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新概念飞行器 |
日期:2008年7月18日 作者:山东省科学院能源研究所副研究员 张玉福人气:4551
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摘要 本文作为人类迈向低空飞行时代的开篇,简述了人类飞行发展史和空气动力学新曙光。介绍了第五种高升力新原理的提出和新原理以及主要的四种现有升力旧原理及应用,阐述了新原理的现状,涉及的理论问题,同时,提出“大气静压动力学”一门新学科。表述了第五种高升力新原理的应用,可研发的新概念飞行器产品和其他产品,这些产品的特点及优越性以及新概念飞行器项目现状。最后展望了新概念飞行器美好前景及其意义,以结束语提出了希望。 关键词:航空 飞行器 高升力 新原理 几千年以来,人类一直幻想着能像鸟一样在蓝天自由飞翔,大自然造就了鸟和飞行动物具有天然的飞行形态结构,人要想飞起来,就没那么容易。为了飞行,人类不仅幻想也在想尽一切办法来实现。初始作出一些能升起或能飞的物件,早在公元前722-481年中国公输班就研制了能飞的木鸟,为人类研制航空模型之始,公元前202年中国有了风筝,公元78-139年张衡造出木鸟并试飞成功。1483年意大利达.芬奇研究鸟的飞行,构思出扑翼机和直升机草图,1783年法国人实现了人类首次乘坐热气球升空自由飞行,1799年英国G.凯利设计出具有现代飞机外形特征的飞行器[1]1903年美国莱特兄弟发明了飞机,开创出20世纪大型飞行器人类航空时代,1939年美国人西科斯基完成第一架直升机.这些里程碑的贡献,为人类航空打下了基础,今天已发展到航天,向外层空间进行着宇航探测飞行。
人类航空事业的发展,也经历过美国田纳西大学宇航研究院空气动力分部原主任吴建民教授在“高升力空气动力学新概念”学术报告中指出的:“十九世纪末期,自然科学界曾有许多人认为物理学已没有发展余地了,可是量子力学及爱因斯坦相对论的提出,却使物理学乃至整个自然科学进入了一个新的纪元。
在航空界也有一种倾向,认为飞机(以及所有飞行器和其他交通工具)的空气动力潜力已挖掘得差不多了,除设法解纳维一斯托克斯方程外,没有太多事情可做了,因而空气动力学也很难再有更大的发展。这种形势与当年的物理学十分类似,只是反映了空气动力学目前所掌握的概念和理论以及长期以来所遵循的思路和方法确实已完备成熟,没有很大的发展余地。空气动力学要进一步发展只有也必须探索新的概念、理论与方法”。这就是最近这些年出现的“非定常涡升力”,已成世界性热门研究课题,这项空气动力学的新曙光,预示着航空界将有一个光辉灿烂的明天[2]。开创人类低空飞行新时代的《新概念飞行器》,经几十年的探索研究和最近几年的研制,以展现出利用空气静压的另一道新曙光。
一、第五种高升力新原理的提出 人们生活在地球上,地球不但绕太阳公转,本身也在自转,人所以不被抛向空间,由于地球对其表面的一切物质有吸引力.这个力就是英国物理学家牛顿在17世纪看到苹果落地受到启发,提出的宇宙间非常重要的万有引力定律.使人和万物都有重量,被牢牢的吸在地球上,要想在天空中飞行,必须克服地球引力。怎样克服,随着人类科技的进步,现在已有四种与地球引力对抗,产生向上的力,这就是升力。
1、现有的四种升力原理及其应用 第一种利用空气浮力升空原理 根据阿基米德定理,物体在流体中的浮力,等于物体所排开流体的重量。虽然空气很轻,每立方米仍有1000克左右的重量(与空气密度有关)。人类利用充有比空气轻的气体气球可以腾空而起,最初充热空气,后来充氢气或者氦气。第一个气球是法国蒙哥菲埃兄弟在1783年发明的,到1852年法国人吉法尔造出飞行成功世界上第一艘载人飞艇,利用这种原理飞行,大都是庞然大物,一般容积在上万立方米,载重数吨到一百多吨。飞艇大都装有一台或数台发动机产生推力或拉力。意大利最早将飞艇用于军事上,在第一二次世界大战中,美国等一些国家主要用于空中侦察、轰炸、海岸巡逻,保护军舰和港口,以及远程警戒雷达的空中平台等,其它也用于载运乘客和运送货物。比较小型的飞艇,还用做广告宣传、空中摄影摄像,特色旅游,进行生态保护和空中监视等。现在世界几乎每年都举行多种多样各种形态的载人气球比赛。
