本發(fā)明涉及飛行器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種可以提供升力的輪升傘可控升力高效能產(chǎn)生裝置及使用方法。

背景技術(shù)：

人類(lèi)很早就有在空中自由飛行的理想，隨著世界技術(shù)的進(jìn)步，形形色色的飛行器層出不窮。飛行器運(yùn)行一般可分為三個(gè)階段：起升、平飛、降落，起升時(shí)需要飛行器能夠在一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大于自身重力的升力，平飛時(shí)需要飛行器能夠長(zhǎng)時(shí)間維持平衡于自身重力的升力和一定的前行動(dòng)力，降落時(shí)需要飛行器能夠可控制的逐步降低升力從而讓自身能逐步降至地面而不是墜落，所以飛行器的最重要和必要的一項(xiàng)本質(zhì)就是持續(xù)的提供升力，如何產(chǎn)生一種可控制的能夠抵消自身重力的升力。如氣球、飛艇是依靠氣囊對(duì)空氣的靜浮力，固定翼飛機(jī)是在高速向前運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)翼上下的壓力差產(chǎn)生的升力，旋翼機(jī)是旋翼高速旋轉(zhuǎn)時(shí)上下的壓力差產(chǎn)生的升力，火箭是依靠反向高速?lài)娚洚a(chǎn)生的反沖力。

但上述升力產(chǎn)生方法都有很多不足，氫氣（或氦氣）氣囊對(duì)空氣的靜浮力都需要超大的體積，運(yùn)動(dòng)機(jī)翼上下壓力差產(chǎn)生升力需要較重的動(dòng)力設(shè)備導(dǎo)致效能較低，高速?lài)娚洚a(chǎn)生的反沖力需要較多的燃料。近年來(lái)飛行領(lǐng)域沒(méi)有新的升力產(chǎn)生裝置和理論出現(xiàn)，所以飛行器發(fā)展的大多是高能耗的大型客貨機(jī)或者輕微型的無(wú)人機(jī)，而輕型載人飛行器一直徘徊在萊特兄弟最初的滑翔機(jī)模式里。需要開(kāi)發(fā)一種既能夠高效能可控持續(xù)的提供升力又自重較輕的裝置和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

物體在空氣中運(yùn)動(dòng)會(huì)受到空氣的阻力，空氣阻力的公式：f=(¹/2)cρsv²，式中：c為空氣阻力系數(shù)；ρ為空氣密度；s物體迎風(fēng)面積；v為物體與空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，由上式可知，正常情況下空氣阻力的大小與空氣阻力系數(shù)及迎風(fēng)面積成正比，與速度平方成正比。根據(jù)這一規(guī)律人們發(fā)明了降落傘，降落傘是一種氣動(dòng)力減速器，它通常有一個(gè)折疊的面積很大的傘面，下落的人或物體通過(guò)繩索與傘面相連，工作時(shí)由于受重力作用下墜帶動(dòng)傘面快速下落，傘面相對(duì)于空氣運(yùn)動(dòng)充氣展開(kāi)，可以產(chǎn)生很大的空氣阻力，使人或物體減速、穩(wěn)定的下落，保證在空中下落的人或物體的安全。如果進(jìn)一步深入分析，降落傘傘面所產(chǎn)生的空氣阻力實(shí)質(zhì)是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的升力，只不過(guò)這個(gè)升力沒(méi)有超過(guò)整個(gè)系統(tǒng)重力，所以整個(gè)系統(tǒng)一直下降。本發(fā)明就是根據(jù)這一分析對(duì)柔性傘面結(jié)合常用的升力產(chǎn)生方法進(jìn)行復(fù)合設(shè)計(jì)的，使之能夠高效能可控持續(xù)的產(chǎn)生升力。

本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)裝置包括載荷框架、可轉(zhuǎn)換繩索快速下拉裝置和與其同時(shí)連接的數(shù)量至少2套的一定長(zhǎng)度的輕質(zhì)抗拉連接繩、輪升傘（由輕質(zhì)的堅(jiān)韌柔性傘面、中心承力繩、周邊承力繩、輕質(zhì)防疊合網(wǎng)、傘面張開(kāi)保障裝置組成）和初始升力器，各構(gòu)件依次從下到上連接，初始升力器指能夠自動(dòng)產(chǎn)生并持續(xù)維持升力的裝置，如充滿低密度氣體（氫氣或氦氣）的氣球或電動(dòng)旋翼等，其升力f必須能大于輪升傘和一定長(zhǎng)度的輕質(zhì)抗拉連接繩的重量mg?？赊D(zhuǎn)換繩索快速下拉裝置指可以連接多條繩索，能夠通過(guò)人或其它動(dòng)力機(jī)構(gòu)對(duì)其中一條進(jìn)行快速下拉，而其余完全放開(kāi)，并且能按要求及時(shí)轉(zhuǎn)換成對(duì)另一條繩索進(jìn)行快速下拉而其余完全放開(kāi)的裝置。設(shè)定整個(gè)裝置重量為mg。

