la masa que sale y se comporta exactamente igual que una boquilla de control direccional en un motor a reaccion de empuje vectorial convencional para crear un empuje vectorial. En la figura 10G, los electrodos se colocan en el material de la carcasa flexible, de modo que los electrodos tambien se mueven cuando la boquilla se vectoriza, lo que provoca que tanto la masa de escape neutra como la fuerza electrostatica de los electrodos de aceleracion sean vectorizadas.

[0107] La figura 10H muestra un vehiculo hipotetico que esta encerrado en una jaula de electrodos de aceleracion que se muestra en la figura 111. Aqui, el empuje se puede aplicar al vehiculo en cualquier direccion variando los potenciales aplicados a los diversos segmentos e inyectando particulas cargadas en los puntos apropiados.

[0108] La figura 11 ilustra el concepto de recirculacion de particulas cargadas. Cuando la energfa asociada con la generacion de las particulas cargadas se acerca a la energfa de empuje, la recirculacion de particulas cargadas se puede usar para reducir el numero de particulas cargadas que deben producirse. Debe tenerse en cuenta que la recirculacion de particulas cargadas solo se puede usar con motores a reaccion de particulas cargadas que operan en un medio porque la fuerza necesaria para girar la direccion de las particulas cargadas cancela completamente el empuje obtenido de las particulas cargadas cuando es acelerado por los electrodos. Es solo porque la masa de las particulas cargadas es millones de veces menor que la masa de particulas neutras que se puede obtener un gran empuje neto sin la contribucion de particulas cargadas que se ha neutralizado.

[0109] En la recirculacion de las particulas cargadas, despues de que las particulas cargadas han chocado con la mayor cantidad de particulas neutras como sea posible, las particulas cargadas se recogen cerca del electrodo de salida, pero no se neutralizan. El electrodo de salida esta aislado, lo que todavia produce un campo electrico entre los electrodos de aceleracion, pero las particulas cargadas no se neutralizan cuando entran en contacto con el electrodo aislado. Si las particulas cargadas no colisionaran con particulas neutras y perdieran energfa, tendrian suficiente energfa para "subir de nuevo por la colina potencial" y simplemente giraria alrededor de los dos electrodos, pero debido a que las particulas cargadas perdieron energfa en las colisiones, esta energfa se perdio y debe ser reemplazada por las particulas cargadas para que vuelva a subir la colina. Esta energfa no puede ser reemplazada por un campo electrostatico. Puede ser reemplazada, sin embargo, por un campo electrodinamico variable.

[0110] La figura 11A muestra un corte de un tubo dentro de un tubo. Las particulas cargadas son aceleradas por los electrodos de aceleracion (3) y (4) y son "recolectadas" por el electrodo de salida (4), donde su direccion se invierte, ya sea por un campo magnetico o por un potencial estatico o variable aplicado al electrodo de inversion (15) haciendo que las partfculas cargadas entren en la region entre los dos cilindros (17) y (18). Se proporciona una abertura (19) en el electrodo de inversion para permitir el escape de partfculas neutras. Los potenciales variables aplicados a los electrodos de aceleracion inversa (16) aceleran las partfculas cargadas, dandoles energfa suficiente para "hacer que vuelva a subir la colina potencial". Es importante tener en cuenta que, si las partfculas cargadas no son neutralizadas por el electrodo de salida, los electrodos de aceleracion hacia adelante no suministran energfa neta a las partfculas cargadas. Esto ocurre porque la energfa que la partfcula cargada obtiene de los anillos de aceleracion que viajan desde el anillo de entrada (3) al anillo de salida (4) se devuelve cuando la partfcula cargada regresa al electrodo de entrada.

[0111] Cuando la partfcula cargada alcanza el final de la region de retorno adyacente al anillo de entrada, un electrodo de inversion (15) o un campo magnetico altera nuevamente la direccion de las partfculas cargadas inyectandolas nuevamente en la region de entrada entre los dos electrodos de aceleracion. Es importante tener en cuenta que cualquier partfcula neutra que se acelere junto con las partfculas cargadas en la region de retorno (17) transferira su energfa en forma de empuje hacia adelante cuando no pueda hacer el giro al final de la region de retorno (17) y chocan con el final de la region. La figura 11B y la figura 11C muestran vistas de detalle tridimensionales de los extremos de la region de retorno de partfculas cargadas.

[0112] La figura 11D a la figura 11F muestran una estructura de recirculacion situada axialmente en el centro de la region de aceleracion. Tambien es posible que se utilicen una trayectoria de recirculacion tanto externa como interna, ya que la eficiencia de empuje hacia adelante aumentara por el campo electrostatico mas uniforme de los electrodos internos y externos y la inyeccion mas uniforme de las cargas recirculadas.

[0113] La figura 12 muestra vistas en seccion transversal detalladas de varias posibles estructuras de electrodo. La figura 12A a la figura 12D tienen secciones transversales rectangulares que proporcionan una mayor resistencia axial a expensas de la racionalizacion. La figura 12E a la figura 12H tienen secciones transversales redondas que presentan menos resistencia al arrastre que las secciones transversales rectangulares con menos fuerza axial. Las secciones transversales cuadradas de las figuras 12I a 12K proporcionan resistencia tanto radial como axial a expensas de la racionalizacion. La figura 12L a la figura 12O son secciones transversales de electrodos aerodinamicos que resultan en la resistencia axial de la seccion transversal rectangular con un bajo arrastre.

[0114] Cada uno de los grupos de forma de seccion transversal contiene electrodos huecos con una abertura que apunta en varias direcciones. Representan electrodos donde el generador de partfculas cargadas o el inyector esta contenido en el electrodo y las aberturas se utilizan para inyectar las partfculas cargadas en el medio antes de que entre en la region entre los electrodos, a traves de los electrodos para distribuir las partfculas cargadas uniformemente a traves del area de entrada, y hacia la region de salida del motor que se puede usar para los electrodos de salida de los motores que producen empuje bidireccional vectorial. La figura 12O muestra un area de seccion transversal aerodinamica donde el borde delantero es una lente transparente utilizada con algunos metodos de ionizacion de fotones.

[0115] La figura 13 muestra varias mejoras en las estructuras de los electrodos para crear un campo electrico mas uniforme entre los dos electrodos de aceleracion. En la figura 13A, se utiliza una malla de alambre o rejilla para crear un plano de potencial electrico plano que resulta en un campo electrico mas uniforme entre los electrodos. La figura 13B utiliza anillos concentricos que dan como resultado una unidad mas rfgida y fuerte a expensas de la uniformidad del campo. Recuerde que la fuerza de empuje se aplica al electrodo y la malla o anillos conectados al mismo, por lo que estas estructuras deben ser lo suficientemente fuertes para gestionar esta fuerza de empuje. La figura 13C presenta los anillos concentricos como una forma de cono que resulta en una mayor resistencia que las otras dos estructuras. Si bien las estructuras de los electrodos se muestran como anillos, es obvio que estos metodos utilizados para mejorar las propiedades de los electrodos se pueden aplicar a los electrodos utilizando otras geometrfas.

[0116] La figura 14 muestra posibles estructuras de electrodo modificadas para facilitar la generacion de partfculas cargadas y la inyeccion en el area del anillo. En la figura 14A, la superficie interior del electrodo forma un espejo parabolico, de modo que los fotones utilizados en la ionizacion fotonica del medio rebotan continuamente en el area encerrada por el electrodo para minimizar la energfa perdida por los fotones que no ionizan un atomo o molecula del medio. La figura 14B muestra los fotones reflejados alrededor del interior de la region encerrada por el electrodo. En la practica real, la distribucion de fotones podrfa ser uniforme alrededor del electrodo, pero podrfa concentrarse en haces enfocados para mejorar la tasa de ionizacion. En la figura 14C, el cono de anillos concentricos con reflectores internos, mas fuertes bajo cargas compresivas, se usa para crear un volumen donde los fotones estaran contenidos dentro de la region encerrada por el electrodo.

[0117] Las figuras 15 y 16 muestran metodos para obtener partfculas cargadas para su uso en el motor a reaccion de partfculas cargadas. Dividimos las partfculas cargadas en dos clases, iones positivos y negativos tradicionales y partfculas mas grandes a las que se les ha dado una carga electrica positiva o negativa. Los iones positivos pueden crearse por la absorcion de fotones por los electrones unidos del atomo o molecula. Si absorben suficiente energfa, el electron se eliminara completamente del atomo o molecula, lo que dejara al atomo o molecula con una carga neta positiva. Se pueden crear iones positivos y negativos bombardeando un atomo o molecula con alguna particula, generalmente un electron, que es capturado por el atomo o molecula que forma un ion negativo o transfiriendo suficiente energia (24) a un electron unido al atomo o molecula, de manera que el electron unido se elimina completamente del atomo o molecula, dejando el atomo o molecula con una carga neta positiva. Las particulas cargadas no ionicas son particulas mas grandes que han adquirido una carga positiva o negativa. Esto incluye materiales que se fabrican con una carga positiva o negativa permanente.

