專(zhuān)利名稱：真空－大氣飛行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種航空航天領(lǐng)域的新型飛行器。因?yàn)槭褂锰厥獾娘w行系統(tǒng)，它不需要機(jī)場(chǎng)的跑道就可以在平坦的陸地和水面起降，適用于運(yùn)送大量物資和乘客。
背景技術(shù)：
目前，公知的飛行器基本外型結(jié)構(gòu)均來(lái)自仿生學(xué)。其很大程度上模仿鳥(niǎo)類(lèi)，特別是機(jī)翼的形狀。由于近代科技的進(jìn)步，我們現(xiàn)在已經(jīng)可以通過(guò)物理學(xué)，空氣動(dòng)力學(xué)及機(jī)械學(xué)等方法重新認(rèn)識(shí)飛行的理念從而設(shè)計(jì)出更為進(jìn)步的飛行器械。傳統(tǒng)的機(jī)身以載人納物為主，同時(shí)確保其與機(jī)翼、尾翼的連接與可靠，以及為系統(tǒng)設(shè)備的安裝與管線的通過(guò)提供方便。普通飛機(jī)主要是作為承載體考慮，在空氣動(dòng)力學(xué)上以減小阻力為目標(biāo)。傳統(tǒng)的飛行理念使我們目前的飛機(jī)飛行效益極其低下。本發(fā)明將是一種全新的飛行原理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是利用物理學(xué)，空氣動(dòng)力學(xué)及機(jī)械學(xué)等學(xué)科設(shè)計(jì)出一種特殊的飛行系統(tǒng)，可以在平坦的陸地和水面起降；并能夠以較低的能耗獲得較高的速度和航程。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案就是調(diào)動(dòng)全球的大氣為本發(fā)明工作。令發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴的工質(zhì)沿我們預(yù)先設(shè)計(jì)的路徑運(yùn)行再?gòu)奶囟獾绹娮炫派?，再結(jié)合飛升體盆形結(jié)構(gòu)的特殊外形將其內(nèi)腔的自然空氣頃刻之間逐出盆腔進(jìn)而使盆腔產(chǎn)生真空墊，從而形成真空效應(yīng)。它雖然不可能是百分之百的真空層。但是其沿內(nèi)壁體的氣流速度遠(yuǎn)大于我們所要求的400米/秒。這時(shí)，按照伯努利定律其氣流靜壓力為零甚至為負(fù)壓。而此間飛升體底盤(pán)的具有膨脹性的大氣將毫不吝嗇的為飛行器提供動(dòng)力并開(kāi)始工作了。所以說(shuō)本發(fā)明是利用真空和大氣壓共同作用而產(chǎn)生飛行效能的。但是最后仍然遵循傳統(tǒng)的空氣動(dòng)力學(xué)知識(shí)。有的專(zhuān)家可能會(huì)質(zhì)疑該飛行器升空的理論基礎(chǔ)到底是伯努利定律還是抽真空理論。我認(rèn)為當(dāng)速度V1達(dá)到非常大的時(shí)候P1是負(fù)值。見(jiàn)P0＝P1+1/2·pV12＝P2+1/2·pV22從宏觀表現(xiàn)來(lái)看即從靜壓力到吸引力。即真空模式。所以目前我的判斷它應(yīng)當(dāng)是伯努利定律的一個(gè)深化?？赡苋匀挥袑?zhuān)家學(xué)者在懷疑抽真空現(xiàn)象。請(qǐng)看圖4，氣體一旦沿環(huán)形流動(dòng)自然要產(chǎn)生一個(gè)向外擴(kuò)張的離心力的作用。它們要最大限度的逃避盆腔。而它們的唯一出路就只有腔外口。
想了解飛行器的話必須懂一些空氣動(dòng)力學(xué)，先要了解作為空氣動(dòng)力學(xué)最重要，最基本的定律-伯努利定律。這個(gè)定律所闡明的物理學(xué)意義是對(duì)于理想境界的運(yùn)動(dòng)流體來(lái)說(shuō)，在不考慮溫度變化的前提下，流動(dòng)速度越大，則靜壓力越??；流動(dòng)速度越小，則靜壓力越大。
A＝p/2·VA2S·CA＝Q·S·CA升力A與動(dòng)壓力Q(即與空氣密度p和來(lái)流速度VA的平方)，機(jī)翼面積S和無(wú)因次系數(shù)CA成正比，CA與氣流所流過(guò)的物體幾何關(guān)系和迎角有關(guān)(CA為升力系數(shù))。CA＝2mg/p·VA2S伯努利定律P0＝P1+1/2·pV12＝P2+1/2·pV22