本發(fā)明的運(yùn)行方法步驟如下：先放開(kāi)所有的輕質(zhì)抗拉連接繩，由初始升力器將閉合狀態(tài)的輪升傘升至空中，然后用安裝載荷框架上的可轉(zhuǎn)換繩索快速下拉裝置快速拉動(dòng)其中一個(gè)輪升傘的輕質(zhì)抗拉連接繩，下拉傘面相對(duì)于空氣向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)而充氣展開(kāi)后仍然繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，傘面會(huì)受到空氣阻力f阻，傘面受到的空氣阻力通過(guò)連接繩和可轉(zhuǎn)換繩索快速下拉裝置反向作用到載荷框架上成為作用于載荷框架上的升力f升，即f升=f阻，根據(jù)空氣阻力公式知空氣阻力與速度平方成正比，隨連接繩的下拉速度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，即傘面相對(duì)于空氣向下運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，載荷框架上受到的升力f升等于整個(gè)裝置的重量mg，繼續(xù)增加連接繩的下拉速度，載荷框架上受到的升力f升將大于整個(gè)裝置的重量mg，此時(shí)整個(gè)裝置的狀態(tài)是：載荷框架向上運(yùn)動(dòng)，正被下拉連接繩的輪升傘將逐漸接近載荷框架，而其余的初始升力器、輪升傘卻在其初始升力器持續(xù)升力的作用下隨載荷框架上升并保持拉伸狀態(tài)。當(dāng)可轉(zhuǎn)換繩索快速下拉裝置快速下拉連接繩達(dá)到盡頭時(shí)完全放開(kāi)該連接繩，同時(shí)轉(zhuǎn)換下拉第二個(gè)輪升傘的連接繩，此時(shí)第二個(gè)輪升傘將按上述原理產(chǎn)生對(duì)載荷框架的升力，而第一個(gè)輪升傘失去了可轉(zhuǎn)換繩索快速下拉裝置對(duì)連接繩的拉力，在空氣阻力、初始升力器的合力作用下會(huì)以一個(gè)較大的加速度快速上升，同時(shí)傘面在空氣阻力的作用下收縮，在上升過(guò)程中受到的空氣阻力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于下拉時(shí)的空氣阻力，因而第一個(gè)輪升傘將在一定時(shí)間內(nèi)回到初始位置，通過(guò)調(diào)整初始升力器的升力大小、連接繩的長(zhǎng)度及可轉(zhuǎn)換繩索快速下拉裝置的收納速度可以使輪升傘向下受拉運(yùn)動(dòng)過(guò)程和自由上升運(yùn)動(dòng)過(guò)程時(shí)間相當(dāng)，那么通過(guò)輪升傘的輪流上升和下拉將持續(xù)對(duì)載荷框架施加升力。

本發(fā)明充分利用空氣阻力規(guī)律，以較小升力的初始升力器帶動(dòng)輪升傘上升，通過(guò)對(duì)多個(gè)輪升傘的輪流下拉和放開(kāi)自由上升，輪升傘在該運(yùn)動(dòng)過(guò)程中輪流充氣展開(kāi)和下垂閉合，由于快速下拉時(shí)充氣展開(kāi)的輪升傘相對(duì)空氣運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生較大的空氣阻力，該阻力通過(guò)連接繩和固定在載荷框架上的可轉(zhuǎn)換繩索快速下拉裝置反向作用在載荷框架上，從而形成對(duì)載荷框架的持續(xù)的較大升力。本發(fā)明裝置的傘面充氣后面積很大，而連接繩的高速下拉也是非常容易通過(guò)簡(jiǎn)易的可轉(zhuǎn)換繩索快速下拉裝置以較小的動(dòng)力甚至人力進(jìn)行實(shí)現(xiàn)和控制，也就是說(shuō)傘面與空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度可以控制的實(shí)現(xiàn)高速，所以根據(jù)空氣阻力公式，本發(fā)明裝置可高效能的可控制的產(chǎn)生升力。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明構(gòu)造簡(jiǎn)單，大部分構(gòu)件為柔性材料，便于收納，因此適合多種飛行裝置；可通過(guò)多個(gè)輪升傘的前后串聯(lián)、或者并連、或者串并聯(lián)等多種方式構(gòu)成多種形式的升力裝置，可以提供更大數(shù)值的升力，有好的穩(wěn)定性和安全性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)裝置示意圖（輪升傘下垂閉合狀態(tài)）。