第二种利用喷射气流产生反推力的原理 喷射气流包括化学燃料燃烧产生的燃气流,电推力器的燃气流、离子流、等离子流等。利用气流喷射产生的反作用力飞行,其原理是基于牛顿力学中第三定律,作用力与反作用力大小相等方向相反,并在同一条直线上。现在这一原理已经广泛用于火箭,导弹以及空间电火箭上[3]。由于这种喷射反作用力,不需要大气层,在宇航方面主要用这一原理飞行。在航空方面,用于喷气式飞机,垂直起降的战斗机,如英国可垂直/短距起落的“鹞”式飞机等。在飞行轿车和单人飞行器方面也早有应用,如英国早年研制在军事上用作单人飞行的火箭喷包,美国研制的“人鸟”型背负式喷气飞机,重量不超过46千克,可携带22.7千克燃料,时速160千米,垂直起降,飞行员双脚代替起落架。最具代表的是20世纪80年代初美国军队试制出的两架WAP单人飞行器样机,重111千克,其中燃料60千克,用改进后的巡航导弹WAP-19型涡轮喷气发动机,推力247千克力,可飞行30分钟,时速96.5公里,飞行高度可达3048米。飞行时噪声相当于小型直升机,外形为一讲台型,人站在其中,右手操纵方向,左手控制高度,降落面积仅需0.4平方米,装有安全降落伞.这种从20世纪60年代就开始试验的单人飞行器,发展到1997年以完善成一种“单兵飞行器”,桶形无翼喷气平台,采用涡扇发动机,推力450千克力,时速100多公里。用于军事上配有武器防护和其他设备。
第三种利用地面效应产生升力的原理 利用地面效应,分为空气静力气垫器和空气动力气垫器两大类。前者只靠本身产生的气垫来支持,后者还装有翼面,利用贴近地面(或水面)飞行时的气流冲压或地面效应作用在翼面上产生升力[4]。前者如气垫船,后者如地效飞行器。由于受条件限制,不能高飞,在军事上用于登陆、运输、反潜和布雷,民用水陆快速运输、勘察、救护、救生等。 20世纪五六十年是地效飞行器兴旺时期,前苏联和德国进行过深入研究。美国间谍卫星拍摄称为“里海怪物”,就是重约500顿前苏联试验的“km”大型地效飞行器。我国于1999年上海研制成功实用性“天鹅号”动力气垫地效飞行器,可在滩涂上自由登陆、下水与低速回转(5)。
第四种利用机翼形状相对气流运动产生升力的原理 飞机的机翼(包括直升机旋翼)与空气相对运动,产生升力是基于物理学中的两个基本定理。 “流体连续性定理” 当理想流体(气体或液体)在不同截面的管道中稳定流动时,流体的流速与管道的截面积成反比,既不同截面处的截面积与该处流体流速乘积等于常量。 在定常,一维流情况下: pVF=常数. 式中:p---流体密度,V-----流体速度,F-----流管截面积 飞机的机翼可以视为被置于空气构成的大流管中,气流流经上表面,由于机翼上表面向上拱起和有一定迎角,使空气流管的上截面积减小,气流速度加大,而流经下表面的空气流,由于机翼下表面扁平和迎角的原因,空气流管下截面积加大,空气流速度减慢。 “伯努利定理” 当理想流体(气体或液体)在一个截面不同的管道中作稳定流动时,若中间不注入也不减少其能量,则沿管道上各点的动压与静压之和(即总压)总是等于常量。 伯努利方程简化形式: P----静压 P0------总压(相当于气流速度v=0时气体压强,也为伯努利常数。如果流动是无旋的,流场内的总压处处为常数) 对伯努利这一定理,有人也想以他的“创新实验”来证明伯努利定理是错误的,并做出结论“伯努利定理是不成立的”,并提出自己的"新定律",把伯努利方程说成是“流动流体压强和速度的关系”,(本文后面要提到的新概念飞行器,理论上非常重要,要用实验来找出流动流体的流速与静压的关系)。建立在牛顿力学、质量守恒、能量守恒上的伯努利定理是正确的。
