專利名稱：蓄能式飛機(jī)短距起飛器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這是一種新型航空機(jī)械，通過本機(jī)械的使用，使滑跑起飛的飛機(jī)起飛，大大縮短固 定跑道的使用距離。不僅有效地解決航空母艦上各類飛機(jī)起降問題，而且在陸上使用，即可 以使陸地飛機(jī)的起降跑道大大縮短，還可以用作防止飛機(jī)滑出跑道的手段，更可以充分滿 足軍機(jī)滿載滿油起飛的要求，甚至做機(jī)成車(艦)載式軍機(jī)臨時起降點(diǎn)。需要說明的是，本 器械即可以使飛機(jī)通過蓄能的方式短距起飛，又可以通過釋能的方式使飛機(jī)短距離降落。 因當(dāng)今飛機(jī)短距降落問題解決的比較理想，而短距起飛的問題最為突出，所以本說明書著 重論述解決航空母艦各類飛機(jī)短距、滿載、滿油起飛的問題，其它功能只簡單提及。本機(jī)械需要整合的主要技術(shù)領(lǐng)域有；航空、自動化控制、材料科學(xué)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前使滑跑起飛的飛機(jī)縮短起飛距離的技術(shù)方法有1.航空母艦蒸氣彈射器僅用于飛機(jī)在航空母艦上起飛，當(dāng)前已知的僅美國一家擁有核心技術(shù)。蒸氣彈射 器技術(shù)復(fù)雜，使用困難巨大，保有費(fèi)用昂貴。除了解決航空母艦的短距起降需求以外，性價 比和技術(shù)難度決定了它不可能用來解決陸上短距起降的問題，更不可能用來大量建設(shè)野外 臨時軍用機(jī)場。而且由于其彈射能量的限制，適用機(jī)型有限，起飛重量受限嚴(yán)重。而且只能 短距起飛，不能短距降落。2.航空母艦滑跳起飛甲板這更是為了解決航空母艦的飛機(jī)短距起飛的無奈之舉，只能起飛較小型飛機(jī)，且 以自身燃料起飛，起飛后軍機(jī)的戰(zhàn)斗力大打折扣。并且也只能助飛，不能助降。3.航空母艦電磁起飛彈射器(理論在研)這項技術(shù)尚未投入使用，僅存在于理論之中，而且即使投入使用，其技術(shù)的復(fù)雜， 器械的精密，耗能的龐大，使之也只能為航空母艦所用，只助飛，不助降，也不可能用于陸上 飛機(jī)短距起飛。

發(fā)明內(nèi)容
蓄能式飛機(jī)短距起飛器，具有蓄能短距起飛和釋能短距降落兩大功能。其關(guān)健技 術(shù)是通過把飛機(jī)滑跑起飛的跑道，分成動態(tài)與固定兩大部分，兩大部分精密連接。動態(tài)跑道 部分，就是本專利的核心內(nèi)容。動態(tài)跑道是指可以承載飛機(jī)，滿足飛機(jī)在上面滑行、加速(蓄能)、又可以按飛機(jī) 運(yùn)動的水平方向逆向快速運(yùn)動的跑道。下面以飛機(jī)的起飛速度，滑行速度，空速，相對于固 定跑道和動態(tài)跑道的速度關(guān)系，來說明這一核心技術(shù)及工作原理。飛機(jī)起飛的最關(guān)健指標(biāo)是飛機(jī)的起飛速度。決定起飛的是飛機(jī)的空速，但是在固 定跑道上起飛過程中，理論空速等于滑跑速度(不考慮自然風(fēng)速)。而在動態(tài)跑道上起飛 時，空速與滑跑速度完全分離。相對于動態(tài)跑道，滑跑速度接近、達(dá)到、超過起飛速度時，由
3于動態(tài)跑道的逆向水平運(yùn)動，飛機(jī)的空速理論上仍為零，即相對于固定跑道相對靜止。這時 飛機(jī)一方面在動態(tài)跑道上不斷積累動能，一方面卻因空速為零而不能起飛，與固定跑道始 終維持相對靜止。當(dāng)飛機(jī)相對于動態(tài)跑道的速度達(dá)到起飛速度后，飛機(jī)本身擁有了龐大的動能，在 任何一個時間節(jié)點(diǎn)，通過動態(tài)跑道剎車，或飛機(jī)加速滑行，使飛機(jī)與動態(tài)跑道之間產(chǎn)生相對 運(yùn)動，飛機(jī)向前滑出動態(tài)跑道，進(jìn)入固定跑道。