專利名稱：波浪直翼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種升翼眾所周知，飛機(jī)是依靠機(jī)翼轉(zhuǎn)化風(fēng)能產(chǎn)生的升力飛上天。前蘇制安-225型大型運(yùn)輸機(jī)的最大起飛重量竟達(dá)600噸，相當(dāng)于一列10節(jié)車箱的火車或60輛載重汽車的貨運(yùn)量?？梢?，飛機(jī)真是一項(xiàng)能夠大規(guī)模捕捉風(fēng)能的偉大發(fā)明。同時(shí)，另方面也說明在大氣層中，風(fēng)能確是一種巨大無比深厚無比的清潔能源。它無處不在無時(shí)不在，每天24小時(shí)，隨時(shí)隨地你都可以對(duì)它招之即來，用之即去。風(fēng)能取之不盡用之不竭。你可以對(duì)它無數(shù)次地重復(fù)使用，用完它即再生。它用量不限，可大可小，全看你的需要和能耐。風(fēng)能不用采購(gòu)，不用運(yùn)輸，不用倉(cāng)儲(chǔ)，不用開采冶煉，不用加工制造，不用排污治污，不用廣告推銷，不用包裝托運(yùn)，不用討債收款……總之，風(fēng)能是大自然中的一種不可多得的極易獲取的理想能源。然而，人類對(duì)于風(fēng)能的開發(fā)與大氣層中所蘊(yùn)藏的無限能量相比，實(shí)在是微乎其微。在世界航空工業(yè)高度發(fā)達(dá)的今天，人類大規(guī)模獲取風(fēng)能的航空技術(shù)，從來都只施惠于空中，而不惠及地面和水面的交通工具。即使現(xiàn)代的飛機(jī)也并非完美無缺。它的高耗能并非建立在高效率的基礎(chǔ)之上。它有相當(dāng)部分能耗都屬于不合理的無謂浪費(fèi)。
盡人皆知魚和船生來都是直行，而無橫行的概念，因?yàn)闄M行的阻力最大，直行的阻力最??；但飛機(jī)則相反，飛機(jī)生來就是橫行，而無直行的概念，顯然，飛機(jī)的很大部分能量都不可避免地要浪費(fèi)在機(jī)翼的這種橫行受阻的消耗之中。固然，飛機(jī)從一開始就是受了飛鳥橫飛的啟發(fā)而發(fā)明出來的。這本無可厚非。但飛機(jī)與飛鳥的飛行畢竟有根本的不同。飛鳥靈活機(jī)動(dòng)，雙翼開合自如。它一拍翅，則升力動(dòng)力一起產(chǎn)生，能源利用率很高。當(dāng)它在利用上升的氣流或借用自己飛行后的慣性----展翅滑翔的時(shí)候，它便處于零耗能的休整狀態(tài)。很是節(jié)能。而飛機(jī)則是雙翼固定不變的剛體，當(dāng)然不可能象飛鳥那樣，能夠?qū)彆r(shí)度勢(shì)靈活機(jī)動(dòng)地安排自己是耗能還是不耗能。飛機(jī)實(shí)際上是在全工作全受阻全耗能的狀態(tài)下飛行。在大自然中，不僅飛鳥、其實(shí)所有的動(dòng)物和植物都是合理利用能源的節(jié)能大師。而人類則是大規(guī)模取能和大規(guī)模耗能的巨匠。
另外，飛機(jī)的橫翼使飛機(jī)的身軀顯得非常龐大。這就要求飛機(jī)在起飛或著陸時(shí)要非常平穩(wěn)，稍傾斜，一旦長(zhǎng)長(zhǎng)的機(jī)翼略有觸地或觸碰其它物品，就很容易折翅，甚至引發(fā)空難。正是由于身軀龐大，在空中，飛機(jī)之間也要相隔較遠(yuǎn)，小心翼翼，否則便非常危險(xiǎn)。由此可見，橫翼飛機(jī)的安全性和穩(wěn)定性都很差很脆弱很不理想。
本發(fā)明的目的，就在于試圖為改變傳統(tǒng)飛機(jī)的橫飛為直飛提供一種新的機(jī)翼，并試圖將航空技術(shù)普惠于地面和水上的交通工具，從而提供一種新的節(jié)能裝置，這就是波浪直阻。
本發(fā)明將用以下方式完成。
