專利名稱：離心陀引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航空航天牽引技術(shù)。
迄今為止，始于仿效鳥類飛行和禮花升天的航空航天技術(shù)，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，經(jīng)過無數(shù)次的改進(jìn)與革新，形成的螺旋槳引擎和噴氣推進(jìn)技術(shù)已十分成熟，在航空運(yùn)輸、航天運(yùn)載、空間探測(cè)以及空間設(shè)備控制等方面都得到了充分的發(fā)揮和廣泛應(yīng)用?？v觀人類航空航天發(fā)展史，雖然空間技術(shù)取得了輝煌的成就，但主要表現(xiàn)在對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的完善和提高上，而原始創(chuàng)新仍然不夠。使原有技術(shù)一些“先天性”不足“遺傳”下來，被人們逐步接受和成為一種必然。例如修建耗資巨大的飛機(jī)場(chǎng)，是因?yàn)樵酗w機(jī)起降要求高，無法在常規(guī)陸地上升降的不足造成的；空間運(yùn)載火箭成為一次性消耗品，以及無法使用與空間技術(shù)匹配的太陽能、核能，而極大地限制了人類空間活動(dòng)的范圍，這都是由于火箭技術(shù)自身不足所帶來的。因此，只有原始創(chuàng)新才能從根本上解決現(xiàn)有航空航天技術(shù)存在的問題和缺陷。
本發(fā)明就屬于一項(xiàng)航空航天領(lǐng)域的原始創(chuàng)新技術(shù)，即通過一種被稱為“離心陀”的能量轉(zhuǎn)換裝置，將圓周運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心力轉(zhuǎn)換為航天牽引力，推進(jìn)航天器飛行。首先從圓周運(yùn)動(dòng)原理應(yīng)用實(shí)例來看。
眾所周知，實(shí)驗(yàn)室中用于分離生物分子的超速離心分離機(jī)，是以定軸圓周運(yùn)動(dòng)原理工作的，當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到10萬轉(zhuǎn)/分時(shí)，形成的有效向心加速度要比地球表面的重力加速度大幾十萬倍，即就是說位于轉(zhuǎn)盤上離軸10厘米處質(zhì)量為10克的質(zhì)點(diǎn)，對(duì)離心機(jī)的轉(zhuǎn)軸形成10噸的拉力(離心力F＝mrω2)，足以將一輛大卡車輕而易舉地拖離地面，而且，這個(gè)力隨著質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)半徑及轉(zhuǎn)速的提高繼還要增大。由此可見，在圓周運(yùn)動(dòng)中質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的離心力具有“四兩拔千斤”的作用，但是，離心力的方向總是沿半徑指向定軸不斷變化的恒力。
另外，建筑工程中常用的電夯，是以動(dòng)軸低速圓周運(yùn)動(dòng)原理工作的，當(dāng)電夯飛輪在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下，以幾十轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)時(shí)，憑借夯鉈(位于飛輪邊緣上的偏重點(diǎn)或質(zhì)點(diǎn))產(chǎn)生的離心力作用于動(dòng)軸，使夯體騰空而起，繼而隨著夯鉈轉(zhuǎn)動(dòng)、離心力方向改變，再以自重幾十倍的力砸向地面。在這個(gè)實(shí)例中，離心力的方向通過動(dòng)軸得到了轉(zhuǎn)化，使其方向變?yōu)榻朴谏舷抡駝?dòng)的周期性的變力。
通過對(duì)物體轉(zhuǎn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)理論的大量研究，進(jìn)行了無數(shù)次的設(shè)計(jì)、室驗(yàn)，最終，發(fā)明了被命名為“離心陀”的關(guān)鍵性能量轉(zhuǎn)換裝置，實(shí)現(xiàn)了航空航天牽引技術(shù)的新突破。
