BRPI0616769A2 - sistema, aparelho e método para aumentar energia e densidade de partìcula pela criação de um ambiente de plasma controlado em um meio gasoso - Google Patents

Abstract

SISTEMA, APARELHO E METODO PARA AUMENTAR ENERGIA E DENSIDADE DE PARTìCULA PELA CRIAçãO DE UM AMBIENTE DE PLASMA CONTROLADO EM UM MEIO GASOSO. A presente invenção provê um método, aparelho e sistema para superar as limitações de carga de espaço em um meio gasoso pela introdução de um ambiente de plasma controlado dentro do meio gasoso. A presente invenção usa o meio gasoso para prover a energia para o mesmo e criar um campo elétrico, mas pode energizar o campo por diversas ordens de magnitude sem substancialmente descarregar o campo. Este aumento extraordinário em energia é alcançado em parte pelo aumento da densidade de plasma, energia de plasma (e uma temperatura de plasma equivalente) e velocidade de partícula relacionada, ou uma combinação das mesmas. O aumento permite o uso de energia iónica para aplicações práticas que até então eram indisponíveis.

Description

"SISTEMA, APARELHO E MÉTODO PARA AUMENTAR ENERGIAE DENSIDADE DE PARTÍCULA PELA CRIAÇÃO DE UM AMBIENTE DEPLASMA CONTROLADO EM UM MEIO GASOSO"

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção diz respeito ao aumento da li-mitação de carga de espaço de um meio gasoso pelo aumento dadensidade e energia de partícula carregada. Mais particular-mente, a invenção diz respeito ao aumento da densidade e e-nergia de partícula carregada pela introdução de um ambientede plasma controlado em um meio gasoso.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Energia elétrica aplicada em partículas gasosas emum dado volume de espaço cria a possibilidade de diferençade potencial elétrico (PD) descarregar entre o(s) catodo(s)e o (s) anodo(s) que aplicam a PD. Isto é conhecido como"formação de arco" e é análogo à descarga de relâmpago entrenuvem e solo, ou entre nuvens que estão em uma, PD elétricasubstancial. Formação de arco é um fenômeno pelo qual a cor-rente elétrica pode se deslocar através de uma folga entresuperfícies eletricamente carregadas. Embora o relâmpagoproduza plasma em alta tensão, a formação de arco é prejudi-cial a muitas aplicações e tem uma duração muito curta, ina-dequada para muitos propósitos. A formação de arco pode o-correr somente quando a PD elétrica entre duas superfíciesexceder a "tensão de formação de arco mínima". 0 valor datensão de formação de arco mínima não é absoluto e dependede muitos fatores, tais como, mas sem limitações, o materialque retém a PD elétrica, a distância entre o material, e omeio entre o material. Pretende-se que o termo "meio" incluaum grupo de partículas de um ou mais elementos. Como um e-xemplo, em atmosfera e pressão padrões, a atmosfera tem umatensão de formação de arco mínima aceita, no geral, de1.000.000 volts por metro de distância entre as superfíciescarregadas. Reconhece-se há muito tempo que isto é uma limi-tação à aplicação prática na quantidade de PD elétrica quepode ser aplicada em um dado espaço antes que ocorra a for-mação de arco. Esta limitação é conhecida como o ponto desaturação de "corrente limitada por carga de espaço" (tambémchamada de "limites de espaço carregado") ou o limite de PDelétrica que um dado volume de espaço pode acomodar. A for-mação de arco descarrega efetivamente a diferença, eliminan-do efetivamente a PD elétrica através do campo elétrico. Pa-

ra algumas aplicações, a descarga é benéfica. Para outras, adescarga neutraliza o benefício pretendido da entrada de e-nergia elétrica no meio e limita a energia elétrica que podeser aplicada antes que a formação de arco ocorra. Por exem-plo, capacitores assimétricos são conhecidos por exibir uma20 força líquida quando potência suficiente é aplicada, em queo campo elétrico cria partículas carregadas e as partículascarregadas respondem ao campo elétrico de acordo com a leide Lorenz. No geral, um capacitor assimétrico é um capacitorque tem áreas de superfície de eletrodo geometricamente di-25 ferentes. A PD elétrica que envolve um capacitor assimétricoenergizado cria uma força desequilibrada e, portanto, umaforça motriz de pequena magnitude. 0 desafio durante as úl-timas décadas foi a quantidade de energia elétrica exigidapara produzir a força motriz, também conhecida como taxa deconsumo impulso por potência, sem formação de arco no meiogasoso. Apesar de leves, modelos de capacitor assimétricodemonstraram a capacidade de produzir força suficiente para5 superar o efeito da gravidade em suas próprias massas, a a-plicação do nivel de energia elétrica exigida para criar ouso prático e comercial deste recurso foi negada em virtudedos limites de espaço carregado. Em parte, o nivel exigidode energia elétrica foi restringido a abaixo daquele nivel10 no qual a formação de arco descarrega o PD.

Vários pesquisadores usaram ions e seus movimentospara produzir forças motrizes por uma variedade de motivos.Algumas patentes US descrevem cargas eletrostáticas relati-vas a forças motrizes em vários ambientes. Estas patentes15 estão aqui incorporadas pela referência. Por exemplo, a pa-tente US 1.974.483, divulgada em setembro de 1934 por Brown,diz respeito a um método para produzir força ou movimentopela aplicação e manutenção de cargas eletrostáticas de altopotencial em um sistema de massas carregáveis e eletrodos20 associados. A patente US 2.460.175, divulgada em janeiro de1949 por Hergenrother, diz respeito a bombas de vácuo iôni-cas que ionizam moléculas de gás e, então, retiram as molé-culas por uma força de atração entre as moléculas e um ele-mento condutor energizado com um potencial negativo. A pa-25 tente US 2.585.810, divulgada em fevereiro de 1952 por Mal-linckrodt, diz respeito a um aparelho de propulsão a jato ea um aparelho de arco elétrico para propulsionar aviões. Apatente US 2.636.664, divulgada em abril de 1953 por Hert-zler, diz respeito a métodos de bombeamento que sujeitam mo-léculas de um gás a forças ionizadoras que fazem com que elese mova em uma direção pré-determinada. A patente US2.765.975, divulgada em outubro de 1956 por Lindenblad, diz5 respeito ao movimento de um gás sem mover partes por meiodos efeitos da descarga de radiação no gás. A patente US2.949.550, divulgada em agosto de 1960 por Brown, diz res-peito a um aparelho eletrocinético que utiliza potenciaiselétricos para a produção de forças para ocasionar movimento10 relativo entre uma estrutura e o meio envolvente. A patenteUS 3.120.363, divulgada em fevereiro de 1964 por Gehagen,diz respeito a um aparelho de vôo mais pesado que o ar e mé-todos de propulsão e controle usando descarga iônica. A pa^tente US 6.317.310, divulgada em novembro de 2001 por Camp-15 bell, diz respeito á métodos e aparelho e divulga capacito-res assimétricos bidimensionais carregados em altos potenci-ais para gerar impulso.

Um uso não iônico de moléculas de ar através de umaerofólio para produzir uma elevação é visto na patente US20 2.876.965, divulgada em março de 1959 por Streib. Esta pa-tente diz respeito a aeronave de asa circular capaz de vôovertical e horizontal usando a seção transversal radial daasa como um eficiente aerofólio.

Brown observou a força liquida não zero de um sis-25 tema de capacitor assimétrico em um ambiente de vácuo. Pare-ce que este fenômeno pode ser explicado pela consideração dapressão nas superfícies do eletrodo em função dos íons eva-porados dos eletrodos na ausência dos■íons carregados cria-dos em um meio (ar) . Brown também observou que a força pro-duz movimento relativo entre o aparelho e o meio dielétricofluidico circundante, isto é, faz-se com que o meio dielé-trico passe depois do aparelho se o aparelho for mantido em5 uma posição fixa. Adicionalmente, se o aparelho estiver semmovimento, o movimento relativo entre o meio e o aparelhoresulta em um movimento progressivo do aparelho. Estes fenô-menos podem ser explicados pela teoria de que a transferên-cia de momento de ions carregados para as superfícies do e-10 letrodo é o mecanismo para produzir a força propulsora lí-quida, em virtude de os íons energéticos serem redireciona-dos e se moverem através do capacitor e ao seu redor semperder nenhum momento se o sistema for mantido em uma posi-ção fixa. Se o sistema estiver sem movimento, ainda haverá15 íons fluindo através do capacitor e ao seu redor em decor-rência de colisões, mas esse fluxo deve ser muito mais fracodo que aquele no caso da fixação do sistema, uma vez que osíons perdem sua energia cinética e momento através das coli-sões com as superfícies do eletrodo. Adicionalmente, Klaus20 Szielasko (GENEFO www.genefo.org "High Voltage Lifter Ex-periment: Biefield-Brown Effect or Simple Physics?" Relató-rio Final, abril de 2002) observou que não houve diferençano movimento do dispositivo quando a polaridade do sistemafoi invertida, assim, estabelecendo que a força eletrostáti-25 ca experimentada por íons carregados não é o mecanismo depropulsão. Diretrizes adicionais que suportam os princípiosfundamentais podem ser obtidas em Canning, Francis X., Mel-cher, Cory e Winet, Edwin, Asymmetrical Capacitors for Pro-Pulsionr Glenn Research Center of NASA (NASA/CR-2004-213312), Institute for Scientific Research, outubro de 2004,publicado depois do pedido provisório mediante o qual estepedido reivindica o beneficio.

Os campos eletrocinéticos gerados antes da presen-te invenção toleraram amplamente alta entrada de energia,produzindo baixa saida ou força liquida. Embora o conceitogeral de capacitores assimétricos e o uso de forças iônicassejam conhecidos, a incapacidade de produzir forças motrizes10 suficientes eliminou muitos usos em potencial. Assim, o di-lema até agora foi a exigência de um alto potencial elétricotanto para ionizar o meio quanto para fornecer o campo elé-trico para eletrocinese iônica dinâmica, sem AS desvantagense efeitos secundários indesejáveis associados com o potenci-15 al elétrico de alta tensão. Estes efeitos incluem, entre ou-tras coisas, formação de arco, um campo e interferência ele-tromagnético substancial, eletricidade estática acumulada emobjetos circundantes, radiação-X, produção de ozônio e ou-tros efeitos negativos.20 - Portanto, continua existir uma necessidade de au-

mentar o nivel de energia de um dado espaço com um meio ga-soso nele sem descarregar de forma não intencional aquelaenergia por meio de formação de arco para que as limitaçõesde carga de espaço sejam superadas a fim de produzir maiores25 forças, aquecimento intensificado e outros usos benéficos domeio gasoso.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção fornece um método, aparelho esistema para superar as limitações de carga de espaço em ummeio gasoso pela criação de um ambiente de plasma controladono meio gasoso. A presente invenção usa plasma controlado nomeio gasoso para fornecer energia a este, e energiza o meioaté diversas ordens de grandeza se comparado com a aplicaçãode energia elétrica somente, e faz isto sem descarregarsubstancialmente o campo. Este extraordinário aumento nosníveis de energia do meio é realizado, em parte, pelo aumen-to da densidade do plasma, da energia do plasma (e uma tem-peratura equivalente do plasma) e da velocidade de partícularelacionada, ou de uma combinação destes. 0 aumento permiteo uso de níveis de energia iônica para aplicações práticasque até agora estavam indisponíveis.

