專利名稱：外殼旋轉式航空飛碟飛行器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是外殼繞自旋軸旋轉的航空飛碟飛行器。
航空飛碟，出現(xiàn)于地球，時間已久。至今仍為一種“不明飛行物”(UFO)。觀察到，它非凡飛行性能遠非現(xiàn)代人類飛行器可及。如它可高速飛行(幾十馬赫)、直角轉彎，等等?，F(xiàn)代飛機，一般速度為2馬赫以下，轉彎半徑有幾千米，操縱性能極低劣。人類已探索研制類似飛碟的飛行器，但迄今無突破成功。九七年初，俄羅斯研制了一種外形極像飛碟的飛行器，但仍以石化燃料噴氣發(fā)動機作動力源，沒有脫離飛機的反沖推進慣常模式。
本發(fā)明的目的是擺脫石油能源危機，不再依靠石化燃料，而轉用核能。受飛碟飛行性能啟迪，創(chuàng)造一代與現(xiàn)有飛機飛行原理迴異、利用電控操縱的具有嶄新飛行性能的未來型航空飛行器。
本發(fā)明直接利用下列成熟科技成果航空原子能反應堆、超導發(fā)電機、微波發(fā)生、發(fā)射系統(tǒng)、倍壓高電壓發(fā)生裝置、超導磁懸浮、無線遙控收放起落架。本發(fā)明僅涉及這些成熟技術的組合應用，而不涉及零件細節(jié)。
這種航空飛碟結構如下，參看

圖1飛碟主要結構剖面示意圖。碟體由相對靜止內(nèi)倉3和旋轉外殼5雙層結構組成。中空轉軸2及11固定在外殼5上。起飛前，由碟外地面電力系統(tǒng)對超導磁體(即超導發(fā)電機)13供直流電勵磁。超導磁體13及超導塊8液氮冷卻，并由致冷機14維持低溫?？烧郫B支架10支撐落地碟體。飛碟起動時，原子反應堆(包括中速中子反應堆)7運轉，閉路循環(huán)推動渦輪6帶動超導發(fā)電機13轉子發(fā)電，且推動渦輪12通過中空軸11帶動外殼5轉動。所發(fā)電能通過中空轉軸2送至微波發(fā)生裝置1，產(chǎn)生分米-厘米級波長微波，經(jīng)固定于可透射微波絕緣材料(包括石英)的外殼5上的波導4透射出去，將殼外表面附面層內(nèi)緊貼壁面一薄層空氣電離。微波發(fā)生裝置1、外殼5固定在中空轉軸2上，一起旋轉運動。同時倍壓裝置15經(jīng)中空轉軸2與波導管4連通，使碟外殼5表面產(chǎn)生高壓電場，被電離的空氣正離子在高壓電場力作用下被斥離壁面，形成附面層內(nèi)真空薄層。外殼5底面與上表面的大氣壓強差，提供碟體飛行的升力與推力。中空軸11提供了向外殼5引電路的通道，包括選用電磁體9，外殼5表面高壓電場的產(chǎn)生所需線路。內(nèi)倉3通過其底面超導塊8與外殼5底面磁體9間的魏斯納磁懸浮作用而始終懸浮于外殼5中間?？偪刂婆_通過介質流量調(diào)控保持渦輪6與l2轉速匹配，使二者轉動動量矩合效果始終為0，以保持內(nèi)倉3相對地球坐標系無旋轉運動。垂直起飛后，遙控收折外殼5底面的支架10。
飛碟的平飛操縱，通過改變外殼表面局部區(qū)域附面層空氣電高度(暫停微波發(fā)射)實現(xiàn)。使碟體自轉軸產(chǎn)生一偏離鉛直方向(向前)的傾角，則碟體上下表面大氣壓力差將產(chǎn)生一水平分量，提供平飛推力。碟體減速則相反，使自轉軸產(chǎn)生向后傾角，碟上下表面壓力差水平分量變成減速阻力。碟體上下表面壓強差產(chǎn)生鉛直分量，提供升力。降落時，使自轉軸鉛直，逐漸減弱微波發(fā)射，空氣電離度漸弱，碟體上下表面壓強差變小而垂直落地，通過自動遙控放下可折疊支架l0，停運原子反應堆及渦輪。停運期間，倉內(nèi)電源應保持致冷機工作，維持超導塊8、超導發(fā)電機13的超導磁體低溫。
