多年来，并未成功地制造出无反作用推力装置(reactionless thrust device)。这种驱动装置的一个早期实施例是美国专利公开文献US 2886976中所说明的“Dean Drive”。如果成功开发的话，无反作用推力 装置具有革新空间旅行的潜力。
大体上，无反作用推力装置包括各种不同的旋转轮和配重。研究 这种装置的物理学家已经大体清楚的是，为了产生净推力(net thrust)， 必须改变这些配重的质量。在20世纪90年代，已经完成的工作提出 了一种导致这种质量变化的理论措施。
在已知的期刊中的多个学术文章中提出了物体的质量改变 (Woodward，J.F.(1990)，＂A New Experimental Approach to Mach′s Principle and Relativistic Gravitation[sic]＂Found.Phys.Lett.3，497-506； (1992)，＂A Stationary Apparent Weight Shift from a Transient Machian Mass Fluctuation＂Found.Phys.Lett.5，425-442)。
这些文章描述了物体的质量变化的幅度的公式的导数δm可以被 估计为：
δm≈(Φ/[4πGρ0c4])(δP/δt)
其中，Φ是重力势能场，等于c2，其中c是光速。G是牛顿重力 常数。ρ0是其中出现能量流的质量介质的密度(例如，电容器的介电 材料、能量储存装置)。δP/δt是施加至能量储存/流介质的功率时间变 化率。
公式的提出者James F.Woodward在所参考的期刊中指出，所述公 式完全满足广义相对论和狭义相对论，并且至少几乎适用于所有引力 相对理论。该公式的内容基础之一是由Ernst Mach在19世纪后期提出 的思想，由于宇宙中其它物质的存在，物体具有惯性(和惯性反作用 力)。Einstein将该内容称为Mach原理，并且这形成了广义相对论的 一个基础。Woodward增加了该原理，即小区域的空间-时间必须是局 部洛仑兹不变的(Lorentz-invariant)，因而导致了使用狭义相对论。数 学运算然后导致了产生可用于计算质量变化效应的如上所述场公式。
其它出版物已经研究了不用排出推进燃料质量而产生推力的潜力 (即，无反作用驱动装置)(Woodward，J.F.(1992)，＂A Stationary Apparent Weight Shift from a Transient Machian Mass Fluctuation＂Found. Phys.Lett.5，425-442；(1994)，＂Mach′s Principle and Impulse Engines： Toward a Viable Physics of Star Trek？＂invited paper for the 1997 NASA ＂Breakthrough Propulsion Physics＂workshop at the Lewis Research Center，12-14 August)。
三个美国专利公开文献(No.5280864、No.6098924和No. 6347766)已经提出了实现这种装置的技术。然而，目前为止的工作仅 仅产生了短期的微小的力。无反作用推力装置还没有实用，还仍需要 实验室工作。
美国专利公开文献No.5280864(“Woodward I”)是最重要的专利 公开文献，并说明了在诸如电容器和电感器的能量存储装置中产生瞬 时惯性质量变化的方法。Woodward I描述了一种电容器，其安装在压 电致动器上(例如，高频声音扩音器元件)并利用千赫频率的正弦波 被驱动。说明了一种推力装置，其在大约5秒钟的时间段内产生等于 一克的若干分之一的力。在Woodward I的装置中周期运动的频率是相 当高的。因而，质量变化将快速地出现和消失，并且这些瞬时的质量 变化将很难测量。Woodward I的装置基本上放大了电容器中的小惯性 质量变化效应，这是通过利用致动器在其“轻微”(即较低的惯性质量) 时沿一个方向加速电容器并在其“沉重”(即较高的惯性质量)时沿另 一方向加速电容器而实现的。这被推定将导致一可测量的净力。
然而，在NASA雇佣一组Washington大学的研究人员评价该装置 时，他们发现了实验错误。研究者Cramer、Cassissi和Fey在American Institute of Aeronautics and Astronautics提出的文章中指出了这点(文 章号：AIAA-2001-3908)。已知的公式F＝ma提供了用于计算以质量m 导致加速度a所需的力F。所述公式还可以被表示为F＝m dv/dt，其中 加速度a＝dv/dt(即，速度时间变化率)。然而，尽管质量大体上为常 数，但是它可以变化。在质量m变化的情况中，必须使用更加复杂形 式的公式(即，F＝m dv/dt+v dm/dt，其中dm/dt是物体质量时间变化 率)。Woodward并未将包含dm/dt的项考虑到他的计算中。可以看出， 如果考虑到的话，则在致动器和电容器都由同步的正弦(AC)信号(就 像Woodward I中的那样)被驱动时，各力将抵消。
然而，Woodward的实验似乎表明产生了一净力被产生。这在美国 专利公开文献No.6098924(“Woodward II”)中被解释，其中说明了压 电驱动元件具有影响过程的其自己的电容。Woodward II和美国专利公 开文献No.6347766(“Woodward III”)然后说明了两个主要的改进。 第一个改进在于谐波驱动频率的叠加(其解决了由Cramer等人提出的 问题)并且第二个改进在于使用共振机械结构以进一步放大力。
Woodward I、II和III都描述了共振电路。这种电路需要使用正弦 (AC)波形实现。所有Woodward实施例基于这种波形的使用，并且 实际上所有由Woodward公开的公式超过了在Woodward I中所示的基 础公式，
δm≈(Φ/[4πGρ0c4])   (δP/δt)
并基于正弦(AC)驱动信号的假设。Woodward基于这样的假设 选择信号，即必须保存进入到电容器系统中的能量。所设立的共振电 路仅仅需要少量的能量以继续工作。仅仅需要正在进行的能量输入以 补偿系统中的损失。
在美国专利公开文献No.US2006/0065789(“Woodward IV”)中说 明了另一种装置。所述装置使用正弦波形并在大约50kHz工作。仍存 在与微力和短持续时间有关的重要问题。
现有技术的主要问题(主要Woodward I、II、III和IV)在于四点。 首先，在实验装置中所产生的力非常小，等于一克的若干分之一。具 体地，Woodward使用了10kHz正弦波形的100瓦的输入功率期望几 十毫克级别的峰值瞬间质量变化。具体地使用高频以获得较高的dP/dt 值，而所期望的质量变化仍较小。
第二，力是短期的。在Woodward的实验中，大约五秒钟的持续 时间是典型的。尽管Woodward没有明确地提出，但是应该清楚的是， 对于产生这些短期的质量变化所需的高功率(100W的级别)如果连续 施加的话将损害较小的部件。
第三，为了获得可观的效果，Woodward的装置必须在10-20kHz 级别的超声频率操作。这导致了复杂性。施加至结构(例如梁)一端 的物理力并不立刻到达另一端，而是像冲击波那样行进到另一端，其 中所述冲击波以大约材料中的声速行进。钢铁和铝中的声速是大约 5000米/秒。以20kHz，冲击波将在一个周期内行进0.25米(250mm)。 然而，任何可估计的滞后将造成在结构的另一端可见的力的波形的相 移。为了避免这个问题，必须将结构的尺寸限制为波长的大约10％。 在这种情况(即，20kHz被使用)中，结构被限制为大约25mm或大 约1英寸。这严重地限制了现有技术中所述的装置的可量测性，同时 使得这种装置不可能用于产生工业规模的力。
第四，Woodward II和Woodward III中所述的装置必须由机械共振 结构构成。除了由这种设计限制所造成的明显的困难以外，可以看出 从这种装置的任何有用的提取力将本质上减振必要的共振结构。
因此，这些现有技术的装置并不适于产生有用量的无反作用推力。
美国专利公开文献US 2003/0057319(“Fitzgerald”)旨在基于 Woodward的现有技术将质量改变装置结合到一轮中以放大效果。然 而，Fitzgerald明显是基于Woodward的错误理解。Fitzgerald在[0005] 段声称Woodward说明了“可以通过快速地改变物体的能量密度而减小 物体的质量”。然而，Woodward的仔细阅读表明，物体的时间平均质 量仍未改变。另外，Fitzgerald在[0053]段声称利用任何波形将实现质 量减小：“通过电信号源所产生的电流的波形可以是正弦的或锯齿的或 是的上侧电极与下侧电极之间的电势差快速改变的任何其它形状”。将 初等微积分应用于如上所述的δm公式表明了这是不真实的——所有 的波形导致了在整个时间内平均为零的质量变化。从公式δm≈ (Φ/[4πGρ0c4])(δP/δt)可以看出，物体的所期望的质量变化与介电材 料的密度ρ0和施加至物体的能量时间变化率这两者有关。力与介电材 料中的能量密度之间的关系由Woodward获得。例如，在Woodward 的网址(http://physics.fullerton.edu/～jimw/general/massfluc/index.htm)， Woodward提出他标为(1.4)的等式，F＝ma的表达式被表达为动量形 式F＝pv并不被表示为Einsteinian4-向量的形式。