[0118] La figura 15 muestra varios metodos de uso de ondas electromagneticas para generar iones directamente cerca de la region de entrada del medio del motor o en estructuras separadas que rodean la periferia exterior del electrodo de aceleracion de entrada. Aunque el generador de particulas cargadas de la figura 2B muestra el generador de particulas cargadas como una estructura separada, los metodos mostrados en la figura 15A hasta la figura 15K incorporan el generador de particulas cargadas en los propios electrodos.

[0119] Las ondas electromagneticas pueden ser una forma eficaz de generar iones. Los electrones que rodean los atomos y las moleculas absorben facilmente los fotones de la radiacion electromagnetica. Si la energia del foton es mayor que la energia de ionizacion de un atomo o molecula, un solo foton ionizara cada ion o molecula. Ignorando la posibilidad de capturar dos fotones por un solo atomo o molecula, la ionizacion de fotones individuales sera casi un 100 % eficiente. Desafortunadamente para el oxigeno y el nitrogeno, la energia de ionizacion esta en el rango de 15 electrones que corresponde a la radiacion ultravioleta de onda muy corta. Las fuentes de luz ultravioleta eficientes de onda corta de alto rendimiento estan actualmente en desarrollo, pero aun no estan disponibles. Cuando esten disponibles, seran la opcion preferida para la generacion de iones de ondas electromagneticas.

[0120] La ionizacion multiple de fotones es menos eficiente debido a que un solo atomo que ha absorbido uno o mas fotones debe absorber los fotones restantes antes de que la energia de los fotones anteriores se irradie lejos. Ademas, si un atomo no ha absorbido suficientes fotones para ionizarse por completo antes de salir de la region donde existen estos fotones, la energia de los fotones absorbidos se perdera nuevamente.

[0121] La forma de maximizar la creacion de iones utilizando la cantidad minima de energia es utilizar el menor numero de fotones como sea posible para ionizar cada atomo o molecula. La luz visible requerira de cinco a ocho fotones para ionizar completamente un atomo de oxigeno o nitrogeno. Esto conduce a algunos de los enfoques que se muestran en la figura 15. En la figura 15A y la figura 15B, los fotones (20) apuntan por delante del motor para que los atomos y las moleculas del medio permanezcan en la region de ionizacion llena de fotones durante un periodo de tiempo mas largo. En la figura 15C y la figura 15D, los fotones (20) de multiples anillos (21) estan orientados hacia adelante. En la figura 15E y la figura 15F, los fotones (20) se reflejan en el area encerrada por el electrodo (21), pero la longitud del electrodo se incrementa para crear un mayor volumen de ionizacion. Las figuras 15G a 15J ilustran electrodos estrechos (21) con una region de ionizacion corta que seria ventajosa cuando se usa ionizacion de fotones individuales.

[0122] Una vez que se crea el ion, el ion y su electron emitido deben separarse para evitar que se recombinen. Esto se logra facilmente usando un campo electrico para separar el ion y el electron. En el caso de los fotones (20) apuntados por delante del electrodo de aceleracion, los campos electricos de la franja llegaran por delante del electrodo y se pueden usar para este proposito como se muestra en la figura 15K, donde el ion es (23), el electron es (22), el campo electrico es (24) y los electrodos de aceleracion son (3) y (4).

[0123] El problema con la ionizacion de multiples fotones es que la intensidad del haz de fotones debe ser alta para que la probabilidad de captura de multiples fotones sea alta, sin embargo, solo uno de cada varios millones de atomos necesita ser ionizado. Una forma de lidiar con estos requisitos conflictivos es enfocar los fotones en haces estrechos para que la densidad del foton sea alta en los haces, mientras que solo unos pocos atomos y moleculas estan expuestos al haz de fotones. Esto se puede hacer con todos los metodos mostrados en la figura 15A a la figura 15J, enfocando los fotones en estos haces de alta intensidad.

[0124] En la figura 15L y la figura 15M, se muestra un ionizador de onda electromagnetica que esta separado de los electrodos de aceleracion. En este metodo, se utiliza un tubo muy pequeno (25) para contener los fotones y las moleculas. Toda la superficie interior esta hecha de un material aislante altamente reflectante y los fotones son admitidos desde la fuente de fotones (21) mediante una abertura o un espejo parcialmente reflectante (26). Una vez en la cavidad, los fotones permanecen atrapados el mayor tiempo posible. Los atomos y las moleculas neutras del medio se introducen a traves de pequenas aberturas en la camara (28) y (29). La abertura (28) solo es necesaria si los atomos y las moleculas neutras son insuficientes para nadar contra la marea de iones que salen de la abertura (29). Estos atomos y moleculas neutras estan siendo constantemente bombardeados por fotones mientras estan en la cavidad de fotones formada por los dos espejos (26) y (26a). Una vez que se crea el ion, los electrodos (27), (30) y (31) separan el ion del electron mediante un pequeno campo electrico entre los electrodos (30) y (31) y el electrodo (27). El electrodo (27) recoge los electrones, mientras que los iones se dirigen a traves de una pequena abertura (29). Los electrodos (30) y (31) forman placas de desviacion electrostatica para barrer los iones a traves de un volumen amplio para reducir la densidad de carga espacial lo mas rapidamente posible y distribuir los iones uniformemente en toda la region seleccionada.

[0125] La figura 15N muestra un corte de un electrodo anular que muestra el generador de iones de las figuras 15L y 15M unido al electrodo y las ranuras a traves del electrodo que se utilizan para inyectar los iones en el area rodeada por el electrodo.

[0126] Aunque el campo electrico entre los electrodos (30) y (31) podria aumentarse para disminuir la energia de ionizacion necesaria para ser suministrada por los fotones, una vez que se crea un ion, un gran campo electrico acelerara el ion y el electron, dandoles mas energia de la que se necesita o requiere. El objetivo aqui es crear iones que tengan la menor energia posible.

[0127] La figura 16 muestra el uso de metodos distintos a la creacion de iones electromagneticos para suministrar los iones requeridos. La figura 16A a la figura 16R generan particulas cargadas ionizando el medio gaseoso o fluido. Si bien la ionizacion que utiliza radiacion electromagnetica solo puede crear iones positivos al eliminar los electrones, los metodos que se muestran en la figura 16 se pueden usar para los iones positivos y negativos.

[0128] La figura 16A a la figura 16D muestran la estructura de ionizacion de base de "descarga de corona", donde un electrodo de punta afilada (32) se coloca cerca de un segundo electrodo de area grande (33). El electrodo puntiagudo (32) es hueco y tiene un canal (45) que es la unica forma en que los atomos y las moleculas del medio pueden entrar en la region entre los dos electrodos. La figura 16B muestra la estructura de la figura 16A con la tension de descarga de corona aplicada por una fuente de alimentacion de alta tension (8) a los dos electrodos de ionizacion (32) y (33). La polaridad de la tension aplicada, el electrodo puntiagudo positivo y el electrodo plano grande negativo, es tal que se crearan iones positivos. La figura 16C y la figura 16D muestran la estructura de la figura 16A con la polaridad de la fuente de alimentacion invertida para generar iones negativos.

[0129] Aunque la diferencia en la generacion de iones positivos o negativos por la estructura mostrada es solo la polaridad de la alta tension aplicada, el mecanismo por el cual se crea un ion es diferente. En el generador de iones negativos, el alto campo electrico cerca del electrodo de punta afilada que se muestra en la figura 16H (40) hace que el material emita electrones por el proceso de alta emision de electrones de campo. Estos electrones liberados pueden luego ser capturados por atomos y moleculas neutras, que dan como resultado iones negativos. Debido a que no se pueden emitir cargas positivas desde el electrodo de punta afilada, el metodo de ionizacion es diferente. Cuando un atomo o molecula neutra esta cerca del campo electrico alto del electrodo afilado de la figura 16H (40), se necesita menos energia para ionizar un atomo o molecula y se logra mediante la absorcion de energia de fotones o electrones libres en la vecindad del atomo o molecula neutra. Una vez que se ha eliminado un electron de un atomo o molecula, el electron es acelerado por el alto campo electrico que se muestra en la figura 16H (40) y, de ese modo, adquiere suficiente energia para golpear los electrones externos de otros atomos y moleculas neutrales, lo que resulta en una cascada de electrones de ionizacion que ionizan los atomos y las moleculas cerca del electrodo puntiagudo.

[0130] En la figura 16B, el ion positivo (23) ya ha sido creado por la eliminacion de un electron (22) del atomo o molecula. El alto campo electrico entre los dos electrodos (32) y (33) separa el ion (23) de su electron (22) al acelerar el ion y el electron alejandose entre si, como se muestra en la trayectoria del ion (47) y la trayectoria del electron (46). En un ionizador de descarga de corona convencional, no importaria donde entre los dos electrodos (32) y (33) se creo el ion (23), ya que la energia total obtenida por el ion (23) y el electron (22) juntos seria la misma independientemente del punto de creacion. Si el ion (23) se crea mas cerca del electrodo de punta afilada (32), el ion (23) tendra una mayor participacion de la energia a medida que se acelera hacia el electrodo plano (33), mientras que si se crea el ion (23) mas cerca del electrodo de placa plana (33), el electron (22) adquirira mas energia que el ion (23). Si los iones creados (23) deben ser de algun uso, no debe permitirse que entren en contacto con el electrodo de placa plana (33) o ambos seran neutralizados y la energia cinetica del ion (23) obtenida del campo entre dos electrodos (32) y (33) se transferira al electrodo de placa (33) en forma de calor cuando el ion (23) impacte con el electrodo de placa (33).