在飞机机翼上,机翼上表面的空气流速大,所受到的空气压力相对小,而机翼下表面空气流速小,所受到的空气压力相对大,机翼上下表面的压力差就是升力。
利用这种升力,可以使大到几百吨重的飞机或直升机在天空中自由飞行,如目前世界上最大的豪华民用客机A380,重达500多吨。利用这个原理的飞行器,使20世纪航空业兴起,莱特兄弟发明飞机以后不断发展,使人类进入了大型飞行器航空时代。现在多种多样,大小不同,军用和民用飞机,直升机以及其他多种形式的飞行器,已飞满全球,这些大型飞行器,有目共睹,众所周知。
利用这一升力原理,在小型飞行器方面,也研制出了多种多样的样机,有的已处于生产阶段。如称为21世纪的交通工具,美国莫勒国际公司研发生产的“空中汽车”,空中时速可达600km。荷兰火花设计公司研制出的PAL-V飞行汽车,也已上市,地面时速125公里,空中飞行时速190公里,加满油可飞行500多公里,最大功率约213马力,车重550千克,在空中出事也可安全降落,价格与地面豪华轿车差不多。国际上最初研制的飞行轿车,在地面轿车上,两边加装翅膀,汽车高速行驶一段路后起飞,现在已改进为垂直起降,价格多在10万美元左右。
在单人飞行器方面,利用这一升力原理,也研制出了多种样机,如德国模仿共轴式直升机,研制出1人座椅式直升机,重50千克,两个小引擎,共50马力,有效负载200千克,加一次油可飞行2.5个小时,最高时速60公里。1997年日本人设计试飞的BHD-4微型直升机,重40千克,乘1人,时速37.5公里,最大飞行高度3000米。美国设计师造出的一种模仿飞碟的飞行器,圆盘中心坐一人,并有同样小型模型机,可进行遥控飞行。最有影响的是美国加利福尼亚州千年喷气飞机有限公司的两位工程师麦克尔.M.莫希尔和罗伯特.W.布拉格研制出的一种XFV单人飞行器,高2.44米,用4缸发动机,可为驾驶员上方两个反向旋转的旋翼提供动力,通过两个操纵杆控制叶片的倾斜度和速度,时速128公里,加满油可连续飞行90分钟,每升普通无铅汽油可飞行7000米,能在海拔3000米的高空飞行。在美国太空总署支持下,历时研制三年,投资100万美元开发出了样机。以后商业制造每架飞行器在10万美元左右,国际上还有其他一些形式的单人飞行器样机也已试飞成功。
2、第五种高升力原理 第五种高升力新原理是相对现有应用广泛的四种而言,不是什么创新,而是总结扩大和发展了这种原理。本人经过几十年的研究和最近几年的研制,对这种还未广泛应用的新原理,提出自己的看法。对这种新原理的理论的未来建立和技术以及应用却有些新的创新思想,认为第五种高升力新原理,人类应下大力气去研究,研制开发和应用非常有竞争力的新产品,这种新原理的广泛应用,在21世纪,可以使人类进入低空飞行时代。 这第五种新原理简言之,就是“在物体一面减小大气压,相对另一面为一个天然大气压,物体二面产生的大气压差力,作为升力或推力。” F=(p0-p).s 式中:F---升力(或推力)p0----天然大气压 p----减小后的大气压 S---压差面积 这只是一个狭义公式,广义的说,凡是物体一面增加减小大气压的方法,都属于第五种新原理的范畴。
众所周知,包围地球表面有一空气层(月球表面就没有),称为大气层,分为五层:对流层,平流层,中层,电离层,外大气圈,高度约为2000-3000公里,空气主要由约占4/5的氮气和约占1/5的氧气组成,这些气体物质受地球引力(万有引力)的影响,产生大气压,并各向同性,一般所说的大气压是指大气压强(千克/Cm2或厘米汞柱高),即单位面积上的压力。大气压强乘以受压面积,等于该面积所受的大气压力。如一个六正方体,每面的面积假设为100平方厘米,每面所受的大气压力就是100千克(大气压以1千克/Cm2计),由于大气压各向同性,六个面,每个面都受到100千克力的压力,所以这个六面体不会自动移动,因有重量,受地球引力作用的结果,落在地上。如果在其上面减小大气压(大气压1千克力/Cm2计),如减少0.25个大气压,上下二面大气压差力,用上述公式计算这个压差力等于25千克。如果一块400平方厘米的平板,上面仍减小0.25个大气压,这块平板就有100千克的升力。这就是新概念飞行器中单人飞行器标准设计升力,可见这种升力属于高升力。