P1--I面的靜壓P2--II面的靜壓1/2×pV2--動(dòng)壓(也稱速壓)本發(fā)明是一個(gè)鐵餅狀的圓盤(pán)，由盆身狀飛升體，主體動(dòng)力艙和操縱艙組成。操縱艙置于主體動(dòng)力艙上端為乘員的座艙，該艙由全透明特殊玻璃制成。所有的發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)載設(shè)備，都裝在上凸的動(dòng)力艙內(nèi)。動(dòng)力艙與飛升體固定連接構(gòu)成完整的動(dòng)力系統(tǒng)。操縱艙與動(dòng)力艙依靠轉(zhuǎn)動(dòng)軸聯(lián)接。即動(dòng)力艙與飛升體無(wú)論以何種空中姿態(tài)飛行時(shí)，座艙都能保持水平一致的姿勢(shì)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是它采用的是盆形結(jié)構(gòu)、大升力體、圓形全對(duì)稱外形總體布局。其操縱艙及動(dòng)力艙均處于升力體內(nèi)，氣動(dòng)外形及盆形內(nèi)腔光滑過(guò)渡，既簡(jiǎn)潔又緊湊。本發(fā)明與公知飛行器最大區(qū)別是取消了傳統(tǒng)的機(jī)身，代之以翼化的飛升體，利用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)或者普通的航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作并結(jié)合盆形結(jié)構(gòu)的特殊外形將飛升體的內(nèi)腔強(qiáng)行抽成真空。本發(fā)明具有很大的升阻比。一種在升力體的內(nèi)置發(fā)動(dòng)機(jī)與大凹度翼型(盆形結(jié)構(gòu))匹配，產(chǎn)生升力、推力，形成真空效應(yīng)的工作原理。內(nèi)置發(fā)動(dòng)機(jī)的抽吸作用1.加速了升力體上表面的氣流運(yùn)動(dòng)，擴(kuò)大了上/下表面壓差，可加大升力；2.向四周排出的氣流產(chǎn)生向四壁的推力；其排射的氣流分兩個(gè)氣道可產(chǎn)生真空墊，從而形成真空效應(yīng)。我們可以將飛升體視為進(jìn)化了的機(jī)身、翼化的機(jī)身、或異化的飛翼。
本實(shí)用新型的有益效果是真空-大氣飛行器集邊界層控制、矢量控制和抽真空技術(shù)于一身，并具有低阻高升、動(dòng)力操控、垂直起落的功能。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1，真空-大氣飛行器外形結(jié)構(gòu)圖。
圖2是真空-大氣飛行器可變換的空中姿態(tài)。
圖3是真空-大氣飛行器三視圖。
圖4是真空-大氣飛行器工作原理圖。
圖5有效動(dòng)力區(qū)圖。
圖6噴氣體流向及大氣分布圖。
圖7真空-大氣飛行器三向力矩8真空-大氣飛行器底面俯視圖具體實(shí)施方式
圖1中顯示出了一種升力體的內(nèi)置發(fā)動(dòng)機(jī)與大凹度翼型(盆形結(jié)構(gòu))匹配，產(chǎn)生升力、推力，形成真空效應(yīng)的工作原理。內(nèi)置發(fā)動(dòng)機(jī)的抽吸作用1.加速了升力體上表面的氣流運(yùn)動(dòng)，擴(kuò)大了上/下表面壓差，可加大升力；2.向四周排出的氣流產(chǎn)生向四壁的推力；其排射的氣流分兩個(gè)氣道(參見(jiàn)圖6和圖1中的氣道噴嘴e，f)可產(chǎn)生真空墊，從而形成真空效應(yīng)。見(jiàn)圖5，只有有效動(dòng)力區(qū)內(nèi)的大氣在作有用功，由于外形結(jié)構(gòu)的關(guān)系，其余面積內(nèi)大氣作功，上下抵消或部分抵消掉。操縱艙A與動(dòng)力艙B依靠轉(zhuǎn)動(dòng)軸聯(lián)接。即動(dòng)力艙B與飛升體C無(wú)論以何種空中姿態(tài)飛行時(shí)，操縱艙A都能保持水平一致的姿勢(shì)。請(qǐng)參考圖2。
總體(見(jiàn)圖3)采用的是盆形結(jié)構(gòu)、大升力體、圓形全對(duì)稱外形總體布局。該飛行器的動(dòng)力裝置安置在飛升體中央內(nèi)的動(dòng)力艙中，而不是象翼吊發(fā)動(dòng)機(jī)那樣暴露在外面，這樣可使飛升體的外形具有更好的流線形，以減小氣動(dòng)阻力。同時(shí)，動(dòng)力裝置工作時(shí)產(chǎn)生的抽吸效應(yīng)，擴(kuò)大了飛升體的壓差，有助于提高升力。采用埋入式動(dòng)力艙這種布局的另一方面，是考慮到動(dòng)力裝置與整個(gè)結(jié)構(gòu)聯(lián)系、功率利用等其它因素。由于飛升體內(nèi)空間較大，所以采用這種布局也同樣便于動(dòng)力裝置的維護(hù)。我們可暫選用航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)(主體動(dòng)力艙B)通常，推力和噴射氣流的大小是通過(guò)隨時(shí)間變化輸入的能量，也就是說(shuō)通過(guò)燃料質(zhì)量流量和尾噴管面積來(lái)控制的。這里我們要特別強(qiáng)調(diào)的是發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝方式將大大的有別于常規(guī)噴氣式飛機(jī)。平段上安裝了縫隙狀的噴嘴e，f。