F＝-[(c/ρ0)(δρ0/δt)，f]
E＝mc2然后被代替，同时调整这样的事实，即相对变量是密度， 而不是质量。因而，E＝mc2变成E0＝ρ0c2，其可被重新排布成这样的形 式ρ0＝E0/c2，其中E0体现能量密度。
代换，Woodward获得以下他标为(1.5)的等式：
F＝-[(1/ρ0c)(δE0/δt)，f]
在该等式中，E0在时间微分中已经代替了ρ0，并且ρ0已经被留在 “常数”项(1/ρ0c)中。
在Woodward I中，Woodward选择具有轻重量但刚性的介电材料 的电容器，其中所述介电材料具有3000kg/m3的密度。Woodward II 和III说明电容器必须具有材料芯体。在评价他的最初期望的结果为什 么小于预期的原因的文章中，他推测电容器的壳体中的介电材料的运 动或弹性压缩可能影响了结果。电容器移动一小距离可放大该问题。 在他出版的文章中，Woodward提出，在其装置中，通过压电致动器的 往复加速在几埃内实现。无论该距离多小，即使介电材料中小量的弹 性或介电材料与电容器壳体之间的小间隙，可以严重地影响力传输至 壳体。
Woodward对于材料芯体是必须的坚信表明，他清楚在势场内包含 的质量材料中出现的惯性质量变化效应，其中所述势场包围介电材料。 在这种理解中，对于将出现的质量变化而言，不仅材料芯体是必须的， 芯体的材料也需要是合适刚性的，从而将由于加速而出现的力首先传 输至电容器的壳体，并然后传输至机构。

因此，一方面，所期望的是这样的方法和设备，其被构造成改进 实际可获得的惯性质量变化、优选改进无反作用推力装置的效率。另 一方面，所期望的是这样的方法和设备，其被构造成更加高效地并有 效地应用所获得的惯性质量变化，以产生无反作用推力。
因此，在本发明的一方面中，设有一种用于在其中造成惯性质量 变化的物体，所述物体包括质量变化区域，所述质量变化区域被构造 成具有位于其上的随时间改变能量，其具有非零的时间变化率，其中 真空位于所述区域上。可选地，所述物体包括电装置，所述随时间改 变能量包括电能。可选地，所述物体选自：电容器、电感器和变压器， 并且所述区域包括真空芯。可选地，所述能量实质上是磁能。可选地， 所述能量包括电磁辐射能。可选地，所述物体包括波导。可选地，所 述能量包括微波能。
在本发明的另一方面，设有一种用于在物体中造成惯性质量变化 的装置，所述装置包括：包含用于在其中造成惯性质量变化的物体的 质量变化物体，用于在其中造成惯性质量变化的物体包括位于其上的 质量变化区域，所述质量变化区域被构造成具有随时间改变能量，具 有非零的时间变化率，其中真空位于所述区域上，可被包括在用于在 物体中造成惯性质量变化的装置中；所述装置还包括能量源，其中所 述能量源被构造成产生具有非零的时间变化率的随时间改变能量，所 述源和所述质量变化物体被构造成在所述质量变化物体的所述质量变 化区域上产生所述随时间改变能量，以改变所述质量变化物体的惯性 质量。可选地，所述装置还包括加速器，以加速所述质量变化物体， 而所述随时间改变能量位于所述质量变化区域上。可选地，所述质量 变化物体选自：电容器、电感器和变压器，其中所述区域包括真空芯。 可选地，所述加速器包括直线加速器，用于沿直线路径加速所述质量 变化物体。可选地，所述加速器包括旋转加速器，用于旋转加速所述 质量变化物体。可选地，所述加速器包括电机，所述电机具有伺服反 馈性能，以根据预定的运动曲线，对所述质量变化物体产生运动。可 选地，所述装置还包括连接-脱离器，其被构造成选择性连接和脱离连 接所述质量变化物体与所述加速器，以使得在脱离连接的过程中在所 述质量变化物体与所述加速器之间大致没有力传递，并且所述质量变 化物体在连接的过程中通过所述加速器被加速。可选地，所述能量源 包括波形发生器、以及将所述波形放大至选择的级别的放大器。可选 地，所述能量源包括存储的波形的源、以及将所述波形放大至选择的 级别的放大器。
在本发明的另一方面中，设有一种用于沿净力方向抵抗着基座产 生净力的装置，所述装置包括：
至少一个与所述基座相连的质量变化物体，所述至少一个质量变 化物体被构造成在具有非零的时间变化率的能量被施加至其时经受惯 性质量变化；
加速器，其与所述至少一个质量变化物体相连，以便加速所述至 少一个质量变化物体，以使得至少一个质量变化物体抵抗着所述基座 施加一力；
能量源，其操作性连接至所述至少一个质量变化物体并被构造成 向至少一个质量变化物体选择性施加(1)质量增加波形，其特征在于， 所述质量增加波形的能量的时间变化率是正的；和(2)质量减小波形， 其特征在于，所述质量减小波形的能量的时间变化率是负的；
所述能量源被构造成在所述质量变化物体的加速度具有与所述净 力方向相反的至少一个分量时向所述至少一个质量变化物体的每个施 加所述质量增加波形，并且在所述质量变化物体的加速度具有沿所述 净力方向的至少一个分量时向所述至少一个质量变化物体的每个施加 所述质量减小波形；
所述质量增加波形与所述质量减小波形相比是不同的作为时间函 数的波形。
可选地，所述质量增加波形和/或所述质量减小波形的能量的时间 变化率大体上是直线型的作为时间的函数。可选地，所述质量增加波 形和/或所述质量减小波形的能量的时间变化率大体上是恒定的作为 时间的函数。可选地，所述至少一个质量变化物体包括电装置，并且 所述能量源包括电源。可选地，所述至少一个质量变化物体包括电装 置，其选自：电容器、电感器和变压器。可选地，所述质量变化物体 包括电容器，所述质量增加波形包括锯齿电压波形。可选地，所述至 少一个质量变化物体包括电容器，所述质量增加波形和所述质量减小 波形分别包括电压波形，其作为时间的函数由以下公式表示：
V(t)＝±(1/C)[C(2t0-2V0+2tP0+(δP/δt)t2)]1/2
其中，t是时间，t0是初始时间，V0是代表初始电压的积分常数， P0是代表初始能量的积分常数，C是电容器的电容量，并且δP/δt是质 量减小波形的能量的时间变化率。可选地，所述加速器包括往复式加 速器，其被构造成沿大致直线路径加速所述至少一个质量变化物体， 并且所述加速器和能量源被构造成，在所述质量增加波形与所述质量 减小波形中或之间的不连续部的过程中，所述至少一个质量变化物体 大致未被加速。可选地，所述加速器包括旋转加速器，其具有至少一 个臂，所述臂绕一中心点沿大致圆形路径承载所述至少一个质量变化 物体，所述加速器和能量源被构造成施加所述质量增加波形和所述质 量减小波形，从而整个时间内的平均质量变化大致为零。可选地，所 述加速器包括用于移动所述至少一个质量变化物体的致动器、以及用 于控制所述致动器的控制器。可选地，所述能量源被构造成在整体波 形中应用所述质量增加波形和所述质量减小波形，所述整体波形在(1) 所述质量增加波形内、(2)所述质量减小波形内、以及(3)所述质量 增加波形与所述质量减小波形之间大致没有不连续部。可选地，所述 质量减小波形大体上是椭圆型的，并且包括四个区间，四个区间包括：
区间A，包括其中t小于t0并且V大于零伏的所述质量减小波形 的部分；
区间B，包括其中t大于t0并且V大于零伏的所述质量减小波形 的部分；
区间C，包括其中t小于t0并且V小于零伏的所述质量减小波形 的部分；以及
区间D，包括其中t小于t0并且V小于零伏的所述质量减小波形 的部分。
可选地，所述质量增加波形包括锯齿电压波形，所述锯齿电压波 形包括交替的线性增加电压部分和减小电压部分。可选地，所述整体 波形被构造为周期波形，其在每个单独的质量变化物体绕所述中心点 的每次720度旋转时重复，其中：
所述质量增加波形的增加电压部分从零度至180度被施加；
区间A从180度至270度被施加；
区间B从270度至360度被施加；
所述质量增加波形的减小电压部分从360度至540度被施加；
区间C从540度至630度被施加；
区间D从630度至720度被施加；
而净力方向大致是沿90度方向。
在本发明的另一方面中，设有一种用于产生机械能量的装置，所 述装置包括：
至少一个质量变化物体，其附着至可移动的框架，所述至少一个 质量变化物体被构造成在具有非零的时间变化率的能量被施加至其时 经受惯性质量变化；
加速器，其与所述至少一个质量变化物体相连，以便沿运动路径 将所述至少一个质量变化物体加速至初始速度；
