用于产生升力的装置 |
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| 申请号 | CN201380054253.0 | 申请日 | 2013-09-26 | 公开(公告)号 | CN104768849A | 公开(公告)日 | 2015-07-08 |
| 申请人 | 安吉洛·拉法埃莱·阿尔泰罗; | 发明人 | 安吉洛·拉法埃莱·阿尔泰罗; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于产生升 力 的装置(1)，并且包括：旋转体(2’，2”)，其围绕旋 转轴 (4)旋转，所述旋转体包括多个径向轨道(10)，在所述径向轨道(10)中可滑动地布置有 质量 体(15)，使得跟随着旋转体旋转的设置，所述质量体通过 离心力 驱动而沿着所述轨道向旋转体的外围平移；静子(3)相对于旋转体以这样的方式放置，即在旋转体的旋转过程中，沿着轨道向旋转体的外部发射的质量体被限制在静子(3)的轮廓(18)内；并且其中静子的轮廓(18)是这样的，在旋转体的旋转过程中每个质量体(15)以改变其相对于旋转体的 旋转轴 (4)的距离的方式沿着径向轨道(10)往复运动，使得质量体的至少第一部分出现在距离旋转轴(4)距离(d1)处，该距离较质量体的至少第二部分距离旋转轴的距离而言大，从而产生沿着一个方向的离心力(F)差(Δ)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于对飞行器产生升力的装置(1)，包括： |
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| 说明书全文 | 用于产生升力的装置技术领域[0001] 本发明涉及与用于大气和太空飞行的航空器相关的技术领域 [0002] 特别地，本发明涉及一种独立于气流存在而产生升力的创新装置。 背景技术[0003] 适于飞行的飞行器，例如各种尺寸和性能的飞机以及直升机已久为人所知。飞机飞行的工作原理与产生升力的空气动力面在空气中的运动相关。飞行器由推进器进行推进并且举升作用是被空气围绕的处于预定速度的机翼的函数。特别地，重要的因子在于空气动力面(机翼的c1)、机翼表面(S)、速度(V)显然还有空气密度。 [0004] 与此不同，直升机的飞行是基于旋转桨叶，但上述的原理同样对其适用，即被气流围绕的处于预定速度的空气动力面。 [0005] 很显然，这种技术基于空气动力面的喷射原理，其非常复杂并且需要考虑很多因素，首当其冲的是飞行条件。例如，在商用飞行器中，经常是巡行航速接近亚音速区域并且这会涉及到关乎安全的比较大的问题，因为亚音速激波的产生会使气流偏离并且导致举升作用的损失。 [0006] 与机翼传统举升作用相关联的飞行原理要求基于飞行器设计用于的飞行类型的不同的喷射方法，因为设计用于超音速飞行的机翼较之于设计用于次音速飞行的机翼而言必然具有完全不同的空气动力面，原因在于气流的表现完全不同。 [0007] 因此，很明显用于飞行的传统机翼或是旋转桨叶引入了显著的喷射复杂度。 [0008] 此外，在飞行中的机翼会遭受带来麻烦甚至会对安全造成威胁的气陷。 [0009] 最后，已知的是由于举升作用是空气密度的函数并且当高度增加时空气通常变得稀薄，因此很明显存在基于特定机翼喷射的每种飞行器的高度的最大限度。在高于10000米的高度需要特别地针对低密度的空气提供长机翼以及高速度。 [0010] 已知的文件例如有DE102010006197，其描述了一种具有在曲线路经上的旋转质量体的装置。这种装置并不是被构造为能够产生升力并且因此适用于飞行器而是用于产生能量。同样地，文件OA9176和DE102008010881仅能够产生能量而不是举升作用。 发明内容[0012] 因此，本发明的目的在于提供一种解决了所有所述问题的用于产生举升作用的装置。 [0013] 特别地，本发明的目的在于提供一种结构上简单并且绝对独立于其形状以及独立于其与空气的接触的装置，用于以这样一种方式来产生升力，即使其既不会受到高度也更少受到气陷或其他例如暴雨的因素的影响。 [0014] 这些以及其他的目的通过根据权利要求1的所提出的这种用于针对飞行器产生升力的装置来达到。 [0015] 根据本发明，所提出的装置(1)用于针对飞行器产生升力，包括： [0016] 旋转体(2’，2”)，其围绕旋转轴(4)旋转并且具有多个径向轨道(10)，在所述径向轨道(10)中可滑动地布置有质量体(15)，使得跟随着旋转体旋转的设置，所述质量体通过离心力驱使而沿着所述轨道向旋转体的外围移动； [0017] 静子(3)相对于旋转体以这样的方式放置，即在旋转体的旋转过程中，沿着轨道向旋转体的外部发射的质量体被限制在静子(3)的轮廓(18)内； [0018] 并且其中静子的轮廓(18)是这样的，在旋转体的旋转过程中每个质量体(15)以改变其相对于旋转体的旋转轴(4)的距离的方式沿着径向轨道(10)往复运动，，使得质量体的至少第一部分出现在距离旋转轴(4)距离(d1)处，该距离大于被质量体的至少第二部分占据的距离(d2)，从而产生沿着一个方向的离心力(F)差(Δ)。 [0019] 根据本发明，旋转体至少具有围绕所述轴(4)可旋转的盘(2’，2”)并且其具有所述多个径向轨道(10)，在其上质量体可以滑动。此外，质量体(15)以及所述轨道的布置使得一旦到达了盘的旋转速度的预定最小阈值，沿着所述方向的离心力(F)的差(Δ)决定了采用所述装置(1)的飞行器的举升力。 [0020] 本发明可以达到所有预定的目标。 [0021] 特别地，这样实现的装置以独立于由空气流所围绕的轮廓的方式产生升力。利用通过强迫滑动质量体跟随改变与旋转轴4的距离的预设定的路径而获得的离心力差，简单地产生升力。因此这种简单的解决方案并不仅仅产生升力，其还可以借由飞行器的驾驶员所控制的拉杆系统对静子的定向进行简单的操控来获得水平力。 [0022] 具有这种装置的飞行器不再受到气陷的影响。相同的装置使其本身很好地适于空间飞行，并且不再要求需要显著消耗燃油的复杂推进器。 [0024] 根据本发明的用于产生升力的本装置的进一步特征和优势，将随着参照附图对用以进行说明而非限制的优选实施方式进行描述之后变得更加清晰，其中： [0025] 附图1-附图3示出了本发明的轴测投影视图； [0027] 附图4-BIS示出了静子形状的细节，图示化了其到传动轴4的连接并且示出了控制拉杆44； [0028] 附图5示出了具有形成径向轨道的槽口的旋转体； [0029] 附图6示出了安装的组件的横截面； [0030] 附图7推断出单一质量体，例如在槽口内滑动的梯形； [0031] 附图8示出了形成旋转体的两个盘之一并且突出显示了槽口(一共12个，每一个的角开度为30°)，在槽口内应用了可滑动的质量体； [0032] 附图9示出了两个静子之一并且突出显示了通过其可以闲置方式固定到旋转轴的孔20。其他的孔仅仅是省略结构并且可以不存在； [0033] 附图10示出了可能的可实现的变形； [0034] 附图11示出了应用到飞行器上并且其生成的举升用以举升飞行器的装置的结构图； 具体实施方式[0036] 附图1描述了用于产生升力的装置1。该装置具有旋转轴4，例如传动轴，围绕其可旋转地安装有旋转体2。 [0037] 旋转体，例如在附图2中突出显示的，由两个齿槽连接到旋转传动轴4的盘(2’，2”)形成，这种形成方式使得传动轴4的旋转一体性地拖带所述两个盘进行旋转。 [0038] 如同在附图2中突出显示地，两个盘(2’，2”)间隔开预定“间隙”。这种“间隙”，如以下所描述的，用以允许相对于两个盘而滑动离心质量体的布置。 [0039] 优选地，在两个盘之间的所述距离在50mm和60mm之间并且，更佳地为55mm。上面指出的距离对于避免驱动传动轴的屈曲和切削的过度应力以及静子和旋转体在盘上的扭力的过度应力而言是最佳的，所述过度应力可能导致破裂。 [0040] 附图5和附图8突出显示了优选为圆形的盘，使得其在旋转期间为平衡的。 [0041] 该盘具有多个径向槽口10，例如具有矩形形状，其根据从传动轴4的键槽点5向外围(旋转体的圆周)的方向而径向延伸。槽口优选地以一个槽口和下一个槽口之间为30°的角度间隔布置，因此一共具有12个槽口。这个数目，如下所述，优化了举升效果。 [0042] 无论数目怎样，槽口优选地布置为使得旋转体呈现出圆形对称性，这个对称性精确地相对于旋转轴5。这使得系统非常好地平衡。 [0043] 很显然，可以选择不同的角度间隔，优选地总是对称，否则就会偏离本发明概念。 [0044] 在每一个矩形开口中，沿着支撑离心质量体滑块的轴线可以布置有功能与球状轴承相似的卷轴，将由于质量体的滑动所引起的摩擦带来的能量耗散降到最低并且同时降低这种实现在构成旋转体的两个盘上的矩形槽口受到的磨损。 [0045] 盘2’和2”彼此相同并且键槽连接到轴上，使得一个盘的径向槽口可以在相对盘上找到其相对应的槽口(例如参照附图2)。 [0046] 附图7仅作为示例示出了盘的三个相邻槽口并且示出了安装在槽口内的离心质量体15。质量体通过一个或多个可滑动地插入槽口的枢轴16而在槽口内滑动。为了约束质量体使得其不从槽口脱开，槽口实现为穿过盘的厚度使得从其一个端出来的枢轴和从槽口的相对端出来的枢轴可以通过螺母和自锁螺母接合在一起。这个解决方案有助于离心质量体的上述所有的组合和拆卸。 [0048] 继续对本发明的优选实施方式进行描述，例如参照附图3，在两个盘(2’，2”)之间的“间隙”被突出显示。在每个轨道的“间隙”内，安装有离心质量体15，其在一部分上接合到盘2’的槽口并且在相对的部分上接合到盘2”的相对应槽口。 [0049] 每个质量体(共有12个)沿着“间隙”内的槽口自由滑动。当盘以预定的旋转速度进行旋转时，产生倾向于使得质量体向盘的外围进行滑动的离心力，将它们带到槽口的端部。 [0050] 这里需要提醒的是离心力直接与质量(m)、角速度的平方以及距离旋转轴的距离(r)成正比。距离旋转轴的距离越大，作用于所讨论的质量体的离心力就越大。 [0051] 回到附图1-附图3，示出了相对于旋转轴4空转而放置的静子3。在这方面，当传动轴4旋转并且带动旋转体2的旋转时，静子仍然保持静止。 [0052] 静子3，例如在附图2和附图3中所示出的，由面对第一旋转体2’的第一静子3’和面对第二旋转体2”的第二静子3”形成。 [0053] 附图4和附图4-BIS示出了单一静子结构上的细节。 [0054] 特别地，附图示出了椭圆形盘，其具有用于通过套筒30以及相对的轴承将其围绕旋转轴空转而安装的孔20。 [0055] 特别地，在参照附图6的本发明的优选实施方式中，参考标号为30的套筒被突出显示，其固定到静子的孔20(例如通过固定销、焊接或是利用机械接口)。而参考标号31清楚地指出了安装在传动轴4之上的滚动轴承，其滚动抵靠套筒30(例如每部分四个轴承)。这样，传动轴相对于保持固定的静子而旋转。通过静子与飞行器的结构部分的固定连接，或是如附图4突出显示的，通过可由驾驶员控制的操纵拉杆44来获得静子相对于旋转体的预选择角度位置，其允许根据静子相对于旋转体的预定角度来进行旋转从而将其保持在预选择位置。按照这种方式，静子保持相对于旋转体而言固定的位置并且特别地所述解决方案利用拉杆使其能够调整飞行器在垂直面上的运动方向，使得静子旋转体在需要时位于新的角度并接着保持固定在新的预选择位置。 [0056] 附图4-BIS示出了对于静子的可能的对称平面A-A，并且突出显示了其为可变半径(R)(半径R1不同于半径R2)。 [0057] 特别地，当半径扫到旋转体的腹部部分50时其逐渐减小，并且接着扫向旋转体的背部部分时逐渐增加。 [0058] 显然，如在以下阐释中所澄清的，并非必须为逐渐的变化。重要的是旋转体提供的腹部部分距离轴20的距离小于背部距离轴的距离。