Em uma modalidade, o nível de energia do meio é15 aumentado pela aplicação de um sistema para introduzir umambiente de plasma controlado no meio contido por meio deradiação eletromagnética, tais como com um laser, com um ar-ranjo anular de diodos emissores de luz (LEDs) ou com outrasformas de radiação eletromagnética. A introdução de fótons20 no meio gasoso contido cria um aumento no número de partícu-las ionizadas se comparado com as partículas que são ioniza-das pela energia elétrica somente. A presente invenção me-lhora significativamente a energia total do meio em níveisde tensão substancialmente - reduzidos usando a radiação ele-25 tromagnética, se comparada com os níveis de tensão anterior-mente exigidos sem a radiação eletromagnética. Vantajosamen-te, a menor tensão pode eliminar substancialmente efeitosnegativos de formação de arco ocasionados pelos altos níveisde tensão anteriores usados até agora.

A divulgação fornece um método para superar limi-tações de carga de espaço para meio gasoso que compreende:aplicar radiação eletromagnética em partículas contidas em um meio. gasoso e aplicar um campo elétrico nas partículascontidas sem descarregar o campo elétrico por formação dearco, o campo elétrico tendo uma maior capacidade de limita-ção de carga de espaço comparada com um campo elétrico apli-cado nas partículas sem a radiação eletromagnética aplicadanas partículas.

A divulgação fornece adicionalmente um sistema pa-ra superar limitações de carga de espaço para meio gasosoque compreende: um meio contido de partículas gasosas, umafonte de radiação eletromagnética adaptada para aplicar ra-15 diação eletromagnética no meio contido, uma fonte de campoelétrico adaptada para aplicar um campo elétrico no meiocontido, e um controlador acoplado pelo menos na fonte deradiação eletromagnética ou na fonte de campo elétrico.

A divulgação também fornece um sistema para supe-20 rar limitações de carga de espaço para meio gasoso que com-preende: dispositivo para aplicar radiação eletromagnéticanas partículas contidas em um meio gasoso e dispositivo paraaplicar um campo elétrico nas partículas contidas sem des-carregar o campo elétrico por formação de arco, o campo elé-25 tricô tendo uma maior capacidade de limitação de carga deespaço, comparada com um campo elétrico aplicado nas partí-culas sem a radiação eletromagnética aplicada nas partícu-las.DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

Uma descrição mais particular da invenção, sumari-zada anteriormente, pode ser obtida pela referência às suasmodalidades que são ilustradas nos desenhos anexos e aquidescritas. Entretanto, percebe-se que os desenhos anexos i-lustram somente algumas modalidades da invenção e, portanto,não devem ser considerados limitantes do seu escopo, em vir-tude de a invenção poder admitir outras modalidades igual-mente efetivas.

A figura IA é uma vista esquemática de um meio e-xistente em um dado espaço com partículas nele.

A figura IB é uma vista esquemática de um meio e-xistente em um dado espaço com uma maior densidade de partí-cula ocasionada pela adição de radiação eletromagnética para15 fornecer uma maior energia total.

A figura IC é uma vista esquemática de um meio e-xistente em um dado espaço com uma maior densidade de partí-cula com velocidades mais altas para um aumento total adi-cional na energia do meio se comparado com a figura IB.20 A figura ID é uma vista esquemática de um ambiente

de campo eletromagnético criado a partir de um capacitor as-simétrico e sistema relacionado da presente divulgação.

A figura 2A é um diagrama esquemático de partículacarregada de um capacitor assimétrico básico em uma forma25 mais simplificada em relação à figura 1.

A figura 2B é um diagrama esquemático de partículacarregada de um capacitor assimétrico com radiação eletro-magnética aplicada ilustrando maior densidade de partícula.A figura 2C é um diagrama esquemático de partículacarregada de uma melhoria da presente invenção com radiaçãoeletromagnética ilustrando as maiores densidade e velocidadede partícula resultantes.

A figura 2D é um diagrama esquemático que mostraas características volt-ampere de uma sonda eletrostáticaLangmuir.

A figura 3 é um diagrama esquemático de uma forçamotriz de momento de partículas neutras que sofreram coli-10 sões com partículas carregadas.

A figura 4 é um diagrama esquemático de uma moda-lidade de um motor de capacitor assimétrico.

A figura 5A é um diagrama esquemático de uma vistaseccional transversal de uma modalidade de um sistema que15 usa o capacitor assimétrico.

A figura 5B é uma vista esquemática de topo da mo-dalidade mostrada na figura 5A.

A figura 6 é um diagrama esquemático da alocaçãode energia elétrica disponível entre as várias funções que20 precisam ser realizadas para uma modalidade exemplar.

A figura 7A é uma vista em perspectiva esquemáticade uma modalidade de um veículo aéreo não tripulado (UAV).

A figura 7B é uma vista esquemática de topo da mo-dalidade da figura IA.25 A figura 7C é uma vista esquemática lateral da mo-

dalidade da figura 7A.

A figura 8A é uma vista em perspectiva esquemáticade uma modalidade de um veículo aéreo tripulado (MAV).A figura 8B é uma vista esquemática frontal da mo-dalidade da figura 8A.

DESCRIÇÃO DETALHADA

A presente invenção diz respeito a um sistema, mé-5 todo e aparelho que podem superar as limitações de carga deespaço de um meio gasoso para uma dada partícula e tempera-tura pela aplicação de radiação eletromagnética em partícu-las em um dado espaço, tanto para ionizar ou aquecer, quantopara ionizar e aquecer partículas gasosas. A radiação ele-10 tromagnética gera um estado altamente energizado, tal comoum plasma, no espaço para produzir um maior nível de energiacomparado com os esforços anteriores, ao mesmo tempo em quereduz ou evita a formação de arco que normalmente ocorre sema radiação eletromagnética aplicada. Este aumento de energia15 é alcançado pelo controle da densidade do plasma, da energiaou da velocidade de partícula do plasma, da temperatura doplasma ou de uma combinação destes.

Em pelo menos uma aplicação, a superação das limi-tações de carga de espaço pode ser aplicada na geração de20 uma força de um capacitor assimétrico como aqui discutido.Entretanto, a invenção não é assim limitada já que a supera-ção da corrente limitada por carga de espaço para um dadoespaço pode ter outras aplicações, tais como gerar intensasfontes de aquecimento, esterilizar biologicamente um recipi-25 ente ou recinto pela introdução de gases ionizados, e outrasaplicações industriais, militares e médicas, como pode ficaraparente aos versados na técnica dados os detalhes, precei-tos e divulgação aqui contidos.Em pelo menos uma aplicação, um capacitor assimé-trico com diferentes eletrodos com diferentes áreas de su-perfície ganha uma força líquida na direção axial, ou seja,na direção da linha do maior eletrodo ou eletrodo negativo5 para o menor eletrodo, ou eletrodo positivo. Esta direção deforça se aplica independentemente da polaridade do suprimen-to de tensão, em virtude de as direções destas forças líqui-das não mudarem quando a polaridade muda. A força líquida noeletrodo grande ou negativo é muito maior do que aquela do10 eletrodo pequeno ou positivo em função das grandes diferen-ças na área superficial.

No geral, a divulgação fornece aplicação de ener-gia externa em freqüências favoráveis para ativar partículasem íons, ou íons em íons mais energéticos, para criar uma15 condição de plasma. A divulgação fornece uma entrada de e-nergia relativamente baixa para uma saída de força compara-tivamente grande pela criação de plasma que pode ser manipu-lado. 0 termo "plasma" é bem conhecido e pretende-se que in-clua uma coleta de elétrons e íons de alta energia sem movi-20 mento, isto é, átomos que perderam elétrons. Energia é ne-cessária para tirar elétrons dos átomos para criar plasma. Aentrada de energia nas partículas para o plasma pode ser devárias origens: térmica, elétrica ou luz (luz ultravioletaou luz intensa de um laser). Sem potência prolongada sufici-25 ente, plasmas recombinam em um gás neutro.

A figura IA é uma vista esquemática de um meio e-xistente em um dado espaço com partículas nele. Um meio 1 departículas 16 em um dado espaço tem um primeiro nível de e-nergia definido representado pelo comprimento do vetor 24 emuma dada pressão e temperatura. 0 meio de partículas gasosaspode existir em uma atmosfera, ou a partir de um meio gasosoinjetado em líquidos, tal como água subterrânea, ou em ambi-5 entes exoatmosféricos, tais como espaço externo. Com os pro-pósitos da presente divulgação, o dado espaço contém as par-tículas a menos que elas sejam ejetadas forçadamente, talcomo descrito a seguir por meio de um jato iônico de partí-culas. 0 termo "contém" inclui toda restrição no movimento10 da maioria das partículas além de um certo perímetro do es-paço. Tais restrições incluem, mas sem limitações, um limitefísico, tal como uma parede, limites sem contato, tal comoum limite magnético ocasionado por um campo magnético ou li-mite elétrico ocasionado por forças de Lorenz em um campo15 elétrico ou outros tipos de limites com contato e sem conta-to. Para o dado meio nas dadas pressão e temperatura, aspartículas 16 têm uma certa energia representada pelo com-primento do vetor 24 (e, portanto, temperatura) e pela den-sidade da partícula representada pela contagem de partículas20 no meio 1. Uma corrente de carga de espaço existe pelo movi-mento das partículas no espaço. 0 valor da corrente de cargade espaço pode aumentar pela aplicação de energia, no geral,pela aplicação de uma tensão no meio. Entretanto, a quanti-dade de energia que pode ser aplicada antes que a formação25 de arco 3 ocorra é limitada e, assim, o termo "corrente li-mitada por carga de espaço" se aplica. 0 arco 3 descarrega aenergia, isto é, entra em curto e reduz o nível de energiaelétrica no meio. Um maior nível de energia no meio antes daormação de arco é benéfico e pode ser usado em aplicações,tais como aquelas aqui descritas e ainda outras.