飛機(jī)一旦進(jìn)入固定跑道，瞬間與固定跑道的 相對速度由零增加到飛機(jī)在動態(tài)跑道上時相對于動態(tài)跑道的速度。由此，相對于固定跑道， 飛機(jī)獲得了預(yù)定的初速。這時飛機(jī)在已積蓄的充足的動量的支持下，空速也迅速由零上升 到起飛速度，實(shí)現(xiàn)短距起飛。飛機(jī)降落時，同樣降落在動態(tài)跑道上，動態(tài)跑道以飛機(jī)的降落滑跑速度逆向運(yùn)動， 使飛機(jī)相對于固定跑道的速度為零，空速為零，通過自動控制，飛機(jī)和跑道共同減速，理論 上可以做到落哪里停哪里。在本說明中，盡管理論上這種功能適合于任何一種解決方案，但 是最可能適用的是履帶式整體動態(tài)跑道。因此它可以用做車(艦)載軍機(jī)臨時起降點(diǎn)。使 用這種技可以使航空母艦小型化，五架飛機(jī)的航空母艦，意義不可估量。也可以使航空母艦 潛艇化。一旦做到了小型，就較易做成航空母潛。
本發(fā)明的核心內(nèi)容是動態(tài)跑道，根據(jù)不同的要求，解決方案有三種方式；履帶式整 體動態(tài)跑道、三點(diǎn)式同步轉(zhuǎn)輪短距起飛器、直線式同步柱輪短距起飛器。履帶式動態(tài)跑道，是動態(tài)跑道技術(shù)的原始方案，用現(xiàn)有的成熟的機(jī)械技術(shù)，自動控 制技術(shù)，材料科學(xué)等。用履帶做成動態(tài)跑道，多種飛機(jī)可以在上面完成蓄能滑跑，并通過制 造飛機(jī)與運(yùn)態(tài)跑道的正速度差，使飛機(jī)向前運(yùn)動到固定跑道上，實(shí)現(xiàn)大初速短距滿載起飛。三點(diǎn)式同步轉(zhuǎn)輪短距起飛器，是與飛機(jī)起落架的三個輪胎相對應(yīng)，分別在輪胎下 方按裝無動力承重轉(zhuǎn)輪(CW)，以及在輪胎的前方按裝前置動力限速轉(zhuǎn)輪(QD)。每一個輪胎 和相應(yīng)的承重?zé)o動力轉(zhuǎn)輪以及前置動力限速轉(zhuǎn)輪組成了三輪運(yùn)動結(jié)構(gòu)。三個三輪結(jié)構(gòu)同步 運(yùn)動，就可以完成飛機(jī)相對于固定跑道靜止?fàn)顟B(tài)下的充分蓄能。每一個三輪運(yùn)動結(jié)構(gòu)中，各 輪位置有以下要求；承重?zé)o動力轉(zhuǎn)輪(CW)的頂點(diǎn)，低于固定跑道水平面一定的距離；前置 動力限速轉(zhuǎn)輪(QD)的頂點(diǎn)與固定跑道的水平面持平。兩輪重心垂線間的距離約等于兩輪 半徑之和。起飛前，飛機(jī)輪胎置于承重?zé)o動力轉(zhuǎn)輪(CW)之上，與前置動力限速轉(zhuǎn)輪(QD)相 切。直線式同步柱輪短距起飛器，主要是用來滿足現(xiàn)代航空母艦上，多種飛機(jī)短距起 飛的需要，其性價比、實(shí)用性、解決問題的質(zhì)量，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于蒸氣彈射器。技術(shù)依據(jù)是；所有 的飛機(jī)都有一個共同特點(diǎn)一一兩個后起落架輪胎著力點(diǎn)在同一條直線上，與飛行方向垂 直。用一根長過預(yù)定服務(wù)的各種飛機(jī)中，兩輪距最長的機(jī)型的圓柱體做飛機(jī)的承重?zé)o動力 轉(zhuǎn)輪(CW)；用相同長度的另一根圓柱體做前置動力限速轉(zhuǎn)論(QD)，就建成了直線式同步柱 輪短距起飛器。這種起飛器的特點(diǎn)是，沒有為前起落架設(shè)置任何同步運(yùn)行方案，在后輪增速 的過程中，前輪始終處于靜止?fàn)顟B(tài)。前輪胎與固定跑道即沒有距離的變動，也沒有自身的轉(zhuǎn) 動。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是；圓柱式承重?zé)o動力轉(zhuǎn)輪(CW)的頂點(diǎn)連線可以低于或水平于固定跑道的水 平面，但是不能高于固定跑道的水平面。