圖2為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)裝置示意圖（輪升傘充氣展開(kāi)狀態(tài)）。

圖3為本發(fā)明的主要構(gòu)件輪升傘的結(jié)構(gòu)示意圖（下垂閉合狀態(tài)）。

圖4為本發(fā)明的主要構(gòu)件輪升傘的結(jié)構(gòu)示意圖（充氣展開(kāi)狀態(tài)）。

圖5為本發(fā)明使用方法的示意圖，圖中該發(fā)明處于初始狀態(tài)。

圖6為本發(fā)明使用方法的示意圖，圖中該發(fā)明處于啟動(dòng)狀態(tài)。

圖7為本發(fā)明使用方法的示意圖，圖中該發(fā)明處于中間狀態(tài)。

圖8為本發(fā)明使用方法的示意圖，圖中該發(fā)明處于結(jié)束狀態(tài)。

圖9為本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例（繩索下拉裝置采用盤(pán)繞釋放機(jī)構(gòu)）的示意圖。

圖10為本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例（初始升力器采用電動(dòng)旋翼直升裝置）的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)、主要特征、使用方法及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施過(guò)程僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1、2示出了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)裝置示意圖，圖1為輪升傘2下垂閉合狀態(tài)，圖2為輪升傘2充氣展開(kāi)狀態(tài)，圖中本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)裝置包括：初始升力器1、輪升傘2、輕質(zhì)抗拉連接繩3、可轉(zhuǎn)換繩索快速下拉裝置4、載荷框架5，各構(gòu)件依次從上到下連接。初始升力器1指能夠自動(dòng)產(chǎn)生升力并能在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)維持的裝置，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例采用充滿低密度氣體（氫氣或氦氣球）的氣球作為初始升力器1，此為公知技術(shù)，氣球可采用高分子復(fù)合薄膜材料制作，這類(lèi)裝置優(yōu)點(diǎn)是無(wú)能耗、無(wú)噪音、升力穩(wěn)定，缺點(diǎn)是體積較大、無(wú)法控制升力的大小和方向；輕質(zhì)抗拉連接繩3可用強(qiáng)度較高的綿綸繩、凱芙拉或其它高分子材料復(fù)合繩制作；可轉(zhuǎn)換繩索快速下拉裝置4指可以連接多條繩索，能夠通過(guò)人或其它動(dòng)力機(jī)構(gòu)對(duì)其中一條進(jìn)行快速下拉而其余完全放開(kāi)，并且能按要求及時(shí)轉(zhuǎn)換成對(duì)另一條繩索進(jìn)行快速下拉而其余完全放開(kāi)的裝置，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例采用最簡(jiǎn)單的人進(jìn)行操作下拉，必須提出的是操作人和連接繩要固定在載荷框架5上，這樣人和連接繩受到的拉力才能傳遞到載荷框架5上。載荷框架5可由鋁合金、鈦合金、輕質(zhì)高強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料制成。