能量源，其操作性连接至所述至少一个质量变化物体并被构造成 向至少一个质量变化物体选择性施加(1)质量增加波形，其特征在于， 所述质量增加波形的能量的时间变化率是正的；和(2)质量减小波形， 其特征在于，所述质量减小波形的能量的时间变化率是负的，从而使 得所述至少一个质量变化物体与相连的可移动的框架的合惯性质量小 于零；
再生式制动器，其被构造成在所述质量减小波形被施加时，向所 述至少一个质量变化物体施加迟滞力，从而恢复机械能量，并且在所 述质量增加波形被施加时并不向所述至少一个质量变化物体施加所述 迟滞力；
所述能量源被构造成在所述迟滞力并不被施加时向所述至少一个 质量变化物体施加所述质量增加波形，并且在所述迟滞力被施加时向 所述至少一个质量变化物体施加所述质量减小波形；
其中，所述质量增加波形与所述质量减小波形相比是不同的作为 时间函数的波形。
可选地，所述运动路径大致是直线的。可选地，所述运动路径大 致是圆形的。可选地，所述再生式制动器包括连接-脱离器，以在质量 增加波形被施加时将所述制动器从所述至少一个质量变化物体脱离连 接、从而没有迟滞力被施加，并且在所述质量减小波形被施加时将所 述制动器连接至所述至少一个质量变化物体、从而施加所述迟滞力。 可选地，所述连接-脱离器选自：电磁装置、机械离合器、液压离合器、 气动离合器、利用电流变流体或磁流变流体的离合器以及受控的驱动 系统。可选地，所述再生式制动器选自：再生制动模式的电机；发电 机、气动压缩机、气动泵、液压压缩机和液压泵。可选地，所述质量 增加波形和/或所述质量减小波形的能量的时间变化率大体上是直线 型的作为时间的函数。
可选地，所述质量增加波形和/或所述质量减小波形的能量的时间 变化率大体上是恒定的作为时间的函数。可选地，所述至少一个质量 变化物体包括电装置，并且所述能量源包括电源。可选地，所述至少 一个质量变化物体包括电装置，其选自：电容器、电感器和变压器。 可选地，所述质量变化物体包括电容器，所述质量增加波形包括锯齿 电压波形。可选地，所述至少一个质量变化物体包括电容器，所述质 量增加波形和所述质量减小波形分别包括电压波形，其作为时间的函 数由以下公式表示：
V(t)＝±(1/C)[C(2t0-2V0+2tP0+(δP/δt)t2)]1/2
其中，t是时间，t0是初始时间，V0是代表初始电压的积分常数， P0是代表初始能量的积分常数，C是电容器的电容量，并且δP/δt是质 量减小波形的能量的时间变化率。
附图说明
参照附图仅仅通过实施例现在将说明本发明，所述附图示出了本 发明的优选实施例，并且其中：
图1示出了由于将正弦AC电压波形施加至电容电路而获得的曲 线；
图2示出了由于将锯齿波形施加至电容电路而获得的曲线；
图3示出了将锯齿波形施加至电容电路而获得的曲线，其中锯齿 波的尖峰近似为抛物线；
图4示出了优选的质量减小波形；
图5示出了功率与加速之间的关系；
图6示意性示出了直线无反作用推力装置；
图7示意性示出了旋转无反作用推力装置；
图8是图7的装置的放大示意图；
图9是系统的框图，由此，可减少无反作用推力装置的效率的操 作状态的改变可被检测并纠正；
图10示出了用于旋转无反作用推力装置的实施例总输入波形；
图11示出了可用于轴动力的产生的波形；
图12是电容器的示意性视图；并且
图13示出了在旋转无反作用推力系统中质量变化物体的加速的 方向；
图14示出了具有左-右对称的双曲型质量增加波形；并且
图15示出了具有上-下对称的双曲型质量增加波形。

在附图中，相同的附图标记代表相同的元件。现在参看图6和7， 这些图示出了通过改变质量变化物体的惯性质量而产生推力的方法和 设备的两个方式。所述设备包括：质量变化物体(mass change object) 30(例如，电容器、电感器或变压器)，其优选具有真空芯；波形发生 器60，其包含用于产生任意波形的器具或回放所期望形状的所记录或 存储的波形的装置；放大器50，以将这些波形的电压增加至期望的级 别；致动器25(图6中的直线，图7中的旋转)，用于加速质量变化 物体30并可以产生合适的运动曲线，这是借助于例如机械凸轮、电伺 服反馈装置、液压或气动伺服反馈装置和与之相关的任何必要的控制 器具80实现的；用于直线或旋转致动器25的活动能量源(未示出) (例如电源、气动或液压流体源)；连接缆线，以连接包括柔性缆线元 件70的电部件，以便允许直线致动器的运动，或连接旋转滑环45以 允许连接至旋转致动器；绝缘体，其需要包含质量变化物体的端子和 本体；以及结构元件15，以将质量变化物体30连接至致动器。
在优选实施例中，质量变化物体30的质量选择性地被改变，从而 质量的变化被用于产生无反作用推力。同样在优选实施例中，电容器 被用作为质量变化物体30。电容器30的介电介质优选是天然或人造 的真空。对于该申请文件而言，“真空”意味着压力大致低于大气压力。 优选地，电容器30中的真空将低于7.6Torr；7.6Torr对应于大气压力 的1％的压力。更优选地，真空将是大约1×10-7Torr或更小。具有1×10-7 Torr的真空的电容器是商业上可购的，被制造用于高功率广播无线电 中，并可具有100000伏大小的最大等级。
应该清楚的是，本发明的一个方面包括使用任何电部件作为质量 变化物体30，其中，能量流被引入到部件内的真空或近真空芯或区域 中。这种部件的实施例包括但不限于真空电容器、真空芯电感器 (vacuum-core inductor)和真空芯变压器(vacuum-core transformer)。 在存在天然真空的情况中，例如在太空中，这种电部件可以利用现有 的天然真空被构成。例如，在这种环境中，具有足够间隔的两个导电 板可成为天然真空电容器。
还应该清楚的是，本发明还包括使用非电质量变化物体。因为δm≈ (Φ/[4πGρ0c4])(δP/δt)，所以质量变化可引入到其中具有δP/δt的任 何物体中。该δP/δt并不必限于电能。例如，封闭波导在其室内可具有 由于注入的微波导致的δP/δt。磁能在质量变化物体内可随着时间改变， 正如其它类型的能那样，包括但不限于包括在电磁频谱上发射的电磁 能。本发明包括使用任何类型的随时间改变能量。在该说明书中，术 语“随时间改变能量物体”意味着这样一种物体，其具有随着时间而 变化的能量。应该理解的是，本发明包括使用任何随时间改变能量物 体(其具有处于与物体30相连的质量变化区域32上的非零时间变化 率)作为质量变化物体30。还应该清楚的是，诸如电容器、电感器和 变压器的电器件是优选的随时间改变能量物体，这是因为将随时间改 变电能发送至它们是实用的和相对方便的，并且因为这些类型的合适 构造的器件在有用数量方面是商业上可购的。
应该理解的是，(随时间改变能量所位于的)质量变化物体的特性 将根据所使用的物体30的类型而改变。例如，如下进一步所述，电容 器中的质量变化区域32包括位于形成电容器的两个板或导体33之间 的区域(见图12)。在具有圆柱形线圈的线圈电感器中，质量变化区 域32包括圆柱体内部的空间。在如上所述的波导中，质量变化区域 32包括随时间改变微波能量所位于的封闭波导内的空间。
本领域技术人员应该理解的是，诸如电压、电流和功率的变量之 间的关系针对不同类型的电器件而言是不同的。因此，例如在电容器 中，I＝C dV/dt，其中V是横贯电容器的电压，t是时间，C是电容量， 并且I是通过电容器的电流。相反，在电感器中，V＝L dI/dt，其中V 和I分别代表通过电感器的压差和电流，t是时间，而L是电感。大体 上，P＝VI，并且dP/dt＝d(VI)/dt，但是该通用公式导致了针对功率P 和针对δP/δt的专用公式，所述公式针对每个这些装置而言是不同的。 因此，对于任一特定的δP/δt而言，输入电压或电流波形在电容器中采 取与在电感器中不同的形式。出于相同的原因，在其它类型的电器件 被使用时，输入波形是不同的。找出针对特定电器件合适的输入波形 以产生期望的δP/δt可以通过以下方式实现，限定期望的δP/δt，并然 后利用特定的电器件的特性(例如，针对电容器，I＝C dV/dt；而针对 电感器，V＝L dI/dt)以确定合适的输入波形。
类似地，在具有改变的非电能的随时间改变能量物体中，产生δP/δt 所需的合适的输入可以通过以下方式被确定，即考虑期望的δP/δt、并 利用随时间改变能量物体的特性以确定将产生所期望的δP/δt的输入。 应该理解的是，根据公式δm≈(Φ/[4πGρ0c4])(δP/δt)，质量变化与δP/δt 成比例。因而，可以产生具有特定特性的质量变化，这是通过产生被 选择用于导致所期望的特定质量变化特性的期望的δP/δt而实现的。
在优选实施例中，商业上可购的任意波形发生器60可以被编程以 产生任何期望的波形，或者在一些情况中，在多通道上产生多个波形。 现有的装置60是可现购的，以产生合适的波形或从期望形状的存储的 合适记录的波形回放。这种现有的装置包括但不限于任意波形发生器、 具有合适的数字至模拟软件和硬件的计算机或可编程逻辑控制器、或 者诸如磁带放音装置的模拟存储装置。与MP-3播放器类似的专用装 置可以被使用，但是优选地，这种装置将设计成完全地再现所期望的 波形并且避免由这些装置上所用的压缩算法所产生的复制误差。在具 有多电质量变化物体装置30的一些实施例中，有利的是具有同时操作 的多通道波形。在一些情况中，这种发生器60可以结合有放大器50， 以产生针对特定应用所需的足够高的输出电压和电流。
