一种利用低密度气体高效获取空气升力的装置 |
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| 申请号 | CN201610066419.6 | 申请日 | 2016-02-01 | 公开(公告)号 | CN105667792A | 公开(公告)日 | 2016-06-15 |
| 申请人 | 徐珑洋; | 发明人 | 徐珑洋; | ||||
| 摘要 | 一种利用低 密度 气体高效获取空气升 力 的装置。本 发明 可升级 飞艇 和热气球的升力系统，推动飞艇和热气球向大升力、小型化方向发展。本发明的实质是重视密度参数对运动 流体 压强变化的影响，并利用低密度气体的自然属性轻松实现旋转件上下面的气流密度差，为旋转件产生上升力创造了极好的条件。当旋转件高速旋转时，上升力便自然形成。本发明通过旋转件、挡 风 件、空压调节器、内外部加热器等若干部件协同运转实现。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种利用低密度气体高效获取空气升力的装置，其特征在于：所述装置由旋转件(1)、挡风件(2)、气压调节器(3)和旋转轴(4)组成；所述旋转件(1)具有旋转体外形并在中心位置与所述旋转轴(4)固连；所述挡风件(2)位于所述旋转件(1)下方并与之保持小的间隙(5)但不随所述旋转轴(4)转动；所述间隙(5)位于所述旋转轴(4)为中心的1个圆形位置上；所述旋转件(1)和所述挡风件(2)内部形成空腔(6)；气压调节器(3)设置在所述挡风件(2)上并与所述空腔(6)连通，通常为气压调节阀或空心管或小孔；所述空腔(6)内充满低密度气体；所述气压调节器(3)维持所述空腔(6)内气压与外部气压相当；当所述旋转件(1)高速旋转时，其上下表面承受的空气压强会降低，并且上表面的压强降低得更多(外部空气密度较大)。这样，所述旋转件(1)上下表面产生压力差，所述装置便获得了向上的升力。 |
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| 说明书全文 | 一种利用低密度气体高效获取空气升力的装置一、技术领域 [0002] 现有飞艇和热气球的上升力是由于腔体内气体密度低于外部空气密度而产生的浮力。到目前为止，实际使用中的飞艇和热气球依然采用这种升力方式。为了获得更高效的升力，人们通过不断的探索提出了一些新的方法。例如，一种真空式旋碟(CN 101368550A)就突破了传统的浮力模式，其主要内容是：圆形凹状缸体和上面的碟形缸盖密封接触，内部形成真空空腔。当缸盖高速旋转时，其上表面的压强降低，下表面压强为零，而缸体底部压强为正常气压，内部压强则为零，于是整个系统获得向上的升力。该方法仅具有理论意义，不具有实际意义。首先，将空腔抽成真空十分困难；其次，即使空腔被抽成真空，缸盖也将承受巨大的空气压力，甚至被压碎。如果在缸体内增加支撑体(如钢珠等)，缸盖旋转需要克服的摩擦力也是巨大的；第三，在空腔内外存在巨大压差的情况下，缸体和缸盖间隙处设置密封圈并作高速相对运动是无法想像的。另外，一种通过空转获取空气升力的装置(CN 103895859B)则更具应用前景，其主要内容是：取消缸体和缸盖间的密封圈并让二者保持适当的间隙，该间隙成为外部空气进入空腔的入口，同时将空腔和抽风设备连通(主要为风扇)。当抽风设备工作时，空气从间隙处吸入空腔并由抽风设备高速排出。此时，空腔内的气压降低，空气密度也相应降低。当缸盖高速旋转时，缸盖上下表面的压力都会降低，而且上表面的压力下降的更多，但其他位置的压力不变。这样系统总的受力平衡被破坏，产生上升力。