綜上所述，人類航空航天技術(shù)發(fā)展百余年來，通過對(duì)原有技術(shù)的不斷完善和提高，取得了巨大的成就。同時(shí)，也使早期的航空航天技術(shù)存在的問題和不足“遺傳”至今。通過對(duì)離心機(jī)、電夯等圓周運(yùn)動(dòng)原理與應(yīng)用的大量研究試驗(yàn)，根據(jù)小質(zhì)量物體在高速轉(zhuǎn)動(dòng)中產(chǎn)生巨大慣性離心力的特點(diǎn)，研制出一種被稱為“離心陀”的能量轉(zhuǎn)換裝置，將離心力轉(zhuǎn)變?yōu)槌掷m(xù)單向的空間牽引力，牽引航天器在空間飛行。該技術(shù)可從根本上彌補(bǔ)和解決傳統(tǒng)航空航天技術(shù)上存在的問題和不足。
三、發(fā)明的內(nèi)容以傳統(tǒng)火箭為代表的噴氣推進(jìn)技術(shù)，由于受到特定環(huán)境和特定作用力方式(化學(xué)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能)的限制，在航天運(yùn)載方面存在攜帶能源有限，運(yùn)載自重大、距離短，一次性消耗大，設(shè)備和能源利用率低；無法有效利用太陽能、核能等空間匹配能源。而螺旋槳牽引技術(shù)不能勝任真空動(dòng)力，即使作為大氣層飛行器動(dòng)力，也存在體積大、結(jié)構(gòu)離散、靈活性差，起降條件刻苛，受自然氣候影響大等問題。
該發(fā)明屬于完全不同于噴氣推進(jìn)及螺旋槳(渦扇)牽引技術(shù)的另一類航空航天新技術(shù)，其技術(shù)關(guān)鍵在于“離心陀”，其結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示的二臂離心陀及圖4所示的四臂離心陀，主要由陀臂(四臂離心陀為“十”字陀臂)、陀標(biāo)(四臂的有4個(gè))、定向輪(四臂可由兩個(gè)定向輪分別控制兩組陀標(biāo)的方向)、動(dòng)向輪(四臂的有4個(gè))、徑向拉桿(四臂的為“十”字型)以及傳動(dòng)軸、定向柄、定向傳動(dòng)鏈以及固定架等附屬設(shè)施組成(其中陀臂與傳動(dòng)軸、定向輪與定向柄均為一體化結(jié)構(gòu))。它屬于一種機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置，能將由發(fā)動(dòng)機(jī)提供的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能，轉(zhuǎn)換為任意方向上持續(xù)單向的牽引力，力的方向總是與陀標(biāo)的指向一致，力的大小與陀臂的長短、陀標(biāo)重量、轉(zhuǎn)速的高低有關(guān)(二臂為F合力≈6F離心力；四臂的為F合力≈12F離心力)，力的方向通過旋轉(zhuǎn)定向柄角度而定。離心陀的工作方式是在發(fā)動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，通過固定在傳動(dòng)軸10上的陀臂1的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)陀標(biāo)7、8運(yùn)動(dòng)，同時(shí)陀標(biāo)7、8也受到動(dòng)向輪3、4的及固定(有一定轉(zhuǎn)動(dòng)范圍)在機(jī)身上的定向輪2的控制，使一對(duì)陀標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡形成以附圖3虛點(diǎn)b為圓心的圓，但其實(shí)際轉(zhuǎn)軸位于a點(diǎn)，因此，陀標(biāo)的離心力的大小及方向?yàn)閺腶點(diǎn)指向圓周邊各點(diǎn)離心力的矢量和，從而形成持續(xù)單向的離心力，牽引航天器飛行。