與現(xiàn)有航空飛行器比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點l、飛行不易受外力干擾因碟體不同于常規(guī)飛機而采取旋轉運動，自然環(huán)境突變氣流作用于碟外殼5的外力合力一般通過其自轉軸，由動量矩定理知，當外力矩為0時外殼動量矩
不產(chǎn)生變化，顯示碟體保持平衡和穩(wěn)定的慣性能力較強。
2、核動力、超音速為實現(xiàn)不著地環(huán)球飛行創(chuàng)造了條件。其社會經(jīng)濟效益空前。
3、利用新興能源的未來型航空器隨著人類化石能源的枯竭，原子能使用將代表未來方向。飛碟有益于環(huán)境保護。
4、靈便的自動調(diào)控通過電離空氣達到操縱方式的變革，省卻大量機械傳動操縱裝置，有助減輕機重。電調(diào)控反應迅捷，為微機自動控制開辟了廣闊前景。
5、微波調(diào)控碟殼上下表面壓強差，決定了碟體短時間內(nèi)巨大的爬升能力，且可垂直起飛、降落、空中任意懸停、任意角度0回半徑變向。特別最后一點性能為現(xiàn)有常規(guī)飛機無法作到，它開辟了優(yōu)異的軍事應用前景。其變速時加速度可達13米/秒2以上。
這些優(yōu)越的操縱性能綜合體現(xiàn)于航空飛碟，是現(xiàn)代航空飛行器做不到的。
附圖簡要說明圖1是航空飛碟主要結構剖面示意圖；圖2是碟體剖面幾何尺寸示意圖；圖3是超音速飛行激波示意圖；圖4是垂直起落時碟底面流場示意圖；圖5是超音速飛行時碟體底面膨脹波流場示意圖；圖6是飛行變向操縱分析圖，上面一幅為立體直觀視圖；實施例本發(fā)明的實施例，可以對照圖1-圖6進一步說明如下一、碟體幾何參數(shù)見圖2。外殼呈圓臺一球面形，內(nèi)倉為圓臺形，以方便計算。實際外形可為盤碟狀，于原理說明無礙。
ABCD為外殼，A′B′C′D′為內(nèi)倉，外殼母線L與半徑R=7000毫米的球面O1相切于⊙O3；外殼上圓面半徑ro=3000毫米，下底面半徑R1=15000毫米，高H=5000毫米。內(nèi)倉底面半徑R2=14500毫米，內(nèi)外倉間距離在側壁處為b1=40毫米，底面處為b3=50毫米，O2O4為碟自轉軸，質心Qc在O2O4上。底部支承輪10旋轉半徑Rc=5米。外殼5底角收縮為θ=10°。據(jù)此，外殼圓臺側面積可求出，為S側=735.132681米2。
二、外殼上表面附面層空氣的電離1、碟外殼上側面附面層中真空薄層的形成使用數(shù)據(jù)電子電量q=4.8×10-10CGSE(q)；外殼轉動角速度ω1=6.28弧度/秒(即1轉/秒)。
飛行中，碟外殼附面層空氣流速向壁面漸趨于0，厚度約為1毫米。在距壁面10-5～10-3厘米范圍內(nèi)近似靜止處理。
圖1中內(nèi)倉3與外殼5間距b1=40毫米，波導4與倍壓裝置15聯(lián)通帶高電壓，設其在外殼表面δ-=1毫米附面層中產(chǎn)生的電場強度E=3×104伏/厘米，此為空氣擊穿場強。
高頻微波無損失地穿透絕緣外殼5，把外殼表面空氣分子電離(參閱《微波電子學》第八章[蘇]И.B.列別捷夫-國防工業(yè)出版社1982年版)，產(chǎn)生的正離子受電場E斥力作用處于距壁面δ-0厘米處。