[0131] Suponiendo que evitamos que el ion (23) entre en contacto con el electrodo de placa (33), el electron (22) que se elimino del atomo o molecula neutra aun podria adquirir una gran cantidad de energia si se crea el ion (23) cerca del electrodo de placa (33). Necesitamos que el electron (22) adquiera algo de energia para que se produzca la cascada de electrones mencionada anteriormente, pero debe limitarse a la energia minima necesaria para mantener la velocidad de ionizacion deseada. Esa es la razon por la que el medio se introduce de manera controlada en la region de campo mas alta que se muestra en la figura 16H (40) mas cercana al electrodo puntiagudo (32). De esta manera, aumentamos la probabilidad de que el ion (23) se cree mas cerca del electrodo puntiagudo (32), minimizando asi la energia del electron.

[0132] En el caso del generador de iones negativos que se muestra en la figura 16C y la figura 16D, una vez que se crea el ion, solo hay una particula unica, el ion (23), que sera acelerado por el campo electrico que se muestra en la figura 16H (40) entre los electrodos (32) y (33). Esto significa que solo tenemos que evitar que el ion golpee el electrodo de placa para evitar la perdida de energia cinetica en cualquiera de los electrodos por colisiones.

[0133] En la figura 16E, se muestra un metodo que puede ser utilizado para evitar colisiones de los iones con el electrodo de placa. En esta figura, colocamos un orificio en la placa a traves del cual los iones pueden pasar sin golpear el electrodo de placa. Es importante tener en cuenta que la energia cinetica del ion es mayor en el electrodo de placa y, si se permitiera que colisionara con el electrodo de placa, se perderia la energia maxima por ion. El tamano del orificio necesario dependeria de la separacion entre los electrodos y el potencial aplicado. Si bien este metodo evitaria que una gran cantidad de iones golpearan la placa, no evitaria que todos los iones golpearan la placa. Una mejora de este metodo es colocar un polo de un iman (36) en un lado de la placa (33) y el otro polo (37) en el lado opuesto de la placa (33). El flujo magnetico pasaria a traves del orificio en la placa como se muestra en la figura 16G. Estas lineas de flujo enfocarian el haz de iones a traves del orificio en la placa y agregarian una fuerza adicional para mantener los iones alejados de la placa. En la figura 16E, usamos un iman permanente para generar el campo magnetico; mientras que en la figura 16F, usamos un electroiman (38). El iman permanente es mas simple y no utiliza energia, mientras que se pueden obtener mayores densidades de flujo del electroiman, lo que resulta en una mayor fuerza de enfoque para un tamano dado.

[0134] Ademas del electrodo de placa (33), hay un electrodo de desaceleracion adicional (35) en el lado del electrodo de placa (33) opuesto al electrodo puntiagudo (32) y separado del electrodo de placa (33) por un aislante (34). Este electrodo (35) se usa para reducir la velocidad de los iones (23) una vez que han pasado a traves del orificio en el electrodo de placa (33). El potencial aplicado al electrodo de desaceleracion (33) con referencia al electrodo puntiagudo (32) debe ser suficiente para evitar que el ion se detenga y caiga nuevamente sobre el electrodo de placa. Por ejemplo, si el potencial entre el electrodo puntiagudo (32) y el electrodo de placa (33) es de 10000 voltios y el ion (23) se crea justo en el electrodo puntiagudo (32) de modo que haya adquirido 10000 voltios de electrones de energia, el tiempo que alcanza el electrodo de placa (33), la aplicacion de cero voltios entre el electrodo puntiagudo (32) y el electrodo de desaceleracion (35) hara que el ion (23) tenga energia cero cuando alcance el electrodo de desaceleracion (35). De esta manera, el potencial aplicado entre el electrodo puntiagudo (32) y el electrodo de desaceleracion (35) establecera la energia final de los iones (23) que salen del ionizador y no el potencial aplicado entre el electrodo puntiagudo (32) y el electrodo de placa (33), como seria el caso si utilizaramos los electrodos de aceleracion (3) y (4) del reactor de iones para generar los iones (23).

[0135] Hay consideraciones adicionales que deben tratarse en el ionizador. Debido a que la energia adquirida por un ion negativo (23) en un generador de iones negativos es independiente del punto de ionizacion entre el electrodo puntiagudo (32) y el electrodo de placa (33), si no se pierde energia del ion (23) por colisiones con otras particulas, el potencial aplicado entre el electrodo puntiagudo (32) y el electrodo de desaceleracion (35) puede acercarse a cero voltios. Sin embargo, para el generador de iones positivos, el punto de ionizacion entre el electrodo puntiagudo (32) y el electrodo de placa (33) determina la energia final del ion (23) cuando alcanza el electrodo de placa (33). Por esta razon, la propagacion de las energias de los iones positivos que salen del ionizador sera mayor que la propagacion de la energia para los iones negativos.

[0136] Debido a que la tension del electrodo de desaceleracion (35) debe configurarse para evitar que la mayoria de los iones (23) vuelvan a caer sobre el electrodo de placa (33), cualquier energia perdida por las colisiones de los iones (23) con otras particulas debe minimizarse para limitar la propagacion de las energias de los iones (23) que salen del ionizador. Por esta razon, el numero de atomos y moleculas neutras debe limitarse en la region entre el electrodo puntiagudo (32) y el electrodo de desaceleracion (35). Al hacer que el medio entre a traves del electrodo puntiagudo (45) de manera controlada, se minimiza el numero de atomos y moleculas neutras entre el electrodo puntiagudo (32) y el electrodo de placa (33). Al establecer el potencial del electrodo de desaceleracion (35) en un valor que deja a los iones (23) con una pequena cantidad de energia en la placa de desaceleracion (35), los iones (23) actuaran como una bomba de iones, eliminando los atomos y moleculas neutras de la region entre el electrodo puntiagudo (32) y el electrodo de desaceleracion (35).

[0137] La figura 16G muestra una vista en seccion transversal del electrodo de placa (33), el electrodo de desaceleracion (35), las piezas del polo magnetico (36) y (37), el aislante (34) entre el electrodo de placa (33) y el electrodo de desaceleracion (35) y el campo magnetico (39) producido por las piezas del polo magnetico (36) y (37).

[0138] La figura 16H muestra una vista en seccion transversal del electrodo de placa (33), el electrodo de desaceleracion (35), las piezas de polo magnetico (36) y (37), el aislante (34) entre el electrodo de placa (33) y electrodo de desaceleracion (35), y el campo electrostatico de aceleracion (40) producido por el potencial aplicado entre el electrodo puntiagudo (32) y el electrodo de placa (33) y el campo electrico de desaceleracion (41) producido por el potencial aplicado entre el electrodo de placa (33) y el electrodo de desaceleracion (35). La figura 16I muestra una seccion transversal mas detallada que muestra una linea de campo de aceleracion unica (40) y una linea de campo de desaceleracion unica (41). La figura 16J muestra la superposicion de una sola linea de campo de aceleracion (40), una sola linea de campo de desaceleracion (41) y una sola linea de campo magnetico (39).

[0139] La figura 16K muestra una seccion transversal del ionizador completamente cerrado. Todo el conjunto de electrodos se sella del medio mediante la carcasa (42) y (43). El medio entra a traves del electrodo puntiagudo hueco (32) a traves del tubo (45) y los iones (23) salen a traves de la abertura de salida (44). La figura 16L muestra la misma estructura que el ionizador de la figura 16K, pero los electrodos ahora son bidimensionales para aumentar la produccion de iones. En lugar de un electrodo puntiagudo (32) ahora es un electrodo de hoja hueca (32) y las otras formas de electrodo ahora son rectangulares con una ranura a traves del electrodo de placa (33), el aislante (34) y el electrodo de desaceleracion (35). La abertura de salida (44) tambien se ha cambiado a una ranura. Aunque electrodos de "punto" unidimensionales y electrodos de "linea" bidimensionales se han mostrado, es obvio que la linea recta bidimensional se puede hacer de cualquier forma bidimensional arbitraria.

[0140] La figura 16M muestra una estructura alternativa para crear iones (23) utilizando un gran campo electrostatico. El principio es el mismo, el campo electrostatico se usa para crear los iones (23) y un campo magnetico (39) para evitar que los iones (23) golpeen el electrodo de placa (33), mientras que al mismo tiempo se desaceleran por el electrodo de desaceleracion (35). En este metodo, se utiliza un campo magnetico (39) perpendicular al campo electrico de aceleracion para hacer que los iones (23) sigan una trayectoria curva (47), alejandose del electrodo de placa (33). El electrodo de desaceleracion ahora tiene forma de embudo para desacelerar los iones y enfocarlos para que pasen a traves de la abertura de salida (44). La figura 16N muestra una vista desde arriba del ionizador para mostrar mejor la trayectoria (47) del ion (23) y la trayectoria (46) del electron (22). La figura 16O muestra el ionizador dentro de una carcasa para controlar la entrada del medio en el ionizador. La figura 16P muestra la configuracion de electrodo de hoja bidimensional equivalente a la figura 16L.