圓柱式前置動力限速轉(zhuǎn)輪(QD)的頂點(diǎn)連線，必須 高于固定跑道水平面一段距離，高多少需要在試驗(yàn)中確定，這種設(shè)計的功用在后面詳述。外置供油設(shè)施，是動態(tài)跑道提供的一條節(jié)省機(jī)載燃油消耗的理想方法，使飛機(jī)在動態(tài)跑道上蓄能階段，主要使用外部的燃油，使飛機(jī)起飛時仍基本處于滿油狀態(tài)。只有用動 態(tài)跑道技術(shù)，才能達(dá)到這樣的效果。自動控制系統(tǒng)，是動態(tài)跑道技術(shù)的又一重要組成部分。從理論上說，三點(diǎn)式同步轉(zhuǎn) 輪短距起飛器和直線式同步柱輪短距起飛器，同樣具備使飛機(jī)釋能短距降落的功能，但前 提是自動控制系統(tǒng)必須能精確而迅速地控制。與動態(tài)跑道相匹配，穩(wěn)健處理與飛機(jī)的互動 關(guān)系的自動控制系統(tǒng)，十分重要。
四

；
圖1為履帶式整體動態(tài)短距起飛器的上視圖。陰影部分就是履帶式整體動態(tài)跑 道；圖2為機(jī)場固定跑道兩端按裝的履帶式動態(tài)跑道上視圖，可以防止飛機(jī)沖出跑 道；圖3為三點(diǎn)式同步轉(zhuǎn)輪短距起飛器的上視圖。QD代表前置動力限速轉(zhuǎn)輪，CW代表 承重?zé)o動力轉(zhuǎn)輪；圖4是三點(diǎn)式同步轉(zhuǎn)輪短距起飛器的三輪結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，QD、CW分別同圖3。虛線 圓圈代表飛機(jī)輪胎。固定跑道水平面與QD的頂點(diǎn)相切。圖5是直線式柱輪同步短距起飛器的上視圖，QD代表前置動力限速柱輪，CW代表 承重?zé)o動力柱輪。圖6是直線式柱輪同步短距起飛器的側(cè)視圖，QD、CW分別同圖5。虛線部分為飛機(jī) 輪胎。固定跑道水平面低于QD的頂點(diǎn)。
五具體實(shí)施例方式蓄能式飛機(jī)短距起飛器，通過跑道運(yùn)動，使飛機(jī)在起飛滑跑過程中，并不使用固定 跑道，直到達(dá)到預(yù)定要求的滑跑速度后，再進(jìn)入固定跑道，使得飛機(jī)進(jìn)入固定跑道時，就已 具備了預(yù)定的滑跑速度、龐大的動能積累和快速提升的飛機(jī)空速。使得飛機(jī)在很短的固定 跑道上就可以完成起飛。是解決航空母艦上各類飛機(jī)短距起飛的理想方案，具有技術(shù)簡 單，建設(shè)和使用成本低高效耐用等特點(diǎn)。由此產(chǎn)生的動態(tài)跑道的三種方案，各有特點(diǎn)和適用 性；履帶式整體動態(tài)跑道的優(yōu)勢在于，可以同時滿足多種型號的飛機(jī)使用，不僅蓄能 短距起飛，而且較易解決飛機(jī)的釋能降落問題?？梢酝卣故褂梅秶?，用于防止飛機(jī)滑出跑 道。將其按裝在固定跑道的盡頭，一旦發(fā)現(xiàn)飛機(jī)有滑出跑道危險時，馬上啟動動態(tài)跑道，使 動態(tài)跑道的逆向運(yùn)動速度與飛機(jī)滑行的速度一致，駕駛員只需控制飛機(jī)滑上動態(tài)跑道即可 避免沖出跑道。履帶式整體動態(tài)跑道還可以做成車(艦)載式軍機(jī)臨時起降點(diǎn)，為軍用飛 機(jī)提供了新的機(jī)動模式。在陸上，車能到哪里，軍機(jī)就可以在哪里臨時起降補(bǔ)給，在海上，潛 艇可以悄然上浮供軍機(jī)臨時起降補(bǔ)給?？梢韵胂?，這樣的作戰(zhàn)模式給敵方造成的心理壓力 有多大！履帶式整體動態(tài)跑道還可能帶來航空母艦小型化和潛艇化，不僅大大增加海軍的 遠(yuǎn)洋威攝力，而且成軍費(fèi)用比照現(xiàn)代航空母艦，大大降低。三點(diǎn)式同步轉(zhuǎn)輪短距起飛器，最適合僅為一種飛機(jī)服務(wù)的情況，根據(jù)專門服務(wù)對 象的飛機(jī)型號定做。它可以做到在飛機(jī)蓄能階段，三點(diǎn)同步，使飛機(jī)受力均勻。