空氣分子撞擊碟面產(chǎn)生的宏觀效果即是壓強。分子的平均平動能遠小于附面層中高壓電場的電位能，因此忽略平動能影響，完全著眼于電場作用——被E的斥力推離碟面δ-0=2.2×10-6厘米的正離子將在負電荷吸引力作用下停留在δ-0平衡位置，這種強迫電離運動的結果，導致δ-0處向更遠層分子產(chǎn)生遞減性密度梯度，從而維持住δ-0厚度的真空薄層，且使碟外殼上表面所受空氣壓強為0。空氣擊穿電場強度E即導致了薄層內(nèi)空氣分子的電離，又將空氣正離子斥離碟體表面，起著雙重作用。進而可見，只要真空薄層存在，飛行器的空氣動力學性質與碟外殼5的具體外形無關。
2、微波電離附面層空氣需用功見圖3。
數(shù)據(jù)碟巡航速度M1=2馬赫，底面與來流V1成θ2角時，前緣母線產(chǎn)生斜沖波，碟底面產(chǎn)生膨脹波，有θ1=θ+θ2。
設斜沖波前后空氣密度、流速、馬赫數(shù)分別為ρ1；V1；M1；及ρ2；V2；M2，遠方自由流為標準狀況下空氣，θ1=20°，查表可求得沖波角β=52°。
自ρ2/ρ1=〔(r+1)M21Sin2β〕/〔2+(r-1)M21Sin2β〕；斜沖波前法向馬赫數(shù)M1n=M1Sinβ=2Sin52°=1.575，而標況下空氣密度為ρ1=1.226千克/米3，查表得ρ2/ρ1=1.9913，故ρ2=1.9913ρ1=1.9913×1.225=2.44千克/米3將附面層中厚度為δ-0=2.2×10-6厘米的空氣電離，以氮氣的較大電離能估算空氣電離需用功W0=2053(焦耳)。
最終形成δ-0厚度內(nèi)真空薄層，需用總微波能將大于Wo。
三、碟體飛行空氣動力學1、垂直上升時舉力F見圖4。
數(shù)據(jù)水平來流速度V1=0，外殼轉動角速度ω1=6.28弧度/秒，自由流(標況空氣)壓強P1=10332.3kgf/m2；ρ1=1.226kg/m3，重力加速度g=9.8米/秒2，因碟底面最大線流速Vmax=ω1R1=6.28×15=94.2米/秒，故以低速、不可壓縮流處理流場，適用伯努利方程底面空氣壓強為P時，有P+(1/2)ρ1V2=P1；P=P1-(1/2)ρ1(ω1r)2，則底面總壓力F=∫∫P.ds=∫R10〔P1-(1/2)ρ1(ω1r)2〕.2πrdr=π〔P1r2-(1/4)ρ1ω21r4〕|R10=π〔10332.3×9.8×152-(1/4)×1.226×6.282×154〕=69651537.9牛頓≈7107.3(噸)調(diào)控碟面空氣電離度可獲得0→7107.3噸不同升力。
2、平飛低速(M1＜1/3)時底面壓強P2及壓力FD見圖5。
數(shù)據(jù)底面最大馬赫數(shù)MD=1/3時，底面壓強P2可由低速流伯努利方程求出；標況下空氣音速a1=340米/秒，重力加速度9.8米/秒2。θ2=10°；遠方來流速度V1；V1與底面平行分量Vt；半徑r底面圓周線速度Vr；底面空氣實際流速V；V為Vt與Vr合成，V2=V2t+V2r-2VtVrCosβ1=V2t+V2r+2VtVrSinα因θ2=10° Vt=V1Cosθ2，認為Vt≈V1；Vmax=MD,a1=113.3米/秒；又Vmax=Vtmax+Vrmax，故Vtmax=Vmax-Vrmax=113.3-94.2=19.1米/秒。即V1=19.1米/秒，于是M1=V1/a1=0.047馬赫＜1/3馬赫，屬低速流流場。適用不可壓縮流伯努利方程。故FD=∫∫P2ds=∫∫(P1-(1/2)ρ1V2〕rdrda=∫2π0da∫R10〔P1-(1/2)ρ1(V2t+V2r十2VtVrSinα)〕rdr=∫2π0da∫R10{P1-(1/2)ρ1〔V2t+(ω1r)2+2ω1rVtSinα〕}rdr