A figura IB é uma vista esquemática de um meio e-xistente em um dado espaço 1 com uma maior densidade de par-5 ticula ionizada ocasionada pela adição de radiação eletro-magnética em uma primeira faixa de comprimentos de onda a-través de uma fonte de radiação eletromagnética 20 para for-necer um maior aumento geral de partículas ionizadas. A fi-gura IC é uma vista esquemática de um meio existente em um10 dado espaço 1 com uma maior densidade de partícula ionizadaproveniente de uma adição de radiação eletromagnética dafonte 20 com aumento de velocidades pela adição de radiaçãoeletromagnética em uma segunda faixa de comprimentos de ondaatravés de uma fonte de radiação eletromagnética 20A para um15 aumento adicional total na energia, representado pelo vetor24, das partículas 16 do meio, se comparado com a figura 1B.As figuras serão descritas em conjunto umas com as outras.Os inventores descobriram que as limitações da corrente li-mitada por carga de espaço podem ser superadas, isto é, au-20 mentadas pela aplicação de uma fonte de energia independenteou fontes de radiação eletromagnética no meio com as partí-culas nele.

Esforços anteriores se concentraram na aplicaçãode uma tensão no meio ou no aumento da pressão ou da tempe-25 ratura, como relatado por Canning et al em NASA/CD-2004-02133412. Entretanto, tensões relativamente altas ainda re-sultaram em uma quantidade limitada de energia que pode seraplicada no meio e as maiores pressões foram instáveis paramuitas aplicações.

A radiação eletromagnética aplicada no meio podeser de uma variedade de comprimentos de onda, descrito commais detalhes a seguir. A radiação eletromagnética pode au-5 mentar a densidade de partícula, permitindo mais partículasno dado espaço, ou a velocidade de partícula que, no geral,resulta em um aumento de temperatura do meio, ou uma combi-nação destas, para um aumento geral na energia para um dadoespaço. De forma importante, toda força experimentada pelo10 campo elétrico que agem nas partículas pode ser aumentada emdiversas ordens de grandeza.

A figura ID é uma vista esquemática de um ambientede campo eletromagnético criado a partir de um capacitor as-simétrico e sistema relacionado da presente divulgação mera-15 mente como um exemplo dos benefícios de aumentar a correntelimitada por carga de espaço da presente invenção. A figurafornece um certo entendimento a respeito da operação de umcapacitor assimétrico para melhor entender a melhoria inven-tiva. 0 tamanho dos vetores (isto é, forças em uma certa di-20 reção) que representam a transferência de momento das partí-culas carregadas não está em escala nem é preciso. As linhasdo campo eletromagnético são aproximadas.

No geral, um capacitor assimétrico 2 inclui umprimeiro eletrodo 4 e um segundo eletrodo 6 separados por25 uma distância através do meio 11, incluindo um gás, tal comoar, um vácuo, tal como espaço, ou um líquido. No geral, van-tajosamente, a operação no vácuo do espaço usará a injeçãodo meio. No geral, para operação em líquidos, o motor seráenergizado e funcionará com um plasma entre os eletrodos eserão supridos com liquido vaporizado, tal como vapor de á-gua com propriedades de gases suficientes para ionizar comas colisões associadas aqui discutidas. 0 primeiro eletrodo5 tem uma primeira área superficial calculada ao redor da par-te exposta ao meio, e o segundo eletrodo tem igualmente umasegunda área superficial. Para um capacitor assimétrico, asáreas de superfície são diferentes. Adicionalmente, o tama-nho absoluto de cada eletrodo e o tamanho relativo de um e-10 letrodo em relação ao outro eletrodo podem ocasionar uma di-ferença na força líquida gerada pelos eletrodos. No geral, oprimeiro eletrodo é um anodo e o segundo eletrodo é um cato-do com o anodo com uma carga mais positiva (tensão) do que ocatodo. No geral, o catodo terá a maior área superficial. Os15 eletrodos podem ter qualquer forma geométrica ou combinaçãocom outras formas, e têm padrões geométricos formados em umou mais dos eletrodos, tais como aberturas, e assim por di-ante. Por exemplo, o anodo pode ser, sem limitações, um(s)fio(s), lâmina(s) ou disco(s) emissor, e o catodo pode ser20 uma(s) folha(s), lâmina(s) ou disco(s). Os eletrodos podeser qualquer material adequado, incluindo cobre, alumínio,aço ou outro material que pode estabelecer campo eletromag-nético entre os eletrodos. No geral, os eletrodos incluemmateriais condutores para estabelecer o campo eletromagnéti-25 co. Para algumas aplicações, peso, custo, condutividade, in-tegridade estrutural e outros fatores podem determinar osmateriais ou combinações de materiais exatos para um eletro-do em particular. Por exemplo, e sem limitações, um primeiromaterial com uma maior densidade e/ou mais condutividade po-de ser aplicado em um material de menor densidade e/ou menoscondutor para criar um eletrodo compósito. Adicionalmente,os eletrodos podem ser uma pluralidade de superfícies ele-tricamente acopladas umas nas outras para alterar a área su-perficial do eletrodo em particular. Por convenção, uma ten-são positiva é aplicada no anodo por meio de uma fonte deenergia 8 e o catodo é negativo em relação ao anodo, emboraseja possível inverter a polaridade. No geral, a fonte deenergia 8 pode fornecer a fonte de campo elétrico para o es-paço 1, referenciado nas figuras 1A-1C. Em algumas modalida-des, a tensão pode ser aplicada em ambos os eletrodos com oanodo tendo, no geral, um potencial mais positivo. Correntealternada (CA) e corrente contínua (CC) podem ser usadas.

Quando a tensão é aplicada em pelo menos um doseletrodos, tal como o anodo, um campo eletromagnético é cri-ado entre os eletrodos, em virtude de- o meio entre eles serrelativamente não condutor, em comparação com os eletrodos.Com os propósitos atuais, o campo é discutido em termos deum campo elétrico 12 com linhas de campo elétrico de resis-tência variável que, em um ponto central entre os eletrodos,são, no geral, paralelas a uma linha 9 desenhada entre oseletrodos e curva e mesmo invertida próximo dos eletrodos. 0campo magnético 14 tem linhas de campo magnético que são, nogeral, perpendiculares às linhas do campo elétrico em qual-quer ponto particular das linhas do campo elétrico. Assim,no ponto central entre os eletrodos, as linhas do campo mag-nético serão, no geral, perpendiculares à linha 9. 0 campoelétrico serve para energizar partículas 16 no meio, criandoions de algum valor de carga, e o campo magnético' serve paraatrair os ions na direção do campo magnético no local parti-cular do íon. Em virtude de os campos elétrico e magnéticoestenderem-se além de uma linha reta a de eletrodo a eletro-do, partículas além da linha reta e que circundam os eletro-dos também podem ser afetadas. Assim, tais partículas quecircundam os eletrodos podem ser incluídas no volume aquidefinido amplamente como "entre" os eletrodos, com mostradona região do campo magnético 28. O termo "partícula" é aquiusado amplamente e inclui tanto partículas neutras quantopartículas carregadas (isto é, "ionizadas"), a menos que ocontexto em particular indique de outra forma. As partículaspodem ser moléculas ou átomos ou partículas subatômicas,tais como elétrons, nêutrons e prótons, e ainda outras par-tículas subatômicas.

Mais especificamente, quando uma tensão for apli-cada no capacitor assimétrico 2, a corrente condutora passado menor eletrodo ou eletrodo positivo 4 até o maior eletro-do, ou eletrodo negativo 6. De acordo com a lei de Ampère,esta corrente condutora cria um campo magnético azimutalcircundando o capacitor. Para esclarecimento, coordenadascilíndricas são aplicadas neste sistema tomando a direçãoaxial na direção da linha 9 do eletrodo negativo até o ele-trodo positivo. As partículas carregadas "filhas" são cria-das no meio, no geral, ar ou vapor de água ou outro meio in-troduzido aqui descrito, e evaporadas ou de outra forma emi-tidas a partir das superfícies do eletrodo em função das co-lisões com os elétrons e ions "pais", e experimentam umaforça de Lorentz (jxB ou enVxB) além da força em função docampo elétrico prescrito (eE), onde quantidades do vetor sãoexpressas nas letras em negrito. Aqui, pretende-se que"pais" signifique a partícula carregada original que porta acorrente condutora e pretende-se que "filha" signifique apartícula carregada secundária criada por colisões com aspartículas carregadas pais. No topo e na base do eletrodo 6,os íons são empurrados radialmente para dentro em funçãodesta força de Lorentz (em coordenadas cilíndricas: -zx-<t>=r,onde (z) representa o componente axial do campo elétrico,(Φ) representa a direção do campo magnético e (r) representaa direção do movimento dos íons).

Na superfície chata superior do eletrodo 6, os í-ons são empurrados para cima em função desta força (-rx-Φ=-z), onde a direção para cima é a direção na direção do menoreletrodo relativamente positivo 4. Na região mais próxima dasuperfície de topo, os íons são empurrados para a direçãoradialmente para dentro e para cima. Movimentos para cimados íons são invertidos na superfície inferior do maior ele-trodo ou eletrodo negativo 6 em função das direções inverti-das (Φ) do componente axial (z) do campo elétrico na base doeletrodo e isto, por sua vez, inverte a direção (Φ) do campomagnético. As forças nesta.região são consideradas mais fra-cas do que aquelas na região superior já que estão mais dis-tantes do primeiro eletrodo 4, resultando em uma força lí-quida na direção do componente axial (z). íons próximos doeletrodo mais positivo e menor 4 experimentam movimentos si-milares, mas na direção oposta do componente axial (z).

Uma força motriz (isto é, impulso) é a força li-quida proveniente da pressão (criada pelas colisões com ionsenergéticos) sobre toda a superfície do corpo do eletrodo emparticular, resultando na força líquida 5 no eletrodo 4 e naforça líquida 7 no eletrodo 6 na direção oposta à força lí-quida 5 no primeiro eletrodo 4. As forças líquidas para cadaeletrodo são alinhadas na direção da linha 9, mas em uma di-reção oposta (isto é, ao longo de um eixo geométrico ζ em umsistema de eixo geométrico de coordenadas). A força líquidano eletrodo 6 é maior do que aquela do eletrodo 4 em virtudedas diferenças na área superficial do eletrodo. O sistemacompleto que usa um capacitor assimétrico ganha uma forçalíquida resultante 26 da soma do vetor das forças 5, 7 nadireção axial da linha 9, isto é, na direção da linha domaior eletrodo ou eletrodo negativo até o menor eletrodo oueletrodo positivo, independentemente da polaridade da tensãode alimentação.