(1)把飛機(jī)兩側(cè)的機(jī)翼去掉，另制一條長(zhǎng)長(zhǎng)的直翼，并用支撐架架在機(jī)身的上部。當(dāng)然，必需按照飛機(jī)的最大升阻比選擇好有利迎角去安裝。波浪直翼的下部與現(xiàn)有機(jī)翼的下部并無不同。關(guān)鍵是上部的外形是呈起伏不平的波浪形狀。就是說，如果把現(xiàn)有機(jī)翼的外形視為一個(gè)前高后低的勻稱的“波浪”，那么波浪直翼的“波浪”，即是由多個(gè)類似的均勻的“波浪”串連而成。當(dāng)然，波浪面也可以有其它形態(tài)的“波浪”。波浪直翼前端的頭部形狀是尖而園。直翼頭部的前緣開有一道進(jìn)氣口，就象微微張開的魚嘴。直翼上部的斜面上疏疏朗朗地開有一些細(xì)小的出氣孔。直翼的下部近尾部處開有一道排氣口。
(2)波浪直翼的應(yīng)用不限于飛機(jī)或滑翔機(jī)，它同樣適用于地面和水面的交通工具。如汽車、火車、電力機(jī)車、磁懸浮列車、摩托、輪船、水翼船、氣墊船、氣墊車、快艇、地效飛行器等機(jī)動(dòng)性交通工具的上部，都可以按其最大升阻比和有利迎角來架設(shè)波浪直翼。支撐架可以是固定式的，也可以是升降式的。直翼的頭部可以是尖而圓的，也可以是圓弧形或平直形的根據(jù)流體的連續(xù)性亦即質(zhì)量守恒的原理，當(dāng)流體經(jīng)過一個(gè)狹窄的被擠壓過的空間，流體要在相同的時(shí)間里，流過與正?？臻g相同的流量，唯一的選擇就是加快速度。顯然，氣流掠過波浪直翼的上部波浪面，是呈加速度的態(tài)勢(shì)向后飛馳。氣流每掠過一個(gè)“浪頭”就被加速一次。而波浪直翼的展弦比與現(xiàn)有機(jī)翼的展弦比完全相反，波浪直翼的弦長(zhǎng)為現(xiàn)有機(jī)翼的數(shù)倍，甚至十多倍。氣流要掠過這么長(zhǎng)的起伏不平的狹窄空間，平均速度將要比掠過現(xiàn)有機(jī)翼的更快。根據(jù)伯努利方程，因而波浪直翼上部所受到的空氣壓力要比現(xiàn)有機(jī)翼的更小。再看機(jī)翼的下部。一般機(jī)翼下部都屬正?？臻g，而機(jī)翼都有迎角，所以，下部的氣流不但比機(jī)翼上部的要慢得多，比機(jī)翼遠(yuǎn)前方的氣流還要慢。因而，氣流要掠過一個(gè)比現(xiàn)有機(jī)翼長(zhǎng)得多的相同空間，速度自然就更慢得多。按照伯努利定理，波浪直翼的下部所得到的空氣壓力就會(huì)比現(xiàn)有機(jī)翼的要大得多。顯然，波浪直翼上下方的空氣壓力差便會(huì)比現(xiàn)有機(jī)翼的大的多。換言之，在相同的飛行速度，相同的機(jī)翼面積，相同的迎角的情況下，波浪直翼所產(chǎn)生的升力將會(huì)比現(xiàn)有的各種機(jī)翼的升力都要大。
從橫翼飛機(jī)無法越過“音障”，后來改為后掠翼之后才真正越過“音障”，就可以看出，這恰好反證了橫翼飛機(jī)的阻力最大，后掠翼次之。而波浪直翼便可視為是后掠角最大以至收縮為90°的“后掠翼”。就象船的橫行阻力最大，斜行次之，唯有直行的阻力最小一樣，波浪直翼在各種翼型中是阻力最小的一種新翼型。以我國(guó)“水轟五”號(hào)滅火機(jī)為例，其翼展36米，機(jī)身長(zhǎng)39米，翼面積144米2。假如將其改為波浪直翼，便可在機(jī)身上面架設(shè)長(zhǎng)36米，寬4米，面積144平方米的直翼。這樣，兩翼展之比4米÷36米＝0.11，說明波浪直翼所受到的阻力最多只為傳統(tǒng)橫翼的11％?？紤]到波浪直翼的頭部為又尖又圓的流線型，阻力將大為減少，整個(gè)直翼所受到的阻力只會(huì)是橫翼的10％以下。當(dāng)然，這僅是粗略的估算。至于波浪直翼所受到的阻力將比現(xiàn)有機(jī)翼減少多少，升力又將增加多少，自然還有待于風(fēng)洞試驗(yàn)和飛行實(shí)踐的逐步驗(yàn)證。既然阻力大為減小，飛機(jī)的大幅度節(jié)能和提速就容易多了。
頭部進(jìn)風(fēng)口的開設(shè)，能為直翼下部近尾部處的排氣口和斜面上的出氣孔提供氣源。出氣孔泄出的氣體能夠驅(qū)散翼面上附面層空氣的集聚，排氣口噴出的氣流可在機(jī)翼的近尾部形成一道“氣簾”，它一方面可減緩機(jī)翼下部氣流的速度，另方面可減小尾部渦流的強(qiáng)度。頭部進(jìn)風(fēng)口的設(shè)置還可防止前緣激波的產(chǎn)生。至于進(jìn)風(fēng)口究竟應(yīng)開多大最為恰當(dāng)，還有待探索。