[0141] La figura 16Q muestra el campo electrico de desaceleracion (41) entre el electrodo de placa (33) y el electrodo de desaceleracion (35). El campo electrico (41) que se usa para desacelerar los iones tambien enfoca los iones en el embudo, ya que el campo electrico esta en una direccion para alejar los iones del electrodo de desaceleracion (35). La figura 16R muestra el campo electrico de aceleracion (40) y el campo electrico de desaceleracion (41), donde el electrodo de desaceleracion (35) es perpendicular al campo electrico de aceleracion (40). El angulo que el electrodo de desaceleracion (35) forma con el campo electrico de aceleracion (40) se puede variar para cambiar el angulo entre las regiones de entrada (45) y de salida (44) a medida que surja la necesidad.

[0142] La figura 16S muestra un rayo laser (48) enfocado en la punta del electrodo puntiagudo para mejorar la creacion de iones positivos (23) cerca del electrodo puntiagudo (32) para disminuir el potencial que debe aplicarse entre el electrodo puntiagudo (32) y el electrodo de placa (33). Al forzar la ionizacion en la punta del electrodo puntiagudo (32), se reduce la propagacion de energia de los iones positivos y la energia perdida por el electron extraido (22) que se acelera hacia el electrodo puntiagudo (32) tambien se reduce.

[0143] En la figura 16T, el electrodo puntiagudo se ha modificado con la adicion de una fuente de electrones (50). Para los generadores de iones negativos, la fuente de electrones se puede usar como la fuente de electrones para ser capturados por los atomos y/o moleculas neutras. Para los generadores de iones positivos, los electrones de la fuente de electrones se pueden inyectar en el electrodo puntiagudo con energia suficiente para eliminar los electrones de los atomos neutros y/o las moleculas que crean iones positivos. Estos electrones deben tener suficiente energia para tener suficiente energia restante despues de que haya transferido energia al electron extraido del atomo o molecula cuando se crea el ion para garantizar que no sea capturado por el ion, por lo que solo intercambiara electrones, pero no creara iones.

[0144] Uno de los problemas con la mayoria de las fuentes de electrones es que son relativamente ineficaces, ya que son electrones emitidos termicamente o que se crean con relativamente altas energias cuando se utiliza catodos frios o de emision de campo. Al igual que el campo de desaceleracion entre el electrodo de placa y el electrodo de desaceleracion usado para recuperar energia de los iones de alta energia (23) en el electrodo de placa (33), un campo de desaceleracion tambien se puede usar para recuperar energia de electrones que se crean con alta energia como un subproducto del proceso de creacion. En la figura 16T, tres electrodos, el electrodo de fuente de electrones (50), el electrodo de desaceleracion de electrones (53) y el electrodo puntiagudo (32) se usan para controlar el comportamiento de los electrones suministrados por la fuente de electrones (50). El potencial (49) aplicado entre la fuente de electrones (50) y el electrodo de desaceleracion (53) determina la energia de los electrones en el punto de entrada del medio (45) despues de ser acelerado por el campo electrico (51). El potencial aplicado entre el electrodo de desaceleracion de electrones (53) y el electrodo puntiagudo (32) determina la energia electronica a medida que es acelerada por el campo electrico (52) en la region donde los electrones chocan con el medio para producir los iones. Para la generacion de iones negativos, los electrones pueden reducirse hasta el punto donde se maximiza la captura de electrones. Para la generacion de iones positivos, la energia se puede establecer en el valor minimo necesario para extraer electrones del medio sin que se capturen los electrones en colision. Debe tenerse en cuenta tambien que el ionizador mejorado con laser de la figura 16S se puede utilizar con el ionizador de generacion de electrones de la figura 16T para mejorar la produccion de iones positivos con una distribucion de energia minima y una energia de iones minima.

[0145] Todos los ionizadores anteriores ionizan el medio a traves del cual viaja el reactor de particulas cargadas. Debido a que la masa de los iones es millones de veces menor que la masa de empuje, es posible utilizar un material que no sea el medio para crear iones. En una aplicacion tipica, si el reactor de particulas cargadas mueve 25 libras del medio por segundo, utilizara menos de una centesima de libra de material de ionizacion por hora. Esto abre la puerta a fuentes de iones mas eficientes.

[0146] Si los iones se recirculan, se necesitaran aun menos. La figura 16U muestra el electrodo ionizador puntiagudo (32) alimentado con material ionizante desde un tanque (57) a traves de un tubo (56) hasta un collar (55) que contiene un paso (54) alrededor del electrodo ionizador puntiagudo. Si bien el material (59) se muestra como liquido o solido para mayor claridad, tambien podria ser un gas. El tanque se llena a traves del relleno (58). No se muestra un tubo de retorno al tanque donde los iones neutralizados del recirculador de iones pueden devolverse al tanque cuando ya no sean necesarios.

[0147] Se han desarrollado varios materiales que pueden fabricarse con una carga permanente. Generalmente son laminas de policarbonato o nanotubos de carbono. Si estos materiales se fabrican en forma de un polvo muy fino en el que aun conservan su carga, se pueden usar como particulas cargadas para el reactor de particulas cargadas. En este caso, no se requiere ionizador. En la figura 16V, un tanque (57) de estas particulas cargadas (59) se coloca en un tanque donde se pueden mantener mediante el uso de un potencial electrostatico en la abertura de salida (29) del tanque. Los electrodos de salida (31) sirven como valvula de salida y como placas de desviacion para barrer las particulas cargadas a traves de la region donde sea necesario. Si ambas placas de desviacion estan desviadas con respecto al interior del tanque para producir un campo electrico que mantiene las particulas cargadas en el tanque, la variacion de ese campo se puede usar para controlar el numero de particulas cargadas que se eliminan del tanque. De nuevo, al igual que el medio ionizado de la figura 16U, solo se necesita una pequena masa de particulas cargadas si son lo suficientemente pequenas y, con la recirculacion, pocas particulas se filtraran al medio fluido a traves del cual se mueve el reactor de particulas cargadas.

[0148] Cuando se pueden crear iones de baja energia, se abren muchas aplicaciones nuevas que, como el motor a reaccion de particulas cargadas, solo tienen sentido cuando la energia de las particulas cargadas es baja. Se pueden usar iones de baja energia para reducir las fuerzas de friccion de los objetos que se mueven en relacion con un medio. La figura 17 ilustra esta aplicacion.

[0149] En la figura 17A, una molecula (1) esta viajando hacia una pared (7). Cuando choca con la pared en la figura 17B, se detiene y transfiere su energia a la pared. En la figura 17C, la pared rebota y devuelve parte de la energia a la molecula (1), pero como se muestra en la longitud de la flecha en la figura 17D, se pierde algo de energia en la pared, lo que reduce la velocidad de la molecula (1) y calienta la pared (7).

[0150] Una fina capa de particulas cargadas (23) colocadas entre la molecula y la pared (7) hecha de un material aislante se puede utilizar para proteger la pared (7) de las moleculas (1). Las particulas cargadas (23) se repelen entre si y cuando una de ellas es golpeada por una molecula neutra (1) en la figura 17F, se mueve hacia las otras particulas cargadas (23). La molecula (1) transfiere su energia a las particulas cargadas (23) que, mediante su movimiento, transfiere la energia de la molecula (1) al campo electrico entre las particulas cargadas (23). Al igual que al golpear la pared (7), las particulas cargadas (23) rebotaran y devolveran la energia a cualquier molecula (1) que golpee, como se muestra en la figura 12G. Como se muestra por la longitud de la flecha en la figura 17H, mas energia se devuelve a las moleculas (1) debido a las colisiones con las particulas cargadas (23), que son mas elasticas. Con menos energia eliminada de las moleculas por colision, el arrastre se reduce, al igual que el calentamiento de la pared.

[0151] Aunque las particulas cargadas (23) pueden ser simplemente una capa delgada al lado de la pared (7), las fuerzas electrostaticas entre las particulas cargadas (23) tenderan a dispersar las particulas cargadas (23) que requieren su reemplazo. En las figuras 17I a 17L, un electrodo (4) se coloca en el lado opuesto de la pared (7) y forma un condensador con las particulas cargadas conductoras (23) y el electrodo (4) que forma las placas de un condensador con la pared (7) actuando como el dielectrico. Un potencial aplicado al electrodo y las particulas cargadas conductoras (23) atraera las particulas cargadas (23) que las sostienen en la pared (7). Aunque las particulas cargadas (23) se empaquetaran mas juntas, seguiran siendo una barrera elastica efectiva para las moleculas (1) del medio. Esto se muestra en las figuras 17I a 17L.