应该理解的是，优选实施例的发生器60和放大器50以及用于供 能的电源或其它装置，用作为能量源，连接至质量变化物体30，以便 产生具有非零时间变化率的随时间改变能量，优选包括具有正能量时 间变化率的质量增加波形，以及具有负能量时间变化率的质量减小波 形。应该理解的是，本发明可以使用其它部件实现该功能。在本发明 的一个方面中，重要的是，装置包括连接至质量变化物体30的能量源， 以便产生随时间改变能量，其具有非零的时间变化率，优选包括具有 正能量时间变化率的质量增加波形，以及具有负能量时间变化率的质 量减小波形。
优选地，放大器50适于如实地将波形放大至必要的电压，所述电 压可超过30000伏。在一些实施例中，可以期望使用多个放大通道。 这种放大可以利用高压管实现，或利用功率电阻器和串联二极管网络 (cascade diode network)或其它已知的方法实现。
功力致动器25例如可以采用永磁式DC电机的形式。优选地，致 动器25具有这样的特性，使得转矩、速度和加速度在波形频率的或其 附近的频率处是平滑的，并且在这种情况中可以快速地控制转矩以及 因此控制加速度。在如图7所示的优选实施例中，致动器25是永磁式 DC电机，其具有借助于商业可购的旋转编码器或类似装置而实现的伺 服反馈性能。大体上，致动器25可以是直线型或旋转型或其它类型的 单元，但是应该适于产生合适的编程运动曲线。致动器25可以但不限 于是以下之一：具有伺服反馈性能的直线电机；直线运动装置，其中 旋转伺服电机的运动借助于诸如带、链、缆线、丝杠或滚珠丝杠被转 换成直线运动；具有伺服反馈以及控制器的气动或液压直线或旋转运 动装置。通过机械凸轮或连杆、或具有合适控制器的电伺服反馈装置 可以产生这样的运动曲线。在一些情况中，可以不用伺服反馈机构产 生所期望的运动的有用的和接近的近似。
在其它情况中，应该清楚的是，质量变化物体30可以借助于离合 器连接至致动器25。在离合器接合时，装置30由于致动器而移动。 在离合器释放时，装置30自由而滑行(coast)，因而减小装置的加速 并且将由物体30中的质量变化所产生的任何惯性作用与致动器25脱 离连接。由于在优选实施例中离合器所需的高开关速度，应该清楚的 是，这种离合器将利用电磁器具操作。然而，可以使用其它装置，所 述其它装置包括但不限于机械离合器、液压或气动离合器、或利用电 流变流体或磁流变流体的离合器，其中所述流体具有相对迅速的反应 时间。
设备还优选包括控制器具80，其具有以选择的致动器器具(除了 如上所述的)提供必要的程控速度和加速度曲线的能力。具有一体的 控制器和驱动放大器、适于提供所示的运动曲线的商业可购的伺服电 机驱动系统是合适的。还可以使用其它控制器具，包括但是不限于电 控制器、例如具有放大器的电伺服驱动系统、通过凸轮或类似机械装 置编程的系统、或具有用于控制气动或液压致动器的比例阀的电伺服 驱动系统。在优选实施例中，控制器具80形成了用于加速质量变化物 体的加速器的一部分。
设备还优选包括用于提供由致动器25所需的必要电能、机械能、 气动能、液压能或其它类型的能量的器具。在优选实施例中，所述器 具的形式为电源(在DC电机的情况中，稳压DC电源)。
在优选旋转致动器25的情况中，可以利用商业可购的多导体旋转 滑环45，以将放大的波形转移至作用为质量变化物体30的电容器或 其它电器件。在直线致动器25的情况中，柔性电缆元件或电缆迹线是 合适的，在其横贯致动器25的运动范围时，向质量变化物体30提供 放大的波形。然而，应该理解的是，实现将波形转移至质量变化物体 的目的的其它方式也是可行的。例如，足够紧凑的且耐用的波形发生 器和放大器可以被采用，其可安装在移动部件上，其中可以利用诸如 无线电或红外的无线器具实现与致动器控制器80的通讯。在该可选的 实施例中，波形可以在移动部件之外被产生，但是放大器优选设置在 移动部件上，因而将通过滑环45所传递的电压仅仅限制为低压(大体 上小于48伏)。
在使用电质量变化物体时，绝缘体可以被用于防止来自质量变化 物体30的末端或本体的电弧，尤其如果在关注电弧的情况中以高压操 作时。通过利用不导电的材料、例如塑料或陶瓷可以实现绝缘。在这 种高压的情况中，如果可以将质量变化物体30远离其它导电部件，则 那么可以无需绝缘。通过惯性质量改变产生推力的设备的操作参数是 优选地使得，可以利用高频、低压装置产生有用的质量变化效应，因 而进一步减小对于绝缘体的需求。
设备还优选包括用于以刚性的方式将一个或多个质量变化物体30 安装至致动器25的结构器具。在旋转致动器的情况中，结构器具优选 形式为一个或多个辐条或臂15，其刚性连接至毂部43。在该实施例中， 质量变化物体30安装在每个臂15的端部附近，如果需要的话这利用 了如上所述的绝缘体。
图7示出了采用该原理的旋转系统。电机25由控制器80控制。 电机25驱动毂部43以使得臂15旋转，在所述臂上安装有形式为电容 器的质量变化物体30。信号发生器60产生一信号，所述信号由放大 器50放大并经由利用了滑环45的引线70而输送至臂15上的电容器。
图6示出了直线装置，通过其，与质量变化效应同步地可以产生 受到控制的加速效果。低摩擦丝杠12通过由控制器80所控制的伺服 电机25被驱动。形式为电容器的质量变化物体30利用由丝杠12所驱 动的内置螺母被安装至移动滑块40。丝杠12因而作用为一导轨，其 中物体30沿所述导轨移动；并且还作用为直线加速物体30的加速器 的一部分。可编程的信号发生器60产生一信号，所述信号通过放大器 50被放大并通过柔性引线70连接至电容器30。
如上所述，惯性质量变化由以下公式决定，即δm≈(Φ/[4πGρ0c4]) (δP/δt)，其中Φ是重力势能场，近似等于c2，其中c是光速。出于 计算的目的，所述场在全域中近似为常数。G是牛顿重力常数。ρ0是 带有随时间改变能量的质量介质的密度(在优选实施例中，电容器的 介电材料)。δP/δt是施加至质量变化物体30的能量时间变化率。
在公式δm≈(Φ/[4πGρ0c4])(δP/δt)的内容中，Φ、G和c普遍是 常数。然而，ρ0是所选择的随时间改变能量物体(例如，电容器)的 特性，并可以被控制。本说明书将关注于电容器，但是类似的原理将 应用于其它随时间改变能量物体30，例如电感器和变压器。在电容器 中，随时间改变能量(具有非零δP/δt)流经电荷被存储的电容器的区 域(即，介电或绝缘材料)。电容器中的能量作为由绝缘体所分离的极 板之间的电势被储存。因而，相应的密度并不是包括壳体的整个电容 器的密度，而是介电材料(即，极板之间的绝缘体)的密度。因为ρ0 是用于计算质量变化的公式的分母，所以ρ0的较小值将给出改进的结 果，形式为更高幅度的质量变化。
介电材料的密度可以被看作为影响电感应惯性质量变化的延滞因 素。Woodward选择具有轻质但刚性的介电材料的电容器，并且美国专 利公开文献No.6098924和No.6347766表明了电容器必须具有材料 芯。在评价其所期待的结果低于预期的原因的文章中，他指出在电容 器的情况中介电材料的移动或弹性压缩可影响质量变化结果。 Woodward似乎理解了在包围介电材料的势场内所包含的质量材料中 出现的惯性质量变化效应；因此，感觉他相信材料芯是必须的。在这 种理解中，不仅材料芯是必须的，还有芯的材料必须是合适刚性的， 从而将由于加速所产生的任何力转移至电容器的壳体并因此转移至机 构。
因此，现有技术是基于这样的理解，即介电材料必须具有显著的 质量，这是因为质量变化效应被理解为在包围介电材料的势场内所包 含的质量材料中出现。用于电容器的材料芯因此被理解为是必须的。 然而，不期望的是，已经发现瞬态惯性效应并不出现在质量本身中(因 此并不取决于质量)，而是出现在与质量对应的空间-时间的区域中， 但是否则独立于质量。这出现是由于在狭义相对论的E＝mc2中内在的 质量与能量之间的可允许的互换。以动量方式重写的、采取为 Einsteinian 4-向量的形式的公式F＝ma为：
F＝-[(1/P0c)(δE0/δt)，f]
在该公式中，E0(能量密度)已经代替了时间导数中的ρ0，以体 现能量流δE0/δt的可能性(其可借助于电场作用)，并且ρ0已经留在公 式的“常数”部分(1/P0c)中，代表了固定的或“天然的”物体的质量， 其相关密度并不变化。
如果使用具有真空而非材料介电绝缘体的电容器，则电容器的可 能的质量变化显著增加。E0＝ρ0c2可用于在物质与能量之间进行转换， 并还可允许用于小且正的并恒定的E0i代替物理物质ρ0，其中E0i是在 制造不完全真空时在电容器的真空芯中留下的物质的全物质至能量转 换率所导致的能量密度。因为E0i对于通过电容器的给定的能量流而言 是常数，所以与材料芯相比利用真空芯电容器可以实现质量的变化的 巨大改进。在E0i/c2代替了ρ0之后，修改的质量变化公式成为：