=∫2π0da∫150{10332.3×9.8-(1/2)×1.226×〔19.12+6.282r2+2×6.28×19.1rSinα〕}rdr=∫2π0da{∫150101032.9rdr-∫15024.18r3dr-∫150147.1r2sinαdr}=∫2π0(11366201.25-306028.1-165487.5Sinα)da=69493.117.4牛頓≈7091.1(噸)舉力F=FDCos10°≈6983.4(噸)；推力T=FDSin10°≈1231.4(噸)3、超音速平飛時的碟底壓強P2及壓力FD見圖5。
數(shù)據(jù)M1=2馬赫；a1=340米/秒；流場各處相等的駐點壓強P0；底面膨脹波后壓強P2、馬赫數(shù)MD；平行流速V2、音速a2、溫度T2；遠方流溫度T1，駐點溫度T0。
查表知MD=2.385馬赫，由T0/T1=1+〔(r-1)/2〕M21，求得T0后再由T0/T2=1+〔(r-1)/2〕M2D求出T2，則
則V2=MDa2=2.385×312.14=744.44米/秒碟底流場V為平行于底面的膨脹波后來流V2與碟體轉動渦旋流場Vr之疊加。由于ω1很小，Vr則較小(Vrmax=94.2米/秒)，可見V2≥Vr，故以V2≈V處理底面流場(即忽略自旋運動)，適用可壓縮流伯努利方程FD=∫∫P2ds=∫2π0da∫R10P0{(ρ0/P0)〔(r-1)/r〕〔(r/r-1).P0/ρ0-(1/2)V22〕}r/(r-1)rdr=∫2π0da∫1507.8×10-15×(243179.67)3.5.rdr=3.9×107(牛頓)≈3989.8(噸)此時舉力F=FDCosθ2=3989.8×Cos10°≈3929.2(噸)推力T=FDSinθ2=3989.8Sin10°≈692.8(噸)不同碟體總重及底面半徑具有不同的飛行馬赫數(shù)M1極限，超極限飛行將失舉。<p>表Ⅰ
Sref是相應于在吸附器之間不存在不平衡的一個參考試驗；S1和S2顯示在吸附器B中(相對于吸附器A并相對于參考試驗)含有的吸附劑對氮氣有較好的選擇性；S3和S4顯示在吸附器B中含有的吸附劑對氮氣有降低了的選擇性。
流量指的是每小時氧氣產(chǎn)品的平均量；比能相應于每小時平均能耗除以流量。
此外，用于材料安全和生產(chǎn)安全的關鍵參數(shù)未受影響。
-在吸附器中的壓力分布的不平衡0；-生產(chǎn)過程的壓力分布中的不平衡0；-在生產(chǎn)過程中的含量分布的不平衡0；實例2氮氣生產(chǎn)能力的不平衡該實例類似于實例1，試圖測定用二個吸附器的循環(huán)中吸附器之間分子篩吸附容量的不平衡的影響。
其得到的結果列于表Ⅱ中并示于圖2中。
表Ⅱ
制的控制達到。這樣，內(nèi)倉可始終保持與地面坐標系無相對轉動。
六、內(nèi)倉磁懸浮見圖1。
超導塊8與磁體9間的魏斯納磁懸浮作用，使內(nèi)倉3懸浮于外殼5中。
內(nèi)倉3底面為超導體塊8。據(jù)日本實驗數(shù)據(jù)，200個超導塊(每塊直徑5毫米)，總共可浮起120公斤力，懸浮高度5厘米(見“世界科技譯報”《超導使人浮起來》96年9月4日)。接內(nèi)倉底面積SD=6.6×108厘米2超導塊計，相對磁浮力可達Fz1=(6.6×108×120)/(π×0.252×200)=2.0×106(噸)，F(xiàn)z1足以支承內(nèi)倉3懸浮于外殼5內(nèi)。