Embora movimentos dos elétrons associados sejamcompletamente opostos àqueles dos íons, a transferência demomento dos elétrons é considera trivial e insignificante secomparada com a transferência de momento dos íons. Assim, atransferência de momento dos íons para partículas neutras éconsiderada o principal mecanismo para contribuir em umaforça motriz líquida. Um jato iônico 18 de.partículas é cri-ado em uma direção para longe do maior eletrodo 6 distai domenor eletrodo 4 que pode emanar adicionalmente uma força docapacitor.A ordem de grandeza da força de Lorentz em funçãodo campo magnético criado pela corrente condutora é, no ge-ral, insignificante se comparada com aquela da força ele-trostática. Entretanto, acredita-se que as forças de Lorentzpodem ser significativas em pontos locais onde um forte cam-po magnético for possivel quando a densidade de corrente lo-cal do plasma aumentar dramaticamente a partir de aquecimen-to ôhmico e de maior condutividade. Em tais locais, a ordemde grandeza pode ser mega-amperes por centímetro quadrado,para que a força de Lorentz seja comparável com a força ele-trostática, ou maior que ela.

Com o entendimento básico da operação de um capa-citor assimétrico, a atenção é voltada para a discussão adi-cional dos aspectos inventivos. Em pelo menos uma modalida-de, criar um ambiente ionizado intensificado de partículasem um volume de meio entre os eletrodos do capacitor assimé-trico aumenta a densidade de partícula carregada, a tempera-tura das partículas, ou ambas. As partículas carregadas in-tensificadas podem ser elevadas a um ambiente de nível deplasma que pode ser controlado em termos de densidade deplasma e temperatura média de plasma (e, portanto, afetandoa velocidade da partícula). Pretende-se que o termo "plasma"signifique, no geral, um gás eletricamente neutro e altamen-te ionizado composto de íons, elétrons e partículas neutras.Esta é uma fase de matéria distinta de sólidos, líquidos egases normais.

0 ambiente ionizado intensificado de partículaspode ser criado pelo fornecimento de radiação eletromagnéti-ca, tal como radiação ultravioleta, radiação infravermelha,radiação de radiofreqüência, outras freqüências ou uma com-binação destas nas partículas. No geral, o ambiente incluipelo menos plasma parcial. Uma ou mais fontes de radiaçãoeletromagnética 20, 20A podem ser usadas para fornecer talradiação. Vantajosamente, certos comprimentos de onda de ra-diação podem ser usados dependendo das partículas a ser io-nizadas para elevar as partículas a um estado de plasma. Asfontes 20, 20A podem ser energizadas por uma ou mais fontesde energia 22, 22A, que podem ser a mesma fonte de energia 8.

O valor das forças líquidas derivadas do capacitorassimétrico de acordo com os preceitos aqui expostos podeser elevado sem aumentar a potência de entrada no capacitorda fonte de energia 8. Naturalmente, a potência de entrada éexigida para as fontes de radiação eletromagnética ionizare, talvez, criarem o ambiente de plasma controlado. Entre-tanto, o ganho líquido para o sistema pode energizar o campoelétrico em uma margem significativa e ainda em uma ordem degrandeza ou mais.

As partículas no campo eletromagnético criado pelapotência nos eletrodos podem ser adicionalmente energizadaspela aplicação de radiação eletromagnética no volume entreos eletrodos. A radiação eletromagnética pode aumentar umadensidade de plasma entre os eletrodos, incluindo o volumede partículas no campo elétrico. A radiação eletromagnéticatambém pode aumentar a temperatura do plasma que aumenta asvelocidades de partícula pelo uso de fontes alternativas deradiação eletromagnética. Em algumas modalidades, o campoelétrico pode ser aumentado tanto na densidade quanto natemperatura do plasma. Adicionalmente, o campo elétrico podeser energizado antes de desenvolver um campo energético as-simétrico significativo.

Aumentar a densidade do plasma e/ou a temperaturado plasma permite um aumento no que, até agora, foi um fatorlimitante na saida de potência através da força liquida deum sistema de capacitor assimétrico, apesar de muitas déca-das de esforços. Um termo conhecido como "corrente limitadapor carga de espaço", descrito mais completamente a seguir,é a quantidade máxima da carga de ions em um dado espaço an-tes que a saturação ocorra e limite adicionalmente as car-gas. Aumentar o valor de saturação pode permitir um aumentona força liquida e na saida de potência.

Esforços anteriores focalizaram em alta tensão comlimitações e complicações decorrentes. Os inventores desen-volveram um melhor método alternativo para aumentar a densi-dade e/ou a temperatura do plasma com o aumento presente nonivel de saturação permitindo que uma tensão relativamentemenor seja usada para o capacitor assimétrico e pela ampli-ficação da energia nas partículas por meio de radiação ele-tromagnética de um ou mais comprimentos de onda. 0 resultadofoi uma resposta não linear inesperada que aumentou enorme-mente a força líquida como saída do capacitor assimétrico emqualquer arranjo de capacitor assimétrico conhecido que usaa mesma tensão. Em algumas modalidades, o aumento foi umaordem de grandeza ou mais. Vantajosamente, a baixa tensãopode reduzir ou eliminar efeitos negativos que até agora re-sultavam dos altos níveis de tensão exigidos para energizaro motor do capacitor assimétrico.

Adicionalmente, os inventores determinaram que in-jetar partículas no campo elétrico aumenta a força geradaque o sistema da presente divulgação pode acomodar em funçãoda maior capacidade de usar partículas adicionais em um mai-or valor de saturação. Partículas injetadas podem incluirpartículas gasosas, tais como hidrogênio, hélio ou outrosgases e materiais. A injeção pode ser complementar ao meiono qual o capacitor assimétrico opera ou no lugar de talmeio. Adicionalmente, injetar partículas pode aumentar a ca-pacidade de o capacitor assimétrico operar em condições depressão menores que o padrão (1 atmosfera), tal como o vácuorelativo de espaço ou outras condições de baixa pressão ou,essencialmente, nenhuma pressão.

As figuras 2A, 2B, 2C são diagramas esquemáticosde um capacitor assimétrico com partículas carregadas quecontrastam as melhorias significativas com a soma do vetorde forças, de acordo com os presentes preceitos. A figura 2Aé um diagrama esquemático de partícula carregada do capaci-tor assimétrico básico em uma forma mais simplificada da fi-gura 1. Um primeiro eletrodo 4 e um segundo eletrodo 6 têmdiferentes áreas de superfície expostas às partículas a se-rem energizadas e formam a configuração do capacitor assimé-trico básico 2. As partículas 16 entre os eletrodos (isto é,as partículas no campo eletromagnético 28) têm uma certadensidade e velocidade 24. A velocidade é indicativa do ní-vel de energia da partícula em particular e, portanto, datemperatura. Como descrito na figura 1, as interações dapartícula criam uma força líquida no capacitor assimétricocomo um todo, ilustrada como a força 26.

A figura 2B é um diagrama esquemático de partículacarregada do capacitor assimétrico com radiação eletromagné-tica aplicada, ilustrando maior densidade de partícula. A-plicar radiação eletromagnética nas partículas fornece sig-nificativamente maior saída de potência em decorrência deuma força líquida resultante com o capacitor assimétrico.

Acredita-se que a aplicação de radiação eletromagnética au-menta a densidade de plasma. Os eletrodos 4, 6 podem ser o-perados em um dado nível de potência. Uma fonte de radiaçãoeletromagnética 20 pode aplicar radiação eletromagnética naspartículas 16 para fornecer energia para as partículas. Maisparticularmente, em pelo menos uma modalidade, a radiaçãoeletromagnética pode ser aplicada com um laser, com um oumais diodos emissores de luz (LEDs), ou com outras fontes deemissão de fóton. A radiação é usada para criar pelo menosuma ionização parcial do meio entre os eletrodos, incluindo,no geral, o meio no qual o capacitor assimétrico opera. Van-tajosamente, o comprimento de onda usado pelo laser pode serum comprimento de onda relativamente curto, tais como infra-vermelho (IR) e ultravioleta (UV) ou ainda mais curto. Porexemplo, pesquisas sobre fotoionização indicam que em fre-qüências específicas de cerca de 1.024 nm ou abaixo para O2e de cerca de 798 nm ou abaixo para N2, ambas as moléculasatmosféricas supracitadas irão fotoionizar e ficar prontaspara manipulação por campos elétricos da mesma maneira quemoléculas similares ionizadas em alta tensão. Embora as fre-qüências possam variar com diferentes eficiências de ioniza-ção, acredita-se que uma faixa comercialmente viável de fre-qüências seja de cerca de 750 nm até cerca de 1.024 nm paraO2 e de cerca de 248 nm até cerca de 798 nm para N2. Algumasvezes, tais freqüências especificas de gás são chamadas defreqüências Fraunhofer. Estas freqüências harmônicas fazemcom que o gás especifico ionize com relativamente pouca en-trada de energia. Uma menor quantidade de energia para ioni-zar as partículas para preparar a criação de plasma contri-bui para mais saída de força por unidade de entrada de ener-gia .

Adicionalmente, uma combinação de freqüências podeser fornecida ao meio. No exemplo exposto, se o meio for arcompreendendo grosseiramente oxigênio e nitrogênio, entãoenergia na freqüência específica de cada componente pode seraplicada no meio para alcançar ionização mais eficiente. A-inda adicionalmente, outra radiação eletromagnética pode seraplicada em várias freqüências, algumas de onda curta e ou-tras de onda comprida, o que pode adicionar energia adicio-nal nas partículas. As freqüências podem ser aplicadas si-multaneamente nas partículas ou de maneira gradual e em di-ferentes seqüências separadas ou em conjunto com uma seqüên-cia da tensão aplicada no capacitor. Vantajosamente, tal a-plicação simultânea ou seqüenciada leva a um motor mais efi-ciente.

Uma outra fonte de radiação é usar um laser de 248nm com pulsos de femtossegundo de alta energia para ionizaro ar (possivelmente, na ordem de IO11 partículas/cm3). Adi-cionalmente, o sistema pode usar um maior comprimento de on-da, tal como 750 nm IR, para estabilizar o plasma pela redu-ção de uma neutralização de plasma que ocorre indesejavel-mente pela recombinação com outras partículas para produzirpartículas neutras que não podem contribuir para a força dealguma maneira substancial. A freqüência ou freqüências aser aplicadas são exemplares e amplamente dependentes domeio no qual o capacitor assimétrico é operado e das partí-culas em particular a ser energizadas, como pode ser deter-minado pelos versados na técnica conforme a orientação e di-vulgação aqui contida sem experimentação indevida. Tais ver-sados na técnica podem incluir especialistas em física, taiscomo especialistas em plasma. No geral, a divulgação forneceo aumento eficiente de energia nas partículas por meio deoutra maneira que não a única dependência anterior em tensãoatravés dos eletrodos do capacitor assimétrico para criar oplasma e para produzir uma força relativamente grande.