显然，后者克服了前者的致命缺陷，而且后者产生的高速气流不但可平衡设备而且可做前进推力。 三、发明内容 [0003] 本发明的目的在于提供一种获取上升力的更高效方法，它通过以下技术方案实现：一种利用低密度气体高效获取空气升力的装置，其特征在于：主要由旋转件、挡风件、气压调节器、旋转轴和进气管组成；所述旋转件具有旋转体外形并在中心位置与所述旋转轴固连；所述挡风件位于所述旋转件的下方并与之保持一定间隙；所述间隙位于所述旋转轴为中心的1个圆形位置上；所述旋转件和所述挡风件内部形成空腔；所述气压调节器设置在所述挡风件上并与空腔连通，通常为气压调节阀或空心管或小孔；所述进气管与所述空腔连通。 [0004] 根据上述技术方案，低密度气体由所述进气管导入所述空腔，所述气压调节器维持所述空腔内气压与外部气压相当。当所述旋转件高速旋转时，其上下表面的压强降低，并且上表面的压强降低得更多(外部空气密度较大)。这样，所述旋转件便获得了向上的升力。 [0006] 图1是一个实施例的立体图，图2是该实施例的剖面图。图1和图2示出：所述装置由旋转件(1)、挡风件(2)、气压调节器(3)、旋转轴(4)和进气管(7)组成；所述旋转件(1)具有旋转体外形并在中心位置与所述旋转轴(4)固连；所述挡风件(2)位于所述旋转件(1)下方并与之保持小的间隙(5)但不随所述旋转轴(4)转动；所述间隙(5)位于所述旋转轴(4)为中心的1个圆形位置上；所述旋转件(1)和所述挡风件(2)内部形成空腔(6)；气压调节器(3)设置在所述挡风件(2)上并与所述空腔(6)连通，通常为气压调节阀或空心管或小孔；所述进气管(7)与所述空腔(6)连通；低密度气体由所述进气管(7)导入所述空腔(6)；所述气压调节器(3)维持所述空腔(6)内的气压与外部气压相当；当所述旋转件(1)高速旋转时，其上下表面承受的空气压强会降低，并且上表面的压强降低得更多(外部空气密度较大)。这样，所述旋转件(1)上下表面产生压力差，所述装置便获得了向上的升力。 [0007] 设外部气压为p，密度为ρ。所述空腔(6)内的气压和密度分别为p和kρ。其中0＜k＜1。当所述旋转件(1)高速旋转时，其上表面承受的空气压强会降低，根据佰努利方程，该压强为 同理，所述旋转件(1)下表面承受的压强为 所述挡风件 (2)上下表面压强相等，相互抵消。因此向上的总压强为： [0008] [0009] 令1-k＝a，它表示所述空腔(6)与外部的密度相对差。例如，a＝0.06表示所述空腔(6)内的密度比外部密度低6％。于是，上式简化为： 这足以说明所述装置的升力原理。 [0010] 系统总升力： [0011] 设所述旋转件(1)半径为R米，转速为n转/秒，则系统总升力： [0012] [0013] 即：F＝aρn3n2R4 [0014] 上式可改写成： [0015] 其中S为所述旋转件(1)的垂直投影面积，V为所述旋转件(1)的边缘速度。该式表明：上升力与所述旋转件(1)的面积成正比，与所述旋转件(1)的边缘速度的平方成正比，与所述空腔(6)内外密度相对差成正比。因此该技术方案产生的升力也要大很多。 [0016] 根据本技术方案，如果向所述空腔(6)内导入50℃的热空气，密度为1.09，外部空气为25℃，密度为ρ＝1.18，相对密度差a＝0.076。如果所述旋转件(1)的半径R＝2米，边缘速度V＝240米/秒(约20转/秒)，则总升力 [0017] 吨 [0018] 显然，该数值比空腔(6)产生的浮力大的多。 [0019] 本发明的实质：重视密度参数对运动流体压强变化的影响，并利用低密度气体的自然属性轻松实现旋转件上下面的密度差，为旋转件产生上升力创造了极好的条件。当旋转件高速旋转时，上升力便自然形成。 [0020] 本发明的优势：升力优势明显，远远大于低密度气体产生的浮力，而且成本很低。