由超導磁懸浮的魏斯納效應，超導塊8與外殼底面的磁鐵9(包括電磁鐵或永磁鐵)間將保持一定的懸浮距離不變，二者既不相撞，也不遠離。超導發(fā)電機停運時，由備用電源向磁體9供電。
七、動力能源動力能源是閉環(huán)運行航空原子能反應堆(參閱《原子發(fā)動機在航空中的應用》第二、三、四章[蘇聯(lián)]r.H.涅斯捷連珂國防工業(yè)出版社1960年版)，及超導發(fā)電機發(fā)電。超導發(fā)電機停運期間，由備用電源(包括蓄電池和燃料電池)向致冷機及磁體9供電。一般，原子動力裝置的總熱效率為15％，超導發(fā)電機效率為99.5％，微波的電能總有用效率為50％?？紤]到碟面δ-0厚度內(nèi)空氣分子的擴散因素，在真空薄層最終形成前耗用微波能較大。
設微波及高壓倍壓器需用總熱功率為P1，供外殼5轉動渦輪動力需用總熱功率為P2，則原子反應堆總熱功率P=P1+P2。
應按照當今可實現(xiàn)技術，選用最大熱功率航空原子能反應堆及最大發(fā)電功率同步發(fā)電超導發(fā)電機，例如，也可以選用50萬千瓦熱功率航空原子能反應堆和10萬千瓦超導發(fā)電機。
碟體一旦騰空，支承輪10克服地面摩擦需用功率(占總功率比例最大，約2.4萬千瓦)將減為0，使原子能反應堆全部熱功率都可以用于超導發(fā)電機發(fā)電。
八、水空兩用前景空氣和水對處于其內(nèi)物體的壓力作用相似。如果使碟體外殼全封閉，那么在水中潛航是可行的。水中潛航耗能估算如下
數(shù)據(jù)水密度ρ=1千克/分米3；一個水分子質量m水=3.0×10-26千克，水電離電位Vi=19.2(電子伏特)；碟表側面積S側=7351326.81厘米2；厚δ-0=2.2×10-6厘米的附面層，電離水分子總耗能為W0=(ρ·Vi·S側·δ-0)/(103×m水)=(1×19.2×1.6×10-19×7351326.81×2.2×10-6)/(3×10-26×103)=1.66×106(焦耳)考慮到δ-0厚度內(nèi)水分子的動態(tài)擴散作用，碟表真空層形成需耗用較多微波能。
碟體在水下操縱方式同于空氣中，僅使波導4帶高壓電場為負，OH-子被斥離壁面，形成殼外真空層。
航空、潛水一體式飛行器性能潛力是誘人的。
權利要求
1.外殼旋轉式航空飛碟飛行器，是一種不同于現(xiàn)代利用反沖噴氣作用原理推進的新式飛行器，本發(fā)明的特征是碟體由內(nèi)倉(3)外殼(5)雙層結構組成，二者可相對轉動；能源動力系統(tǒng)組成方式是閉環(huán)運行的原子反應堆(7)，包括使用中速中子反應堆，推動渦輪(5)帶動超導發(fā)電機(13)發(fā)電，電能經(jīng)中空轉軸(2)送至微波發(fā)生裝置(1)，并經(jīng)波導(4)和外殼(5)向殼外附面層發(fā)射電離空氣用微波，倍壓器(15)則提供了殼外附面層擊穿高電壓；碟體飛行空氣動力學系統(tǒng)的組成方式是微波電高空氣，高壓電場將重離子斥離碟面，導致外殼(5)表面附面層中一薄層真空層形成，從而產(chǎn)生殼體上下表面壓強差，提供飛碟飛行的升力和推力，而適時暫停外殼表面局部區(qū)域空氣電離，可以改變外殼(5)的旋轉動量矩方向，達到飛行變向、增減速度目的；內(nèi)倉(3)磁懸浮系統(tǒng)的組成方式是內(nèi)倉(3)底面超導塊(8)與外殼(5)底面磁體(9)之間的魏斯納磁懸浮作用，保證了內(nèi)倉懸浮于外殼(5)內(nèi)；碟體落地支撐系統(tǒng)自無線遙控的可折疊支承架(10)組成，支承架固定于外殼(5)底面上；通過傳感器——伺服機制自動調(diào)控兩渦輪轉子的轉速大小和轉向，將保持碟體合轉動動量矩為0，維持內(nèi)倉(3)相對地球坐標無轉動。