Pela ionização das partículas no volume no capaci-tor assimétrico e ao seu redor com radiação eletromagnética,tais com luz UV e/ou IR, a densidade e a energia do meio au-menta até o ponto em que pelo menos um plasma parcial é in-troduzido. 0 plasma pode ser acelerado e dirigido pelos cam-pos elétrico e magnético, o que permite que ele seja contro-lado e aplicado.

Uma maior densidade e temperatura do plasma têm umduplo benefício: elas fornecem um maior número de partículaspara ocasionar colisões moleculares e ionização adicional nomesmo volume; e a energia das partículas também aumenta,transmitindo maior energia durante as colisões. A maior ca-pacidade de ionização resulta em mais impacto e em maiorforça liquida 26 se comparado com a figura 2A.

A maior densidade de plasma pode permitir a redu-ção na tensão para os eletrodos para uma dada força liquidae a redução de efeitos negativos de alta tensão. A menortensão é possível em virtude de a freqüência UV ou IR ou deoutra energia eletromagnética ser aplicada nas partículas.

Acredita-se que a presente invenção também abordaduas diferentes leis físicas limitantes envolvidas na satu-ração de corrente limitada por carga de espaço. Um tipo é asaturação da emissão de elétrons do eletrodo negativo, e a-credita-se isto também inclui a emissão de íons do eletrodopositivo. Por exemplo, este fenômeno pode ser observado emum diodo a vácuo. No geral, a taxa de emissão de elétrons docatodo determina a saturação de corrente limitada por cargade espaço uma vez que esta taxa de emissão é limitada poremissão termiônica de um catodo aquecido. Isto significa quea taxa de emissão parece alcançar seu valor máximo em umacerta tensão aplicada.

Um segundo tipo de saturação é a saturação da den-sidade de elétron (e também a densidade iônica) na região derevestimento do plasma que circunda o eletrodo. Acredita-seque esta segunda saturação é mais dominante para o caso docapacitor a-ssimétrico do que a primeira saturação menciona-da, em virtude de o meio (tal como ar) ser ionizado paraformar plasma pelas colisões com as partículas pais carrega-das .

A seguir, está uma explicação resumida de um fenô-meno geral que o plasma exibe próximo da superfície de umaestrutura (neste caso, a superfície do eletrodo). Plasmatende a eliminar por blindagem seus potenciais elétricos quesão aplicados nela, e a borda desta blindagem muda com basena densidade e na temperatura do plasma. A espessura destablindagem é chamada de "comprimento de Debye" e a região nointerior desta blindagem do plasma é chamada de "esfera deDebye" (não necessariamente próxima da parede) ou de "reves-timento de Plasma" para a região próxima da parede.

O comprimento de Debye é proporcional à raiz qua-drada da temperatura do elétron e inversamente proporcionalà raiz quadrada da densidade de plasma. Por exemplo, consi-dere uma estimativa grosseira deste comprimento usando adensidade iônica de 1,0E+15 partículas por metro cúbico("#/m3") e a temperatura de elétron de 10 KeV, com o resul-tado obtido sendo de cerca de 2,3 cm para o comprimento deDebye (ou espessura de nuvens de íon) . Se a temperatura doplasma, especialmente dos elétrons, aumentar sem mudar suadensidade, a expansão do comprimento de Debye ou da espessu-ra da bainha deve ser observada. Por outro lado, se a densi-dade do plasma aumentar sem modificar a temperatura, então oencolhimento do comprimento de Debye ou da espessura da bai-nha deve ser observado.

Na bainha de plasma, há um gradiente potencial emfunção da diferença das velocidades de elétron e de íon. Abainha criada no eletrodo negativo tende a repelir os elé-trons que chegam em excesso e a bainha criada no eletrodopositivo tende a repelir os ions que chegam em excesso. Establindagem resulta no estado estacionário das densidades deion e de elétron no interior das bainhas.

Em relação à figura 2D antes de descrever a figura2C, a figura 2D mostra a característica tensão-ampère de umasonda eletrostática Langmuir como uma possível explicação damudança na saturação que parece ocorrer a partir do supri-mento de radiação eletromagnética no capacitor assimétrico.

A corrente não está corretamente em escala, já que a corren-te elétrica real é muito maior (tal como três ordens degrandeza) do que aquela dos íons.

Para gerar o gráfico, uma tensão aplicada em umasonda (não mostrada) varia e a corrente coletada pela sondaé medida. Vf é potencial flutuante de plasma (isto é, o po-tencial da sonda para corrente não zero) e Vp é o potencialde plasma. Uma analogia desta característica pode ser feitano caso do capacitor assimétrico. Considere o ponto de Vfcomo a condição exatamente antes da tensão ser aplicada nosistema, isto é, zero. Se uma tensão variável for aplicadano sistema, provavelmente acontecerá o seguinte. No estágioinicial, a corrente aumenta uma vez que ambas as correntesde íon e de elétron aumentam. Isto é visto pela linha da ca-racterística V-I a partir de Vf na direção de B para o ele-trodo negativo e a partir de Vf na direção de C para o ele-trodo positivo. Quando a tensão aplicada alcançar o ponto emque o potencial do eletrodo negativo torna-se -Vf, a corren-te de ion alcança seu estado estacionário, isto é, saturaçãode corrente de ion. Esta corrente é denominada a "correntede Bohm". Este estado estacionário é alcançado, embora acorrente total ainda aumente, uma vez que a corrente de elé-trons ainda está aumentando no ponto em que o potencial doeletrodo positivo é +Vf, considerando que Vp - 2 Vf >0.

Quando a tensão aplicada alcançar o ponto em que o potencialdo eletrodo positivo torna-se Vp, então, a corrente totalsatura uma vez que a corrente de elétron alcança seu estadoestacionário. Entretanto, se a tensão aplicada aumentar adi-cionalmente até o valor em que a queda de potencial no inte-rior da bainha de plasma for maior do que a energia potenci-al para ionizar átomos, então, a corrente aumenta abrupta-mente no ponto D. Em alguns capacitores sem as melhorias a-qui divulgadas, o ponto D corresponde à faixa de 23 kV atékV. Aumentar a tensão além deste ponto não produz um be-neficio substancial e correspondente.

Considere que os desempenhos de dois diferentescapacitores assimétricos de exemplo com diferentes tensõesaplicadas, 1 grama/watt para 30 KV como exemplo 1 e 324 gra-mas/watt para 110 V como exemplo 2, podem estar localizadosna curva característica V-I. O exemplo 2 fica localizado emalgum ponto na curva entre Vf e B para o eletrodo negativo.Em alguns exemplos, o ponto pode ser à esquerda do ponto B,mas, no geral, deve ser simétrico ao ponto para o eletrodonegativo para alcançar maiores forças.

O exemplo 1 está localizado em algum ponto no es-tado saturado de corrente de elétron, isto é, entre CeDpara o eletrodo positivo e no ponto simétrico à esquerda pa-ra o eletrodo negativo. Acredita-se que a fotoionização, oaquecimento ou uma combinação destes usando UV, IR, RF ououtra radiação eletromagnética de moléculas de O2 e N2 aumen-te os níveis de energia suficientemente para fazer com queum ou mais elétrons deixem o respectivo átomo (aqui, "ioni-zação"), o que irá preparar as partículas para manipulaçãopor campos elétricos da mesma maneira que moléculas simila-res ionizadas por alta tensão. Energia suficiente cria plas- ma. Acredita-se que ionização muda a saturação de correntelimitada por carga de espaço uma vez que parece que a ioni-zação deve mudar a densidade do plasma e o estado do plasmano interior da bainha. Agora, olhando para esta curva carac-terística V-I, a ionização aumentará o potencial de plasma Vp, bem como Vf. Portanto, a curva será deslocada para a di-reita. Este deslocamento aumentará os valores da correntesaturada. A corrente de Bohm é expressa como

<formula>formula see original document page 33</formula>

onde n0 é a densidade de plasma de fundo, e é acarga de elétrons, A é a área superficial da sonda, K é aconstante de Boltsmann, Te é a temperatura de elétron, e M éa massa de íon. Esta equação também indica que o valor satu-rado da corrente de íon pode aumentar pelo aumento da densi-dade de plasma e da temperatura de elétron. Acredita-se queisto também é verdade para a corrente de elétron.

A figura 2C é um diagrama esquemático de partículacarregada da melhoria da presente invenção com radiação ele-tromagnética que ilustra as maiores densidade e'velocidadedas partículas resultantes. A velocidade aumenta por um au-mento na energia. A ionização pelo uso de luz UV e/ou IR po-de criar um plasma fracamente ionizado (isto é, parcial).

Adicionalmente, luz UV e/ou IR como uma forma de radiaçãoeletromagnética pode aumentar a densidade de plasma signifi-cativamente. Além de aplicar radiação eletromagnética a par-tir de uma fonte de radiação eletromagnética 20, se algunsoutros métodos para aquecer o plasma forem aplicados, o va-lor da corrente saturada aumentará adicionalmente. O aqueci-mento do plasma pode ser realizado independentemente do au-mento da densidade do plasma por uma aplicada de radiaçãoeletromagnética de uma freqüência diferente por uma outrafonte de radiação eletromagnética 20A. Vantajosamente, tantoo aumento da densidade do plasma quanto o aquecimento doplasma podem ser utilizados pelo uso de múltiplos comprimen-tos de onda provenientes das fontes 20, 20A. Em uma modali-dade, as fontes 20, 20A podem ser uma unidade que pode radi-ar múltiplos comprimentos de onda, ou múltiplas unidades. Omomento total (p) transmitido a partículas neutras pelatransferência a partir das partículas carregadas é o produtode massa χ velocidade (p = mv). Portanto, a transferência demomento total a partículas neutras (mostrada na figura 3 co-mo partículas 16A, 16B, 16C) a partir de partículas carrega-das 16 na figura 2c tem tanto um maior número para maiormassa na região 28 quanto maior energia em função do aumentode temperatura para maior velocidade.Há diversos métodos para adicionar energia noplasma. Um deles é usar radiação eletromagnética por radio-freqüência (RF) . No geral, neste método pode haver três di-ferentes faixas de freqüência a aplicar: uma freqüência ci-clotrônica de elétron, uma menor freqüência híbrida e umafreqüência ciclotrônica de íon. Uma outra abordagem é usar ométodo de injeção de feixe neutro no interior do plasma.Neste método, partículas neutras de alta velocidade são in-jetadas no interior do plasma e estas partículas energéticasneutras se tornam íons energéticos (alta velocidade) pelaperda de eletros por meio de colisões com menos íons energé-ticos (baixa velocidade) que, por sua vez, se tornam partí-culas neutras de baixa velocidade pela recepção daqueles e-létrons. Entretanto, este método exige um dispositivo paracriar tal feixe neutro de alta velocidade e isto, por suavez, exige uma grande fonte de energia. Por outro lado, umaquecimento do plasma por RF pode ser alcançado pelo uso deum magnétron e de uma fonte de energia similar, por exemplo,a um forno de microondas.