[0152] La figura 17M muestra una vista en seccion ampliada de la region (62) de la figura 17N. El generador de iones es el generador de iones de la figura 11L enrollado alrededor del tubo (7) de la figura 17N. El generador de iones admite el medio a traves de la entrada (45) y el electrodo puntiagudo hueco (32). El ion se crea por la alta tension entre el electrodo puntiagudo (32) y el electrodo de placa (33) separados por soportes aislados (63). Los iones creados pasan a traves de un orificio en el electrodo de placa y luego son ralentizados por el electrodo de desaceleracion (35). Los iones se dividen y dejan el generador de iones a traves de los dos puertos de salida (44). Estos iones se extienden sobre ambas superficies del tubo (7). Incrustado en la pared del tubo hay un electrodo (4) que atrae los iones a ambos lados del tubo. Este escudo de particulas cargadas se puede aplicar facilmente al motor a reaccion de particulas cargadas.

[0153] Todos los elementos separados del motor a reaccion de particulas cargadas se reunen en la figura 18. La figura 18A es una vista de un motor de particulas cargadas unidireccional completo y autonomo, uno de los muchos disenos posibles. En esta version del motor, los iones son generados por un generador de iones autonomo cerca del anillo frontal con las tomas de medio para el generador de iones (45) en la parte delantera del motor. La figura 18B es un corte del dispositivo mostrado en la figura 18A. El ionizador rodea el electrodo de entrada (3) y toma aire a traves de las aberturas (45) e inyecta los iones creados a traves de la abertura (44) justo despues del electrodo de entrada (3) dentro del tubo cerrado. Rodeando el tubo del reactor (7) hay una celula de combustible (61) y el combustible para la celula de combustible (60). La fuente de alimentacion (8) se encuentra en la parte trasera del motor. Esta unidad autonoma forma un motor a reaccion de particulas con carga completa.

[0154] El motor que se muestra en la figura 18C a la figura 18E es un motor a reaccion bidireccional de particulas cargadas que integra el generador de iones de descarga de corona de la figura 11L con los electrodos (32), (33) y (35) situados radialmente detras de cada uno de los anillos (62). El generador de iones se muestra en detalle en la figura 18C. Esta unidad obtiene su energia desde una fuente externa, aunque tambien podria usar la misma fuente de energia autocontenida que se muestra en la figura 18A y la figura 18B.

[0155] Todo esto conduce a la gran cantidad de aplicaciones que se muestran en la figura 19 a la figura 21. La figura 19 ilustra muchos usos terrestres para el motor a reaccion de particulas cargadas. La figura 19A y la figura 19B muestran una carga (66) suspendida debajo de cuatro de los motores a reaccion de particulas cargadas modulares independientes (64) de la figura 19 mediante cables (65). En esta aplicacion, los motores de particulas cargadas pueden ocupar el lugar de montacargas, gruas de construccion, transportadores de registro y otras aplicaciones donde se debe elevar o mover una carga. Con el uso de empuje vectorial, estos elevadores no solo pueden elevar la carga, sino que pueden mover la carga en cualquier direccion. El elevador de la figura 19A agrupa los motores de modo que, si uno falla, los otros pueden compensar la perdida del motor. El elevador en la figura 19B tiene los motores movidos a las esquinas de la plataforma elevadora (67) para que el aire acelerado de los motores (64) no impacte en la plataforma (67) y la plataforma (67) se pueda nivelar automaticamente controlando el empuje de los cuatro motores.

[0156] El Omnijet de la figura 19C es un vehiculo con multiples electrodos para proporcionar empuje vectorizado en cualquier direccion y cuando se opera en tierra cerca de la planta puede funcionar como un vehiculo de efectos de tierra para reducir los requisitos de empuje.

[0157] La figura 19D es un ventilador simple que usa el reactor de particulas cargadas. Su simplicidad, eficiencia, peso ligero y falta de piezas moviles, hace que sea un ventilador muy economico.

[0158] La figura 19E, que no muestra los tubos de alimentacion, es un compresor simple que utiliza el reactor de particulas cargadas.

[0159] La figura 19F muestra el uso de un reactor de particulas cargadas planas para construir un monopatin flotante. De nuevo, el empuje vectorial y/o el peso corporal cambiante pueden usarse para proporcionar movimiento en cualquier direccion.

[0160] La figura 19G es una version dedicada de un vehiculo de efecto suelo. Los dos reactores de particulas cargadas orientados hacia abajo proporcionan el aire de efecto suelo, mientras que el reactor de particulas cargadas en la parte posterior proporciona empuje hacia adelante y hacia atras. El control direccional puede obtenerse nuevamente mediante empuje vectorial.

[0161] La figura 19H es un automovil convencional reconvertido con un motor a reaccion de particulas cargadas. El motor se coloca debajo de la bandeja del suelo con una gran admision y escape. La figura 19I muestra un automovil que ha sido disenado especificamente para un motor de particulas cargadas. El automovil esta disenado para maximizar la masa de aire movida para maximizar la eficiencia. Se podria incorporar empuje vectorial para mejorar la gestion de la carretera y la suavidad del viaje.

[0162] La figura 19J y la figura 19K muestran el uso de un motor a reaccion de particulas cargadas como una maquina de efecto de tierra restringida en su movimiento por una pista (69). En la figura 19K, los dos electrodos de particulas cargadas (3) y (4) proporcionan empuje hacia adelante y hacia atras. La figura 19J muestra un corte en seccion que muestra un segundo conjunto de electrodos (3) y (4) para forzar el aire debajo del vehiculo para proporcionar un amortiguador de efecto suelo. Las pistas (69) podrian estar hechas de cualquier material barato que pueda extrudirse a lo largo de la trayectoria deseada. La figura 19L muestra el vehiculo (68) de la figura 19K operando en un tubo cerrado (70). Esto aumentaria la eficiencia y podria usarse como un metro bajo tierra o como un monorrail suspendido sobre la tierra. La figura 19M muestra el vehiculo (68) de la figura 19K operado verticalmente como un elevador restringido en su movimiento por un arbol (71) a traves del cual viaja.

[0163] La figura 20 muestra muchas aplicaciones basadas en agua del motor a reaccion de particulas cargadas. Aunque la fuente de iones para el motor puede diferir de los motores basados en aire, los principios son los mismos. Debido a que ahora estamos tratando con un liquido mucho mas denso, se pueden usar dispositivos mas pequenos para un empuje y eficiencia dados.

[0164] La figura 20A muestra el monopatin de la figura 19F que ciertamente se puede usar sobre el agua. Puede usar el aire como un separador sobre el agua o podria desplazarse en la superficie como una tabla de surf autopropulsada. Nuevamente, el empuje vectorial y/o el peso corporal cambiante se pueden usar para dirigir y mantener la entrada de la tabla justo debajo de la superficie del agua.

[0165] La figura 20B es una bomba de agua simple que es, de nuevo, simple, liviana, eficiente y sin partes moviles.

[0166] La figura 20C es la maquina de efecto suelo de la figura 20G, que opera sobre el agua. Al igual que las maquinas de efecto suelo actuales, el vehiculo de efecto suelo de reactor de particulas cargadas funcionaria igualmente bien en tierra y agua, ya que usaria aire tanto para la elevacion como para la propulsion. La figura 20D y la figura 20E muestran barcos convencionales propulsados por motores a reaccion de particulas cargadas (64). La figura 20D muestra un interior donde los reactores pasan por el casco para minimizar el calado del barco. La figura 20E muestra un fueraborda (64) en la popa del barco. Tanto el empuje vectorial como la rotacion del motor pueden usarse para la direccion.

[0167] La figura 20F muestra un flotador o muelle que se mantiene a flote mediante reactores de particulas cargadas (64). Debido a la mayor densidad del agua en comparacion con el aire, se puede obtener un mayor empuje usando mucha menos energia de la que se necesitaria si se utilizara aire. Una ventaja del uso de reactores de particulas cargadas (64) para hacer flotar una plataforma (67) es que se pueden usar para mantener el nivel de la plataforma a medida que la carga se desplaza en la plataforma (67) y se balancea con las olas. Los reactores de particulas cargadas no tienen que suministrar toda la flotabilidad y, de hecho, solo pueden ser estabilizadores en una plataforma flotante convencional.

[0168] La figura 20G muestra el Omnijet que se puede usar tanto en el agua como debajo de la misma, si esta disenado. Aunque es posible que los generadores de iones deban modificarse para el uso del medio dual, los principios son nuevamente los mismos.

[0169] La figura 20H muestra un reactor de particulas cargadas (64) unidas a las botas de una persona que puede impulsar a la persona por encima, a traves o por debajo del agua. El control activo de la magnitud y la direccion del empuje puede proporcionar estabilidad dinamica sin otros mecanismos complejos.

[0170] La figura 20I muestra un torpedo con la carga util aerodinamica (72) por delante del motor a reaccion de particulas cargadas (64). Debido a la simplicidad, el peso ligero y la eficiencia, la velocidad, el rango y la carga util deben ser mucho mayores que los dispositivos actuales.

[0171] La figura 20J muestra un reactor de particulas cargadas (64) utilizado como un dispositivo de propulsion personal para un buzo.