在这里值得提出的利用第五种原理,在飞行器的计算上,为简便可取大气压强为1千克/平方厘米,此类飞行器一般在地球表面上几百米以下空间飞行。但在海拔高度较高的地区飞行,就得考虑高度的影响,地球周围的空气有一半分布在5000米高度以下,高度超过3000米,人就要有供氧系统,由于大气层越往上越稀薄,1962年美国提出的标准大气压强P=1.03323千克/Cm2,随高度H变化的关系: dP/dH=-pg 式中p---空气密度g----重力加速度
二、第五种高升力新原理现状 这种新原理,本人在20世纪50年代初,上初中阶段就萌发出,按伯努利原理,飞机机翼上下两边都流过高速气流,机翼上下二边都减压,若只让上边减压,下边不减压,升力就会提高很多,效率会很高。基于这种想法,探索研究了几十年,逐步形成了比较完整的思想体系,直到2000年前后,才找到了具体的技术解决方案。接着找到三家投入少量资金,做出了气流法实验设备,进行了多种装置实验,完成了电学法,控制系统及电子线路的研制。几年的研制,现在已完成了一些基础工作,找到了四条道路:液流、气流、超声波、电学,十多种利用第五种升力新原理方法的升力器和推力器。有了多种具体设计结构和试制方法以及试验测试方法。在做气流实验时,多次发现在喷气出口初始段,不但不产生减压,由于气流出口有膨胀过程,出口段测试的U型管压力计,反而出现正压。这是用此法必须考虑的,也有缓冲方法。
本人于2000年以“大气动力机”名称,提出过中国发明专利申请[7],一些保密技术不适合过早公开,该发明专利已视为撤回。但一些具体结构和技术方法,以及第五种高升力新原理还是以申请专利的方式公开了。待完成样机后,就可以申请国际多国专利方式逐步公开保密部分,其他类似,也属于第五种升力新原理范畴的专利,也有多份公开专利(不一定获专利权)[8],结构形式也各不相同。
早在20世纪80年代,“飞碟探索”杂志上,就有周伟业“简述一种新的飞行原理”发表,那時把这种原理文中称为第四种飞行新原理,没有把本文前面提到的第三种利用地面效应产生升力的原理加进去。第五种新原理在航空方面也早有所应用,例如在飞机襟翼上应用的“上表面吹气襟翼”和“外吹气襟翼”以及喷气襟翼等[4],提高襟翼效能,提高机翼最大升力系数。国外帕特里克.皮布尔斯发明的“扇翼飞机”(FanWing),由发动机带动狭长的叶片,推动空气向机翼的上方和后方流动,既产生升力又产生推力,也属于第五种新原理范畴。
为什么说第五种升力新原理是高升力呢? 这是由于它的升力产生机理就优于前四种,从理论计算和与前四种对比中,也可看出它的高升力特点。如美国F-104战斗机,它的翼载可说效率是最高的,翼载达到542千克/平方米,平均54.2克/Cm2。周伟业文中提出,直径六米圆板,上面气压降为0.4大气压时,圆板就有170吨升力,这等于旋翼直径为21米的直升机总升力的4倍,当圆板直径为21米时,其升力就高达2000吨。利用第五种高升力新原理的单人飞行器,载重100千克左右,时速相当自行车,所需功率不超过0.3马力,而采用旧有升力原理的单人飞行器,前面已提到,至少要50马力左右(虽然时速较快,升力是主要的)。正是由于第五种高升力新原理具有的高升力特点,必然带来高效率,才能实现人在低空能像鸟一样飞行,这就是新概念飞行器中单人飞行器要完成的历史使命和美好前景,是否还有第六种、第七种……新的升力原理?