δm≈(Φ/[4πG E0ic2])(δP/δt)
E0i是任意小的值，在这种情况中，其通过提高电容器中的真空度 而使得较小——真空越好，则E0i就越小。E0i是上述公式中的分母， 并且因此，其越小，则δm就越大。这种代替还导致了之前形式的公式 中的分母中的c4成为c2。
因为在与随时间改变能量对应的空间-时间的区域内出现质量变 化效应，所以所产生的惯性和加速度力被传递至所述区域附近的质量 变化物体的结构。因此，在电容器的情况中，能量流位于极板之间。 在电容器加速的情况中，在时间t0与t1之间，从位置p0移动至p1，如 果p1与p0之间的距离大于电容器的长度，则因为电容器限定了基能量 密度E0i与能量流δP/δt这两者之间的定位(其影响惯性质量变化效应 δm)，该效应移动通过同一距离(即，距离p1减去p0)。出现质量变化 的场仍被捕获在电容器的两端板之间，并通过这些端板的位置被限定。 因此，端板的结构中的弹性将影响任何力被传递至电容器的本体的方 式。通过使得结构更加刚性可以最小化这种影响。
因此，因为E0/c2可以代替ρ0，无需实际质量使得出现质量变化 效应，或者使得公式δm≈(Φ/[4πGρ0c4])(δP/δt)实现。能量的体现可 以被代替，导致了这样的结论，即因为ρ0(正常的质量密度)接近零， 所以可以实现质量变化效果的极大增加。
应该理解的是，没有已知的完美的真空，无论人造或天然的(甚 至在深空宇宙，天然真空也不是完美的)都没有。特别地，利用工业 方法制成的任何真空将具有残余的可检测的质量。在电容器加速时非 常低压的气体物质的转移(原子将在于加速方向相反的端部聚集)可 影响力传递至电容器的壳体。
这种力传递方面的有害影响的实施例是现有技术的Woodward的 装置。Woodward的装置的一个特征在于，通过压电致动器所造成的来 回加速在极小的距离内出现，在公开的文章中为几埃。因此，在 Woodward的装置中，其中所述装置具有介电材料，如果在介电材料中 具有任何弹性或者在介电材料与壳体之间具有间隙，则可能的是，力 并不高效地被传递至壳体。这是因为在反向之前沿每个方向的移动短 的使得，仅仅移动的效果可以被压缩或者介电材料移位——在力可以 开始被转移至电容器的结构时，运动被反向，同时使得介电材料沿其 它方向移位和/或压缩。
在本发明的优选实施例中，至少以以下方式之一可以克服该潜在 的困难。首先，在每个加速周期的过程中质量变化物体所移动的距离 是电容器的尺寸的合理的百分比。所移动的距离优选是电容器的长度 的至少5％，并且最优选地至少为电容器的长度那样大。因此，即使 在留在真空中的气体移动之后，还将有其它运动，在此过程中，力将 被传递至电容器的极板和壳体，或传递至其它类型的质量变化物体的 结构。其次，设备优选被构造成沿单个方向而不是来回加速，因而最 小化了由留在真空中的物质所造成的力传递的有害影响。在该结构中 移位物质的影响被最小化，这是因为物质将在电容器的一个端部聚集 并停留在那里，而不是从一端改变至另一端。正如以下进一步所述， 在此所述的旋转装置具有这样的益处，因为质量变化物体绕毂部沿一 个方向移动而非周期地颠倒方向，像直线装置中那样。
具有随时间改变能量流可施加至的非固态芯的电装置是商业上可 购的。例如，具有标称1×10-7torr真空的真空电容器是商业上可购的， 并通常用于高功率广播的目的。同样，空气芯电感器和变压器是商业 上可购的。
利用真空质量变化区域实现的质量变化效果的改进的大小可以通 过与现有技术的对比而被理解。Woodward的装置之一利用了包括具有 3000kg/m3密度的介电材料的电容器。相比，1×10-7torr的真空具有 1.7×10-10kg/m3的密度。这体现了大约1.8×1013倍的潜在的质量变化 的改进。
另外，已经发现，输入波形可以被选择成产生期望的质量变化曲 线。针对Woodward的现有技术，这具有明显的优点，现有技术使用 共振电路和AC波形的附属要求固有地限制于周期的、颠倒的质量改 变。对于与利用真空芯能量存储装置有关的明显改进的效果，大质量 变化来自于相对小的能量流。存在特定的波形，将给出最佳的性能， 这取决于是否质量增加或减小被需要，或者期望的其它目的。
应该理解的是，无反作用推力装置将通过不同地加速质量变化物 体而最佳操作，这取决于特定时间的物体的质量。换句话说，质量变 化物体30的加速的方向和/或幅度在质量变化物体30的质量增加时与 质量变化物体30的质量减小时相比是不同。与特定的质量变化曲线相 关的选择的加速曲线的使用导致了沿期望的方向的期望的净推力。以 下给出了加速和质量变化曲线匹配方式的详细实施例。
已经清楚的是，如果使用两个不同的输入波形：质量增加波形(即， 导致正δm的波形)和作为时间的函数而与质量增加波形不同的质量减 小波形(产生负δm)，则有助于为了产生推力，加速与质量变化曲线 的匹配。这与输入波形并不是两个不同波形的Woodward相反，实际 上，单正弦波形总是同样作为时间的函数。
优选地，质量增加和质量减小波形产生所期望类型的大体上恒定 质量变化效应(即，恒定的正δm或恒定的负δm)。这种波形最大化了 质量变化效果，这是因为产生推力的能力与质量变化的幅度有关，在 出现质量变化的时间内扩展。因而，假设期望在时间t1与t2之间增加 质量变化物体的质量。因为可产生的推力的量大体随着质量变化的增 加的幅度而增加，然后，最优选地，质量变化从t1至t2将大体是恒定 的。如果质量变化不是恒定的，则最大质量变化将在t1与t2之间的时 间周期内是不可用的以产生推力，并且这是并不优选的。
此外，具有大体恒定的质量变化简化了设计计算。如果在任何给 定的所感兴趣的时间周期内质量变化是恒定的，则在力公式F＝m dv/dt+v dm/dt中的第二项将可以省略，这是因为dm/dt为零。
然而，应该理解的是，本发明可以采取并不是恒定的输入波形。 尽管多少是优选的，但是属于不同时间函数的任何质量增加和质量减 小波形可由本发明实现。因而，例如，可以使用产生直线变化但非恒 定的质量变化的输入波形，并且这些波形与正弦输入相比将简化设计 计算，这是因为dm/dt将在质量变化的周期内是恒定的。然而，最优 选的是使用产生恒定的、正的质量变化的质量增加波形以及产生恒定 的、负的质量变化的质量减小波形。
在理想的电容器中，电压与电流之间的关系是I＝C(dV/dt)，其中， I等于通过电容器的电流，C是电容器的电容量，而V是横贯电容器的 电压。利用电容器作为示例质量变化物体，现在将讨论优选质量增加 和质量减小波形。因为期望的是使得质量变化大体恒定(并且因此， 对于dP/dt是大体恒定的)，所以将假设dP/dt的幅值是常数K。因而， 对于正的质量变化，dP/dt＝K，并且P＝P0+Kt，其中P代表功率，而P0 是代表在初始时间的初始功率的积分常数。类似地，对于质量减小波 形而言，dP/dt＝-K，并且P＝P0-Kt。
为了获得波形公式，将电容器内的电压与电流相关的等式(I＝C dV/dt)与用于计算电路中的功率的公式(P＝VI)被使用。
通解在以下公式中表示。
V(t)＝±(I/C)[C(2t0-2V0+2tP0+(δP/δt)t2)]1/2
其中，t是时间，t0是初始时间，V0是代表初始电压的积分常数， P0是代表初始功率(能量)的积分常数，C是电容器电容量，并且δP/δt 是质量减小波形的功率(能量)时间变化率。δP/δt是期望的恒定值。
最简解由正δP/δt表明并选择t0＝0、V0＝0并且P0＝0。用于电容器 的该质量增加电压波形在图2中示出，并且包括锯齿波形。由于±，所 以线可上升或下降。该波形从基电压直线向上倾斜，到达峰值，并然 后可直线向下倾斜(斜率与上升的部分相同)直至其达到基电压。该 周期可以无限地重复。电流I的幅值是恒定的，但是方向可以周期颠 倒，如图2所示。
图2还示出了合功率曲线是一具有周期不连续部的斜线。功率随 着时间的变化，δP/δt，等于功率线的斜率，并且通过目测是恒定的和 正的。功率在每个不连续部的左侧达到其最大值，并且在右侧达到其 最小值。因而，尽管功率在数学上在该不连续部是未限定的，但是横 贯不连续部的功率的下降表明了δP/δt的较大的负的偏移(excursion)。 同时，在功率曲线被限定的所有点，δP/δt是恒定的和正的。
在人造系统中，驱动放大器将不可不断地从负电流转换至正电流， 正如产生图2所示的锯齿电压输入波形所需的那样。实际结构是，这 种人造放大器将在电压峰值产生小曲线。如图3所示，在电压被使得 驱动系统并且I＝Cδv/δt的情况中，电压峰值被模型化为与电压曲线相 切的而非如图2所示的点的抛物线曲线。如图3所示的结果在于，在 不连续部处存在对于δP/δt(以及同时的惯性质量变化)的较大负值。 取决于应用情况，无法控制这些效应可潜在地导致设备损害。同样重 要的是注意到，总功率在整个时间内将合计为零，这可通过对比δP/δt 曲线之下的正面积和负面积而看出。