[0172] La figura 20K muestra un submarino construido alrededor de reactores de particulas cargadas para propulsion. Los electrodos multiples (3, 4) se utilizan para proporcionar empuje vectorial en todas las direcciones.

[0173] La figura 20L y la figura 20M son los elevadores de la figura 19A y la figura 19B que se pueden usar para elevar varios objetos desde el fondo marino.

[0174] La figura 21 muestra varios usos del motor a reaccion de particulas cargadas en las aplicaciones atmosfericas y espaciales. La figura 21A muestra un vehiculo para usar en altitudes muy altas, donde la densidad del aire es muy baja. Los anillos de reactor de area grande ayudan a mantener una eficiencia relativamente alta en niveles de empuje utiles. En altitudes de 50 millas (80,46 km) o mas, los anillos de 100 pies (3,04 m) de diametro pueden producir 5000 libras (22241 N) de empuje usando menos de 100 kilovatios. A 100 millas (160,93 km), estos mismos anillos pueden producir las mismas 5000 libras (22241 N) de empuje usando solo un megavatio de potencia. Los anillos de 200 pies (6,08 m) reducen la energia necesaria para producir 5000 libras (22241 N) de empuje a 360 kilovatios.

[0175] En orbitas terrestres cercanas, el medio a traves del cual el vehiculo pasa todavia contiene una pequena densidad de las particulas. El mecanismo que se muestra en la figura 21B se puede usar para concentrar estas particulas para aumentar la eficiencia de empuje. Este enfoque tambien se puede utilizar en la atmosfera para aumentar la densidad del aire que entra en el reactor. Si bien en teoria, el tamano de los anillos se puede aumentar simplemente para compensar la densidad del aire, finalmente, el peso y la fuerza se convierten en factores limitantes en el tamano de los anillos. Ademas, el uso de la misma intensidad de campo electrico para diferentes densidades medias no es muy eficiente. En la figura 21B, el gran par de anillos (3A) y (4A) forman un motor a reaccion de particulas cargadas. Estos anillos son estructuras flexibles y livianas que se pueden contener dentro del vehiculo real y desplegar cuando sea necesario para una mayor eficiencia. Estos anillos grandes cuando se despliegan estan unidos al vehiculo mediante cables largos y flexibles (73), que tambien pasan la potencia a estos anillos. Estos anillos de "coleccion" solo se requieren para suministrar el pequeno empuje necesario para mantener estos anillos por delante del vehiculo y para mantener los cables flexibles (73) tensos. Los iones que se utilizan para suministrar este empuje se usan para dirigir la mayor parte posible del medio a la entrada (3B) del reactor de particulas cargadas principal (3B) y (4B).

[0176] En la figura 21C, mostramos una aeronave de tipo SR71 convencional adaptada con motores a reaccion de particulas cargadas (64). A diferencia de los motores a reaccion convencionales, la velocidad de escape de los motores a reaccion de particulas cargadas puede ser mucho mayor que la velocidad de escape de los motores a reaccion quimica o de cohetes.

[0177] En la figura 21D, se muestra una aeronave disenada especificamente para los motores a reaccion de iones (64). Debido a que el numero de iones necesarios aumenta con la velocidad y el area de entrada del reactor de particulas cargadas, este avion usa motores de longitud variable (74) para reducir el numero de iones necesarios a altas velocidades.

[0178] La figura 21E muestra un dirigible convencional actualizado con motores de particulas cargadas (64). Estos motores deberian producir un empuje mucho mayor para un peso del motor dado.

[0179] La figura 21F es un nuevo diseno de dirigible que puede producir empuje en cualquier direccion. Esto puede ayudar a estabilizar el dirigible en tiempo racheado.

[0180] La figura 21G muestra reactores de particulas cargadas reconvertidas a un avion de carga de gran capacidad. Aunque los grandes requisitos de energia pueden hacer que el desarrollo de elevadores pesados sea mas lento que las aplicaciones de peso mas ligero, con el tiempo, se desarrollaran estas fuentes de alta potencia.

[0181] La figura 21H es un nuevo diseno para una aeronave de aviacion general basada en motores a reaccion de particulas cargadas. Debido al peso ligero del motor a reaccion de particulas cargadas, ahora deberia ser posible un pequeno avion personal ligero a un coste razonable.

[0182] La figura 211 es el mismo traje volador personal que se muestra en la figura 20H. Los motores a reaccion de particulas cargadas unidos a las botas le daran a la persona la sensacion de simplemente pararse en el suelo, ya que la fuerza de empuje simplemente sera a traves de los pies. Los pequenos reactores de particulas con carga auxiliar unidos a las manos brindan mayor control y estabilidad. El control activo de la magnitud y la direccion del empuje puede proporcionar estabilidad dinamica sin otros mecanismos complejos.

[0183] La figura 21J es un motor a reaccion de particulas cargadas de gran area que se puede usar como una plataforma de vigilancia con energia solar que podria permanecer en el aire durante semanas a la vez.

[0184] La figura 21K es una variacion del traje volador en el que los reactores de iones estan unidos a los costados de la persona. Esta configuracion es mas estable, pero probablemente no sea tan comoda.

[0185] La figura 21L es una vez mas el Omnijet que puede usarse en tierra, mar y aire.

[0186] La figura 21M final es un misil guiado. Al igual que el torpedo, es simplemente una ojiva (72) con control electronico conectado a un reactor de particulas cargadas (64). El misil de reactor de particulas cargadas debe ser inigualable tanto en velocidad como en rango debido al peso ligero del motor a reaccion de particulas cargadas y su eficiencia mucho mayor sobre cohetes y reactores quimicos.

[0187] De acuerdo con las diversas realizaciones de la invencion descritas en este documento, la presente invencion proporciona algunas realizaciones preferidas descritas en la siguiente lista:

1. Un dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas, que comprende:

una pluralidad de electrodos conectados a al menos una fuente de energia electrica;

estando al menos uno de dichos electrodos, cuando esta sumergido en un medio gaseoso, configurado para permitir que el medio pase a traves o alrededor del mismo;

en el que el tamano, la forma y la posicion de los electrodos en el medio crean diferentes regiones del medio utilizado por el dispositivo;

particulas cargadas de baja energia introducidas en cualquier punto de dicho medio o

separadas de otras particulas cargadas que ya estan en el medio, de manera que la mayoria de las particulas cargadas en una region son de una polaridad;

en el que estas particulas cargadas se aceleran mediante uno o mas campos electricos producidos por las diferencias de potencial entre los electrodos;

en el que las particulas cargadas aceleradas viajan una distancia suficiente en el medio, de modo que el numero de colisiones de dichas particulas cargadas aceleradas con atomos y/o moleculas del medio resulten en la transferencia de energia e impulso de las particulas cargadas a los atomos o moleculas neutras;

en el que la masa total de los atomos y/o las moleculas neutras que colisionan con las particulas cargadas excede la masa total de las particulas cargadas;

en el que la energia y el impulso de los atomos neutros y/o moleculas que han colisionado con las particulas cargadas aceleradas excede la masa, la energia y el impulso de las particulas cargadas aceleradas despues de abandonar la region del dispositivo donde se aceleraron las particulas cargadas;

en el que todos los electrodos donde las particulas cargadas se neutralizan despues de alcanzar y/o pasar a traves de o alrededor de dichos electrodos se definen como electrodos de salida; y

en el que las particulas cargadas no son creadas por ionizacion de alta tension debido a los campos electricos de cualquiera de los electrodos de salida.

2. Un dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas, que comprende:

una pluralidad de electrodos conectados a al menos una fuente de energia electrica;

estando al menos uno de dichos electrodos, cuando esta sumergido en un medio gaseoso, configurado para permitir que el medio pase a traves o alrededor del mismo;

en el que el tamano, la forma y la posicion de los electrodos en el medio crean diferentes regiones del medio utilizado por el dispositivo;

particulas cargadas de baja energia introducidas en cualquier punto de dicho medio o separadas de otras particulas cargadas que ya estan en el medio, de modo que la mayoria de las particulas cargadas en una region son de una polaridad;

en el que estas particulas cargadas se aceleran mediante uno o mas campos electricos producidos por las diferencias de potencial entre los electrodos;

en el que las particulas cargadas aceleradas viajan una distancia suficiente en el medio, de modo que el numero de colisiones de dichas particulas cargadas aceleradas con atomos y/o moleculas del medio resulten en la transferencia de energia e impulso de las particulas cargadas a los atomos o moleculas neutras;

en el que la masa total de los atomos y/o las moleculas neutras que colisionan con las particulas cargadas excede la masa total de las particulas cargadas;

en el que la energia y el impulso de los atomos neutros y/o moleculas que han colisionado con las particulas cargadas aceleradas excede la masa, la energia y el impulso de las particulas cargadas aceleradas despues de abandonar la region del dispositivo donde se aceleraron las particulas cargadas; y

en el que las particulas cargadas no son creadas por ionizacion de alta tension debido a los campos electricos de cualquiera de los electrodos de aceleracion.

