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)次的改進與革新，形成的螺旋槳引擎和噴氣推進技術(shù)已十分成熟，在航空運輸、航天運載、空間探測以及空間設(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場，是因為原有飛機起降要求高，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，將圓周運動所產(chǎn)生的離心力轉(zhuǎn)換為航天牽引力，推進航天器飛行。首先從圓周運動原理應(yīng)用實例來看。
眾所周知，實驗室中用于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(dāng)離心機轉(zhuǎn)速達到10萬轉(zhuǎn)/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，即就是說位于轉(zhuǎn)盤上離軸10厘米處質(zhì)量為10克的質(zhì)點，對離心機的轉(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，這個力隨著質(zhì)點質(zhì)量、運動半徑及轉(zhuǎn)速的提高繼還要增大。由此可見，在圓周運動中質(zhì)點產(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，是以動軸低速圓周運動原理工作的，當(dāng)電夯飛輪在電動機帶動下，以幾十轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速運動時，憑借夯鉈(位于飛輪邊緣上的偏重點或質(zhì)點)產(chǎn)生的離心力作用于動軸，使夯體騰空而起，繼而隨著夯鉈轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化，使其方向變?yōu)榻朴谏舷抡駝拥闹芷谛缘淖兞Α?br> 通過對物體轉(zhuǎn)動和圓周運動理論的大量研究，進行了無數(shù)次的設(shè)計、室驗，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，通過對原有技術(shù)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(shù)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(yīng)用的大量研究試驗，根據(jù)小質(zhì)量物體在高速轉(zhuǎn)動中產(chǎn)生巨大慣性離心力的特點，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(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)不能勝任真空動力，即使作為大氣層飛行器動力，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(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)、徑向拉桿(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(shè)施組成(其中陀臂與傳動軸、定向輪與定向柄均為一體化結(jié)構(gòu))。它屬于一種機械能轉(zhuǎn)換裝置，能將由發(fā)動機提供的轉(zhuǎn)動動能，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的指向一致，力的大小與陀臂的長短、陀標重量、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)動機的帶動下，通過固定在傳動軸10上的陀臂1的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動范圍)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(zhuǎn)軸位于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(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)計出如圖4所示的四臂離心陀，四臂離心陀由于有兩組對稱的陀臂，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(zhì)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(cè)，形成路空兩用車，離心陀在發(fā)動機的帶動下，在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，并可通過旋轉(zhuǎn)定向輪，在這個平面上生產(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，加載動力后，就會產(chǎn)生向上的提升力，隨著轉(zhuǎn)速的加快，車身騰空而起進入飛行狀態(tài)。相反，隨著轉(zhuǎn)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)動動力，驅(qū)動汽車在公路上行駛。
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力載體的特點，用于飛機牽引技術(shù)，能達到相當(dāng)于直升飛機的飛行效果，可以在任何行駛、飛行速度、任意地面條件下，實現(xiàn)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(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)的機動性。
離心陀牽引技術(shù)在空間運載方面同樣具有很多優(yōu)越性，與現(xiàn)行火箭運載技術(shù)相比較，可能采用太陽能、燃油、燃氣、核能等多種能源及其動力設(shè)備提供的動進行空間運載。同時，克服了火箭在運載航天設(shè)備時，由于運載距離遠、攜帶燃料自重大，往往需要多級接力完成，發(fā)生故障的環(huán)節(jié)多，運載途中的可控性能差，不能重復(fù)利用，運載成本高，空氣污染嚴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-均為動向輪；5、6-均為陀標和陀標臂；7、8-均為傳動鏈；9-為徑向拉桿；10-為傳動軸；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，陀標的方向與位置；狀態(tài)II，為陀臂處于豎直角度時，陀標的方向與位置；狀態(tài)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(chǎn)生的牽引力為 四臂離心陀產(chǎn)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(jié)構(gòu)示意圖，五具體實施方式
1、用于無機翼路空兩用車(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，兩組沖力方向合二為一，在垂直方向上產(chǎn)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更方便、更靈活。
2、用于航空運載(如圖7、圖8)在航空運載方面，可以在機身主體的前后安裝兩組離心陀，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。并能有效克服原有技術(shù)中空氣動力裝置(螺旋漿等空氣動力裝置)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，必須以飛機場為起降地，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(如圖9)離心陀牽引技術(shù)用于空間活動的最突出的優(yōu)點一是能將多種動力設(shè)備提供的動能直接轉(zhuǎn)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(xiàn)空間運載設(shè)備的重復(fù)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(fā)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(yīng)堆提供動力，將核動力應(yīng)用于航天推進系統(tǒng)，從而有效地增加航天運載距離和范圍。
權(quán)利要求
1.一種離心陀引擎能將各種發(fā)動機提供的轉(zhuǎn)動動能，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。它與噴氣推進技術(shù)都不依賴于動力載體的作用，都適用于大氣層和真空的飛行動力系統(tǒng)。同時，與螺旋漿(渦扇)引擎都屬于機械能轉(zhuǎn)換裝置和飛行器的前進牽引技術(shù)。離心陀的主要特征是能在各種發(fā)動機帶動下，通過陀臂的轉(zhuǎn)動，帶動陀標運動，再通過定向輪和動向輪的相互傳動關(guān)系，控制陀標的運動方向及過動規(guī)律，形成特定圓周運動，從而產(chǎn)生持續(xù)、單向、強大的離心力矢量和。與火箭技術(shù)不同的是可以有效地利用一切發(fā)動機提供的動力，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力載體，只適用于大氣層飛行動力。
全文摘要
離心陀引擎屬于航空航天動力技術(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,除噴氣推進外的許多動力技術(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力。而螺旋槳牽引技術(shù)不能勝任真空動力,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)圓周運動原理,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、燃氣等多種能源和動力系統(tǒng),并且具有體積小,能量轉(zhuǎn)化率高,易于控制等優(yōu)點;可用于水、路、空多用車,垂直起降航空引擎,太陽能或核動力航天飛機等空間技術(shù)設(shè)備,在該領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。
文檔編號B64D27/00GK1367119SQ0113114
公開日2002年9月4日 申請日期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 申請人:馬衛(wèi)斌