如圖3、4示出了本發(fā)明的主要構(gòu)件輪升傘2的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為輪升傘2下垂閉合狀態(tài)，圖4為輪升傘2充氣展開(kāi)狀態(tài)。圖中輪升傘2由傘面201、中心承力繩202、周邊承力繩203、防疊合網(wǎng)204、傘面張開(kāi)保障裝置205組成。中心承力繩202在傘面201的中心位置固定并向上穿過(guò)傘面201與初始升力器1連接，向下與輕質(zhì)抗拉連接繩3連接，其作用是保證在傘面201受拉向下運(yùn)動(dòng)充氣展開(kāi)后初始升力器1的升力不會(huì)作用到傘面201上而導(dǎo)致其變形閉合，而在傘面下201不受下拉下垂閉合時(shí)能向上拉動(dòng)傘面201隨初始升力器1上升。在傘面201的周邊位置設(shè)有多條周邊承力繩203，多條周邊承力繩203匯總后向下與輕質(zhì)抗拉連接繩3連接在一起，其作用是傳遞向下運(yùn)動(dòng)的充氣展開(kāi)的傘面201受到的空氣阻力。各條周邊承力繩203間加裝防疊合網(wǎng)204，防疊合網(wǎng)204的網(wǎng)眼需小于初始升力器1的外徑，其作用是在下拉的充氣展開(kāi)的傘面201和自由上升的初始升力器1相遇時(shí)，避免初始升力器1鉆入充氣展開(kāi)的傘面201之下從而疊合在一起影響下一步的運(yùn)動(dòng)軌跡。在輪升傘底部的中心承力繩202設(shè)有傘面張開(kāi)保障裝置205，應(yīng)設(shè)在傘面201下垂閉合的末端位置，采用輕質(zhì)塑料質(zhì)地的上錐形框架，上端大部分插入下垂閉合的傘面201里，只留尾端露在外面，其作用是在下拉時(shí)保證氣流及時(shí)充入傘面201里面進(jìn)而使其展開(kāi)。傘面201的形狀可根據(jù)需要采用方形、圓形、翼型、帶條形等多種形狀。傘面201可采用高強(qiáng)度的降落傘布材料制作，中心承力繩202、周邊承力繩203可采用強(qiáng)度較高的綿綸繩、凱芙拉或其它高分子材料復(fù)合繩制作，防疊合網(wǎng)204可采用強(qiáng)度較高的綿綸線、高分子材料復(fù)合線制作的纖維網(wǎng)。

如圖5、6、7、8示出了本發(fā)明使用方法的示意圖。本發(fā)明使用時(shí)在可轉(zhuǎn)換繩索快速下拉裝置4上需要同時(shí)連接至少2套的初始升力器1、輪升傘2、輕質(zhì)抗拉連接繩3，設(shè)定整個(gè)裝置重量為mg，為方便闡述，設(shè)定為同時(shí)連接2套，一套為初始升力器1a、輪升傘2a、輕質(zhì)抗拉連接繩3a，另一套為初始升力器1b、輪升傘2b、輕質(zhì)抗拉連接繩3b。

按圖5所示先放開(kāi)所有的輕質(zhì)抗拉連接繩3a和3b，由初始升力器1a和1b將閉合狀態(tài)的輪升傘2a和2b升至空中，整個(gè)裝置處于初始狀態(tài)。

按圖6所示用可轉(zhuǎn)換繩索快速下拉裝置4快速拉動(dòng)其中一個(gè)輪升傘的輕質(zhì)抗拉連接繩3a，下拉輪升傘2a的傘面相對(duì)于空氣向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)而充氣展開(kāi)后繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，其余的輪升傘2b不受拉力，所以保持在空中的下垂閉合狀態(tài)，下拉的輪升傘2a傘面會(huì)受到空氣阻力f阻，傘面受到的空氣阻力通過(guò)連接繩3a和可轉(zhuǎn)換繩索快速下拉裝置4反向作用到載荷框架5上成為作用于載荷框架5上的升力f升，即f升=f阻，根據(jù)空氣阻力公式知空氣阻力與速度平方成正比，隨連接繩3a的下拉速度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，載荷框架5上受到的升力f升將大于整個(gè)裝置的重量mg，此時(shí)整個(gè)裝置的狀態(tài)是：載荷框架5向上運(yùn)動(dòng)，正被下拉連接繩3a的輪升傘2a將逐漸接近載荷框架5，而其余的初始升力器1b、輪升傘2b卻在其初始升力器1b持續(xù)升力的作用下隨載荷框架5上升而上升并保持連接繩3b的拉伸狀態(tài)、輪升傘2b的下垂閉合狀態(tài)。

按圖7所示當(dāng)可轉(zhuǎn)換繩索快速下拉裝置4快速下拉連接繩3a達(dá)到盡頭時(shí)完全放開(kāi)該連接繩3a，同時(shí)轉(zhuǎn)換下拉第二個(gè)輪升傘2b的連接繩3b，此時(shí)第二個(gè)輪升傘2b將按上述原理產(chǎn)生對(duì)載荷框架4的升力，而第一個(gè)輪升傘2a失去了可轉(zhuǎn)換繩索快速下拉裝置4對(duì)連接繩3a的拉力，在空氣阻力和初始升力器的合力作用下會(huì)以一個(gè)較大的加速度快速上升，同時(shí)第一個(gè)輪升傘2a的傘面在空氣阻力的作用下收縮，在上升過(guò)程中受到的空氣阻力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于下拉時(shí)的空氣阻力，因而第一個(gè)輪升傘2a將在一定時(shí)間內(nèi)回到初始位置，通過(guò)調(diào)整初始升力器1的升力大小、連接繩2的長(zhǎng)度及可轉(zhuǎn)換繩索快速下拉裝置4的下拉速度可以使輪升傘3向下受拉運(yùn)動(dòng)過(guò)程和自由上升運(yùn)動(dòng)過(guò)程時(shí)間相當(dāng)，那么通過(guò)輪升傘3的輪流上升和下拉將持續(xù)對(duì)載荷框架施加升力。

