CN102085911A - 新理念飞行及飞行器 - Google Patents

Abstract

新理念飞行及飞行器，本发明属航空领域。一种充分利用高速气流的新飞行方法，其方法为：使人为产生的高速气流全部同时流经机翼及机翼下方机身的上表面，再流向后方。这样高速气流在运动过程中即通过机翼和机身上表面为飞行器提供了升力，也为飞行器提供了推力，由于机翼全部处于高速气流中，飞行器在任何飞行状态下都可以精确控制飞行姿态，其升力可以与飞行器的运动状态无关。即使飞机静止，也可以得到相同的升力。飞行器保持一个小的迎角其推力与升力合力就垂直于地面，因此这种飞行器可以垂直起飞，空中悬停和垂直降落。并且相对飞行器的下方没有下洗气流，它具有固定翼飞机的高速飞行和直升机的垂直起落的共同优点，而消除了它们的缺点。

Description

新理念飞行及飞行器

技术领域：

航空领域 

背景技术：

现有的大气层中的飞行器大多有机翼，如固定翼和旋转翼。这是因为一般机翼有大的升阻比，而相关资料也报导了利用附壁效应的飞行器，这种飞行器没有产生升力的机翼。 

在有翼飞行器中，固定翼飞行器一般飞行速度快，而需要很长的跑道，大多数空难都是起飞和降落时发生的，虽然也有一些固定翼飞行器通过旋转气流喷口来实现垂直起降，但飞行器控制性能差、外型不流畅、阻力大。 

旋翼飞行器可以垂直起降，但动力主要为提供升力，前进仅为旋翼倾斜时的分力，且飞行器体型更不流畅，阻力更大，飞行速度慢，旋转机构结构复杂，事故率高。 

固定翼与旋翼结合的飞行器在两者之间，附壁效应飞行器正在研制阶段，但其原理是可行的，即在有压力的环境中流速大的地方压力小，流速小的地方压力大，这一理论与自然广泛存在的现象一致。 

因此现有技术都各有缺点和不足。 

发明内容：

如何综合各种技术的优点，消除各种技术的缺点，并利用自然界中的固有规律，设计出新的更加合理的方案，是本发明的目的。 

按照现有技术和人们的广泛实践，已知机翼的升力「 

其阻力 「在不考虑其他阻力，而只考虑机翼的阻力时，发动机的推力等于机翼的阻力，也就是发动机向后推动的空气的动能。这也是使机翼产生升力的流过机翼的空气的动能。这样，流过机翼的空气的动能与发动机推向飞机后方的空气的动能是相等的，无论机翼如何布置，这一动能都相等，这样我们就可以将机翼置于发动机排向飞机后方的气流中，可以获得同样的升力，这样就安置的机翼可以使机翼做的较小，安置这样的机翼所获得的升力与飞机的运动状态无关，即使在飞机静止不动，也可以得到与飞机高速飞行时同样的升力，这就像在风洞中的飞机一样，飞机不动也可以得到同样的升力，可以采用此种方式使飞机实现垂直起降。 

高速流动的气体在有压力的环境中流动，可以使侧向压力降低，利用这种现象为飞机提供升力，飞机排向后部的气体是高速流动的气体，让这一气体流经机身上表面就可以产生升力，这就是所谓的“附壁效应”。飞行器的原理，将这种方式结合在机翼下方使流过机翼下方的速度气流同时流过机身上表面，而使飞行器获得升力，使流动气体的动能得到充分利用，并且同时产生向后的推力，这就是本发明的主要构思，同一股气流即流经机翼又流经机身上表面，使飞行器获得更多的升力，这就使飞行器在同等功率下有更大 的载重能力和加大航程、节省燃料。安置了处于发动机喷出气流中的机翼，也就是不再需要外展的机翼，就使飞机外型更加紧凑，气动外型良好，飞行阻力小，使飞机可以以更高的速度飞行。由于机翼始终处于高速气流中，因此无论飞行器处于何种飞行状态，都可以对飞行器的姿态进行精确调控，机翼相对气流的角度是固定的，因此不会有失速现象。由于机翼的升阻比很高，飞行器保持一个很小的迎角就可以垂直起降，而飞行器下方不会有下洗气流。当采用对称方向喷气时，飞行器不需要保持迎角就可以水平垂直起降，这样布置的飞行器起飞降落时地面空气最稳定，当发动机喷出的气体温度较高时，机身上表面与机翼需要冷却，由于机身上表面和机翼都处于高速气流中，它们表面的压力都低于外界大气压，这就使冷却很方便，将机身上表面和机翼都做成中空的，在表面适当位置开一些小孔并由侧向与外界大气相通，利用内外压力差，即可实现自然冷却。 