还应该注意到的是，针对正质量的其它初始条件导致了具有上-下 和左-右对称的双曲线型曲线，如图14和15所示。
如果选择负的δP/δt，则曲线具有如图4所示的特征椭圆形(并且 其在图10至11中以点划线被示出为基准椭圆)。在波形中存在两个对 称。因为时间项是平方的，所以在t0的每侧针对时间保持同一结果(通 常为周期波形)。还存在关于0伏的对称。
双曲线型和椭圆型曲线具有这样的区域，其中电压曲线的切线随 着曲线跨过V＝0而接近垂直。这些区域在实际中并不使用。首先，因 为I＝C dV/dt并且在垂直的切线，dV/dt接近无限大，则需要无限大的 电流以获得这种曲线。其次，因为P＝VI，所以在这种情况中的功率将 等于零乘以无限大，该值在数学上是无法限定。
这些因素与设定期望的初始状态的能力一起造成了在特定的极限 内产生任意波形的能力。波形区段的限制的幅度、开始电压V0、初始 功率值P0、初始时间t0与期望的δP/δt可被构造成产生期望的波形区 段。各波形区段可以结合在一起，以产生期望的效应。为了在电压波 形中的不连续处避免不期望的δP/δt偏移，电压曲线可以被设计成相连 并且是切向的，从而导致光滑连续的δV/δt。
应该清楚的是，在等式δm≈(Φ/[4πGρ0c4])(δP/δt)中，在无反作 用推力装置的设计者的控制中的仅仅两个变量是ρ0和δP/δt。如上所 述，通过选择并构造质量变化物体30可在很大程度上控制ρ0。因而， 本发明的一个方面的优选实施例涉及使用具有位于质量变化区域32 的真空的质量变化物体。
关于δP/δt，该变量在理论上可以设置为任何期望的值。然后，利 用针对所使用的特定质量变化物体有效的各等式，其中所述等式将 δP/δt与驱动输入波形的变量相关，可以确定该波形的特定的结构。在 上述的电容器的特定情况中，δP/δt最优选地设置为常数，针对质量增 加或减小而言是正的或负的。将功率与电压相关的等式然后被用于确 定质量增加和质量减小输入电压波形。正如所述，设计者然后可以构 造初始条件(例如，t0、V0、P0)以产生必要的波形。
理论上，通过可由设计者选择的恒定δP/δt的幅度没有限制。然而， 实际上，δP/δt应该优选被选择成说明实际世界的限制。这种限制包括 以高速开关如实地产生并放大复杂波形的放大器或其它能量源的能 力、以及以高速开关与质量变化物体有关的运动设备的能力。待考虑 的其它重要的实际限制包括设备尺寸与由冲击波传播和超声效应所造 成的波形频率的限制。同样，结构限制由于δP/δt的突然极大偏移所产 生的对设备的冲击而存在。
已经发现在实际中，超声效应限制了已经商业可购的设备所用的 最大频率。以合理尺寸的机械设备(在一米的级别上)，该限制是大约 100至200Hz。在100Hz，并利用由放大器供能的标定为1×10-7torr 的真空电容器(其中所述放大器具有2100V的峰值输出、±100mA的 电流以及大约21mW的峰值功率输出)，产生325Kg的理论质量变化。 实际上，针对目前现有可用的设备可行的质量变化已经发现实际上是 受到限制的，因为较高的质量变化使得电容器上存在潜在影响危害结 构的力。每电容器50Kg或更小的变化被认为是针对目前商业上大量 可购的设备的实际目标，但是更高性能的设备可以被制成，其将允许 增加可能的质量变化的实际范围。
优选地，质量变化物体30将沿一个方向以连续运动的方式移动， 这是由于在真空室内的任何剩余物质的力传递的影响。在这种情况中， 用于沿直线路径移动质量变化物体的直线加速器并非是优选的，这是 因为直线路径的尺寸必须是受到限制的，并且运动的反向将是必须的。 对于每次反向，在真空中所留的物质将移位至质量变化区域的另一端， 因而减小了力传递至质量变化物体30的结构。在直线加速器被使用 时，因此优选的是在反向之前完成沿每个方向的多个波形周期，以最 小化移位物质对于力传递的影响。
在确定施加质量变化波形以产生期望的质量变化曲线从而产生无 反作用推力的方式时，有用的是考虑安装在任意长导轨上的小动力托 架上的质量变化物体(例如，电容器)。电容器供应有必要的能量流， 以导致期望的质量变化。在这种情况中，目的是在导轨上引出最大反 向力(即、推力)，而并不超过托架中的设定速度V，并且此外，根据 牛顿第三运动定律，甚至在将托架制动于轨道的端部之前的停止之后， 应该存在这样的净反向、或反作用力。
在我们无法改变托架的惯性之间的通常的情况中，来自动力推车 的牵引力将在轨道上产生反向力，而托架被加速至速度V。然而，在 托架被向回制动至零速度时，相同的和相反量的动量将作用在轨道上， 同时导致了轨道上的零净力。
然而，如果图3的质量增加波形被施加至动力托架上的电容器上 以产生随时间改变能量以及相应的质量增加，则可以改变零净力的该 结果。如果托架的加速被均匀地施加，则零净反作用力的同一结果将 由于质量变化平均输出在整个时间内达到零而出现，这是由于负的偏 移的δP/δt。然而，如果托架的加速在移动的过程中在质量变化为负时 停止，则轨道将仅仅由于较高的惯性质量而经受力。这在图5中示出。
如果在托架“较重”时仅仅出现托架的加速，并且如果质量变化效 应在制动周期过程中完全停止从而仅仅在质量变化物体的天然质量出 现制动，则获得了轨道上的净反向力。
使用质量减小波形的一个不常见的、潜在影响在于产生负的惯性。 例如，动力托架可具有25Kg的天然质量。如上所述，50Kg的质量变 化幅度将实际上是可行的。如果施加-50Kg的波形，则托架的净惯性 质量将是-25Kg。如果加速被控制成仅仅在负质量周期的过程中出现 加速，则系统仅仅具有负质量，这是因为通过加速，可以利用惯性质 量变化效应。可选地，在正质量波形部分的过程中，托架可以通过在 此所述的离合器装置从驱动装置脱离连接。在负质量的情况中，力等 式F＝ma中的常见形式被转换成F＝-ma。例如，施加在托架的轮上的制 动力(仅仅在波形的负部分的过程中被施加)将实际上加速所述质量。 在此，我们具有产生虚拟负质量的潜力，而平均质量仍等于天然质量， 离合器仅仅允许相关的驱动装置在质量为负时感应质量。负物质的所 述的加速效应由Dr.Robert Forward在其文章“Negative Matter Propulsion＂，J.Propulsion 6，28-37(January-February 1990)”中提出。
直线、往复、无反作用推力系统在图6中示出。质量变化物体30 (优选电容器)安装在托架40上，所述托架沿丝杠12以来回运动的 方式移动，其中所述丝杠用作为轨道。波形发生器60和放大器50用 作为能量源，以将质量增加和质量减小波形选择性地施加至电容器。 电机25(其与电容器相连)将电容器加速成，其在丝杠12上施加力， 所述丝杠还用作为所述力被施加靠着的基座。应该清楚的是本发明还 可以采用除了优选实施例的形式以外的其它形式的轨道和基座。
以下的方法可用于在图6的系统内产生推力。质量变化物体30在 丝杠12的一个端部处开始。放大器50被用于产生惯性质量增加波形。 电容器朝向丝杠12的中央线C/L被加速。加速曲线被协调成，在波形 由不期望的质量效应达到不连续部时(即，如图5所示的负的δP/δt) 没有实现加速。在中线将达到峰值速度。在该时间，产生惯性质量减 小波形。包含真空电容器30的托架然后在托架的另一端被减速至零速 度，并且朝向中线向回加速。加速曲线再次被协调成，在波形由不期 望的质量效应达到不连续部时没有实现加速。在该点，在中线被再次 达到之后，波形应该被切换至质量增加效应。托架应该在端部被减速 至零速度，并且过程可以按照需要而继续。
在该实施例中，所有加速指向中线。如果没有质量变化效应，则 结果将是交替的、但是最终自取消的力。然而，如果在沿一个方向出 现加速时质量被增加并且在沿另一方向时被减小，则出现净力。期望 的是，在总移动大于电容器的尺寸时并且在沿一个方向的多个波形周 期在反向之前被获得时，将获得最佳的结果。
如上所述，优选的是，质量变化物体的路径尽可能的长，从而无 需运动反向。形成封闭环路的质量变化物体的轨迹的使用消除了运动 反向的问题。利用环路导致了特定的设计复杂性，这是因为针对绕中 心点旋转的质量变化物体的力与加速等式包括体现旋度或涡度的项。 然而，已经发现，对于实际情况可以通过忽略这些项而进行处理。原 因在于，对于任何实际的半径，“直线”效应(例如，与圆形路径切向 的瞬时加速)将控制任何旋转效应。
具有针对质量变化物体的环路的无反作用推力系统10在图7中示 出。系统10包括位于标准电机25的轴上的一组臂15，并且将一个或 多个电容器安装在臂15的端部上，如图7所示。各臂靠近旋转滑环 45在毂部43相交，其中所述滑环优选用于将输入波形发送至质量变 化物体30。电容器30因而绕毂部43旋转，毂部43作用为物体30绕 之旋转的中心点。为了图示的目的，示出了0度、90度、180度和270 度的旋转点。