以二臂離心陀結(jié)構(gòu)原理為基礎(chǔ)，還可設(shè)計(jì)出如圖4所示的四臂離心陀，四臂離心陀由于有兩組對(duì)稱的陀臂，因此，可以形成由兩個(gè)定向輪分別控制的雙向牽引力，可分為陀標(biāo)質(zhì)量不同的主力標(biāo)和附力標(biāo)。垂直方向上的主標(biāo)力為提升力，水平方向的附標(biāo)為水平牽引力。將這種成對(duì)的四臂離心陀象汽車輪子一樣，被固定在車身兩側(cè)，形成路空兩用車，離心陀在發(fā)動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，并可通過旋轉(zhuǎn)定向輪，在這個(gè)平面上生產(chǎn)任意方向的牽引力，力的大小與鉈重、陀徑及其轉(zhuǎn)速成正比；若將陀向轉(zhuǎn)向正上方，加載動(dòng)力后，就會(huì)產(chǎn)生向上的提升力，隨著轉(zhuǎn)速的加快，車身騰空而起進(jìn)入飛行狀態(tài)。相反，隨著轉(zhuǎn)速的降低，這種飛行器會(huì)降落在公路或公路以外的任何地方，四個(gè)輪子起到緩沖的作用，在降落過程中，逐步將離心陀方向轉(zhuǎn)向與公路平行，又可作為公路行駛驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)汽車在公路上行駛。
離心陀牽引技術(shù)在航空領(lǐng)域，具有體積小、占空度低、結(jié)構(gòu)緊湊、控制靈活方便，不依賴于空氣作為動(dòng)力載體的特點(diǎn)，用于飛機(jī)牽引技術(shù)，能達(dá)到相當(dāng)于直升飛機(jī)的飛行效果，可以在任何行駛、飛行速度、任意地面條件下，實(shí)現(xiàn)垂直或斜向起飛和降落，即就是說不需要飛機(jī)場(chǎng)這樣的起降設(shè)施；不依賴于空氣，可以在空氣稀溥的超高空和大氣層以及真空飛行行，極大提高航空技術(shù)的機(jī)動(dòng)性。
離心陀牽引技術(shù)在空間運(yùn)載方面同樣具有很多優(yōu)越性，與現(xiàn)行火箭運(yùn)載技術(shù)相比較，可能采用太陽能、燃油、燃?xì)狻⒑四艿榷喾N能源及其動(dòng)力設(shè)備提供的動(dòng)進(jìn)行空間運(yùn)載。同時(shí)，克服了火箭在運(yùn)載航天設(shè)備時(shí)，由于運(yùn)載距離遠(yuǎn)、攜帶燃料自重大，往往需要多級(jí)接力完成，發(fā)生故障的環(huán)節(jié)多，運(yùn)載途中的可控性能差，不能重復(fù)利用，運(yùn)載成本高，空氣污染嚴(yán)重等一系列的問題和缺陷，在航天領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用潛力，四

圖1，離心陀正面2，離心陀側(cè)面圖1-為陀臂；2-為定向輪；3、4-均為動(dòng)向輪；5、6-均為陀標(biāo)和陀標(biāo)臂；7、8-均為傳動(dòng)鏈；9-為徑向拉桿；10-為傳動(dòng)軸；11-為定向柄；12-為固定架圖3，離心陀工作狀態(tài)圖狀態(tài)I，為陀臂處于水平角度時(shí)，陀標(biāo)的方向與位置；狀態(tài)II，為陀臂處于豎直角度時(shí)，陀標(biāo)的方向與位置；狀態(tài)III，為陀臂、陀標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡及軸所在的位置；其中a點(diǎn)為實(shí)軸的位置；b點(diǎn)為虛軸；二臂離心陀產(chǎn)生的牽引力為 四臂離心陀產(chǎn)生的牽引力為 m為陀標(biāo)重；R為陀臂長；ω為角速度；圖4，為四臂離心陀結(jié)構(gòu)示意圖，五具體實(shí)施方式
1、用于無機(jī)翼路空兩用車(如圖5、圖6)在外型結(jié)構(gòu)類似于小汽車的車輛上，兩側(cè)固定一對(duì)對(duì)稱的四臂主附標(biāo)離心陀，可以以主標(biāo)力為提升力，附標(biāo)力為水平牽引力，垂直起飛時(shí)，兩組沖力方向合二為一，在垂直方向上產(chǎn)生巨大的牽引力，達(dá)到需要的高度時(shí)，使附標(biāo)力分離出來作為水平牽引(如圖5所示)。在公路行駛時(shí)，可將兩組沖力合二為一形成水平牽引力(如圖6)。這種路空多用車比直升飛機(jī)更方便、更靈活。
2、用于航空運(yùn)載(如圖7、圖8)在航空運(yùn)載方面，可以在機(jī)身主體的前后安裝兩組離心陀，通過離心陀的牽引，以及機(jī)翼的空氣動(dòng)力作用，可以完成垂直起降、空中停留、豎直爬升等多種飛行動(dòng)作。并能有效克服原有技術(shù)中空氣動(dòng)力裝置(螺旋漿等空氣動(dòng)力裝置)體積龐大、結(jié)構(gòu)離散、占空度高、靈活性差，依懶于空氣產(chǎn)生升空舉力，受自然氣流影響大，起降條件和設(shè)施要求刻苛，必須以飛機(jī)場(chǎng)為起降地，無法適應(yīng)空氣稀溥的超高空和大氣層以外飛行要求。