以上结构的飞行器还可以用于飞艇技术相结合成为最节省能源的运输工具。 

此种结构的飞行器综合了现有飞行器的所有优点，而排除了它们的所有缺点，它即可适用大型飞行器，又可适合小型飞行器。它即可以高速飞行又可以任意地点垂直起降，不需跑道，安全可靠。没有下洗气流，工作环境良好，它适用于各种用途的飞机：飞行汽车、飞艇，还可以采用模型组合方式制成任意吨位的空中起重吊运飞行器。 

这种飞行器能够垂直起降却不需要现有直升机的螺旋翼，使飞行器安全性极大提高，适用范围更广泛。这种结构的飞行器所使用的都是成熟的现有理论和成熟的技术，只是从技术方案和工作方法上做了改进，因此它不存在理论和技术问题。 

技术特点： 

现有飞行器在设计机翼时，升力一般都是按： 

来计算的，这应该是流经机翼下表面空气的动能。这其实与伯努利方程没有任何关系，而高速飞行的飞行器的翼型现已大多数都是上下表面对称的，这与伯努利理论也没有关系，因此在本方案中机翼升力设计与机身上表面的升力理论与一般人的认识不同，也不考虑伯努利理论，其设计方案为固定翼上表面与气流保持平行，下表面与气流保持一定迎角，使机翼获得最大升力，襟翼采用现有飞机的两开截式或三截式，如果发动机喷出的气体温度高，则在中空的固定翼后端开有通气孔，当有气流流过机翼时，机翼外表面的压力将形成负压，这时让固定翼侧面与外界大气进入固定翼内部并从后部气孔排出，使机翼得到自然冷却，由固定翼流出的冷空气紧贴翼面向后流动时也使襟翼得到冷却，在机身上表面垂直安置气流方向控制翼控制气流方向，以使飞机飞行方向得到精确控制，其结构类似一般固定翼飞机的尾翼。 

机身上表面提供的升力可以按照伯努利方程来计算，这可能是一般人认可的，但个人认为伯努利方程只适用于有压力的环境中，在真空状态下不适用，因此机身上表面提供的升力只在低空大气压较高时考虑，在高空大气压低的空间以机翼提供的升力为主。附以飞行器保持一定的迎角，以满足飞行器对升力的需要， 这也是现有固定翼飞行器普遍采用的方式，当然机身上表面提供的升力在低空和起飞和降落时作用还是非常重要的。 

理论分析： 

按照现代机翼的升力「机翼的升力应该是流经机翼的空气撞击翼面下表面产生的反作用力的向上分力，而机翼的上表面和机身上表面产生的升力应该中流经表面的空气撞击作用在表面的大气，使大气作用在表面的压力降低，而与伯努利方程无关。 

根据以上的理论认识，即与实践相一致，也使升力产生的原因更明确。 

本发明的技术特征是根据以上的认识构思的。 

根据本方发明所述的方法可以设计成的结构形成。 

高速飞行器： 

发动机顶置朝后喷气布置：发动机双数左右对称排列，固定翼也为双数左右对称布置，飞行器的转向可通过左右固定翼后的襟翼上下调节来控制，以使转弯时内侧低于外侧。发动机喷气朝向后方，固定翼布置在发动机喷口后，机身上表面两侧有挡板，固定翼在装在挡板上，挡板兼有防止外界大气扰乱气流作用，固定翼可一排或数排，以前后两排最便于控制飞行姿态，在固定翼后方布置一垂直尾翼以对飞行器的姿态进行精确控制，这种布置的飞行器适宜作高速大型客机，这种布置的飞行器起飞和降落时需保持一小的迎角，前端有可伸缩的起落架。 

以上方式布置的飞行器也可以小型化，其固定翼可为前后两排，以使控制更方便灵活，机身下部装上轮子就成为了空陆两用的飞行汽车，其外型与现有汽车无大区别，而不再是现在那种汽车和飞机的结合体。 

以这种方式布置的飞行器的气流也可以由其他部位产生，其引至飞行器顶部的前端。 

发动机两侧布置：喷气朝后，发动机喷口下方延机身下部有一与机身平行的狭长平面，平面外侧至发动机喷口有挡板，用于安装固定翼，固定翼安装在挡板与机翼之间的喷口后面，此种飞行器的固定翼以安装前后两排最好，控制最方便灵活，飞行器的转向通过固定后的襟翼来控制，固定翼后面按垂直翼，这种控制方式可使转变时内侧起飞和降落时对飞行器进行精确控制。与上述一样，飞行器前部按有可伸缩的起落架，起飞和降落时保持一小的迎角，这种飞行器可做为军用战机，即可高速飞行又可垂直起降。这种飞行器也可以海上起降，一只吨位稍大于飞机吨位的小艇就可承载一飞机，成为最小的航空母舰，也不需要起落甲板。 