正如以下所述，向心力的旋转效应高效地放大了可用的推力。随 着一个电容器从0度旋转至180度，其施加有惯性质量增加波形(电 压增加)。随着电容器从180度移动经过270度，施加了质量减小波形 (如图4的曲线A)。从270度至360度，施加了另一质量减小波形(如 图4的曲线B)。从360度经过540度，施加了质量增加波形(电压下 降)。从540度至630度，施加了质量减小波形(如图4的曲线C)。 从630度至720度，施加了另一质量减小波形(如图4的曲线D)。该 720-度周期然后被重复。因而，对于结合的质量增加与质量减小波形 的一个周期需要电容器的两次旋转。这在图10中示出。
因为在任何旋转物体中，电容器朝向毂部43的旋转中心被加速。 相同和相反的反作用由于平衡力而拉动毂部。因为电容器在从0至180 度的区段内具有较大的惯性质量，所以与从180至360度的区段相比， 在毂部上产生较大的力，而净平均推力沿90度的方向。
因此，应该清楚的是，在直线和旋转推力系统这两者中，沿净力 方向的推力通过以下措施而被产生，(1)在质量变化物体的加速度具 有与净力方向相反的至少一个分量时，质量增加波形施加至质量变化 物体30；并且(2)在质量变化物体的加速度具有沿净力方向的至少 一个分量时，质量减小波形施加至质量变化物体30。在直线装置中， 利用图6作为引导，假设在质量变化物体在从轨道的远右侧加速至中 心线时质量增加波形施加至质量变化物体30。在这种情况中，净力方 向(即，抵抗着丝杠12所施加的净推力的方向)将是向右，如图6中 的箭头NF所示，并且如上所述。
在旋转装置中，如果质量变化物体30以恒定的速度绕毂部43旋 转，则质量变化物体30总是沿毂部43的方向经受净瞬时的加速。在 如上所述的波形结合被使用时，并且在净力方向如图7所示沿90度方 向时，在质量变化物体在180度与360之间并在540度与720度之间 时，存在沿90度方向的加速分量。类似地，在质量变化物体在0至 180度的范围内并在360至540度的范围内时，存在沿净力方向相反 的加速分量。这在图13中示出。
在图13中，质量变化物体30如图所示处于0至90至180度的范 围或360至450至540度的范围内。在该范围内，向心加速(CA)矢 量是两个垂直分量之和。这些分量之一是相对于净力方向的垂直分量 (PC)。另一个是相对净力方向相反的分量(ONFD)。因而，在该范 围内，质量变化物体具有与净力方向相反的加速分量，并且在该范围 内，质量增加波形被施加。在图13中，还示出了在180至270至360 度范围或540至630至720度范围内的质量变化物体。在该范围内的 物体具有为两个垂直矢量分量之和的向心加速(CA)。一个(PC)相 对于净力方向垂直，而另一个(NFD)是沿净力方向。因而，在该范 围内，质量变化物体具有沿净力方向的加速分量，并且在该范围内， 质量减小波形被施加。
应该理解的是，总输入波形(即，质量增加与质量减小波形的组 合)被构造成，整个时间内的平均质量变化为零。这对于任何实际系 统而言是需要的，其中能量的幅度并不无限地增加。
附加的电容器(或者在其它实施例中，其它物体30)可以在质量 变化物体旋转轨迹的周围被增加，而合适相位的输入波形根据每个物 体在轨迹上的位置而被施加至每个物体30，如上所述。物体30越多， 则推力将越平滑。可仅仅利用仅一个质量变化物体中的质量增加或减 小效应而构成低效的以及因此不优选的装置。还应该理解的是，净推 力方向可通过改变相对于旋转的波形的相位而被控制。
已经发现，如果±5Kg的质量变化以仅仅12Hz被引入到两个电容 器中，并且如果以.25m的半径进行720rpm的相应旋转，则可以产生 9000N的级别的净推力(可与小型商业喷气机上的一个发动机相比)。 这种影响通过以下措施而成比例变化：增加频率和rpm；增加臂半径； 增加质量变化；或增加电容器的数量。
优选地，从质量增加至质量减小波形的平滑过渡产生时，像图5 所示那样的任何突然的δP/δt反向将影响推力产生，并且具有损害电容 器或其它物体30的潜力。
在如图6所示的直线、往复、无反作用推力系统中，无论何时出 现不期望的δP/δt偏移，可以停止加速，从而装置并未存在这样的效应。 这可以实现是因为实际上仅仅出现一个加速，并且其沿轨道的方向。 然而，对于旋转机器需要考虑两个加速。首先是由于加速或减慢电机 所造成的切向加速。这可以按照期望而被控制。然而，向心加速(朝 向旋转中心的旋转质量的加速)与旋转速度的平方成比例。因而，只 要电容器(或其它物体30)沿它们的旋转路径移动，则它们将被加速， 甚至在出现δP/δt偏移时，并且即使它们的速度是恒定的。如下所述， 对于旋转装置而言，输入波形优选以这样的方式被施加，即大致避免 了不连续，并且因而避免了突然的δP/δt尖峰(spike)。然而，真实世 界的波形并不是理想的，并且可出现一些尖峰。因此，必须仔细考虑 产生具有受控形状峰值的波形，从而突变的幅度是已知的，并且在与 旋转速度结合时，是在可承受的机器和电容器的结构性能内。弹性安 装器具可以移动并吸收沿径向的振动，但是沿切向是明显刚性的，可 以被构造成缓冲这些力。
如上所述，在输入波形的不连续处出现δP/δt的大的偏移。在图6 的直线系统中，这些不连续处可以通过利用连接-脱离器、可选形式为 离合器而被处理。在离合器接合时(即，将质量变化物体30连接至加 速器)，质量变化物体30响应于加速器而移动。在离合器脱离接合时， 质量变化物体30从加速器脱离连接，并且质量变化物体大致未被加速 ——即其滑行。通过在从期望的恒定值产生δP/δt的不期望的偏移的不 连续部的过程中脱离接合离合器，可以防止这些偏移对于推力的产生 造成实际影响，这是通过将质量变化物体与其抵抗着所施加力的基座 分离而实现的。
然而，在旋转装置中，质量变化物体总是在运动时加速，如果仅 仅朝向毂部的话。因此，优选地，形成总输入波形的、质量增加与质 量减小波形的结合被构造成减小或消除产生不期望的δP/δt的偏移的 不连续部。这种总波形在图10中示出。如上所述，每两个旋转或720 度重复的总波形包括被选择成沿所选的方向产生净推力的质量增加与 质量减小波形的结合。如图10所示，这些质量增加与质量减小波形被 设置成，在它们之间不具有不连续部。换句话说，在一个波形部分与 另一波形部分相交的点，每个部分的切线的斜率与另一部分的相同。 在该优选的实施例中，结果是消除了与总输入波形中不连续部有关的 δP/δt的不期望的偏移。
如上所述的无反作用推力装置还可以被构造成产生轴动力。这种 系统可具有如图7所示的物理结构，例如包括两个质量变化物体30、 优选电容器，沿大致圆形运动路径移动。措施已经如上所述，图示的 装置用于产生推力。大体上，旋转系统中质量变化物体的运动具有两 个分量，即周向运动分量和径向运动分量。在任何给定的时间，系统 具有体现旋转速度的周向速度，并且周向加速将增加或减小旋转速度。 径向加速通过刚性臂15而被施加至质量变化物体30上，形式为与向 心力对应的向心加速。向心力与质量变化物体30的瞬时切向速度的平 方成比例。优选地，在如上所述的旋转推力系统中，存在针对给定期 望的推力级别的恒定的旋转速度。在具有两个质量变化物体30的系统 中，产生推力的一个方法是向一个质量变化物体提供质量增加波形而 相对的质量变化物体提供有质量减小波形，这是根据如上所述的原理。 例如，两个波形采取图10的形式，但是相位彼此相互偏移180度相位。
相反的是，在被构造成用于轴动力的系统中，所有质量变化物体 30将设有同一波形。在质量变化物体30是电容器的情况中，电压波 形将优选采取其主要是负的质量波形的形式，如图11所示，其中对于 主要是给定的周期的情况，质量减小效应被施加至每个电容器，从而 值明显是负的。在这种情况中，针对整个旋转结构的净惯性矩可以临 时是负的(即，DC电机25的转子、毂部43、安装臂15和电容器30)。
考虑到如上所述的周向运动和负物质的原理，通过再生式制动器 而施加至轴的制动扭矩将使得组件加速并使得旋转速度增加，其中所 述制动器被构造成将迟滞力施加至轴，因而引出轴动力。因为波形能 量是有限制的，所以必须是有正的δP/δt的对应间隔。因此，在δP/δt 为正时，必须将质量变化物体30与再生式制动器脱离连接，从而再生 式制动器并不在正δP/δt的过程中将迟滞力施加至质量变化物体30。 (如果这么做了，则合结果将是，再生式制动器产生仅仅平均值—— 即，质量变化物体的天然质量。)连接-脱离器(其在施加质量减小波 形时将制动器连接至物体(30)并在施加质量增加波形时将制动器从 物体(30)脱离连接)可选地包括：关闭永磁DC电机的电流(电流 与扭矩成比例，没有扭矩就没有加速——因此，电机用作为连接-脱离 器)；利用伺服驱动控制器，以在间隔的过程中维持恒定的旋转速度； 或者采用电或机械、液压或气动离合器或者利用响应的电流变流体或 磁流变流体的离合器，以在必须的时间将组件从轴脱离连接。因为期 望在负惯性质量的过程中的制动用于使得周向加速，所以旋转速度可 增加到不安全或不期望的级别。如果加速旋转组件超过期望的旋转速 度，则负质量效应将可以被停止，并且系统如所需的那样减速。
