離心陀引擎的製作方法

2023-09-23 04:34:45

專利名稱：離心陀引擎的製作方法
技術領域：
本發明屬於航空航天牽引技術。
迄今為止，始於仿效鳥類飛行和禮花升天的航空航天技術，隨著現代科技的發展，經過無數次的改進與革新，形成的螺旋槳引擎和噴氣推進技術已十分成熟，在航空運輸、航天運載、空間探測以及空間設備控制等方面都得到了充分的發揮和廣泛應用。縱觀人類航空航天發展史，雖然空間技術取得了輝煌的成就，但主要表現在對傳統技術的完善和提高上，而原始創新仍然不夠。使原有技術一些「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場，是因為原有飛機起降要求高，無法在常規陸地上升降的不足造成的；空間運載火箭成為一次性消耗品，以及無法使用與空間技術匹配的太陽能、核能，而極大地限制了人類空間活動的範圍，這都是由於火箭技術自身不足所帶來的。因此，只有原始創新才能從根本上解決現有航空航天技術存在的問題和缺陷。
本發明就屬於一項航空航天領域的原始創新技術，即通過一種被稱為「離心陀」的能量轉換裝置，將圓周運動所產生的離心力轉換為航天牽引力，推進太空飛行器飛行。首先從圓周運動原理應用實例來看。
眾所周知，實驗室中用於分離生物分子的超速離心分離機，是以定軸圓周運動原理工作的，當離心機轉速達到10萬轉/分時，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，即就是說位於轉盤上離軸10釐米處質量為10克的質點，對離心機的轉軸形成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，這個力隨著質點質量、運動半徑及轉速的提高繼還要增大。由此可見，在圓周運動中質點產生的離心力具有「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恆力。
另外，建築工程中常用的電夯，是以動軸低速圓周運動原理工作的，當電夯飛輪在電動機帶動下，以幾十轉/分的轉速運動時，憑藉夯鉈(位於飛輪邊緣上的偏重點或質點)產生的離心力作用於動軸，使夯體騰空而起，繼而隨著夯鉈轉動、離心力方向改變，再以自重幾十倍的力砸向地面。在這個實例中，離心力的方向通過動軸得到了轉化，使其方向變為近似於上下振動的周期性的變力。
通過對物體轉動和圓周運動理論的大量研究，進行了無數次的設計、室驗，最終，發明了被命名為「離心陀」的關鍵性能量轉換裝置，實現了航空航天牽引技術的新突破。
綜上所述，人類航空航天技術發展百餘年來，通過對原有技術的不斷完善和提高，取得了巨大的成就。同時，也使早期的航空航天技術存在的問題和不足「遺傳」至今。通過對離心機、電夯等圓周運動原理與應用的大量研究試驗，根據小質量物體在高速轉動中產生巨大慣性離心力的特點，研製出一種被稱為「離心陀」的能量轉換裝置，將離心力轉變為持續單向的空間牽引力，牽引太空飛行器在空間飛行。該技術可從根本上彌補和解決傳統航空航天技術上存在的問題和不足。
三、發明的內容以傳統火箭為代表的噴氣推進技術，由於受到特定環境和特定作用力方式(化學能轉換為動能)的限制，在航天運載方面存在攜帶能源有限，運載自重大、距離短，一次性消耗大，設備和能源利用率低；無法有效利用太陽能、核能等空間匹配能源。而螺旋槳牽引技術不能勝任真空動力，即使作為大氣層飛行器動力，也存在體積大、結構離散、靈活性差，起降條件刻苛，受自然氣候影響大等問題。
該發明屬於完全不同於噴氣推進及螺旋槳(渦扇)牽引技術的另一類航空航天新技術，其技術關鍵在於「離心陀」，其結構如圖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(四臂的有4個)、定向輪(四臂可由兩個定向輪分別控制兩組陀標的方向)、動向輪(四臂的有4個)、徑向拉杆(四臂的為「十」字型)以及傳動軸、定向柄、定向傳動鏈以及固定架等附屬設施組成(其中陀臂與傳動軸、定向輪與定向柄均為一體化結構)。它屬於一種機械能轉換裝置，能將由發動機提供的轉動動能，轉換為任意方向上持續單向的牽引力，力的方向總是與陀標的指向一致，力的大小與陀臂的長短、陀標重量、轉速的高低有關(二臂為F合力≈6F離心力；四臂的為F合力≈12F離心力)，力的方向通過旋轉定向柄角度而定。離心陀的工作方式是在發動機的帶動下，通過固定在傳動軸10上的陀臂1的轉動，帶動陀標7、8運動，同時陀標7、8也受到動向輪3、4的及固定(有一定轉動範圍)在機身上的定向輪2的控制，使一對陀標的運動軌跡形成以附圖3虛點b為圓心的圓，但其實際轉軸位於a點，因此，陀標的離心力的大小及方向為從a點指向圓周邊各點離心力的矢量和，從而形成持續單向的離心力，牽引太空飛行器飛行。
以二臂離心陀結構原理為基礎，還可設計出如圖4所示的四臂離心陀，四臂離心陀由於有兩組對稱的陀臂，因此，可以形成由兩個定向輪分別控制的雙向牽引力，可分為陀標質量不同的主力標和附力標。垂直方向上的主標力為提升力，水平方向的附標為水平牽引力。將這種成對的四臂離心陀象汽車輪子一樣，被固定在車身兩側，形成路空兩用車，離心陀在發動機的帶動下，在豎直平面內轉動，並可通過旋轉定向輪，在這個平面上生產任意方向的牽引力，力的大小與鉈重、陀徑及其轉速成正比；若將陀向轉向正上方，加載動力後，就會產生向上的提升力，隨著轉速的加快，車身騰空而起進入飛行狀態。相反，隨著轉速的降低，這種飛行器會降落在公路或公路以外的任何地方，四個輪子起到緩衝的作用，在降落過程中，逐步將離心陀方向轉向與公路平行，又可作為公路行駛驅動動力，驅動汽車在公路上行駛。
離心陀牽引技術在航空領域，具有體積小、佔空度低、結構緊湊、控制靈活方便，不依賴於空氣作為動力載體的特點，用於飛機牽引技術，能達到相當於直升飛機的飛行效果，可以在任何行駛、飛行速度、任意地麵條件下，實現垂直或斜向起飛和降落，即就是說不需要飛機場這樣的起降設施；不依賴於空氣，可以在空氣稀溥的超高空和大氣層以及真空飛行行，極大提高航空技術的機動性。
離心陀牽引技術在空間運載方面同樣具有很多優越性，與現行火箭運載技術相比較，可能採用太陽能、燃油、燃氣、核能等多種能源及其動力設備提供的動進行空間運載。同時，克服了火箭在運載航天設備時，由於運載距離遠、攜帶燃料自重大，往往需要多級接力完成，發生故障的環節多，運載途中的可控性能差，不能重複利用，運載成本高，空氣汙染嚴重等一系列的問題和缺陷，在航天領域有著非常廣闊的應用潛力，四