我們起動(dòng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。令發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴的氣流沿我們預(yù)先設(shè)計(jì)的路徑運(yùn)行再?gòu)臍獾绹娮靍，f排射，飛升體內(nèi)腔的盆形結(jié)構(gòu)的特殊外形可以將其內(nèi)的自然空氣頃刻之間即被工質(zhì)逐出盆腔進(jìn)而使盆腔(參見(jiàn)圖1中的e，f)產(chǎn)生真空墊，從而形成真空效應(yīng)。
飛行中通過(guò)對(duì)平衡塊P和Q的控制我們可以產(chǎn)生力矩。借助于這些力矩就可以改變飛行器的姿態(tài)角。見(jiàn)圖7。飛行期間我們所控制的只有三個(gè)內(nèi)容，即P，Q塊的位置和發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管的閥門(mén)大小。其中發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管的閥門(mén)大小可以讓我們控制飛行的動(dòng)力大小。P塊起到方向舵的作用；而Q塊則是控制飛升體與地面仰角3的，它的現(xiàn)實(shí)意義是將大氣的推動(dòng)力分解為克服飛行器自身重力的垂直力和驅(qū)動(dòng)飛行器前行的平推力。見(jiàn)圖7(a)。
在此，我們只研究P塊的控制(Q與P的機(jī)械結(jié)構(gòu)和原理完全一致，我們不再贅述)。請(qǐng)參看圖8，P塊沿滑軌1自如滑動(dòng)，2為一兩向轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿，其一端與馬達(dá)聯(lián)接。馬達(dá)的正，逆時(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)螺桿2的正，逆時(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng)。P塊同時(shí)又與螺桿2螺紋連接。螺桿2的軸向的正，逆時(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)P塊沿滑軌1自如進(jìn)退滑動(dòng)從而可控制飛升體的仰角，因?yàn)镻塊沿滑軌1自如滑動(dòng)從客觀上調(diào)節(jié)了飛升體的重心。這點(diǎn)很像我們開(kāi)啟螺絲釘?shù)那闆r，我們轉(zhuǎn)動(dòng)螺絲刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以變成螺絲釘?shù)闹本€運(yùn)動(dòng)。所以我們完全可以通過(guò)對(duì)馬達(dá)的正，逆時(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng)控制進(jìn)而控制飛行體的空中姿態(tài)。
下邊我們?cè)倩剡^(guò)頭來(lái)看發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管的閥門(mén)大小。其中發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管的閥門(mén)大小可以讓我們控制飛行的動(dòng)力大小。對(duì)于偶然在低速下飛行的情況下，我們采用可變面積的收斂噴管控制外噴氣體的流速。它能在低速，部分推力工作狀態(tài)，最大限度推力工作狀態(tài)之間得到較好的匹配。這類(lèi)噴管當(dāng)處于向內(nèi)關(guān)閉位置時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的底部阻力。而采用可變面積的收斂形虹膜式來(lái)改變收斂噴管的面積就不會(huì)產(chǎn)生這種底部阻力。當(dāng)然另外一種改變收斂噴管的出口面積的方法是采用可移動(dòng)的中心塞，中心塞向后滑動(dòng)就減小出口面積。
雖然該飛升體為全金屬結(jié)構(gòu)，但因其中有寬大的空間可作為客/貨艙使用，所以其結(jié)構(gòu)重量并不大。尤其是翼化的機(jī)身具有極大的卸載作用，這一點(diǎn)對(duì)于用所產(chǎn)生的氣動(dòng)升力來(lái)抵消死重，確保優(yōu)良的飛行性能顯得十分必要。
