一種利用低密度氣體高效獲取空氣升力的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及由氣體密度差和旋轉(zhuǎn)運動共同作用產(chǎn)生上升力的技術(shù)方法，尤其是用 于飛艇和熱氣球的升力系統(tǒng)。 二、 技術(shù)背景
[0002] 現(xiàn)有飛艇和熱氣球的上升力是由于腔體內(nèi)氣體密度低于外部空氣密度而產(chǎn)生的 浮力。到目前為止，實際使用中的飛艇和熱氣球依然采用這種升力方式。為了獲得更高效的 升力，人們通過不斷的探索提出了一些新的方法。例如，一種真空式旋碟(CN 101368550A) 就突破了傳統(tǒng)的浮力模式，其主要內(nèi)容是：圓形凹狀缸體和上面的碟形缸蓋密封接觸，內(nèi)部 形成真空空腔。當(dāng)缸蓋高速旋轉(zhuǎn)時，其上表面的壓強降低，下表面壓強為零，而缸體底部壓 強為正常氣壓，內(nèi)部壓強則為零，于是整個系統(tǒng)獲得向上的升力。該方法僅具有理論意義， 不具有實際意義。首先，將空腔抽成真空十分困難;其次，即使空腔被抽成真空，缸蓋也將承 受巨大的空氣壓力，甚至被壓碎。如果在缸體內(nèi)增加支撐體(如鋼珠等），缸蓋旋轉(zhuǎn)需要克服 的摩擦力也是巨大的;第三，在空腔內(nèi)外存在巨大壓差的情況下，缸體和缸蓋間隙處設(shè)置密 封圈并作高速相對運動是無法想像的。另外，一種通過空轉(zhuǎn)獲取空氣升力的裝置（CN 103895859B)則更具應(yīng)用前景，其主要內(nèi)容是:取消缸體和缸蓋間的密封圈并讓二者保持適 當(dāng)?shù)拈g隙，該間隙成為外部空氣進入空腔的入口，同時將空腔和抽風(fēng)設(shè)備連通(主要為風(fēng) 扇）。當(dāng)抽風(fēng)設(shè)備工作時，空氣從間隙處吸入空腔并由抽風(fēng)設(shè)備高速排出。此時，空腔內(nèi)的氣 壓降低，空氣密度也相應(yīng)降低。當(dāng)缸蓋高速旋轉(zhuǎn)時，缸蓋上下表面的壓力都會降低，而且上 表面的壓力下降的更多，但其他位置的壓力不變。這樣系統(tǒng)總的受力平衡被破壞，產(chǎn)生上升 力。顯然，后者克服了前者的致命缺陷，而且后者產(chǎn)生的高速氣流不但可平衡設(shè)備而且可做 前進推力。 三、

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種獲取上升力的更高效方法，它通過以下技術(shù)方案實 現(xiàn):一種利用低密度氣體高效獲取空氣升力的裝置，其特征在于:主要由旋轉(zhuǎn)件、擋風(fēng)件、氣 壓調(diào)節(jié)器、旋轉(zhuǎn)軸和進氣管組成;所述旋轉(zhuǎn)件具有旋轉(zhuǎn)體外形并在中心位置與所述旋轉(zhuǎn)軸 固連;所述擋風(fēng)件位于所述旋轉(zhuǎn)件的下方并與之保持一定間隙；所述間隙位于所述旋轉(zhuǎn)軸 為中心的1個圓形位置上;所述旋轉(zhuǎn)件和所述擋風(fēng)件內(nèi)部形成空腔;所述氣壓調(diào)節(jié)器設(shè)置在 所述擋風(fēng)件上并與空腔連通，通常為氣壓調(diào)節(jié)閥或空心管或小孔;所述進氣管與所述空腔 連通。
[0004] 根據(jù)上述技術(shù)方案，低密度氣體由所述進氣管導(dǎo)入所述空腔，所述氣壓調(diào)節(jié)器維 持所述空腔內(nèi)氣壓與外部氣壓相當(dāng)。當(dāng)所述旋轉(zhuǎn)件高速旋轉(zhuǎn)時，其上下表面的壓強降低，并 且上表面的壓強降低得更多(外部空氣密度較大）。這樣，所述旋轉(zhuǎn)件便獲得了向上的升力。
[0005] 現(xiàn)結(jié)合附圖對這一技術(shù)方案進行詳細介紹：