大型模块式垂直起降飞行器 

在飞行器顶部(顶部为一大平面)将多个发动机左右对称朝外布置，固定翼也左右对称排列在发动机 外侧，垂直翼左右对称，排列在固定翼外侧，每个固定翼之间都设立中空隔板，固定翼安装在隔板上，飞行器端面与顶面垂直就构成了模块式大型飞行器中的一个模块，将多个模块链接在一起就构成了模块式大型垂直起降飞行器，模块的数量根据需要决定，没有限制。这种模块式飞行器可以组合成数吨、数十吨、数百吨的级别，可以吊装运输各种特大型部件。这种模块式飞行器只要一个规格就可以组成任意种规格，它可以当作直升机使用，却比直升机更安全，没有下洗气流，工作环境更好，用途更广泛。在端面装上整流罩，并使最外侧的两侧垂直翼都朝向后部侧转，同样可以高速飞行，成为真正的空中列车，这种空中列车不但可以在陆地上起降，也可以在海中起降，成为即可飞行又可在海上长期航行的海空一体大型飞行器。 

以上的模式还可设计成最小的与周围环境最和谐相处的、最平稳的小型飞行器，这种飞行器的气流产生只能来源于风扇，其风扇由电动机或小型发动机带动，将风扇至于飞行器后部，将风扇产生的气流用管道引至飞行器顶部中轴线部位，在两侧开对外的喷口，在喷口外轴线对称排列固定翼和垂直翼，就成为最小与周围环境最和谐的飞行器。 

喷口对称式布置的飞行器是最平稳的飞行器，它可以保持机身水平状态，平稳起降和空中旋停。 

以上所述的各种形式也可以采用电动机带动风扇产生气流，由发动机带动发电机集中供电的方式，由于气流喷口都处于飞行器上部，也就都可以在水面上起飞和降落及在水面上航行。 

新颖性： 

在至今为止的资料中还没有发现利用人为产生的高速气流同时流经机翼和机翼下方的一个平面，并使气流流向飞行器的后方，使飞行器即得到升力，又得到推力的方法，更没有以此方法设计的飞行器。 

创造性： 

既有固定翼飞行器可以高速飞行的优点，又有旋翼飞行器可垂直起降的优点，并比现有飞行器更安全，没有下洗气流，工作环境更好，其中模块式地飞行器在不增加设计和制造难度的情况下，可方便地组合成各种规格的飞行器。 

实用性： 

综合了现有多种飞行器的优点，而消除了它们的缺点。可以成为现有各种飞行器的替代产品，满足人类多方面的需要，并没有超出现有技术可以达到的条件，可以使用现有技术轻易制造出来，原理简单明确，符合人类的实践经验。 

附图说明：

附图1： 

所示为固定翼安装的方式：1.气流喷口；2.固定翼：其固定在侧面的气流挡板上，上表面与气流方向平行，下表面与气流形成一定迎角，这个迎角根据现有飞行经验不超过18°为好，固定翼为中空，并在适当部位开有小孔，并与中空的挡板相通，作为冷却空气的通道。气流流过固定翼后还有很高的速度，因此 还可延气流运动方向再增加固定翼的数量；3.固定翼的襟翼；4.为二段式襟翼的第二襟翼，襟翼为调节升力大小所用，通过调节襟翼与气流的迎角来控制飞行器起飞、降落、转弯时的飞行器的姿态对升力的需要；5.为气流挡板，为减小外界大气对气流的干扰和为安装固定翼之用，其为中空的，并与外界大气和固定翼相通，以利用外界大气对机翼进行自然冷却；6.为机体上表面，其与固定翼相对并共同形成气流通道，使高速气流通过时产生低于外界大气压的负压为飞行器提供升力，附壁效应飞行器也是以此获得升力的，在本发明中，高速气流即作用在机翼上又同时流经机身上表面，使同一气流得到更多的利用产生更大的升力，此平面在条件许可时尽可能延气流方向延长，以得到更多的升力，平面下为中空，并与外界大气相通，利用表面的负压进行自然冷却。 