3. El motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, en el que uno o mas de los electrodos encierran un area y el area encerrada por uno o mas electrodos es variable.

4. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, en el que uno o mas de los electrodos neutraliza algunas o todas las particulas cargadas que pasan a traves o alrededor del electrodo.

5. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, en el que los electrodos se mantienen juntos y se soportan en al menos una estructura aislada de al menos un electrodo y en el que dicha estructura tiene la resistencia suficiente para soportar las fuerzas mecanicas y electrostaticas colocadas sobre la misma y sobre cualquier material o estructura unida a la misma.

6. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 5, en el que cada una de dichas estructuras es rigida.

7. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 5, en el que las estructuras son ajustables, de modo que tanto la separacion como la orientacion de los electrodos entre si pueden ajustarse.

8. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 5, en el que al menos una de la estructuras que soportan los electrodos comprende una primera estructura y ademas comprende una segunda estructura de resistencia suficiente para soportar cualquier fuerza mecanica y electrostatica colocada sobre la misma y sobre cualquier material o estructura unida a la misma, y en el que se proporcionan medios para transferir el empuje, el impulso, la energia y el movimiento de la primera estructura a la segunda estructura.

9. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, en el que al menos una de la estructuras a traves de las cuales el medio no puede fluir se usa para controlar y dirigir el flujo del medio.

10. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, en el que al menos dos de los electrodos establecen un campo electrico y en el que se proporcionan medios para reducir la carga espacial axial generada por el campo electrico producido cuando las cargas estan entre los electrodos.

11. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 10, en el que el campo electrico generado por la carga espacial axial se reduce por un campo electrico no uniforme perpendicular al campo electrico generado por la carga espacial axial.

12. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 10, en el que el campo electrico generado por la carga espacial axial se reduce por una densidad de carga no uniforme.

13. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, que comprende ademas electrodos adicionales en el que estos electrodos reducen la carga espacial axial generada por el campo electrico.

14. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 10, en el que el campo electrico generado por la carga espacial axial se reduce mediante canales aislados de particulas cargadas axiales.

15. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 10, en el que el campo electrico generado por la carga espacial axial se reduce en al menos una region productora de empuje axial en el que las particulas cargadas son de una polaridad en la que la carga espacial generada por los campos electricos de al menos una de las regiones puede realizarse para cancelar parcial o totalmente los campos electricos generados por la carga espacial de al menos una de las regiones.

16. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 15, en el que el campo electrico generado por la carga espacial axial se reduce en al menos una region productora de empuje axial en el que las particulas cargadas son de una polaridad en la que la carga espacial generada por los campos electricos de al menos una de las regiones puede realizarse para cancelar parcial o totalmente los campos electricos generados por la carga espacial de al menos una de las regiones, y donde las regiones son coaxiales.

17. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, en el que un flujo de corriente limitada de carga espacial se genera por el flujo de particulas cargadas y en el que el flujo de corriente limitada de carga espacial se incrementa mediante el uso de una corriente de difusion.

18. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, en el que se recupera parte de la energia termodinamica aleatoria de la masa de reaccion.

19. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1 en el que el dispositivo, cuando esta funcionando, comprende una masa de reaccion que tiene una energia termodinamica aleatoria y en el que la energia termodinamica aleatoria de la masa de reaccion se convierte en empuje adicional.

20. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, en el que el dispositivo comprende regiones productoras de empuje y en el que las regiones productoras de empuje estan segmentadas para crear un empuje adicional.

21. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 20, en el que se usan electrodos adicionales para segmentar las regiones productoras de empuje para crear un empuje adicional y en el que cada electrodo siguiente opera a un potencial mas alto que el anterior.

22. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, que comprende ademas un segundo motor a reaccion de particulas cargadas, en el que se permite que la salida del medio neutralizado de un motor a reaccion de particulas cargadas fluya hacia la entrada de un segundo motor a reaccion de particulas cargadas formando un par en tandem de motores a reaccion de particulas cargadas.

23. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, en el que las particulas cargadas se neutralizan cuando ya no son necesarias.

24. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, que comprende ademas un recirculador de iones para recircular particulas cargadas de una region en la que las particulas cargadas ya no son de uso a una region en la que se pueden usar de nuevo.

25. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 24, mediante el cual la carga en las particulas cargadas se usa para separar las particulas cargadas de las particulas neutras del medio.

26. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, en el que se proporcionan medios para aumentar el flujo de masa del medio en alguna region del dispositivo.

27. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, en el que la densidad media aumenta dentro de una o mas regiones del dispositivo.

28. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, en el que la trayectoria de las particulas cargadas se altera para cambiar la direccion de la aceleracion de particulas, produciendo asi un empuje vectorial.

29. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, en el que la trayectoria de las particulas neutras se altera, produciendo asi un empuje vectorial.

30. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1 que comprende un generador de particulas cargadas en el que las particulas cargadas se inyectan en una o mas regiones desde el generador de particulas cargadas.

31. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 30, en el que el generador de particulas cargadas es un generador de iones.

32. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, en el que al menos dos de los electrodos comprenden un generador de iones y en el que las particulas cargadas se introducen en una o mas regiones es por ionizacion directa de atomos y/o moleculas del medio en la region.

33. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, en el que las particulas cargadas existen en el medio y se separan en una o mas regiones del dispositivo.

34. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, en el que las particulas cargadas son particulas cargadas estaticamente.

35. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, en el que la cantidad de empuje esta controlada por la cantidad de energia transferida a las particulas cargadas.

36. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 35, en el que la cantidad de energia transferida a las particulas cargadas se controla mediante la fuerza del campo electrico entre los electrodos de aceleracion.

37. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 35, en el que la cantidad de energia transferida a las particulas cargadas se controla mediante el numero de particulas cargadas aceleradas por el campo electrico entre los electrodos de aceleracion.

38. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, en el que la cantidad de empuje esta controlada por la cantidad del medio que se acelera.

39. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 38, en el que la cantidad del medio que se acelera se controla mediante la distribucion de particulas cargadas en la region entre los electrodos de aceleracion.

40. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1, que comprende un generador de iones, una seccion de aceleracion de iones, una fuente de alimentacion y un sistema electronico de control.

41. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 40, en el que uno o mas de un generador de iones, una seccion de aceleracion de iones, una fuente de energia, una fuente de alimentacion y/o un sistema electronico de control estan integrados en la estructura del dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas.

42. Un metodo para producir una o mas fuerzas sobre cualquier objeto estacionario o en movimiento, que comprende la conexion operativa de uno o mas motores a reaccion de particulas cargadas de la realizacion 1 al objeto.

43. El metodo de la realizacion 42, en el que se define un conjunto local de eje ortogonal para fijar la orientacion del objeto en el espacio donde el eje horizontal primario esta en la direccion de la mayor direccion de movimiento del objeto, el eje vertical es perpendicular a este primer eje, y el eje horizontal secundario es perpendicular a los otros dos ejes, y en el que se define un segundo conjunto global ortogonal de eje para fijar la posicion y la orientacion del objeto en el espacio y en el que, si existe una gravedad significativa en la posicion del objeto, el eje vertical global esta en la direccion de la fuerza de la gravedad y los otros dos ejes horizontales globales son perpendiculares a este eje vertical y entre si.

44. El metodo de la realizacion 42, en el que una o mas de las fuerzas se obtienen directamente desde uno o mas motores a reaccion de particulas cargadas alineados con la direccion deseada de las fuerzas.

45. El metodo de la realizacion 42, en el que una o mas de las fuerzas se obtienen directamente desde uno o mas motores a reaccion de particulas cargadas orientados en cualquier direccion en la que el empuje vectorial proporciona la direccion deseada de las fuerzas.

46. El metodo de la realizacion 42, en el que una o mas de las fuerzas son fuerzas dinamicas fluidas creadas por el movimiento del dispositivo a traves del medio.

47. El metodo de la realizacion 42, en el que la magnitud de una o mas de las fuerzas en el dispositivo es variable.

48. El metodo de la realizacion 42, en el que la direccion de una o mas de las fuerzas en el dispositivo es variable.

49. El metodo de la realizacion 48, en el que la direccion de las fuerzas en el dispositivo se varia controlando la direccion de empuje de uno o mas motores a reaccion de particulas cargadas y la direccion de empuje del uno o mas motores a reaccion de particulas cargadas se controla mediante el uso de empuje vectorizado.

50. El metodo de la realizacion 42, en el que se proporcionan uno o mas medios para modificar uno o mas parametros de posicion, orientacion, aceleracion y/o velocidad del objeto.

51. El metodo de la realizacion 50, en el que los medios para modificar el parametro son aplicar una o mas fuerzas sobre el objeto.

52. El metodo de la realizacion 50, en el que los medios para modificar el parametro son modificar una o mas fuerzas sobre el objeto.

53. El metodo de la realizacion 42, que comprende ademas al menos un objeto adicional y en el que se proporcionan uno o mas medios para modificar la separacion entre los dos o mas objetos.

54. El metodo de la realizacion 42, que comprende ademas al menos un objeto adicional y en el que se proporcionan uno o mas medios para modificar la velocidad relativa entre dos o mas objetos.