3、用于新一代航天飛機(jī)(如圖9)離心陀牽引技術(shù)用于空間活動(dòng)的最突出的優(yōu)點(diǎn)一是能將多種動(dòng)力設(shè)備提供的動(dòng)能直接轉(zhuǎn)換為空間飛行動(dòng)力，極大地拓寬了人類空間活動(dòng)能力；二是能實(shí)現(xiàn)空間運(yùn)載設(shè)備的重復(fù)利用，有效地降低了空間運(yùn)載成本；三是通過太陽能電池板，使大氣層外的強(qiáng)太陽能發(fā)電提供用之不竭的能源，作為持久性空間飛行動(dòng)力；四是利用核反應(yīng)堆提供動(dòng)力，將核動(dòng)力應(yīng)用于航天推進(jìn)系統(tǒng)，從而有效地增加航天運(yùn)載距離和范圍。
權(quán)利要求
1.一種離心陀引擎能將各種發(fā)動(dòng)機(jī)提供的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能，直接轉(zhuǎn)化為持續(xù)單的離心力，用以牽引航器在空間飛行。它與噴氣推進(jìn)技術(shù)都不依賴于動(dòng)力載體的作用，都適用于大氣層和真空的飛行動(dòng)力系統(tǒng)。同時(shí)，與螺旋漿(渦扇)引擎都屬于機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置和飛行器的前進(jìn)牽引技術(shù)。離心陀的主要特征是能在各種發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下，通過陀臂的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)陀標(biāo)運(yùn)動(dòng)，再通過定向輪和動(dòng)向輪的相互傳動(dòng)關(guān)系，控制陀標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向及過動(dòng)規(guī)律，形成特定圓周運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生持續(xù)、單向、強(qiáng)大的離心力矢量和。與火箭技術(shù)不同的是可以有效地利用一切發(fā)動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力，而火箭技術(shù)只能利燃料的化學(xué)能產(chǎn)生反沖力；螺旋槳引擎必須以空氣為動(dòng)力載體，只適用于大氣層飛行動(dòng)力。
全文摘要
離心陀引擎屬于航空航天動(dòng)力技術(shù)領(lǐng)域,由于受到特定空間環(huán)境與特定作用力方式的限制,除噴氣推進(jìn)外的許多動(dòng)力技術(shù)都失去作用,象太陽能、核能等空間匹配能源,因無法與火箭技術(shù)兼容,不能成為空間高效動(dòng)力。而螺旋槳牽引技術(shù)不能勝任真空動(dòng)力,既使用于大氣層,也存在體積大、結(jié)構(gòu)離散、起降要求高,受自然氣候影響大等問題。離心陀引擎是根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)原理,能將離心力直接轉(zhuǎn)化為持續(xù)、單向的牽引力,可利用太陽能、核能、燃油、燃?xì)獾榷喾N能源和動(dòng)力系統(tǒng),并且具有體積小,能量轉(zhuǎn)化率高,易于控制等優(yōu)點(diǎn);可用于水、路、空多用車,垂直起降航空引擎,太陽能或核動(dòng)力航天飛機(jī)等空間技術(shù)設(shè)備,在該領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。
文檔編號(hào)B64D27/00GK1367119SQ0113114
公開日2002年9月4日 申請(qǐng)日期2001年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月4日
發(fā)明者馬衛(wèi)斌 申請(qǐng)人:馬衛(wèi)斌