三點(diǎn)式同步轉(zhuǎn)輪短距起飛器，不適合在航空母艦上使用，但適合在軍用機(jī)場上，滿足軍機(jī)滿載滿油起飛 的要求。三點(diǎn)式同步轉(zhuǎn)輪短距起飛器的工作原理是；飛機(jī)三個起落架的輪胎同時置于承重 無動力轉(zhuǎn)輪(CW)之上，與前置動力限速轉(zhuǎn)輪(QD)相切，飛機(jī)發(fā)動機(jī)啟動滑跑動作時，三個 前置動力限速轉(zhuǎn)輪(QD)亦開始逆向同步加速，并且前置動力限速轉(zhuǎn)輪(QD)的速度在自動 控制系統(tǒng)的控制下，始終略高于或等于飛機(jī)輪胎的轉(zhuǎn)速。這時承重?zé)o動力轉(zhuǎn)輪(CW)被動地 與飛機(jī)輪胎相切并逆向轉(zhuǎn)動。飛機(jī)發(fā)動機(jī)馬力越來越大，飛機(jī)輪胎轉(zhuǎn)速越來越快，但是只要 前置動力限速轉(zhuǎn)輪(QD)的逆向轉(zhuǎn)速高于輪胎的轉(zhuǎn)速，飛機(jī)輪胎就無法越過前置動力限速 轉(zhuǎn)輪(QD)進(jìn)入固定跑道。直到前置動力限速轉(zhuǎn)輪(QD)的逆向轉(zhuǎn)速達(dá)到了一個預(yù)先設(shè)定的 速度后不再增加時，飛機(jī)輪胎在持續(xù)加速下，轉(zhuǎn)速超過了前置動力限速轉(zhuǎn)輪(QD)的預(yù)設(shè)轉(zhuǎn) 速，這時，飛機(jī)輪胎就開始越過前置動力限速轉(zhuǎn)輪(QD)，進(jìn)入固定跑道。輪胎轉(zhuǎn)動的線速度， 等于飛機(jī)的滑跑速度，飛機(jī)一旦進(jìn)入固定跑道，就開始了大初速地進(jìn)入起飛狀態(tài)了，完成短 距起飛。其工作原理的關(guān)健是；只要輪胎的轉(zhuǎn)速沒超過前置動力限速轉(zhuǎn)輪(QD)的逆向轉(zhuǎn) 速，飛機(jī)輪胎就不能越過前置動力限速轉(zhuǎn)輪(QD)，飛機(jī)就不能進(jìn)入固定跑道。一旦飛機(jī)輪胎 的轉(zhuǎn)速超過了前置動力限速轉(zhuǎn)輪(QD)的逆向轉(zhuǎn)速后，飛機(jī)輪胎馬上開始向前越過前置動 力限速轉(zhuǎn)輪(QD)，進(jìn)入固定跑道。直線式同步柱輪短距起飛器，最適合多種飛機(jī)在航空母艦上起飛，是最理想的航 空母艦短距起飛的解決方案。其工作原理與三點(diǎn)式同步轉(zhuǎn)輪短距起飛器不同之處在于；第 一、飛機(jī)前起落架在飛機(jī)蓄能階段，沒有任何運(yùn)動，所以當(dāng)飛機(jī)兩個后輪胎進(jìn)入固定跑道 時，前輪要承受一個從零到起飛速度的巨大加速度和巨大的沖擊力。對此必須要有解決方 案；第二、飛機(jī)輪胎越過前置動力限速柱輪(QD)時，高于固定跑道水平面，進(jìn)入固定跑道 時，有一個向下的后坐力。后坐力的大小可以通過調(diào)節(jié)前置動力限速柱輪(QD)的轉(zhuǎn)速調(diào) 節(jié)。直線式同步柱輪短距起飛器的工作原理是；當(dāng)飛機(jī)兩后輪胎越過前置動力限速 柱輪(QD)時，同時在自身重力下后坐進(jìn)入固定跑道。這個后坐力，使飛機(jī)獲得了一個抬頭 的力矩，有效地抬升前起落架，使之避免或減輕在稍后的起飛狀態(tài)下所承受的巨大加速度 和沖擊力，力爭使飛機(jī)后輪進(jìn)入固定跑道的瞬間，以強(qiáng)大的動能實(shí)現(xiàn)機(jī)頭抬起，兩輪滑跑起 飛。在轉(zhuǎn)輪解決模式中，飛機(jī)輪胎實(shí)際上和承重?zé)o動力轉(zhuǎn)輪(CW) —樣，沒有動力直接 帶動輪胎轉(zhuǎn)動，在這種狀態(tài)下，輪胎能隨著飛機(jī)發(fā)動機(jī)推力的增加，提高轉(zhuǎn)速，并最終超過 前置動力限速轉(zhuǎn)輪(QD)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超越，進(jìn)入固定跑道嗎？