Estes métodos de aquecimento mencionados usam fon-tes externas. Sem estas fontes externas, é razoável esperarque algum aquecimento do plasma possa ser feito internamentepor aquecimento ôhmico e por aquecimento por compressão emfunção de pressão magnética no sistema. Entretanto, o aque-cimento ôhmico fica menos efetivo à medida que a temperaturado plasma aumenta uma vez que a resistividade do plasma de-pende inversamente de 3/2 da potência de sua (elétron) tem-peratura. Portanto, será muito efetivo usar uma fonte exter-na de aquecimento neste ponto. Depois que a corrente no sis-tema aumentar por este método, então, o plasma pode ser adi-cionalmente aquecida por compressão magnética em virtude deesperar-se que um campo magnético muito forte seja criado nosistema neste ponto. Seqüenciar ou unir estes diferentes mé-todos de aquecimento pode ser um método muito eficiente deaquecimento sistemático.

Em pelo menos uma modalidade, a presente divulga-ção usa fotoionização por UV e/ou por IR combinada com aque-cimento por RF. Aumentar a densidade do plasma, especialmen-te em conjunto com o aumento da energia do plasma e, portan-to, com a velocidade e temperatura equivalentes, usando osmétodos expostos, aumentará a força motriz do sistema. O au-mento na força liquida 26 (não em escala) é ilustrado comomaior na figura 2C se comparado com as figura 2B, 2A. Acre-dita-se que tais métodos podem aumentar a força motriz emdiversas ordens de grandeza.

Além do meio com partículas no qual o capacitorassimétrico 2 opera, outros gases podem ser fornecidos aocapacitor assimétrico para complementar o meio ou no lugardo meio. A necessidade de complementação pode ocorrer, porexemplo, quando o meio for espaço ou outro meio sem partícu-las ou com poucas partículas. Por exemplo, hidrogênio ou hé-lio podem ser usados com as vantagens de ser independentesda atmosfera, com reduzida complexidade de comprimento deonda UV ou IR a uma única freqüência para a fotoionizaçãopor UV ou IR otimização de freqüência RF permitida para e-feito de maior temperatura de íon de hidrogênio. Adicional-mente, uma combinação de gases pode ser usada em substitui-ção e a um único gás. Ainda adicionalmente, partículas, taiscomo mercúrio vaporizado ou outras partículas usadas paracriar e manter forças propulsoras e ainda outras podem serinjetadas em um volume no qual os capacitores assimétricosoperam.

A figura 3 é um diagrama esquemático de uma forçamotriz de momentos de partículas neutras que sofrem colisõescom partículas carregadas. Este diagrama ilustra como aspartículas neutras contribuem para a força líquida do capa-citor. Ele ilustra a derivação de força primária como trans-ferência de momento das partículas carregadas 16 nas figuras2B, 2C até as partículas neutras 16A, 16B, 16C. As partícu-las 16A com um vetor para cima têm uma contribuição positiva no impulso para cima. As partículas 16B com um vetor parabaixo têm uma contribuição negativa no impulso para cima. Aspartículas 16C com somente um vetor horizontal não têm con-tribuição no impulso. No geral, a força líquida 5A no pri-meiro eletrodo 4 é para baixo, a força líquida 7A no segundoeletrodo 6 é para cima e a nova força resultante no capaci-tor assimétrico 2 é a soma do vetor de forças 5A e 7A pararesultar na força líquida 26A. Esta força pode estar rela-cionada com a ação de impulso na unidade de propulsão físi-ca. Alguma força adicional pode derivar dos jatos iônicos ebombeamento de ar associado relacionados com as partículascarregadas redirecionadas.

Além do mais, eficiência adicional pode ser reali-zada pela produção de uma potência em pulsos, em vez de umapotência estacionária. O sistema pode pulsar a radiação ele-tromagnética aplicada nas partículas, a tensão aplicada empelo menos um dos eletrodos, ou uma combinação destes. Exis-tem diversas opções para produzir a potência em pulsos. Apotência em pulsos pode ser mais eficiente à medida que eladiminui o consumo médio de energia. Por exemplo, e sem limi-tações, experimentos e modelagem de um capacitor assimétricopadrão energizado por -25 kV CC em estado estacionário a ~1mA não demonstram redução mensurável na força quando a po-tência aplicada é pulsada (-100 Hz sincronizada com duraçãode pulso de -10 ms).

Uma outra variação é controlar a área superficialem um ou mais dos eletrodos pela textura, porosidade ou a-berturas providas através da superfície. Por exemplo, a áreasuperficial em um eletrodo pode ser aumentada pela provisãode aberturas por meio do eletrodo. Vantajosamente, as aber-turas podem ser localizadas no eletrodo para ajudar a afetaro fluxo de partículas para dentro e para fora do campo entreos eletrodos.

Adicionalmente, um óxido ou outro material podeser usado para revestir os eletrodos para aumentar a forçapelo suprimento de uma fonte de partículas adicionais. 0 re-vestimento pode ser bombardeado com íons energéticos e par-tículas neutras, e partículas de revestimento serão adicio-nadas nas outras partículas no plasma.

O capacitor assimétrico pode funcionar como um"motor" para uma estrutura acoplada no capacitor ou para e-manar energia diretamente a partir do capacitor. 0 motor po-de ser usado, virtualmente, em qualquer campo, incluindo,mas sem limitações, ar, solo, espaço (melhorado pela injeçãode partículas no interior do sistema do motor) e veículosnavais, tanto tripulados quanto não tripulados, e, virtual-mente, qualquer dispositivo ou sistema que precisa de umaforça motriz para se mover ou um volume de energia que podeser emanado e direcionado do capacitor. Adicionalmente, apresente invenção pode se aplicar a pequenos itens, incluin-do itens nano-dimensionados, e a itens relativamente gran-des. Um outro uso para a invenção é gerar um fluxo de ener-gia ou plasma direcionado para fora do aparelho.

Em pelo menos uma modalidade, o capacitor assimé-trico tem poucas partes móveis, se tiver, e o motor pode serdesligado e ligado à vontade com pouca preocupação sobre o-ciosidade encontrada em motores rotatórios típicos que pro-duzem força motriz. A presente invenção que usa o ar atmos-férico e/ou um meio distinto, tal como hidrogênio, hélio ouum outro meio no lugar de ar atmosférico, tem as caracterís-ticas de um sistema de impulso "digital" em que ele pode es-tar em estado sólido com poucos ou nenhum componente analó-gico, tais como bombas, sistemas de ignição, controle decombustível fluido, compressores, turbinas e controles debico. Energia elétrica proveniente de células de combustívelpode ser comutada para catodo e anodo, diodos emissores deluz e lasers em estado sólido de UV e/ou IR, e emissores RFem estado sólido. 0 impulso pode ser controlado a partir dequalquer válvula, começando em zero até o máximo em um cro-nograma comensurável com demandas totais do sistema de con-trole do veículo. Usualmente, o equivalente analógico tem umciclo de partida prolongado e também pode ter uma condiçãode ociosidade mínima e um cronograma de aceleração signifi-cativamente maior do que as exigências gerais do sistema decontrole podem exigir. Assim, o capacitor assimétrico com asmelhorias aqui descritas como um motor de força motriz podeser chamado de um motor "digital".

Adicionalmente, o sistema pode incluir potênciaportátil para o capacitor assimétrico 2 e/ou para as fonteseletromagnéticas 20, 20A mostradas na figura 2C. Um métodopara prover portabilidade é usar conversão de potência quí-mica para elétrica. Tal técnica inclui, entre outras coisas:células de combustível energizadas por hidrogênio, parafina,petróleo e outros combustíveis, captura de fóton ou painéissolares, fotocinese artificialmente melhorada e organismosgeneticamente modificados. Outras técnicas incluem potênciasolar, energia armazenada, tal como em baterias, fusão oufissão controlada, e outras fontes que podem fornecer umafonte de energia de um local fixo anexado em um objeto móvelusando o capacitor assimétrico da maneira aqui divulgada. 0termo "local fixo" é usado amplamente e inclui, por exemplo,o solo, uma estrutura fixa ou uma estrutura em movimento emuma direção ou velocidade diferentes em relação ao capacitorassimétrico e a qualquer estrutura acoplada no capacitor.

A previsão, otimização e ajuste de desempenho po-dem ser realizados empiricamente. Uma outra abordagem é usaruma simulação do plasma. Emissões relacionadas à análise dosistema são altamente não lineares e parece que um tratamen-to magnético-hidrodinãmico (MHD) do plasma é apropriado, emvirtude de a evolução do plasma no tempo ao redor dos ele-trodos complicar a estrutura dos campos elétrico e magnéticode uma maneira auto-consistente. Uma vez que o plasma nestesistema é um plasma parcial, fracamente ionizada, um trata-mento MHD com dois fluidos ou três fluidos pode ser usadopara prever o desempenho. Provavelmente, o tratamento ciné-tico do plasma não é necessário para esta emissão, em virtu-de de as distribuições de acreditar-se que a velocidade deelétrons e ions se comportar como uma distribuição Maxwelli-ana. Entretanto, este tratamento pode ser usado no desenhode um dispositivo mais prático em termos de eficiência, so-fisticação e controle, uma vez que as perdas de energia emfunção da radiação, incluindo corpo negro, radiação de fre-nagem e radiação de impureza, e de microinstabilidades noplasma que o tratamento MHD não pode prever podem ser consi-deradas .

Exemplo 1

Em pelo menos uma modalidade, radiação eletromag-nética, tais como energia fotônica (incluindo, UV e/ou IR) eRF, pode ser distribuída em um volume do sistema do capaci-tor assimétrico. Os eletrodos podem ser, pelo menos parcial-mente, de cobre, alumínio ou outro material condutor. Um oumais eletrodos porosos podem ser usados para aumentar a su-perfície total e a corrente de Bohm. Uma ou mais (tal comoum arranjo anular de LEDs) fontes de radiação eletromagnéti-ca são anexadas no local acima do anodo, entre o anodo e ocatodo, abaixo do catodo, ou em qualquer combinação destespara energizar partículas entre os eletrodos (isto é, pelomenos em algum lugar nos campos circundantes dos eletrodos).