按圖8所示當(dāng)整個(gè)裝置尤其是載荷框架5上升到預(yù)定位置后，將所有的輕質(zhì)抗拉連接繩3a和3b固定到同一位置不再下拉，由于整個(gè)裝置的重量mg大于初始升力器1a和1b的合力nf，整個(gè)裝置將向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)輪升傘2a和2b的傘面相對(duì)于空氣向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)而充氣展開(kāi)后繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，整個(gè)過(guò)程與普通的降落傘一致，整個(gè)輪升傘裝置處于結(jié)束狀態(tài)。

按圖9所示在本發(fā)明另一較優(yōu)的實(shí)施方式中，可轉(zhuǎn)換繩索快速下拉裝置可采用常見(jiàn)的盤(pán)繞釋放機(jī)構(gòu)6固定在載荷框架5上，此為非常容易實(shí)現(xiàn)的機(jī)械裝置，其它構(gòu)件同上，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)輪升傘2的可轉(zhuǎn)換快速下拉，進(jìn)而按照上述步驟通過(guò)輪升傘的輪流下拉和回升將持續(xù)對(duì)載荷框架施加升力。采用這類(lèi)盤(pán)繞釋放機(jī)構(gòu)具有提供較大拉力和盤(pán)繞速度的特點(diǎn)，并可采用電動(dòng)機(jī)、計(jì)算機(jī)控制等形式。

在另一較優(yōu)的實(shí)施方式中，基本結(jié)構(gòu)裝置中的初始升力器可以采用電動(dòng)旋翼直升裝置，在一定長(zhǎng)度的輕質(zhì)抗拉連接繩中混入電源細(xì)線，在載荷框架上配置電源，其它裝置同上，也可實(shí)現(xiàn)輪升傘的主動(dòng)持續(xù)上升，進(jìn)而按照上述步驟通過(guò)輪升傘的輪流下拉和回升將持續(xù)對(duì)載荷框架施加升力。如圖10示出了本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)裝置示意圖，圖中本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)裝置包括：電動(dòng)旋翼初始升力器7、輪升傘2、輕質(zhì)抗拉混合電線連接繩8、可轉(zhuǎn)換繩索快速下拉裝置6、載荷框架5、電源9，各構(gòu)件依次從上到下連接，初始升力器由低密度氣體氣球（氫氣或氦氣球）這類(lèi)裝置改為電動(dòng)旋翼裝置，克服了其體積較大的缺點(diǎn)，并且升力可調(diào)整控制，但由于附加了電動(dòng)機(jī)、電源線、電源等，增加了裝置總重，并有電量限制，同時(shí)電動(dòng)旋翼有一定的噪音。

本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：1、由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、而且大部分構(gòu)建采用輕質(zhì)材料、軟式結(jié)構(gòu)配合少量硬質(zhì)框架，大幅度減少了裝置的總重，也便于收納；2、通過(guò)用連接繩下拉來(lái)產(chǎn)生升力，啟動(dòng)簡(jiǎn)單、用力從小到大調(diào)節(jié)控制方便、可由小動(dòng)力甚至人力即可實(shí)施，調(diào)節(jié)過(guò)程中能耗極低；3、可通過(guò)多個(gè)輪升傘的前后串聯(lián)、或者并連、或者串并聯(lián)等多種方式構(gòu)成多種形式的升力裝置，可以提供更大數(shù)值的升力，有好的穩(wěn)定性；4、整個(gè)系統(tǒng)由于采用輪升傘，如出現(xiàn)安全隱患可作為降落傘使用，能使飛行器安全的降落；5整個(gè)系統(tǒng)由于需要輪升傘升到一定高度才能發(fā)揮作用，因此使用時(shí)必須具有相當(dāng)高度的凈空。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)理解，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的前提下可以做出許多其它改變和改型。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書(shū)所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。