答案是肯定的，因?yàn)榘l(fā) 動機(jī)向前的推力必將推動輪胎前行，在三輪結(jié)構(gòu)下，輪胎承受的發(fā)動機(jī)推力，必將轉(zhuǎn)化為輪 胎的轉(zhuǎn)速。以上三種蓄能式短距起飛器，有一個共同特點(diǎn)，都可隨意選擇飛機(jī)進(jìn)入固定跑道 時的初始滑行速度，可以以理論起飛的滑行速度進(jìn)入、可以以明顯超過理論起飛的速度進(jìn) 入、可以比理論起飛速度明顯低的速度進(jìn)入。由于外部油箱供油系統(tǒng)供油，使飛機(jī)進(jìn)入固家 跑道時處于滿油狀態(tài)。這就意味著，飛機(jī)不僅實(shí)現(xiàn)短距起飛，而且滿載、滿油。
權(quán)利要求
蓄能式飛機(jī)短距起飛器是通過將飛行跑道分成固定跑道和動態(tài)跑道的方式使得飛機(jī)在動態(tài)跑道上滑行蓄能時，與固定跑道保持相對靜止，直到在動態(tài)跑道上加速到預(yù)定速度后再進(jìn)入固定跑道。相對于固定跑道，飛機(jī)就在高初速，大動能的狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)短距起飛。這個預(yù)定初速可以人為控制，即可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過理論起飛的滑跑速度，也可以以較低的初速進(jìn)入固定跑道滑跑。這項核心技術(shù)的以下表現(xiàn)形式、衍生技術(shù)和使用方向，都是本專利要求保護(hù)的范圍；1.凡以履帶做為動態(tài)跑道，與固定跑道相結(jié)合，達(dá)到短距起飛或降落的技術(shù)和方法；2.凡是以固定轉(zhuǎn)輪、軸承與飛機(jī)起落架輪胎互動的方法，以轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)代替動態(tài)跑道整體運(yùn)動，達(dá)到短距起飛或降落的技術(shù)和方法；3.臨時跑道與固定跑道的高精度連接方法；4.直線式同步柱輪短距起飛器，用以消除前起落架輪胎所受的巨大沖力的結(jié)構(gòu)模式；5.飛機(jī)進(jìn)入固定跑道前的蓄能階段使用飛機(jī)外部燃料，使飛機(jī)起飛時仍處于滿油狀態(tài)的技術(shù)；6.以動態(tài)跑道技術(shù)防止飛機(jī)沖出跑道的技術(shù)方法；7.以動態(tài)跑道技術(shù)建設(shè)的車載，艦載軍機(jī)臨時起降點(diǎn)技術(shù)；8.航空母艦用直線式同步柱輪短距起飛器；9.相應(yīng)的自動控制技術(shù)。
全文摘要
本發(fā)明是滑跑飛機(jī)短距起飛的理想方案。核心技術(shù)是通過將跑道分成固定和動態(tài)兩部分，并緊密聯(lián)接，使飛機(jī)在動態(tài)跑道上滑跑時，與固定跑道相對靜止。直到在動態(tài)跑道上加速到預(yù)定速度后再進(jìn)入固定跑道。飛機(jī)就在高初速，大動能的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)短距起飛。不僅滿足了航空母艦飛機(jī)短距、滿載、滿油起飛的最佳要求，而且具備短距降落的能力。履帶式整體動態(tài)跑道兼具短距起降功能，還可用于陸上機(jī)場防止飛機(jī)沖出跑道；建設(shè)軍用野外機(jī)場；建設(shè)車(艦)載軍機(jī)臨時起降點(diǎn)；可能帶來航母小型化潛艇化的發(fā)展方向，很有可能帶來空軍作戰(zhàn)方式的重大變革。這項發(fā)明利共有履帶式整體動態(tài)跑道、三點(diǎn)式同步轉(zhuǎn)輪短距起飛器、直線式同步柱輪短距起飛器等三種方案。
文檔編號B64F1/00GK101870363SQ20101020105
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月17日
發(fā)明者葛泓杉 申請人:葛泓杉