基本上，无论静子具有椭圆形或是多中心的形状，其对于水平轴而言永远为非对称的形状但是对于垂直轴而言为对称的。 [0059] 同样在附图4-BIS中突出显示的，静子提供内部的唇缘或是双唇缘(binary)18(优选地垂直于静子的平面)，其臂用以在静子布置在各自的盘的前方时产生与槽口中质量体的滑动的接合(参照附图1、附图2、附图3中的例子)。 [0060] 附图1中非常清楚地示出了面对旋转体的静子如何借助于唇缘18产生针对质量体的滑动接合，原因在于安装在每个槽口中的质量体具有固定的腿，从槽口中越出并且从静子的部分向唇缘延伸。因此可以配置有滚动的轴承从而不对静子的内部双唇缘产生摩擦。 [0061] 例如，附图6清楚示出了安排在间隙中并且在两个相对槽口上滑动地固定的每个离心质量体15的固定模式。销26从在导向静子的部分上相对的两个槽口伸出并且被螺母27和自锁螺母阻挡，其不阻碍沿着槽口的滑动但是阻碍销从槽口中横向脱出。螺母27与唇缘18相抵靠，因此静子的唇缘18限定了相对于旋转轴4的可变半径周长，其划定了槽口的定位(参见附图1)。附图6清楚地显示了将滚动过程中生成的滑动摩擦效应最小化的滚动球面18’。 [0062] 在旋转体的旋转过程中，每个槽口将因此被固定静子的特定轮廓拦截而划定。 [0063] 附图1清楚地示出了静子相较于其到传动轴的固定轴而言半径R的变化。 [0064] 附图10示出了进一步的变形，其与之前的一个相同，除了以下事实，即静子通过到结构(例如应用本发明的飞行器)的固定接合以及允许带有余隙的传动轴4插入的通过孔而相对于可旋转盘固定。字母M指示的马达带动着键槽连接到具有上述滑动质量体15的旋转体的传动轴4进行旋转。 [0065] 同样在前述的一个中，静子因此相较于轴4而言为空转的。该图仅作为例子表示了直径上相对的两个质量体，其中一个放置在大于半径(r2)的半径距离(r1)处。 [0066] 因此，在使用中，其工作步骤如下： [0068] 马达将旋转体的两个盘(2’，2”)带到这样的转速，即使得离心质量体在离心力的作用下沿着径向槽口向着旋转体的外部部分移动。 [0069] 旋转速度可以任意并且其大小基于所选择的离心质量体以及希望生成的举升力。因此其大小对于本发明来说没有限制。 [0070] 一旦达到了预定的旋转速度，离心质量体朝向旋转体的外部部分被发射，沿着槽口滑动。如果静子不在那里，那么在工况下旋转体将会带着位于从旋转体的外围部分起到槽口停止位置上的全部质量体进行旋转。 [0071] 然而，静子的存在强迫离心质量体在旋转体的旋转期间被限制在静子的轮廓内(参照附图6的例子)。 [0072] 出于简化的目的考虑一个单独的离心质量体，在旋转体360°的旋转中，所述质量体由于被静子束缚住因此在槽口的内部反复运动(振荡)。特别地，离心力倾向于驱赶离心质量体，然而其在每个旋转角度找寻到形成了可变半径外围的唇缘18。该外围例如在附图1中所示出的，当单一质量体扫过静子的腹部部分时强迫单一质量体靠近轴4并且接着当其开始扫过具有大于旋转轴半径的静子背部部分时允许其离开轴4而运动。 [0073] 存在中心或是旋转对称的情况下，附图5清楚示出了每个槽口如何具有直径上相对的相对应槽口。归功于这种对称，总体的效应为在每一次旋转中，出现经过在静子背部60的槽口中的质量体将会定位在距轴4的距离相较于经过腹部50的质量体的距离更大的距离处。每个在背部的质量体具有在腹部的相对应的一个质量体。 [0074] 这种距离上的差由此产生12个质量体所生成的离心力的垂直分量的差以及向上定向的合力，由此生成举升装置的举升作用。 [0075] 很明显，根据静子的位置，飞行器的驾驶员可以建立一个单一的合成垂直力，该合成垂直力可以在垂直平面中通过精确的或是普通的强迫力来获得。 [0076] 同样明显的是本发明的配置描述了针对平衡问题的对称装置，即两个旋转器盘以及两个静子。 [0077] 间隙中的质量体为每一槽口都有一个质量体并且固定到端部，但是不能阻碍固定到右侧旋转体的一个单一质量体以及固定到左侧旋转体的一个单一质量体总是处于间隙内。 [0078] 静子也可以这样实现，即旋转地调整到预选择的位置。如果，例如将其固定到如附图4所示的位置，结果是生成完美的垂直力。如果静子在一部分或是另一部分上旋转一定角度，并随之固定，结果将会是产生的力是倾斜的并且生成垂直分量和水平分量。这允许获得除了举升还有前进的力。正如所说的，该操作由驾驶员通过拉杆44来执行。 [0079] 同样明显的是本发明本身适于将多个所述装置串行或是并行连接起来从而增加举升力。 [0080] 以下是通过本装置获得的举升计算： [0081] [0082] n＝800转/min； [0083] m＝单一离心质量体＝1.9Kg； [0084] π＝3.14 [0085] ΔD1＝旋转体的两个垂直间隙的有用半径之间的差＝13.5cm； [0086] ΔD2＝在垂直方向上倾斜30°的旋转体的两个相对间隙的有用半径之间的差＝13.0cm； [0087] ΔD3＝在垂直方向上倾斜60°的旋转体的两个相对间隙的有用半径之间的差＝11.5cm； [0088] ΔD1，ΔD2，ΔD3取决于静子的形状和尺寸。 [0089] 进行计算，得到如下结果： [0090] P＝650Kp＝6376.5N； [0091] 很容易验证的是如果旋转体的转数等于1500转/min，举升等于： [0092] P＝2270Kp＝22.267N； [0093] 如果静子的对称轴在垂直方向上倾斜30°，由科里奥利力的水平分量赋予飞行器水平牵引力，并且等于2270*sen 30°＝0.5*2270Kp＝1135Kp，与其相对应的是等于下式的科里奥利装置的加速度： [0094] [0095] 为约等于250Kp的飞行器的总重量。 [0096] 这意味着飞行器在真空中时，在将近20秒钟后到达3200Km/h的巡行航速。 [0097] 针对所讨论的原型，我们计算马达所必须具有的功率。 [0098] 考虑为了抵抗马达旋转的所有摩擦所必需的50Kp的外围力，随之而来的是马达所必须具有的功率P等于： [0099] [0100] 在这种情况下，马达因此必须具有约为30马，即约为25Kw的功率。 [0101] 借助于由驾驶员操控的拉杆系统通过两个拉杆(彼此为整体)，驾驶员对组成静子的两个盘在垂直面上进行手动旋转和调整，从而允许获得确定了飞行器的水平位移的举升作用的水平分量。 [0102] 借助于由驾驶员操作的固定在机架上并具有两个销的两个拉杆或是拉杆系统，对静子在垂直面上进行手动旋转，允许获得确定了飞行器的水平位移的举升作用的水平分量。 [0103] 于是，该装置围绕垂直轴的旋转允许飞行器在极方位角平面的一个方向或是其相对的方向上运动。 [0104] 虽然在本描述中，出于简化的目的，没有考虑重力和摩擦力，很明显的是可以容易地选择装置的尺寸(因此离心质量体、旋转速度等)从而无视由于摩擦引起的耗散并且考虑了重力来产生升力。特别地，很容易实施关于质量体、旋转体的旋转速度、各部分的布置的例行计算，从而在当马达应用在常规的飞行中时生成足以克服飞行器重量P的举升作用。 [0105] 附图11示出了具有主要力的图示的操作的物理结构。该装置例如在一个或更多个点上固定到飞行器，生成可以按照以下方式通过基于所应用的质量体和轨道的布置来改变旋转体的旋转速度来选择的举升作用(L)，即如同普通的直升机一样克服重力(P)并且产生举升作用。对于系统的内部力，即作用于质量体的离心力以及将质量体束缚在相对位置的向心力，很明显为平衡的，然而系统相对于地面惯性参考而言并不是总体平衡的并且当生成的举升超过飞行器的重力时会被举升。 [0106] 附图12示出了其中马达相对于装置而言不对准并且通过如图所示的合适的传输齿轮连接到装置的变形。 |
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