有,如现在研究的,模仿鸟类翅膀产生升力的扑翼机和其他一些新方法升力飞行器。尤其近年来美国和俄罗斯在研究的“反引力飞行器”,并取得了一定的进展,其它国家有的物理学家和部门也在重复试验。本人在测试升力装置时,也发现了不同于Befield-Brown效应的一种新现象,需深入研究,也开始对“反引力飞行器”进行了探索。这些“反引力”实验现象还未最终确定,是否是“反引力”,还需大量研究和证明。
1、第五种高升力新原理理论问题。 第五种高升力新原理的应用范围非常广,涉及的专业和自然科学门类很多,现在已找到四条道路的升力器和推力器,每条道路都涉及一整套理论问题,而在这些方面已有的应用理论,适用于本项目的几乎为零。因为这是一种新事物,以前还无这方面的专业科技工作者、专家和学者,一切都得从头开始。这需要创建一门新学科,本人启名为“大气静压动力学”,这是一门研究利用大气静压,使其产生压差力,作为动力的科学。这门新学科主要研究流体(气体,离子流体,等离子流体,液体)流速(包括层流,紊流,涡流,非定常涡流以及其他涡等)对大气静压力减小规律,以及其他如超声波、电学等减小大气静压力的方法和规律。
⑴一般理论问题
本项目在理论上,需从微观的原子分子离子方面进行全面研究,除应用现有的物理学、化学等理论基础外,还要探索新的适用理论。也包括在现有理论和方法基础上,进一步研究离子气体产生新的理论和方法,以及在静电场加速新的理论和方法。在宏观上,以实验为基础,需导出一系列经验公式和设计计算公式。
⑵特殊理论问题 在理论方面,本项目也涉及到一些特殊理论问题,很值得进一步研究和探讨。 ①是否存在减压极点速度问题 以例说明,一块平板,上面吹高速气流,当气流速度非常高的情况,平板上面的天然大气压力能否降为零。这种状态相当于平板上面为真空零压力,这对本项目意义非常重大,如技术上能实现,这是最高升力的极限,当然实用意义就更大了,要从伯努利方程计算上,估计出这个气流速度应在每秒400多米。这个气流速度在航空上是很容易达到的,可在高速风洞中,用实验方法研究。在大学普通物理学中,计算出的在零度时氧的均方根速度为461米/秒,氮为493米/秒,空气为485米/秒[9]。也在这个数量级中,当然气体分子的实际速度有大有小,有麦克斯韦速度分布曲线。 ②对伯努利方程讨论 伯努利于1738年提出的“伯努利方程”给出了理想流体运动中速度、压力等参数之间关系的方程,实质上体现了流体运动机械能量的守恒关系。如果我们不考虑其物理上的本质意义,只以其数学公式和实际大气压情况讨论一下: 伯努利方程简化形式:pv2 +P=P0 当流体速度V达到400米/秒以上时,P静压只有为零时, pv2 =P0;当V再高时, pv2将大于P0,这在实际中是不可能的,即数学公式两边不等,公式不能成立。方程中 pv2为流体动压,又称速压。在航空方面,飞行器速度有的高达几个M(马赫),M也称为气流马赫数,修正为 pv2 =kpm2/2,式中:k=1.4,p---气体压强 对本项目,这个气体速度V很重要,而伯努利方程不是完全适合本项目的,必须另外推导出和用实验方法总结出经验计算公式。因为在技术上高速气流一般由燃料燃烧和机械运动产生高压,吹出高速气流,这已广泛用在航空喷气式飞机和航天火箭方面。对新概念飞行器这种技术可以用,但太不理想了。 ③气体的波粒二重性问题 众所周知,在光学上存在波粒二重性问题,在气流上怎样看这个问题。组成空气的气体在宏观上以流体形式运动,在微观上,本身都是粒子(原子和分子以及离子等),这对现有航空和航天现实意义不大,对未来和对本新概念飞行器意义却非常大,尤其对实际应用的技术方面。现有应用大部分是产生高压气体往外挤,这种技术复杂又污染环境有着一系列的缺点。要采用别的方法,是否属于粒子性的应用,还有待研究和讨论。
总之,对气体波粒二重性问题,以前涉及的不多,所以在理论上和实际上还未引起科学界重视,新概念飞行器涉及这方面问题,非常值得探讨研究。