[0006] 圖1是一個實施例的立體圖，圖2是該實施例的剖面圖。圖1和圖2示出：所述裝置由 旋轉(zhuǎn)件（I)、擋風(fēng)件(2)、氣壓調(diào)節(jié)器(3)、旋轉(zhuǎn)軸(4)和進氣管(7)組成;所述旋轉(zhuǎn)件（1)具有 旋轉(zhuǎn)體外形并在中心位置與所述旋轉(zhuǎn)軸(4)固連;所述擋風(fēng)件(2)位于所述旋轉(zhuǎn)件（1)下方 并與之保持小的間隙(5)但不隨所述旋轉(zhuǎn)軸(4)轉(zhuǎn)動;所述間隙（5)位于所述旋轉(zhuǎn)軸(4)為中 心的1個圓形位置上;所述旋轉(zhuǎn)件（1)和所述擋風(fēng)件(2)內(nèi)部形成空腔(6);氣壓調(diào)節(jié)器(3)設(shè) 置在所述擋風(fēng)件（2)上并與所述空腔(6)連通，通常為氣壓調(diào)節(jié)閥或空心管或小孔;所述進 氣管(7)與所述空腔(6)連通;低密度氣體由所述進氣管(7)導(dǎo)入所述空腔(6);所述氣壓調(diào) 節(jié)器(3)維持所述空腔(6)內(nèi)的氣壓與外部氣壓相當(dāng)；當(dāng)所述旋轉(zhuǎn)件（1)高速旋轉(zhuǎn)時，其上下 表面承受的空氣壓強會降低，并且上表面的壓強降低得更多（外部空氣密度較大）。這樣，所 述旋轉(zhuǎn)件(1)上下表面產(chǎn)生壓力差，所述裝置便獲得了向上的升力。
[0007] 設(shè)外部氣壓為p，密度為P。所述空腔(6)內(nèi)的氣壓和密度分別為P和kp。其中0<k< 1。當(dāng)所述旋轉(zhuǎn)件（1)高速旋轉(zhuǎn)時，其上表面承受的空氣壓強會降低，根據(jù)佰努利方程，該壓 強為
=同理，所述旋轉(zhuǎn)件（1)下表面承受的壓強為。所述擋風(fēng)件 (2)上下表面壓強相等，相互抵消。因此向上的總壓強為：
[0008]

[0009] 令l-k = a，它表示所述空腔(6)與外部的密度相對差。例如，a = 0.06表示所述空腔 (6)內(nèi)的密度比外部密度低6%。于是，上式簡化為： 這足以說明所述裝置的升 力原理。
[0010]系統(tǒng)總升力：
[0011] 設(shè)所述旋轉(zhuǎn)件(1)半徑為R米，轉(zhuǎn)速為η轉(zhuǎn)/秒，則系統(tǒng)總升力：
[0012]
[0013] 即：F = apn3n2R4
[0014] 上式可改寫成
[0015] 其中S為所述旋轉(zhuǎn)件（1)的垂直投影面積，V為所述旋轉(zhuǎn)件（1)的邊緣速度。該式表 明：上升力與所述旋轉(zhuǎn)件（1)的面積成正比，與所述旋轉(zhuǎn)件（1)的邊緣速度的平方成正比，與 所述空腔(6)內(nèi)外密度相對差成正比。因此該技術(shù)方案產(chǎn)生的升力也要大很多。
[0016] 根據(jù)本技術(shù)方案，如果向所述空腔(6)內(nèi)導(dǎo)入50°C的熱空氣，密度為1.09，外部空 氣為25°C，密度為P = 1. 18，相對密度差a = 0.076。如果所述旋轉(zhuǎn)件（I)的半徑R = 2米，邊緣 速度V = 240米/秒(約20轉(zhuǎn)/秒），則總升力
[0017]
[0018]顯然，該數(shù)值比空腔(6)產(chǎn)生的浮力大的多。
[0019] 本發(fā)明的實質(zhì)：重視密度參數(shù)對運動流體壓強變化的影響，并利用低密度氣體的 自然屬性輕松實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)件上下面的密度差，為旋轉(zhuǎn)件產(chǎn)生上升力創(chuàng)造了極好的條件。當(dāng)旋 轉(zhuǎn)件高速旋轉(zhuǎn)時，上升力便自然形成。
[0020] 本發(fā)明的優(yōu)勢:升力優(yōu)勢明顯，遠遠大于低密度氣體產(chǎn)生的浮力，而且成本很低。 首先，旋轉(zhuǎn)件工作時只需克服空氣摩擦力做功，耗能少;其次，空腔體積小，加熱空氣所需能 量少，而且可以利用發(fā)動機產(chǎn)生的熱量。與前面所述的真空式旋碟相比，本發(fā)明空腔內(nèi)外壓 力相等，消除了空腔內(nèi)外的巨大壓力差，系統(tǒng)在輕松狀態(tài)下運行，平穩(wěn)、安全、高效，應(yīng)用前 景廣闊。與前面所述的一種通過空轉(zhuǎn)獲取空氣升力的裝置相比，本發(fā)明沒有采用