權(quán)利要求
1.真空-大氣飛行器由盆身狀飛升體，主體動(dòng)力艙和操縱艙組成。其特征是取消了傳統(tǒng)的機(jī)身代之以翼化的飛升體，利用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)或普通的航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作并結(jié)合盆形結(jié)構(gòu)的特殊外形將飛升體的內(nèi)腔強(qiáng)行抽成近真空。有別于傳統(tǒng)飛機(jī)的尾噴管向后噴氣進(jìn)而產(chǎn)生推動(dòng)力使飛機(jī)向前飛行，本發(fā)明是一股高速氣流工質(zhì)向下部四周環(huán)形發(fā)散噴射，另一股高速氣流經(jīng)過(guò)特別氣道由外向內(nèi)收攏噴射。氣流工質(zhì)在發(fā)動(dòng)機(jī)作用下變壓力勢(shì)能為瞬間速度動(dòng)能逐出盆腔空氣以制造真空效應(yīng)，進(jìn)而利用飛升體下的大氣壓作為推動(dòng)力工作的；氣流工質(zhì)未直接產(chǎn)生推動(dòng)力使飛升體向前飛行。大氣壓推動(dòng)力方向自始至終總是垂直于飛升體底平面的。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述真空-大氣飛行器其特征是我們起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)令發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴的工質(zhì)沿我們預(yù)先設(shè)計(jì)的路徑運(yùn)行再?gòu)臍獾绹娮炫派?，飛升體由于凸沿內(nèi)扣的盆形結(jié)構(gòu)的特殊外形可以將其內(nèi)腔的自然空氣頃刻之間即被工質(zhì)逐出進(jìn)而使盆腔產(chǎn)生真空墊；但是它不可能是百分之百的真空層。本發(fā)明要求其沿內(nèi)壁體的氣流速度大于400米/秒。而使盆腔內(nèi)底面的氣體靜壓為零；盆腔外底靜壓始終為一個(gè)常壓P0。伯努利定律 P0＝P1+1/2·pV12＝P2+1/2·pV22P0＝P1+1/2·pV12假定P1為零，p＝1.15kg/m2，P0＝105N/M2V1＝(2P0·/p)1/2＝400m/s
3.根據(jù)權(quán)力要求1所述之真空-大氣飛行器，其特征是我們完全通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管的閥門(mén)和馬達(dá)的正，逆時(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng)控制進(jìn)而控制飛行體的空中姿態(tài)和飛行速度。飛行期間我們所控制的只有三個(gè)內(nèi)容，即兩個(gè)平衡塊的位置和發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管的閥門(mén)大小。其中發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管的閥門(mén)大小可以讓我們控制飛行的動(dòng)力大小。
全文摘要
本發(fā)明屬于航空航天領(lǐng)域。由盆身狀飛升體，主體動(dòng)力艙和操縱艙組成。總體布局采用的是盆形結(jié)構(gòu)、大升力體、圓形全對(duì)稱外形總體布局。氣動(dòng)外形及盆形內(nèi)腔光滑過(guò)渡。本發(fā)明以翼化的飛升體，利用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)或普通的航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作并結(jié)合盆形結(jié)構(gòu)的特殊外形將飛升體內(nèi)腔強(qiáng)行抽成近真空。一股高速氣流向下部四周環(huán)形發(fā)散噴射；另一股高速氣流經(jīng)過(guò)特別氣道由外向內(nèi)收攏噴射。氣流的壓力勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)樗查g速度動(dòng)能以逐出空氣以制造真空，利用飛升體下的大氣壓力作為推動(dòng)力工作的。
文檔編號(hào)B64C39/06GK1657363SQ20041001635
公開(kāi)日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2004年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月16日
發(fā)明者張丹彤 申請(qǐng)人:張丹彤