2、第五种高升力新原理的应用 空气动力学的一门分科试验空气动力学,用实验方法研究空气流动特性、空气和物体相对运动时的相互作用规律,通过实验揭示流动的本质,为理论研究提供物理模型,并验证其结果;同理论方法相结合[10],这也是第五种高升力新原理的主要研究方法。现有飞行器的飞行试验与测试技术,根据情况也可采用实用部分[11]。 当前急需用实验方法,研制出万能升力器,本人已有多种具体结构和试制、试验、测试方法,这需要资金,建实验室进行。这一步地完成要比人类在月球上迈出的第一步更有现实意义,这一步关系到人类进入低空飞行时代的进程。作出万能升力器后,所有微型飞行器,无人飞行器,飞行机器人,步飞器,单人飞行器,多人飞行器,飞行轿车,小型飞碟等陆空两用,海空两用,陆海空三用多种多样系列产品就都可以生产出来,预计几年内这些花样繁多的小型飞行器就会飞满全球。这种新原理还可在其他许多方面,作为非飞行器的应用。
三、新概念飞行器 人们常说生活四大要素:衣食住行。本项目主要涉及人类行的方面,人类在行上,随着科技的发展,已大量应用火车、汽车、轮船、飞机等,陆海空全面运输人员和货物。这些交通工具的发展,对人类社会的各方面都产生过巨大影响。随着人类生活水平的提高,对行方面的交通工具,越来越有更高的要求和期望,因现有的这些交通工具还存在很多缺点,还远没有解决人类活动最多最广的问题。这就是每个人每天都要走路,又慢又累,地面交通还不方便,更不能像鸟一样在天空飞行。现在所有飞行器都太大太笨太贵,其功能满足不了人们需要,尤其人的低空飞行,几乎没有。动力伞,滑翔伞等,只能供航空爱好者玩玩。
1、可研发的产品简介 应用此原理,可研发的产品非常多,用途非常广泛,其中最主要的产品就是新概念飞行器。 ⑴、可研发的新概念飞行器产品。 步飞器: 步飞器是不加推力器最简单的一种待研发产品,其功能也很多,即能在地面上行,使人步行时又快又不累。可把中国古典文学水浒传中神行太保戴宗“日行千里”的神话,变为现实。又能离开地面升起,跑飞,跳飞。几十层高楼或悬崖峭壁都可轻易跳上跳下,亦可在空中悬停(人站在空中)。上下楼梯,上山下山都能轻而易举,不费劲。其他如穿越河流障碍物等步飞器都可作到。 单人飞行器: 单人飞行器可研发出多种多样的产品,与人身一体的,根据升力器位置的不同,可有肩式、腰式和顶式。其功能完全具有步飞器的用途外,主要当升力小于载体总重时,可轻巧步行,跑飞跳飞。当升力大于载重总重时,又可升空自主飞行,真正实现人类也能像鸟一样在蓝天自由飞行的几千年梦想。 座椅式单人飞行器,不论正常人,腿有残疾人,男女老少都可飞行,仓式单人飞行器,特别适于不良天气情况下的飞行。床式单人飞行器,可用于远距离长时间飞行,相当于现在地面车辆的卧铺。总之,可研发的产品多种多样,应用范围非常广。 多人飞行器: 双人及多人飞行器,包括横排,纵排,竖排各种结构形式,可研发出坐椅式、舱式等多种多样系列产品,此类飞行器可作出轿车型和小型飞碟型或其他多种外行的飞行器。 以上这些飞行器具有垂直起降,前飞,向后飞和多方向飞行功能。速度从悬停不动到几百公里的时速,飞行高度一般在几百米以下。所有这些大都可研发出陆空两用,海空两用,陆海空三等多种多样系列产品,广泛用于国防和民用。 ⑵、用作动力机的产品 本项目的升力器就是一种新颖的动力机,在现有地面车辆上都可加装,作为动力和增加现有车辆的动力。如自行车,电动自行车,摩托车,汽车以及河海船舶等都可加装。 ⑶、用作托浮物体产品 任何物体加上升力器,当物体重量等于升力时,都可悬浮,牵引或拉运。当物体重量大于升力时可托浮运行。当物体重量小于升力时就可升起,加上推力器就能手控或遥控运行物体。 ⑷、用于其它方面的产品 飞行器可归纳为三大类:大型飞行器如各种飞机、直升机、气球、飞艇,火箭等;小型飞行器如单人飞行器、飞行轿车等;微型飞行器(大的如鸟,小的似碟)。本项目还可研发出各种用途的微型飞行器,无人飞行器,飞行机器人等各种各样产品,用于多种特殊场所。