55. El metodo de la realizacion 42, que comprende ademas unir el objeto a una persona.

56. El metodo de la realizacion 42, en el que dicho objeto esta restringido en su movimiento por algun medio.

57. El metodo de la realizacion 56, que comprende ademas restringir dicho objeto a una trayectoria controlada por un medio de control.

58. El metodo de la realizacion 42, en el que dicha trayectoria esta definida por una linea entre la ubicacion actual del objeto y un punto en el espacio.

59. El metodo de la realizacion 58, en el que dicho punto es un punto final en una trayectoria y dicho punto final es un punto objetivo.

60. El metodo de la realizacion 59, que comprende ademas proporcionar un medio para afectar a un segundo objeto ubicado en el punto objetivo.

61. El objeto de la realizacion 59, en el que se proporcionan uno o mas metodos para afectar al objeto en el punto objetivo al destruirlo.

62. El metodo de la realizacion 60, que comprende ademas alterar la posicion del objeto en el punto objetivo.

63. El metodo de la realizacion 61, en el que la etapa de alterar la posicion del objeto en el punto objetivo comprende unir el primer objeto al segundo objeto y luego usar las fuerzas aplicadas al primer objeto para mover ambos objetos.

64. El metodo de la realizacion 42, que comprende ademas unir el objeto a al menos un objeto adicional y en el que dichos objetos tienen todos la misma restriccion.

65. El metodo de la realizacion 64, que comprende ademas controlar la separacion entre cada objeto.

66. Un metodo para generar empuje en un motor a reaccion de particulas cargadas que opera en un medio gaseoso, que comprende:

proporcionar al menos dos primeros electrodos para ionizar particulas en el medio;

proporcionar un primer potencial electrostatico entre dos de los primeros electrodos de generacion de iones para crear particulas cargadas en el medio;

proporcionar al menos uno o mas electrodos secundarios para acelerar los iones generados por los primeros electrodos;

proporcionar un segundo potencial electrostatico diferente entre dos de los electrodos de aceleracion; y controlar la tension de aceleracion independientemente de la tension utilizada para la generacion de iones. 67. El metodo de la realizacion 66, en el que las particulas cargadas que producen empuje generan un campo electrico inverso que se opone al campo electrico de aceleracion aplicado generado por los segundos electrodos, comprendiendo ademas el metodo:

alterar el campo electrico radial para mejorar el campo electrico radial y reducir asi la intensidad del campo axial inverso.

68. El metodo de la realizacion 66, en el que las particulas cargadas que producen empuje generan un campo electrico inverso que se opone al campo electrico de aceleracion aplicado generado por los segundos electrodos, comprendiendo ademas el metodo:

alterar el campo electrico angular para mejorar el campo electrico angular y para reducir la intensidad del campo electrico axial inverso.

69. El metodo de la realizacion 66, en el que las particulas cargadas que producen empuje generan un campo electrico inverso que se opone al campo electrico de aceleracion aplicado generado por los segundos electrodos, comprendiendo ademas el metodo:

incrustar regiones portadoras de corriente entre los electrodos de aceleracion, generando las regiones portadoras de corriente particulas de carga opuesta, cuya carga espacial genera un campo electrico que se opone o neutraliza el campo electrico inverso de las particulas que producen empuje.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas, que comprende:

una pluralidad de electrodos conectados a al menos una fuente de energia electrica;

estando al menos uno de dichos electrodos (3, 4), cuando esta sumergido en un medio gaseoso, configurado para permitir que el medio pase a traves o alrededor del mismo;

en el que el tamano, la forma y la posicion de los electrodos (3, 4) en el medio crean diferentes regiones del medio utilizado por el dispositivo;

particulas cargadas de baja energia introducidas en cualquier punto de dicho medio o

separadas de otras particulas cargadas que ya estan en el medio, de manera que la mayoria de las particulas cargadas en una region son de una polaridad;

en el que estas particulas cargadas se aceleran mediante uno o mas campos electricos producidos por las diferencias de potencial entre los electrodos;

en el que las particulas cargadas aceleradas viajan una distancia en el medio, de modo que el numero de colisiones de dichas particulas cargadas aceleradas con atomos y/o moleculas del medio resulten en la transferencia de energia e impulso de las particulas cargadas a los atomos o moleculas neutras;

en el que la masa total de los atomos y/o las moleculas neutras que colisionan con las particulas cargadas excede la masa total de las particulas cargadas;

en el que la energia y el impulso de los atomos neutros y/o moleculas que han colisionado con las particulas cargadas aceleradas excede la energia y el impulso de las particulas cargadas aceleradas despues de abandonar la region del dispositivo donde se aceleraron las particulas cargadas;

en el que todos los electrodos donde las particulas cargadas se neutralizan despues de alcanzar y/o pasar a traves de o alrededor de dichos electrodos se definen como electrodos de salida; y

en el que al menos dos de los electrodos establecen un campo electrico y

caracterizado por que se proporcionan medios para reducir la carga espacial axial generada por el campo electrico producido cuando las cargas estan entre los electrodos.

2. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la reivindicacion 1, en el que se proporcionan electrodos adicionales ubicados entre los electrodos de aceleracion (3, 4) para crear un campo electrico radial y/o angular, en el que estos electrodos adicionales son los medios para reducir el campo electrico generado de carga espacial axial.

3. El dispositivo motor a reaccion de particulas cargadas de la reivindicacion 1

en el que el campo electrico generado por la carga espacial axial se reduce por un campo electrico no uniforme perpendicular al campo electrico generado por la carga espacial axial.

4. El dispositivo motor de inyeccion de particulas cargadas de la reivindicacion 1

en el que el campo electrico generado por la carga espacial axial se reduce por una densidad de carga no uniforme.

5. El dispositivo motor de inyeccion de particulas cargadas de la reivindicacion 1

en el que el campo electrico generado por la carga espacial axial se reduce mediante canales aislados de particulas cargadas axiales.

6. El dispositivo motor a reaccion de particulas cargadas de la reivindicacion 1

en el que el campo electrico generado por la carga espacial axial se reduce en al menos una region productora de empuje axial en el que las particulas cargadas son de una polaridad en la que la carga espacial generada por los campos electricos de al menos una de las regiones puede realizarse para cancelar parcial o totalmente los campos electricos generados por la carga espacial de al menos una de las regiones.

7. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la reivindicacion 6, en el que el campo electrico generado por la carga espacial axial se reduce en al menos una region productora de empuje axial en el que las particulas cargadas son de una polaridad en la que la carga espacial generada por los campos electricos de al menos una de las regiones puede realizarse para cancelar parcial o totalmente los campos electricos generados por la carga espacial de al menos una de las regiones, y donde las regiones son coaxiales.

8. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la reivindicacion 1, en el que el dispositivo comprende regiones productoras de empuje y en el que las regiones productoras de empuje estan segmentadas para crear un empuje adicional.

9. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la reivindicacion 8, en el que se usan electrodos adicionales para segmentar las regiones productoras de empuje para crear un empuje adicional y en el que cada electrodo siguiente opera a un potencial mas alto que el anterior.

10. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la reivindicacion 1, en el que las particulas cargadas se neutralizan cuando ya no son necesarias.

11. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la reivindicacion 1, que comprende ademas un recirculador de iones para recircular particulas cargadas de una region en la que las particulas cargadas ya no son de uso a una region en la que se pueden usar de nuevo.

12. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la reivindicacion 1, en el que la trayectoria de las particulas cargadas se altera para cambiar la direccion de la aceleracion de particulas, produciendo asi un empuje vectorial.

13. El dispositivo de motor a reaccion de particulas cargadas de la reivindicacion 1, en el que al menos dos de los electrodos comprenden un generador de iones y en el que las particulas cargadas se introducen en una o mas regiones por ionizacion directa de atomos y/o moleculas del medio en la region.

14. Un metodo para generar empuje en un motor a reaccion de particulas cargadas que opera en un medio gaseoso, que comprende:

proporcionar al menos dos primeros electrodos (32, 33) para ionizar particulas en el medio;

proporcionar un primer potencial electrostatico entre dos de los primeros electrodos de generacion de iones para crear particulas cargadas en el medio;

proporcionar al menos uno o mas electrodos secundarios para acelerar los iones generados por los primeros electrodos;

proporcionar un segundo potencial electrostatico diferente entre dos de los electrodos de aceleracion; y controlar la tension de aceleracion independientemente de la tension utilizada para la generacion de iones, en el que las particulas cargadas que producen empuje generan un campo electrico inverso que se opone al campo electrico de aceleracion aplicado generado por los segundos electrodos, estando el metodo caracterizado por comprender ademas alterar el campo electrico radial para mejorar el campo electrico radial y reducir asi la intensidad del campo axial inverso.

15. El metodo de la reivindicacion 14, que comprende, ademas:

incrustar regiones portadoras de corriente entre los electrodos de aceleracion, generando las regiones portadoras de corriente particulas de carga opuesta, cuya carga espacial genera un campo electrico que se opone o neutraliza el campo electrico inverso de las particulas que producen empuje.