附图2(α)： 

所显示为一大型高速客机的布置结构图(为简单明确起见，没有显示挡板)。 

1.气流发生器(涡扇发动机)；2.固定翼：其后方依次还排列两排固定翼；3.垂直翼：为控制飞行方向和在起飞和降落时控制姿态所用。 

附图2(b)为这种飞机的俯视图， 

1.发动机；2.固定翼：左右对称布置，以后所说固定翼都左右对称布置，以使对飞行器的姿态控制灵活准确3.外侧气流挡板；4.中间气流挡板；5.垂直翼。 

这种飞行器起飞和降落时需要保持一小的迎角，因此机身前部需要有一可伸缩可折叠的起落架。 

附图3： 

飞行汽车示意图，共有两排固定翼，其结构与大型高速飞行器相似，只是增加了地面行驶的轮子，其高速气流即可由顶部的发动机提供，也可以由安装于其他部位的风扇提供，这样在地面行驶和飞行时可使用同一发动机，此图显示的是一小型涡扇发动机。此种飞行汽车与普通汽车外型尺寸可以完全相同，起飞和降落时使后轮处于制动状态就可以实现原地起飞和降落。1.发动机；2.固定翼；3.气流挡板；4.垂直翼。 

附图4： 

为一小型高速飞机，此种飞机一般适用与军用，其结构与军用机相近，只是没有外展机翼，机身底部侧向延伸出一平面，构成高速气流流经机翼时的通道并与机翼共同产生升力，底部的平面在与气流形成一定的迎角时，同样具有升力作用，且流线型好、阻力小。这就使飞机在同样重量，同样功率的条件下有更大的载重量和更高的速度，有效荷载和升阻比都可高于现有飞行器，这就使飞机可以有更快的速度，更高的载重量，更远的航程，更长的留空时间。这些性质，对军用机都是非常重要的，没有外展的机翼，反射 面积小，发动机喷口气流有挡板(图中没有显示挡板)，有利于隐身。这对现代军用机也是非常必要的，这种飞机集中了高速飞行垂直起降，没有下洗气流等，集中了各种飞行器的所有优点，而基本上消除了它们的缺点。它不但可以在陆地上起飞和降落，更适合在海上起飞和降落，只要吨位稍大飞机一点的船只就可以载着飞机在大海上任意航行和让飞机随时起降，也就不再需要大型飞行甲板的笨拙的航空母舰，其意义不是少量预言所讲的全的，这里不再叙述。 

附图4(α)为侧视示意图(其中气流挡板没有画出)： 

1.驾驶舱窗；2.涡扇发动机；3.固定翼(后面与此相同的也为固定翼)；4.垂直翼。 

附图4(b)为俯视图： 

1.机身底部向外延伸的平面、2.涡扇发动机、3.固定翼的襟翼、4.机身底部向外延伸的平面、5.垂直翼。 

此图设画气流挡板，挡板在机身底部向外延伸的平面的外侧，固定翼同定在机身和气流挡板上。 

附图5： 

附图5(α)：此图所示为模块式垂直起降飞行器的端面示意图：1.发动机(也可以是气流喷口，气流由舱内发动机带动风扇同一提供)；2.固定翼；3.垂直翼；4.机舱。 

附图5(b)：为模块式垂直起降飞行器的俯视图：也可以看作是多个模块的组合俯视图，端面与顶面和底面完全垂直。1.发动机；2.固定翼；3垂直尾翼。 

具体实施方式：

以排气温度较低的涡扇发动机两台，按照模块式垂直起降飞行器的结构制成一试验飞行器，因为这种结构左右完全对称，稳定性好，容易控制和改进。取得经验后再设计制造其他结构的飞行器。 

Claims (9)

1.使高速气流同时流经机翼和机翼下方的一个平面，让机翼和机翼下方的平面同时产生升力，并让高速气流继续朝飞行器后方流动推动飞行器朝前运动的方法，具体体现为以这种方法制作的飞行器。

2.根据权利要求1.的方法制造的一种飞行器，其特征为喷气口安装于飞行器顶部前端，固定翼安装于喷气口后方，垂直翼安装于固定翼的襟翼后方，机身前部下方有可伸缩的起落架。

3.根据权利要求2.制造的飞行器，其特征为固定翼，左右对称布置，发动机四个和四个以上为好。

4.根据权利要求1.的方法制造的飞行器可以是模块形式，其特征为喷气口左右对称布置，喷气口朝外，固定翼排列于喷气口外，垂直翼排列于固定翼外，垂直翼、副翼可同时朝后旋转，模块端面与机身上表面垂直(以利于多个模块相结合)。

5.根据权利要求1.的方法制造的飞行器其机身底部可为船型，以适应水上起降和船行。

6.根据权利要求1.的方法制造的飞行器其挡板为中空，并与机翼和外界大气相通，以利于冷却。

7.根据权利要求2.所制造的飞行器，机身下部与汽车相同，可以设计成飞行汽车。

8.根据权利要求5.的提出的结构下部可与汽车相同，可以设计成飞行汽车。

9.根据权利要求1.制造的飞行器，其机翼表面开有通气小孔，用负压实现自然冷却，并与飞行器外大气相通。

Images