專利名稱：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)均來自仿生學(xué)。其很大程度上模仿鳥類，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)行再從特定氣道噴嘴排射，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)力并開始工作了。所以說本發(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P0＝P1+1/2·pV12＝P2+1/2·pV22從宏觀表現(xiàn)來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＜覍W(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)流體來說，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和來流速度VA的平方)，機(jī)翼面積S和無因次系數(shù)CA成正比，CA與氣流所流過的物體幾何關(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，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。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(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)腔光滑過渡，既簡潔又緊湊。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。請(qǐng)參考圖2。
總體(見圖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隨時(shí)間變化輸入的能量，也就是說通過燃料質(zhì)量流量和尾噴管面積來控制的。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)行再從氣道噴嘴e，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)尾噴管的閥門大小。其中發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管的閥門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^頭來看發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管的閥門大小。其中發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管的閥門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)行再從氣道噴嘴排射，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對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管的閥門和馬達(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)尾噴管的閥門大小。其中發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管的閥門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?？傮w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)過特別氣道由外向內(nèi)收攏噴射。氣流的壓力勢能轉(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