如果把現(xiàn)有的橫翼、后掠翼、三角翼等各種翼型都簡(jiǎn)稱為橫翼，那么，直翼的出現(xiàn)將使飛機(jī)的安全性、穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性都將為之大增。直翼飛機(jī)由于消除了橫翼，同時(shí)也就從根本上消除了機(jī)翼觸地或觸碰物品而造成的折翼、毀機(jī)的大隱患。也消除了空中機(jī)翼相撞而造成的空難。由于橫翼的刪除，直翼的出現(xiàn)，飛機(jī)將大為減肥。它將從一個(gè)身軀肥大的龐然大物，減成象是一艘身材修長(zhǎng)的帶涼蓬的空中快艇。其機(jī)動(dòng)性靈活性勢(shì)必大增。同時(shí)，每一個(gè)空港和航線的容量也將隨之?dāng)U增。波浪直翼是用輕質(zhì)材料制做，其重量跟機(jī)身的總重量相比，微不足道。顯然，直翼飛機(jī)的絕大部分重量都集中在飛機(jī)的下部和底部，這樣，直翼飛機(jī)就象是一個(gè)重心極低穩(wěn)定性極好的“不倒翁”，不管怎么輕微搖擺、顛波、晃動(dòng)……它都始終是迅速成功地向著復(fù)原回歸。直翼飛機(jī)跟直升飛機(jī)一樣，其升力都產(chǎn)生于機(jī)身的上部。但直翼飛機(jī)的重心平衡面，卻是整個(gè)機(jī)身的最大水平剖面，所以其穩(wěn)定性非常好。直翼飛機(jī)由于沒有橫翼，所以，當(dāng)遇到側(cè)風(fēng)等問題，也就不會(huì)有機(jī)翼上下擺動(dòng)的不穩(wěn)定性。直翼飛機(jī)沒有橫翼，它的轉(zhuǎn)向就象船一樣輕松自如……總之，波浪直翼飛機(jī)的運(yùn)行和受力情況要比橫翼飛機(jī)單純得多。
波浪直翼不象其它的機(jī)翼只能用在飛機(jī)上，它還適用于陸上和水上的絕大多數(shù)交通工具。它能利用空氣動(dòng)力，為陸上和水上的交通工具在不增加自身動(dòng)力的情況下，提供一個(gè)可以大量減輕車船自重的升力，從而達(dá)到節(jié)能的目的。另外，波浪直翼還能為陸上和水上的車船，乃至天上的飛機(jī)，架設(shè)一個(gè)可以遮陽(yáng)擋雨調(diào)節(jié)廂內(nèi)小氣候的涼蓬。
至于波浪直翼用于車船的實(shí)用性如何，可以例證。先以?shī)W迪100型的轎車為例。其載重量為550公斤，總重1710公斤，長(zhǎng)寬面積為4.8米×1.8米＝8.64米2。假設(shè)波浪直翼就按此面積架設(shè)，當(dāng)行車時(shí)速為80公里時(shí)，按照計(jì)算飛機(jī)機(jī)翼升力的公式F＝1/2·ρ·V2·Cy·S，可算得293公斤的升力，占其載重量的53％，占總重的17％。當(dāng)時(shí)速108公里時(shí)，則可獲得535公斤的升力，占其總重的31％，與其載重量幾乎持平。再以載重5噸，總重10.2噸的東風(fēng)貨車為例，其長(zhǎng)寬面積是9.4米×2.47米＝23.2米2，當(dāng)時(shí)速80公里時(shí)，可得升力787公斤，占其載重量的16％。從以上數(shù)據(jù)可以看出，把航空技術(shù)嫁接到汽車上，確實(shí)可以取得顯著的有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的節(jié)能效益。須知，這還只是依照現(xiàn)有傳統(tǒng)機(jī)翼理論算出的數(shù)據(jù)，實(shí)際上，波浪直翼產(chǎn)生的升力會(huì)更大的多。如果波浪直翼應(yīng)用于環(huán)保型的電動(dòng)汽車和太陽(yáng)能汽車，肯定能助其節(jié)能，增長(zhǎng)其行程，加快其速度，增強(qiáng)它們的實(shí)用性，加快他們商業(yè)化的步伐。