Uma fonte de radiação eletromagnética adicional pode ser umdispositivo emissor de RF que usa magnétrons em pulsos comfreqüência variável. Em algumas modalidades, magnétrons empulsos de 10 kW com freqüência variável são preferidos. Umlaser ou arranjo de LED e dispositivos de RF comerciais deprateleira podem ser usados. Vantajosamente, o método de a-nexação das fontes de radiação eletromagnética no corpo dosensor permite que as fontes tratem o plasma uniformemente.

Um laser comercialmente disponível usa a linha de laser de248 nm com pulsos de femtossegundo de alta energia para io-nizar ar (possivelmente da ordem de 10i:L#/cm3) e também usaum laser de maior comprimento de onda (tal como laser infra-vermelho de 750 nm) para estabilizar o plasma. Pretende-seque o termo estabiliza signifique que este comprimento deonda relativamente maior reduza ou impeça o plasma de seneutralizar por meio da recombinação dos íons. Entretanto, afreqüência gerada por este dispositivo precisa ser variada afim de aquecer o plasma circundante de forma uniforme, emvirtude de a freqüência ciclotrônica de elétron e a freqüên-cia ciclotrônica de íon dependerem da intensidade do campomagnético, e espera-se que esta intensidade varie no siste-ma. A modulação de forma de onda da corrente CC melhora aionização. O ajuste de desempenho é melhorado pela tensão decorrente de saída variável.

A figura 4 é um diagrama esquemático de uma moda-lidade de um motor de capacitor assimétrico 100. Os compo-nentes listados são meramente exemplares e sem limitações.Outros componentes podem ser substituídos, adicionados ousubtraídos dali. No geral, o motor 100 inclui um capacitorassimétrico 110, incluindo um anodo 112 e um catodo 114 su-pradescritos. Uma ou mais fontes de radiação eletromagnética120, 122 podem ser usadas para fornecer radiação de um oumais comprimentos de onda a partículas em um volume na pro-ximidade dos eletrodos, também, como supradescrito. Por e-xemplo, e sem limitações, a fonte de radiação eletromagnéti- ca 120 pode incluir uma fonte fotônica de luz UV ou IR for-necida por um ou mais lasers. Similarmente e sem limitações,a fonte de radiação eletromagnética 122 pode incluir umafonte RF, tal como pode ser fornecida por um ou mais magné-trons. A freqüência gerada por este dispositivo pode variara fim de aquecer o plasma circundante uniformemente, em vir-tude de a freqüência ciclotrônica de elétron e a freqüênciaciclotrônica de íon depender da intensidade do campo magné-tico, e desta intensidade variar no sistema. Uma fonte deenergia 118 pode ser acoplada no capacitor assimétrico 110para fornecer potência para pelo menos um dos eletrodos. Afonte de energia 118 pode ser qualquer fonte de energia ade-quada que pode distribuir a energia para fontes de radiaçãoeletromagnética 120, 122. Alternativamente, a fonte de ener-gia pode ser múltiplas unidades que podem distribuir a po-tência para os elementos individuais. Uma fonte 126 de par-tículas pode ser acoplada no capacitor assimétrico para for-necer partículas além das partículas no meio no qual o motoropera ou no lugar de tais partículas. Por exemplo, a fontepode ser um cilindro de gás comprimido ou outro dispositivode armazenamento proveniente de um suprimento de partículas.

A figura 5a é um diagrama esquemático de uma vistaseccional transversal de uma modalidade de um sistema queusa o capacitor assimétrico. 0 motor 100 inclui um capacitorassimétrico 110 com um anodo 112 e um catodo 114. Em uma mo-dalidade, o anodo pode ser feito de um ou mais discos, lâmi-nas ou fios altamente porosos e relativamente finos se com-parados com o catodo que, no geral, tem uma área superficialmaior. Sem limitações, o catodo 114 pode ser feito de umdisco de alumínio altamente poroso e relativamente espesso.O nível de porosidade é determinado com base no limite daintegridade estrutural do sistema que inclui eletrodos e emoutras considerações, tal como estabilidade. As superfíciesdo eletrodo podem ser revestidas com um material, tais comoum filme óxido ou outro revestimento para melhorar adicio-nalmente o desempenho.

Uma fonte de radiação eletromagnética 120, taiscomo um laser ou um dispositivo LED, pode ser qualquer laseradequado ou outro dispositivo para distribuir o comprimentode onda exigido para as partículas que devem ser ionizadas.Para tais partículas, comprimentos de onda exemplares podemestar, sem limitações, na faixa UV e IR, tal como menor ouigual a 1.024 nm para 02 e menor ou igual a 7 98 nm para N2.Uma fonte de radiação eletromagnética 122, tal como um dis-positivo de aquecimento RF, também pode ser usada, como su-pradescrito.

Adicionalmente, um ou mais refletores 124 podemser posicionados na área a ser ionizada ou ao seu redor. Osrefletores podem aumentar a eficiência do dispositivo a la-ser e/ou do dispositivo de aquecimento por RF por moléculasde fotoionização mais uniformes e pelo aquecimento da plasmee pelo redirecionamento da energia de outra forma dissipadapara longe dos campos do capacitor. No geral, um ou mais su-portes 116a, 116b, 116c, 116d suportarão o anodo, o catodo,os refletores ou qualquer combinação destes, tanto diretaquanto indiretamente por meio de outros suportes que são a-copiados em outras estruturas circundantes, tal como uma ba-inha de motor 128. 0 motor 100 pode ser adicionalmente aco-plado em uma estrutura maior descrita a seguir. Para facili-tar o acoplamento, um ou mais suportes de motor 106 podemser usados.

Uma fonte de energia 118 pode suprir potência parao anodo 112, catodo 114, fonte de radiação eletromagnética120 (tal como um laser ou LED), fonte de radiação eletromag-nética 122 (tal como uma fonte RF), ou qualquer combinaçãodestes. Uma fonte de partícula 126 pode ser acoplada diretaou indiretamente no capacitor assimétrico 110 para fornecerpartículas complementares ou primárias (tal como no espaço)ao capacitor. Um ou mais bicos de injeção 126A e/ou 126B po-dem direcionar as partículas da fonte de partícula 126 tantopara a entrada quanto para o volume entre os eletrodos parafornecer injeção de partícula uniforme e controlada. Um con-duíte de potência 102 pode ser fornecido de um local fixo104. Alternativamente, a fonte de energia 118 pode ser umafonte de energia portátil que é auto-contida independente deum local fixo para pelo menos algum período de tempo antesque a restauração ou a recarga possam ser realizadas.

A figura 5B é uma vista esquemática de topo da mo-dalidade mostrada na figura 5A. Em pelo menos uma modalida-de, o anodo 112 e/ou o catodo 114 do motor 100 podem incluiruma ou mais aberturas 136 a fim de aumentar a área superfi-cial de saída do eletrodo ou eletrodos em particular com asaberturas. As aberturas podem ser arranjadas em um padrãopara criar um anel vortex ou outros padrões para melhorar aeficiência e força resultante do capacitor. As aberturas 136podem permitir que ar ou outro meio no qual o catodo ou ano-do opere para passar por meio dos eletrodos para o interiorda região entre o anodo, catodo ou ambos. A maior área su-perficial pode fornecer maior eficiência para o motor 100.

A figura 6 é um diagrama esquemático da alocaçãode energia elétrica disponível entre as várias funções queprecisam ser realizadas para uma modalidade exemplar. A fon-te de energia 118 supracitada pode ser usada para suprir po-tência para o capacitor assimétrico por meio de uma primeiraparte da fonte de energia 130, especialmente para o anodo epara o catodo, supracitados. Sem limitação, uma faixa de po-tência é de cerca de 200 watts (W) ou maior, mas tais valo-res podem ser apropriadamente colocados em escala para oti-mizar o desempenho para a aplicação específica. Uma segundaparte da fonte de energia 132 pode ser usada para fornecerenergia para o dispositivo a laser ou arranjo LED supracita-dos. De forma similar, uma faixa de' potência exemplar é decerca de 300 W ou maior. Uma terceira parte de fonte de e-nergia 134 pode ser usada para suprir potência ao dispositi-vo de aquecimento por RF supracitado. Uma faixa de potênciaexemplar pode ser de cerca de 1.500 W ou maior para esta mo-dalidade. As partes da fonte de energia podem ser formadascomo um suprimento de potência unitário ou como múltiplossuprimentos de potência. Naturalmente, outras modalidadespodem ter diferentes alocações de energia elétrica disponí-veis entre as várias funções que precisam ser realizadas eesta modalidade é somente ilustrativa.

A divulgação provê uma estrutura a ser acoplada nocapacitor assimétrico para que a força motriz do capacitorassimétrico possa fornecer um impulso para a estrutura. Aestrutura pode suportar equipamento, uma ou mais pessoas ououtros organismos vivos ou outros itens de interesse, aquiamplamente chamados de "carga útil".

A figura 7 A é uma vista esquemática em perspecti-va de uma modalidade de um veículo aéreo não tripulado(UAV). A figura 7B é uma vista esquemática de topo da moda-lidade da figura 7A. A figura IC é uma vista esquemática Ia-teral da modalidade da figura 7A. As figuras serão descritasem conjunto umas com as outras. 0 UAV 150 inclui chassi 152acoplado em um ou mais motores de capacitor assimétrico 100.Cada motor pode estar na forma de um motor supradescrito comum anodo, catodo, e uma ou mais fontes de radiação eletro-magnética, tais como um ou mais dispositivos emissores defóton (tais como lasers) e dispositivos de aquecimento oualguma combinação destes. O UAV também inclui vários apare-lhos eletrônicos 154 adequados para o controle do UAV. Empelo menos uma modalidade, a potência pode ser suprida noUAV por meio de um conduite de potência 102, que pode seracoplado em um suprimento de potência remoto, tais como nonivel do solo ou em outro local fixo 104. Em algumas modali-dades, o suprimento de potência 118 pode ser fornecido nopróprio UAV. O UAV também inclui sensores 156, 103 para aco-modar captura de imagem, eletromagnética e de dados paraprocessamento e exibição.

Vantajosamente, o UAV 150 pode incluir três moto-res, embora uma quantidade maior ou menor de motores possaser usada. Os três motores ajudam a prover controle de vôo,tais como arfagem, balanço rotacional e, talvez, guinada, doUAV.

Uma vantagem do UAV e de outros itens impulsiona-dos pelo motor 100 são a acústica, a eletromagnética e a as-sinatura de seção transversal de radar relativamente baixas.Este recurso pode ser particularmente útil para certos veí-culos e embarcações.