还需要考虑径向加速或向心力效应。因为所有的质量变化物体30 设有同一波形，并且假设存在如图7所示的两个或多个那样的物体30， 那么将取消向心力，并且沿净力方向NF没有净力(合力)。然而，向 心力将结构负载施加在装置上，以通常的旋转速度、级别为几百个重 力。装置必须足够坚固，以承受所施加的负载，并且δP/δt值应该优选 不允许理论上达到无限值。还应该清楚的是，由于平衡的向心力，在 将产生净力的装置中，波形的相位必须与旋转位置同步，针对操作被 构造成用于轴动力的装置无需这种同步。
还有用的是总结并对比状态，因而如图7所示的旋转装置可用于 与推力相对的轴动力。在轴动力应用中，旋转速度将是可变的，同一 波形被提供至所有质量变化物体，无需波形与旋转的同步，并且需要 连接-脱离器。
对于推力应用而言，旋转速度优选是恒定的，移相的波形被提供 至每个质量变化物体，其中所述波形与旋转的绝对位置同步，旋转速 度优选是恒定的，并且无需连接-脱离器。
尽管在再生式制动器模式中所使用的电机是将轴动力从这种装置 引出的优选方法，但是本发明还可采用引出动力的任何合适的方法， 包括但不限于发电机、气动压缩机、气动泵、液压压缩机和液压泵。
还应该清楚的是，在等同的直线装置中引出动力。在这种直线装 置的一个实施例中，质量变化物体可以利用直线感应电机沿大致直线 运动路径被加速和制动。像旋转电机那样，直线感应电机可用作为再 生式制动器并从迟滞力的施加中回收动力。如上所述，如果迟滞力在 包含质量变化物体的移动结构的净惯性质量为负时的过程中被施加 时，则移动结构和质量变化物体将加速。这种直线装置的一个缺点在 于，在没有封闭的路径时，需要往复运动。以直线方式引出动力的其 它模式也可由本发明实现，包括但不限于气动装置和液压装置。
因为电特性随着电路中的温度和其它状态而变化，所以给定的输 入波形的效果可以变化。因此，有利的是利用如图9所示的反馈监控 系统监控输入波形中的这种变化和感应补偿变化的影响。电流(I)传 感器61和电压(V)传感器62可以被采用，并且来自这些传感器的输 出连接至计算瞬时功率(P＝V×I)的乘法器63。注意：功率流δP/δt 是关键的变量。乘法器的输出然后被输送到比较器64中，所述比较器 将实际功率与周期内的特定点的所期待的值对比。然后，波形补偿器 65被设计成校正波形，以获得期望的结果。然后，由发生器60产生 调整的波形，并且输出至电路。这种装置可利用离散的部件或借助于 添加有合适的数字至模拟和模拟至数字硬件的计算机处理器装置中的 软件而实现。
在由此给出的本发明的说明书中，已经说明了多少优选的波形。 应该理解的是，本发明还可采用这种波形的近似，以获得这样的质量 变化，其中所述质量变化与通过利用在此所述的波形而获得的质量变 化近似。应该理解的是，有时候由于设备限制或其它实际限制，所期 望的波形的近似将更容易使用，并且可提供适合的结果。
利用基本上与如图7所示相同的装置进行实验。实验单元的结构 在图8中示出。与如图7所示的结构不同之处在于，紧凑的放大器被 使用并被附着至旋转臂。用于放大器和(由数字波形发生器所提供的) 波形信号的电源通过多导体旋转滑环被引线至旋转臂。另外，由于所 使用的高压，塑料壳体被制造以防止来自电容器的电弧到达邻近的金 属框。
所使用的电机是1hp的永磁DC单元。这种电机具有这样的特性， 即电压与电机的速度成比例，并且输入电流与扭矩成比例。数字信号 发生器被使用，以产生具有0V低电压和5V高电压的锯齿波形。在 放大之后，最终的波形具有18000伏的最小电压、25000伏的峰值电 压和6Hz的频率。放大器在该电压范围内具有最小的变形。
所使用的电容器是商业可购的Jennings真空电容器，其具有在最 大35000V的12pF的电容量、具有1×10-7torr的真空度。
第一实验由处于停止状态的电机开始。波形发生器被启动，并且 放大器被通电。然后，能量被输送至电机。具有模拟至数字转换器(A/D) 的可编程逻辑控制器(PLC)被用于驱动电机经过高速固态延迟。A/D 转换器感应来自波形发生器的输入电压。在电压达到预定的级别时， 电机被停机20mS。这确保了在波形峰值的过程中电机的电流中断， 并且电机在该峰值的过程中待机(coast)(或者经历无周向加速)，并 且相关的δP/δt反向。20mS的时间被使用作为实验设置中的特定延迟， 具有最大10mS的启动延迟。图5示出了该方法。第一实验由处于停 止状态的电机开始。波形发生器被启动，并且放大器被通电。然后， 能量被输送至电机。具有模拟至数字转换器(A/D)的可编程逻辑控制 器(PLC)被用于驱动电机经过高速固态延迟。A/D转换器感应来自 波形发生器的输入电压。在电压达到预定的级别时，电机被停机20mS。 这确保了在波形峰值的过程中电机的电流中断，并且电机在该峰值的 过程中待机(或者经历无周向加速)，并且相关的反向。20mS 的时间被使用作为实验设置中的特定延迟，具有最大10mS的启动延 迟。图5示出了该方法。
为了建立惯性质量改变效应无法实现的控制，放大器的功率对于 一些控制周期而言被终止。因为数字信号产生仍是可行的，所以这可 用于向PLC的A/D提供相同的波形，以便电机的开/关脉冲控制。因 而，这两个实验状态的唯一区别在于，是否在电容器内出现高功率流 (δP/δt)。
因而，期望的是，电容器的惯性质量由于高功率流(δP/δt)而增 加，然后在给定的电压设定的电机中的固定可用的转矩应该在运行的 过程中表明增加的旋转加速，而高功率流没有影响。
电机中的电流还被监控，以确保在两个实验过程中是相同的。
一视觉目标被附着至一个旋转臂，并且实验利用摄影机被记录。 然后，磁带被逐帧地被检查，并且由多帧所组成的记录对于加速过程 中的每个旋转是所需的。因为每帧代表了一秒的1/30，所以可以实现 精确的测量。
在25与35伏之间的多个电压进行所述实验。在如下所总结的第 一测试组中，在4对中完成8个测试(一个具有惯性调整开，一个具 有效应关闭)。对于4个全旋转的消耗时间在每个测试对中的两个状态 之间被对比。
平均差：.13秒
最大差：.10秒
最小差：.17秒
应该相信的是，在所测量的随时间改变部分地由测量技术造成， 其中所述测量技术使用离散的1/30秒的测量快照。例如，装置可在一 个快照中已经进行了4.0个旋转，并且在一个不同的运行中在最接近 的可比较的快照中进行了4.1个旋转。然而，注意到在所有测试对中 存在.10秒或更多的差。
在同样状态下的另一测试中，引出了针对7个旋转的输出。电机 的扭矩性能被用于计算惯性质量变化，其中所述惯性质量变化将导致 加速变化。该计算在每个旋转被完成。
平均计算的质量差：.43Kg
最小计算的质量差：.27Kg
最大计算的质量差：.65Kg
应该相信的是，质量差的改变是由测量技术造成，其中所述测量 技术使用离散的1/30秒的测量快照。例如，装置可在一个快照中已经 进行了4.0个旋转，并且在一个不同的运行中在最接近的可比较的快 照中进行了4.1个旋转。
另一实验被执行，以确定系统对于质量变化的灵敏度。高压放大 器被关闭。稳压器被使用，以将系统设定至最小失速的状态。电压然 后增加了可以开始旋转的最小量。电机的能量然后被中断，并且然后 再次接通，以确保出现旋转。电压放大器然后打开，以产生质量增加 效应。在所有的测试中已经发现，在放大器打开时电机将失速(产生 增加的惯性质量增加效应)。
然后实现校准，以确定测试设施的最小灵敏度。配重被增加至旋 转臂，以增加系统的惯性质量，从而模拟所述效应。因为配重不可被 增加在电容器的部位，所以每个配重的位置被测量，从而惯性矩中的 等效变化将可以被指配，如果配重位于与电容器同一半径处。
总计0.18Kg的(在电容器半径)等价质量变化的配重在没有更 多的余地之前被增加。电机适于没有失速地转动该增加的质量。因为 具有放大的质量增加波形的电容器系统适于使得电机失速，所以结论 是电容器的质量惯性变化大于0.18Kg。
该实验验证了两个理论。首先是真空分量在产生期望的质量变化 效应中可以与具有材料芯的电容器相比是明显更加有效的。其次是低 频形状的波形在与脉冲驱动器结合时产生较大与几乎连续的质量变化 中是高效的，其中所述驱动器在质量变化效应并不是期望类型时并不 被加速。
测量的值表明，质量变化大于.18Kg。基于测量的加速时间与电 机特性的计算的值表明，质量变化是在+.21Kg与-.16Kg的范围内 是.43Kg。
这如何与惯性质量变化的理论值比较？所测量的值低于7.3Kg的 理论计算的值，倍数为大约16。多个理论必须针对该差异的原因而被 考虑。首先，必须注意到，Φ的估计值取决于我们对于全域的大小和 物质分布的知识。其它因素与设备有关。例如，放大器并不可如实地 再现高压的输入信号。应该期待的是，具有改进设备的其它实验将可 以更靠近地接近理论值。然而，所获得的结果表明了工业规模的惯性 质量变化(在1lb的级别)，其可具有针对有用的应用的直接的潜力。
因为多个改型和改变对于本领域技术人员将清楚，所以本发明并 不限于如图所示和所述的极其优选的结构和操作，并且因此，所有合 适的改型和等价物可以被认为是落入本发明的范围内。