而波浪直翼用于火車和磁懸浮列車的節(jié)能效益，就更為可觀更加輝煌。按一節(jié)客車箱計(jì)算，每節(jié)車廂自重43噸，載重10噸，定員108人，長(zhǎng)寬面積為24.5米×3.1＝76米2。按一節(jié)車廂頂上架設(shè)70米2的波浪直翼計(jì)算，當(dāng)時(shí)速為144公里時(shí)，便可獲得升力7.7噸，占其載重量的77％，占總重量的15％。當(dāng)時(shí)速為252公里時(shí)，升力可達(dá)23.6噸，占總重量的45％。一節(jié)車廂就這樣，整列火車所獲得的升力和節(jié)能效益不就非?？捎^了。當(dāng)時(shí)速達(dá)到382公里時(shí)，升力可達(dá)54噸，足與車廂總重量持平。由此推而廣之，當(dāng)波浪直翼用于時(shí)速可達(dá)400～500多公里的磁懸浮列車，它所產(chǎn)生的升力便很容易與列車的總重力持平。這樣，磁懸浮列車用以平衡重力的大量能耗，便可被上部波浪直翼轉(zhuǎn)化的風(fēng)能所分擔(dān)，因此，列車的絕大部分動(dòng)力都可集中用于克服前進(jìn)中的空氣阻力。這樣，磁懸浮列車便真正成了架起翅膀在地面上飛行的飛機(jī)。其能耗將大大降低，效率將大大提高。顯然，這種代表未來火車發(fā)展方向的理想交通工具，其商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的進(jìn)程，也必將隨之迅速提上議事日程。
波浪直翼用于海上船舶也很有利。因?yàn)楹Ｉ巷L(fēng)大風(fēng)多，能格外增加直翼的升力。特別是用于時(shí)速可達(dá)100多公里的水翼船、氣墊船和快艇，其節(jié)能加速的效益會(huì)更加卓著。
總而言之，波浪直翼將能為陸、海、空行駛的絕大多數(shù)交通工具的節(jié)能增效，大量利用風(fēng)能，減輕大氣污染，開辟出一條嶄新的康莊大道。同時(shí)，它還會(huì)使這些交通工具的外觀和內(nèi)涵都產(chǎn)生深刻的變革。
以下是


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圖1是波浪直翼飛機(jī)。圖2是裝上波浪直翼的汽車。
圖3是裝上波浪直翼的火車。圖4是裝上波浪直翼的輪船。
圖2中，(1)是波浪直翼，(2)是支撐架，(3)是進(jìn)氣口，(4)是出氣孔，(5)是排氣口。
權(quán)利要求
1.一種升翼(1)，其特征在于a.該升翼即波浪直翼(1)的上部呈現(xiàn)出起伏不平的波浪形狀。b.波浪直翼(1)是安裝在飛機(jī)、滑翔機(jī)、汽車、電動(dòng)汽車、太陽(yáng)能汽車、火車、電力機(jī)車、磁懸浮列車、摩托、輪船、水翼船、氣墊船、快艇、地效飛行器的上部。
2.按照權(quán)利要求1所述的波浪直翼(1)，其特征在于波浪直翼(1)的頭部前緣開有一道進(jìn)氣口(3)，上部斜面上有一些出氣孔(4)，下部近尾部處有一道排氣口(5)。
3.按照權(quán)利要求1所述的波浪直翼(1)，它是靠支撐架(2)與b項(xiàng)所述的交通工具的上部相連接。
全文摘要
一種長(zhǎng)條型的升翼,其上部呈現(xiàn)出直伏不平的波浪形狀,它是用支撐架架在飛機(jī)、汽車、火車、輪船、快艇等車船的上部。它可以改傳統(tǒng)飛機(jī)的橫飛為直飛,以減輕阻力,并加強(qiáng)飛機(jī)的穩(wěn)定性和安全性。它還可利用空氣動(dòng)力在不增加能耗的情況下,實(shí)現(xiàn)車船的減重和節(jié)能。
文檔編號(hào)B64C3/00GK1355120SQ0012810
公開日2002年6月26日 申請(qǐng)日期2000年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月1日
發(fā)明者周子禎 申請(qǐng)人:周子禎