圖1，離心陀正面2，離心陀側面圖1-為陀臂；2-為定向輪；3、4-均為動向輪；5、6-均為陀標和陀標臂；7、8-均為傳動鏈；9-為徑向拉杆；10-為傳動軸；11-為定向柄；12-為固定架圖3，離心陀工作狀態圖狀態I，為陀臂處於水平角度時，陀標的方向與位置；狀態II，為陀臂處於豎直角度時，陀標的方向與位置；狀態III，為陀臂、陀標的運動軌跡及軸所在的位置；其中a點為實軸的位置；b點為虛軸；二臂離心陀產生的牽引力為 四臂離心陀產生的牽引力為 m為陀標重；R為陀臂長；ω為角速度；圖4，為四臂離心陀結構示意圖，五具體實施方式
1、用於無機翼路空兩用車(如圖5、圖6)在外型結構類似於小汽車的車輛上，兩側固定一對對稱的四臂主附標離心陀，可以以主標力為提升力，附標力為水平牽引力，垂直起飛時，兩組衝力方向合二為一，在垂直方向上產生巨大的牽引力，達到需要的高度時，使附標力分離出來作為水平牽引(如圖5所示)。在公路行駛時，可將兩組衝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更方便、更靈活。
2、用於航空運載(如圖7、圖8)在航空運載方面，可以在機身主體的前後安裝兩組離心陀，通過離心陀的牽引，以及機翼的空氣動力作用，可以完成垂直起降、空中停留、豎直爬升等多種飛行動作。並能有效克服原有技術中空氣動力裝置(螺旋漿等空氣動力裝置)體積龐大、結構離散、佔空度高、靈活性差，依懶於空氣產生升空舉力，受自然氣流影響大，起降條件和設施要求刻苛，必須以飛機場為起降地，無法適應空氣稀溥的超高空和大氣層以外飛行要求。
3、用於新一代太空梭(如圖9)離心陀牽引技術用於空間活動的最突出的優點一是能將多種動力設備提供的動能直接轉換為空間飛行動力，極大地拓寬了人類空間活動能力；二是能實現空間運載設備的重複利用，有效地降低了空間運載成本；三是通過太陽能電池板，使大氣層外的強太陽能發電提供用之不竭的能源，作為持久性空間飛行動力；四是利用核反應堆提供動力，將核動力應用於航天推進系統，從而有效地增加航天運載距離和範圍。
權利要求
1.一種離心陀引擎能將各種發動機提供的轉動動能，直接轉化為持續單的離心力，用以牽引航器在空間飛行。它與噴氣推進技術都不依賴於動力載體的作用，都適用於大氣層和真空的飛行動力系統。同時，與螺旋漿(渦扇)引擎都屬於機械能轉換裝置和飛行器的前進牽引技術。離心陀的主要特徵是能在各種發動機帶動下，通過陀臂的轉動，帶動陀標運動，再通過定向輪和動向輪的相互傳動關係，控制陀標的運動方向及過動規律，形成特定圓周運動，從而產生持續、單向、強大的離心力矢量和。與火箭技術不同的是可以有效地利用一切發動機提供的動力，而火箭技術只能利燃料的化學能產生反衝力；螺旋槳引擎必須以空氣為動力載體，只適用於大氣層飛行動力。
全文摘要
離心陀引擎屬於航空航天動力技術領域,由於受到特定空間環境與特定作用力方式的限制,除噴氣推進外的許多動力技術都失去作用,象太陽能、核能等空間匹配能源,因無法與火箭技術兼容,不能成為空間高效動力。而螺旋槳牽引技術不能勝任真空動力,既使用於大氣層,也存在體積大、結構離散、起降要求高,受自然氣候影響大等問題。離心陀引擎是根據圓周運動原理,能將離心力直接轉化為持續、單向的牽引力,可利用太陽能、核能、燃油、燃氣等多種能源和動力系統,並且具有體積小,能量轉化率高,易於控制等優點;可用於水、路、空多用車,垂直起降航空引擎,太陽能或核動力太空梭等空間技術設備,在該領域具有極大的應用潛力。
文檔編號B64D27/00GK1367119SQ0113114
公開日2002年9月4日 申請日期2001年9月4日 優先權日2001年9月4日
發明者馬衛斌 申請人:馬衛斌