2.根據(jù)權利要求1的外殼旋轉式航空飛碟飛行器，其特征在于內(nèi)倉(3)與外殼(5)之間通過中空軸(2)、(11)相連結，中空軸固定在外殼(5)上，與內(nèi)倉(3)的軸承間可以相對滑動、轉動；
3.根據(jù)權利要求1的外殼旋轉式航空飛碟飛行器，其特征在于導致內(nèi)倉(3)磁懸浮于外殼(5)中的磁體(9)，也可以是電磁鐵，碟體停地期間，也可取消磁體(9)的磁場；在超導發(fā)電機停運期間，由碟內(nèi)備用電源供電，隨時產(chǎn)生磁體(9)的磁場；
4.根據(jù)權利要求1的外殼旋轉式航空飛碟飛行器，其特征在于通過調(diào)控渦輪(6)(12)的轉子轉速及轉向，使碟體相對于地球坐標系的合轉動動量矩為D，達到保持內(nèi)倉(3)相對地球坐標系無相對轉動的目的，傳感器及伺服系統(tǒng)是調(diào)控轉子轉速、轉向的工具，是一套自動控制系統(tǒng)；
5.根據(jù)權利要求1的外殼旋轉式航空飛碟飛行器，其特征在于微波發(fā)生裝置(1)固定于中空轉軸(2)或外殼(5)上，微波傳輸波導(4)固定于外殼(5)內(nèi)表面，即外殼(5)、微波發(fā)生裝置(1)、波導(4)、磁體(9)、中空軸(2)(11)一起轉動；
6.根據(jù)權利要求1的外殼旋轉式航空飛碟飛行器，其特征在于微波經(jīng)外殼(5)上的絕緣層無損耗地透射出去，去電離殼表面附面層中一薄層空氣，此絕緣材料包括石英和石英復合材料；
7.根據(jù)權利要求1的外殼旋轉式航空飛碟飛行器，其特征在于致冷機(14)同時保證超導發(fā)電機(13)及超導塊(8)致冷，在碟體飛行中，致冷機電源來自超導發(fā)電機，在碟體停地期間，致冷機電源來自于倉內(nèi)備用電源，包括蓄電池、燃料電池，且為防止超導體失超，致冷機應該持續(xù)工作，除非檢修；
8.根據(jù)權利要求1的外殼旋轉式航空飛碟飛行器，其特征在于原子反應堆(7)同時推動渦輪(6)和(12)運轉，二渦輪的轉速快慢由供汽量大小調(diào)控；
9.根據(jù)權利要求1的外殼旋轉式航空飛碟飛行器，其特征在于外殼(5)僅上表面配置波導(4)，其底面不配置波導，而裝置磁體(9)。
10.根據(jù)權利要求1的外殼旋轉式航空飛碟飛行器，其特征在于也可以水空兩用，水中潛航時，使波導〔4〕產(chǎn)生電場強度為負，與航空時(為正)恰相反，以使碟殼表面水分子被微波電離后的氫氧根負離子被斥離碟面，形成碟上表面的真空薄層，從而產(chǎn)生推力與升力。
全文摘要
本發(fā)明是外殼旋轉式航空飛碟飛行器。為內(nèi)外倉雙層結構,內(nèi)倉靜止。它以航空原子能發(fā)電、超導發(fā)電、超導磁懸浮、微波電離空氣、倍壓高電壓發(fā)生及自動控制技術為基礎,通過排斥碟體上表面附面層中被電離空氣的重離子,產(chǎn)生真空薄層,由碟體上下表面壓強差產(chǎn)生升力和推力。暫停碟上表面局部區(qū)域空氣電離,可改變外殼轉動動量矩方向,實現(xiàn)垂直起降、懸停、即時O回轉半徑變向和超音速不落地環(huán)球飛行。本發(fā)明特點:航空、潛水一體化。
文檔編號B64C39/06GK1224681SQ98112980
公開日1999年8月4日 申請日期1998年9月25日 優(yōu)先權日1998年9月25日
發(fā)明者何惠平 申請人:何惠平