Naturalmente, outras modalidades podem incluir ve-ículos aéreos tripulados ou de flutuação no solo, e veículosguiados, bem como um hospedeiro para outros itens no solo,no mar ou submarinos, ou no ar, ou no espaço. A presente in-venção cria um sistema de força motriz universal usado, nogeral, para propulsão. A invenção também pode gerar um fluxode energia ou plasma direcionado para fora do aparelho. Emuma modalidade, o motor não tem partes móveis e pode reduziros custos totais de propriedade, incluindo custos de aquisi-ção e de manutenção.Em pelo menos uma modalidade, algumas caracterís-ticas de desenho exemplares são faixa variável e extensiva,velocidade variável e capacidade de alta velocidade, baixaacústica, eletromagnética e assinatura RCS, suprimento depotência em pulsos variável na faixa de cerca de 120-160+VDC ou VAC, 1,6-16+ A, -2+ kW, e baixa manutenção em funçãode poucas partes móveis, se houver, com alguma manutençãoleve nos nós em função da erosão.

A figura 8A é uma vista esquemática em perspectivade uma modalidade de um veículo aéreo tripulado (MAV 170). Afigura 8B é uma vista esquemática frontal da modalidade dafigura 8A. As figuras serão descritas em conjunto umas comas outras. O MAV também pode ser usado como um veículo deflutuação no solo. No geral, o MAV 170 inclui um chassi 172,um sub-chassi 174 e um ou mais motores 100 acoplados a elecom controles apropriados. No geral, o chassi 172 é configu-rado e dimensionado para uma ou mais pessoas. A ergonomiapode variar e em pelo menos uma modalidade pode se parecercom um assento de vôo de aeronave. 0 sub-chassi 174 é forma-do de elementos estruturais e é acoplado no chassi 172. 0sub-chassi 174 pode fornecer suporte para o um ou mais moto-res 100 acoplados no MAV 170. Os motores podem ser montadosem várias elevações, tal como abaixo ou acima do chassi 172ou em uma elevação entre eles. Em algumas modalidades, umamaior elevação pode fornecer maior estabilidade tendo umcentro de gravidade da carga útil mais baixo.

Embora o número de motores possa variar, vantajo-samente, múltiplos motores 100 podem fornecer controle posi-cional para o MAV 180. Em pelo menos uma modalidade, os mo-tores 100 podem se inclinar em um ou mais eixos geométricosrelativos ao sub-chassi 174 para criar uma variedade de ve-tores de impulso com uma grandeza e direção. Tal inclinaçãopode ser automática ou manual.

O controle posicionai pode ser feito automatica-mente, manualmente ou em uma combinação destes. Por exemplo,um controlador 17 6, tal como uma "manete", pode fornecercontrole de vôo, tal como controle de arfagem e de balançode rolagem. Um controlador 178 pode fornecer controle deguinada e ser atuado pelos pés de um operador no MAV 170. Oscontroladores podem incluir os aparelhos eletrônicos, cabea-mento, fios de controle e outros componentes necessários,como é conhecido pelos versados na técnica. Adicionalmente,o MAV 170 pode incluir um controlador de potência 180 paracontrolar a potência de um ou mais motores 100. Adicional-mente, o controle do MAV 17 0 pode ser aumentado usando gi-roscópios ou outros sistemas de controle de estabilidade.

Em algumas modalidades, o MAV 17 0 também pode in-cluir uma rampa de recuperação 182. A rampa de recuperaçãopode ser aplicada em uma emergência para a segurança da pes-soa ou pessoas no MAV.

Vários fundamentos da invenção foram aqui explica-dos. As várias técnicas e dispositivos divulgados represen-tam uma parte daquilo que versados na técnica de física deplasma entendem prontamente a partir dos preceitos deste pe-dido. Detalhes para a sua implementação podem ser adiciona-dos pelos versados na técnica. As figuras anexas podem con-ter informação adicional não especificamente discutidas notexto e tal informação pode ser descrita em um pedido poste-rior sem adicionar novo assunto em questão.Adicionalmente,várias combinações e permutações de todos os elementos ouaplicações podem ser criadas e apresentadas. Tudo pode serfeito para otimizar o desempenho de uma aplicação especifica.

O termo "acoplado", "acoplamento" e termos seme-lhantes são aqui usados amplamente e podem incluir qualquermétodo ou dispositivo para prender, ligar, colar, fixar, a-nexar, unir, inserir, formar, comunicar ou de outra formaassociar, por exemplo, de forma mecânica, magnética, elétri-ca, química, direta ou indiretamente com elementos interme-diários uma ou mais partes de elementos, e podem incluir a-dicionalmente formar integralmente um elemento funcional comum outro.

As várias etapas aqui descritas podem ser combina-das com outras etapas, podem ocorrem em uma variedade de se-qüências a menos que de outra forma especificamente limita-do, várias etapas podem ser interlineadas com as etapas a-presentadas, e as etapas apresentadas podem ser divididas emmúltiplas etapas. A menos que o contexto exija de outra for-ma, a palavra "compreende" ou variações, tais como "compre-endem" ou compreendendo", devem ser entendidas para implicara inclusão de pelo menos o elemento ou etapa ou grupo de e-lementos ou etapas ou seus equivalentes apresentados, e nãoa exclusão de nenhum outro elemento ou etapa ou grupo de e-lementos ou etapas ou seus equivalentes.Adicionalmente, todos os documentos aos quais areferência é feita no pedido para esta patente, bem como asreferências listadas em todas a lista de referências deposi-tada com o pedido são aqui incorporados pela referência. En-tretanto, até o ponto em que as declarações podem ser consi-deradas inconsistentes com o registro da patente desta in-venção, tais declarações não devem ser expressamente consi-deradas feitas pelo(s) requerente(s) .

Também, quaisquer direções, tais como "topo", "ba-se", "esquerda", "direita", "para cima", "para baixo", e ou-tras direções e orientações são aqui descritas para esclare-cimento em relação às figuras e não devem ser limitantes dodispositivo ou sistema ou do uso atual do dispositivo ousistema. o dispositivo ou sistema pode ser usado e, inúmerasdireções e orientações.

REFERÊNCIAS

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2. Stein, William B., Electrokinetic Propulsion:

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3. Bahder, Thomas B. and Bazi, Chris, Force on naAsymmetrie Capaeitor, Army Research Laboratory, September27, 2002.

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6. Canning, Francis X., Meleher, Cory, and Winet,Edwin, Asymmetrical Capacitors for Propulsionf Glenn Re-search Center of NASA (NASA/CR-2004-213312) , Institute forSeientifie Research, October, 2004.

Claims (24)

1. Método para superar limitações de carga deespaço para meio gasoso, CARACTERIZADO pelo fato de quecompreende:a. aplicar radiação eletromagnética à partículascontidas em um meio gasoso;b. aplicar um campo elétrico às partículascontidas sem descarregar o campo elétrico pela formação dearco, o campo elétrico tendo uma maior capacidade delimitação de carga de espaço comparada com um campo elétricoaplicado a partículas sem radiação eletromagnética aplicadaàs partículas.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que aplicar a radiaçãoeletromagnética às partículas ioniza pelo menos uma partedas partículas contidas.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2,CARACTERIZADO pelo fato de que aplicar a radiaçãoeletromagnética às partículas cria um plasma no meiocontido.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3,CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreendeestabilizar o plasma com um uma radiação eletromagnética decomprimento de onda maior do que um comprimento de ondausado para criar o plasma.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que aplicar a radiaçãoeletromagnética às partículas aumenta uma densidade dapartícula para um volume dado, uma energia de plasma ou umacombinação destes.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que aplicar a radiaçãoeletromagnética compreende aplicar radiação ultravioleta,radiação infravermelha ou uma combinação destes.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6,CARACTERIZADO pelo fato de que aplicar a radiaçãoeletromagnética compreende aplicar a radiação em freqüênciasque ionizam as partículas por foto emissão.

8. Método, de acordo com a reivindicação 6,CARACTERIZADO pelo fato de que aplicar a radiaçãoultravioleta, a radiação infravermelha ou uma combinaçãodestas, compreende aplicar cada tipo de radiação em um oumais comprimentos de onda.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreendefornecer partículas ao meio contido.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9,CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreendesuplementar partículas atmosféricas com partículas gasosassuplementares selecionadas.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreendepulsar a radiação eletromagnética às partículas.

12. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreendecomutar a radiação eletromagnética a partir de um estadodesligado para um estado ligado e de volta para um estadodesligado.

13. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreendeenergizar o meio com pelo menos pressão atmosférica emcondições padrão e fornecer partículas suplementares para omeio.

14. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende ummeio contido envolvido por um meio líquido, onde o líquido éentregue ao recipiente em uma forma vaporizada.

15. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que aplicar a radiaçãoeletromagnética compreende aplicar radiação em umafreqüência que ionize as partículas por foro emissão.

16. Sistema para superar limitações de carga deespaço para meio gasoso, CARACTERIZADO pelo fato de quecompreende:a. um meio contido de partículas gasosas;b. uma fonte de radiação eletromagnética paraaplicar radiação eletromagnética ao meio contido;c. uma fonte de campo elétrico adaptado paraaplicar um campo elétrico ao meio contido; ed. um controlador acoplado na pelo menos a fontede radiação eletromagnética ou a fonte de campo elétrico.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 16,CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende umafonte de energia acoplada ao controlador e travado em umlocal de terreno fixo.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 16,CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende umafonte de energia portátil acoplada ao controladorindependente de um local de terreno fixo.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 16,CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende umafonte de partícula acoplada ao meio contido para suprirpartículas ao meio.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 16,CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte de radiaçãoeletromagnética compreende um foto emissor direcionado nadireção do meio contido.

21. Sistema para superar limitações de carga deespaço para meio gasoso, CARACTERIZADO pelo fato de quecompreende:a. meios para aplicar radiação eletromagnética àspartículas contidas em um meio gasoso; eb. meios para aplicar um campo elétrico àspartículas contidas sem descarregar o campo elétrico pelaformação de arco, o campo elétrico tendo uma maiorcapacidade de limitação de carga de espaço comparada com umcampo elétrico aplicado a partículas sem radiaçãoeletromagnética aplicada às partículas

22. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que aplicar radiaçãoeletromagnética adicionalmente compreende aquecer aspartículas com um magnetron.

23. Sistema, de acordo com a reivindicação 16,CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte de radiaçãoeletromagnética compreende um magnetron adaptado paraaquecer as partículas.

24. Sistema, de acordo com a reivindicação 21,CARACTERIZADO pelo fato de que os meios para aplicarradiação eletromagnética compreendem um magnetron adaptadopra aquecer as partículas.