2、新概念飞行器特点及优越性: 新概念飞行器特点主要决定于升力器的形式和方法,具有最大特点的万能升力器,用于产品,可使产品具有: (1)没有发动机以及转动、传动和运动部件。发动机是飞行器“心脏”,构造复杂,要求部件加工制造精密度高,一般燃烧化石燃料,温度高,压力大,污染环境,大、笨、重,还易出事故,造成机毁人亡。而这些转动传动部件会产生磨擦,消耗能量,降低效率,对易损件设计要求严格,计算繁杂,体积大,安全性差,成本高等诸多缺点。 新概念飞行器没有这些部件,就不存在上述的这些缺点,万能升力器已将发动机和升力器合二为一,构造简单,安全性高,加工制造容易,成本极低,消耗能源少,不污染环境,灵活性大等,各个方面占尽优势。 (2)体积小。由于结构简单,无大部件,体积非常小,可与人身一体。 (3)重量轻。整个升力器和推力器,都采用轻质材料,与人身一体的单人飞行器也只有几千克重。 (4)效率高。体积小,重量轻,消耗能源少,当然效率非常高。比同类的现有双层共轴旋翼单人飞行器高一百多倍。双层共轴旋翼单人飞行器一般需50马力左右,本与人身一体单人飞行器仅需0.3马力以下。 (5)消耗能源少。整个飞行装置轻,效率高,消耗能源自然就少,当升力为100千克时(一般单人飞行器标准设计),用高容量电池就可飞行。以气流法与机翼所耗能量定性对比,飞机机翼在空气中高速飞行,机翼上面的一薄层空气相对机翼以同一速度与机翼相对运动,这时机翼消耗的能量 E1=m1v12,而薄空气层消耗的能量 E2=m2v22,机翼质量m1,要远大于空气薄层质量m2,因V1=V2,所以E1大于E2很多,具体数据决定m1/m2倍数。不考虑其它因素,单从质量比就可看出第五种升力新原理,只让空气薄层吹过机翼上面,产生升力的话,就会省能许多倍。由此也可证明新原理,省能,效率高。那么,直升机旋翼怎么样,除与上述机翼同样费能,效率低外,还有几乎一半的运动是在做废功(并消动力)[2] 从而也可考虑,火箭,喷气式飞机,如能把喷出的高速气流(废气)加以利用在第五种高升力新原理上,做为升力器的高速气流,对现有大型喷气式飞机等会有很好的现实意义。本人在这方面也有多种技术方案,并于2006年末申报了一份中国发明专利的初步方案(12)。强调一点,喷出的必须是高速气流。 (6)不污染环境。本飞行器大部可采用电源为能源,不产生有害气体和废物。如用锂动力充电电池,清洁燃料电池等,尤其随着科技的发展,多种无污染的新能源不断应用,如太阳能电池等。 (7)生产简单容易。部件少,又不需精密加工,生产快,预计一万人厂,年产步飞器就可达1000万套。 (8)成本低。本飞行器零部件少,原材料易购,便宜,成本非常低。 (9)飞行安全性高。无发动机.转动.传动等部件,已使事故率大大降低。采用坚固材质和性能好的元器件,不易损坏寿命长。空间活动范围大,加上制定科学合理完善的空中交通规章制度,可把事故率降的非常低。 (10)飞行时间长。由于本飞行器效率极高,消耗能源少,采用升力器和推力器分开结构形式时,用惯性飞行,推力器间歇消耗能源,会延长飞行时间。 (11)灵活性大。可在空中飞直线,地面交通不便和不能行驶的地方,对本飞行器无碍。 本项目的飞行器,还有些特点和优越性就不一一论述。 由于新概念飞行器具有这些特点和优越性,才能使人装上(与人身一体)升力器和推力器这些简单装置,真正实现人能像鸟一样在兰天下自由飞行。
3、新概念飞行器项目现状 本项目经几十年的探索研究和最近几年的研制,已完成了一些基础工作。包括完成了第五种高升力新原理的试验与验证,多种飞行器样机的结构设计。试制方法,以及测试、试飞等一系列航空飞行器必须经过的过程和技术方面的要求准备。尤其完成了多种升力器和推力器创新方面的工作,找到了操纵控制系统方法和创新结构,以及空中飞行的一些安全措施,指示系统和能源动力等。下步需较多资金,创办国际公司,成立中央研究院,完成万能升力器及其产品样机。