首先，旋转件工作时只需克服空气摩擦力做功，耗能少；其次，空腔体积小，加热空气所需能量少，而且可以利用发动机产生的热量。与前面所述的真空式旋碟相比，本发明空腔内外压力相等，消除了空腔内外的巨大压力差，系统在轻松状态下运行，平稳、安全、高效，应用前景广阔。与前面所述的一种通过空转获取空气升力的装置相比，本发明没有采用抽风方式实现空腔内外的密度差，而是利用低密度气体充填空腔简单实现，降低了能耗。毕竟，抽风方式无疑会消耗更多的能量。但作为回报，抽风方式排出的高速气流可产生极大的前进推力。但是，对于像飞艇和热气球等对速度要求不高的飞行器而言，本发明具有明显的比较优势。 [0021] 本发明对行业的影响：为人们设计新型飞艇和热气球提供参考。未来的飞艇和热气球将沿着体积更小、风力影响更小、升力更大的方向发展，成为空中运输的重要工具。四、附图说明 [0022] 图1是第一个实施例的立体图； [0023] 图2是第一个实施例的剖面图； [0024] 图3是第二个实施例的剖面图； [0025] 图4是第三个实施例的剖面图； [0026] 图5是第四个实施例的剖面图； [0027] 图6是第五个实施例的剖面图； [0028] 标注说明：1-旋转件，2-挡风件，3-气压调节器，4-旋转轴，5-间隙，6-空腔，7-进气管，8-内部加热器，9-排气管，10-吹风设备，11-通风管，12-外部加热器，13-密封圈。五、具体实施方式 [0029] 下面结合附图进一步说明具体的实施方式。 [0030] 图1是一个实施例的立体图，图2是该实施例的剖面图。图1和图2示出：一种利用低密度气体高效获取空气升力的装置，其特征在于：所述装置由旋转件(1)、挡风件(2)、气压调节器(3)、旋转轴(4)和进气管(7)组成；所述旋转件(1)具有旋转体外形并在中心位置与所述旋转轴(4)固连；所述挡风件(2)位于所述旋转件(1)下方并与之保持小的间隙(5)但不随所述旋转轴(4)转动；所述间隙(5)位于所述旋转轴(4)为中心的1个圆形位置上；所述旋转件(1)和所述挡风件(2)内部形成空腔(6)；气压调节器(3)设置在所述挡风件(2)上并与所述空腔(6)连通，通常为气压调节阀或空心管或小孔；所述进气管(7)与所述空腔(6)连通；低密度气体由所述进气管(7)导入所述空腔(6)；所述气压调节器(3)维持所述空腔(6)内气压与外部气压相当；当所述旋转件(1)高速旋转时，其上下表面承受的空气压强会降低，并且上表面的压强降低得更多(外部空气密度较大)。这样，所述旋转件(1)上下表面产生压力差，所述装置便获得了向上的升力。 [0031] 图3是第二个实施例的剖面图。根据第一个实施例的要求，其特征在于：在所述空腔(6)内设置与挡风件(2)固连的内部加热器(8)。当导入所述空腔(6)内的热空气温度较低时，内部加热器(8)对其继续加热。 [0032] 图4是第三个实施例的剖面图。根据第二个实施例的要求，其特征在于：增加与所述空腔(6)连通的排气管(9)、吹风设备(10)以及外部加热器(12)并与进气管(7)和空腔(6)组成闭合回路。外部加热器(12)主要利用发动机产生的热量对空气加热，吹风设备(10)推动气流循环运动。 [0033] 图5是第四个实施例的剖面图。该实施例在第三个实施例的基础上作如下改动：取消进气管(7)，直接由内部加热器(8)对空气加热。 [0034] 图6是第五个实施例的剖面图。根据第四个实施例的要求，其特征在于：在间隙(5)设置密封圈(13)，防止热空气外泻，同时保证旋转件(1)在密封条件下仍可自由旋转。 |
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