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
【技術領域】
[0001] 本發明涉及由氣體密度差和旋轉運動共同作用產生上升力的技術方法，尤其是用 于飛艇和熱氣球的升力系統。 二、 技術背景
[0002] 現有飛艇和熱氣球的上升力是由于腔體內氣體密度低于外部空氣密度而產生的 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) 就突破了傳統的浮力模式，其主要內容是：圓形凹狀缸體和上面的碟形缸蓋密封接觸，內部 形成真空空腔。當缸蓋高速旋轉時，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，內部壓強則為零，于是整個系統獲得向上的升力。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。如果在缸體內增加支撐體(如鋼珠等），缸蓋旋轉需要克服 的摩擦力也是巨大的;第三，在空腔內外存在巨大壓差的情況下，缸體和缸蓋間隙處設置密 封圈并作高速相對運動是無法想像的。另外，一種通過空轉獲取空氣升力的裝置（CN 103895859B)則更具應用前景，其主要內容是:取消缸體和缸蓋間的密封圈并讓二者保持適 當的間隙，該間隙成為外部空氣進入空腔的入口，同時將空腔和抽風設備連通(主要為風 扇）。當抽風設備工作時，空氣從間隙處吸入空腔并由抽風設備高速排出。此時，空腔內的氣 壓降低，空氣密度也相應降低。當缸蓋高速旋轉時，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。這樣系統總的受力平衡被破壞，產生上升 力。顯然，后者克服了前者的致命缺陷，而且后者產生的高速氣流不但可平衡設備而且可做 前進推力。 三、
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供一種獲取上升力的更高效方法，它通過以下技術方案實 現: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:主要由旋轉件、擋風件、氣 壓調節器、旋轉軸和進氣管組成;所述旋轉件具有旋轉體外形并在中心位置與所述旋轉軸 固連;所述擋風件位于所述旋轉件的下方并與之保持一定間隙；所述間隙位于所述旋轉軸 為中心的1個圓形位置上;所述旋轉件和所述擋風件內部形成空腔;所述氣壓調節器設置在 所述擋風件上并與空腔連通，通常為氣壓調節閥或空心管或小孔;所述進氣管與所述空腔 連通。
[0004] 根據上述技術方案，低密度氣體由所述進氣管導入所述空腔，所述氣壓調節器維 持所述空腔內氣壓與外部氣壓相當。當所述旋轉件高速旋轉時，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，所述旋轉件便獲得了向上的升力。
[0005] 現結合附圖對這一技術方案進行詳細介紹：
[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 旋轉件（I)、擋風件(2)、氣壓調節器(3)、旋轉軸(4)和進氣管(7)組成;所述旋轉件（1)具有 旋轉體外形并在中心位置與所述旋轉軸(4)固連;所述擋風件(2)位于所述旋轉件（1)下方 并與之保持小的間隙(5)但不隨所述旋轉軸(4)轉動;所述間隙（5)位于所述旋轉軸(4)為中 心的1個圓形位置上;所述旋轉件（1)和所述擋風件(2)內部形成空腔(6);氣壓調節器(3)設 置在所述擋風件（2)上并與所述空腔(6)連通，通常為氣壓調節閥或空心管或小孔;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)導入所述空腔(6);所述氣壓調 節器(3)維持所述空腔(6)內的氣壓與外部氣壓相當；當所述旋轉件（1)高速旋轉時，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 述旋轉件(1)上下表面產生壓力差，所述裝置便獲得了向上的升力。
[0007] 設外部氣壓為p，密度為P。所述空腔(6)內的氣壓和密度分別為P和kp。其中0<k< 1。當所述旋轉件（1)高速旋轉時，其上表面承受的空氣壓強會降低，根據佰努利方程，該壓 強為
=同理，所述旋轉件（1)下表面承受的壓強為。所述擋風件 (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]系統總升力：
[0011] 設所述旋轉件(1)半徑為R米，轉速為η轉/秒，則系統總升力：
[0012]
[0013] 即：F = apn3n2R4
[0014] 上式可改寫成
[0015] 其中S為所述旋轉件（1)的垂直投影面積，V為所述旋轉件（1)的邊緣速度。該式表 明：上升力與所述旋轉件（1)的面積成正比，與所述旋轉件（1)的邊緣速度的平方成正比，與 所述空腔(6)內外密度相對差成正比。因此該技術方案產生的升力也要大很多。
[0016] 根據本技術方案，如果向所述空腔(6)內導入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。如果所述旋轉件（I)的半徑R = 2米，邊緣 速度V = 240米/秒(約20轉/秒），則總升力
[0017]
[0018]顯然，該數值比空腔(6)產生的浮力大的多。
[0019] 本發明的實質：重視密度參數對運動流體壓強變化的影響，并利用低密度氣體的 自然屬性輕松實現旋轉件上下面的密度差，為旋轉件產生上升力創造了極好的條件。當旋 轉件高速旋轉時，上升力便自然形成。
[0020] 本發明的優勢:升力優勢明顯，遠遠大于低密度氣體產生的浮力，而且成本很低。 首先，旋轉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，而且可以利用發動機產生的熱量。與前面所述的真空式旋碟相比，本發明空腔內外壓 力相等，消除了空腔內外的巨大壓力差，系統在輕松狀態下運行，平穩、安全、高效，應用前 景廣闊。與前面所述的一種通過空轉獲取空氣升力的裝置相比，本發明沒有采用