本项目2002年荣获第51届尤里卡世界发明博览会金奖,在获奖通知中写道,通过专家组的成果评估,可行性分析,市场调研等科学论证,确认其导入国际市场的价值。鉴于该发明具有的市场前景和开发价值,博览会及欧洲科技界对此给予极高的评价。
本发明也荣获首届香港国际新产品新技术博览会金奖。 与乌克兰国立航空大学、哈尔科夫航空学院,国立技术大学,切尔诺维兹基国立大学以及韩国仁川大学产学协力团等签有合作意向书,,以前美国波音公司也曾联系过。鉴于这是一项世界范围划时代国际重大高科技创新项目,广泛开展合作。 本项目可从以下几方面进行: 1、基础理论的研究,创立一门新学科----大气静压动力学 2、民用产品和特殊应用产品的研发 3、国防军用产品的研发 4、作为动力机产品的研发 5、在大型飞行器上应用的研究 6、在航天应用上的研究 7、新的地面交通和空中交通法规的研究和制定 8、所涉及的法律法规的研究和制定 9、在其他方面的研究,包括对世界政治、经济、军事、社会等许多方面的影响
四、展望 人类21世纪将会是什么时代?多种科学技术的发展互相渗透,许多边缘科学的出现,将会出现多称呼的时代,其中最新最大的亮点,也许就属于几千年来人类一直没有解决的飞行难题。新概念飞行器的完成推广与普及使人类进入低空飞行的时代,也将结束从远古到近代一直为飞行动物和鸟类占领的地球低空领域,成为人类的活动空间。这一项目完成的意义不仅为21世纪的人们创造出美好的生活,也将造福于子孙万代。会为社会创造出巨大的物质财富,形成庞大的新兴产业群,增加就业机会,组成庞大的产业军,使人类社会产生又一次的飞跃。不但开创人类低空飞行时代,也将影响现有航空界。同时,也可解决全球地面交通越来越拥挤和燃油轿车等对环境的污染,以及石油危机等许多重大世界难题,有着巨大的经济效益和社会意义。本项目的实现,也是一项符合诺贝尔奖条件对人类作的最大贡献[13]。
五、结束语 人类航空,划时代的里程碑,第一个里程碑是1903年莱特兄弟在20世纪开创的航空时代,以飞机和直升机为主,升力部件是机翼和旋翼,推力用螺旋桨或喷气发动机。第二个划时代里程碑应是在二十一世纪将开创人类低空飞行时代的新概念飞行器,用第五种升力新原理做升力器和推力器,主要开辟人类小型低空低速飞行器的低空飞行。第三个划时代里程碑可能就是反引力飞行时代。
本文作为人类迈向低空飞行时代开篇,希望能起到抛砖引玉作用。世界组织和各国政府能给以应有的重视和支持,专家学者,广大科技工作者和飞行爱好者积极参与,世界财团和投资机构能给以资金方面的支持。不明之处,大家共同探讨,欢迎批评指正!
最后一句话:欢迎多方参与,尽快实现低空飞行事业,造福人类子孙万代! 参考文献 [1]叶童,1996,世界之声-波音,四川人民出版社 [2]吴建民,1985,高升力空气动力学新曙光,国际航空.8:2-7 [3]朱毅麟,1998,电火箭登上应用舞台,航空知识.5:11-12 [4]《航空工业科技词典》编委会,1983,飞机`部件`系统与附件,国防工业出版社 [5]翟玲,1999,中国实用型地效飞行器,航空知识.2:8 [6]何継善,2000,流体流动的能量守恒与创新问题,科学中国人.12:7-8 [7]张玉福,2000.大气动力机,中国发明专利公开.CN1264790A [8]何惠平,1999,外壳旋转式航空飞碟飞行器,中国发明专利公开.CN1224681A [9]上海市高等工业学校物理学编写组,1960,普通物理学上册,99-100.上海科学技术出版社 [10]《航空工业科技词典》编委会,1982,空气动力学与飞行力学,国防工业出版社 [11]《航空工业科技词典》编委会,1982,飞行试验与测试技术,国防工业出版社 [12]张玉福.2006.航空升力器和推力器.中国发明专利.CN101177166A [13]《诺贝尔物理学奖获得者》(1901-1984),R.L.韦伯著,上海翻译出版社 |
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