CN105691585A - 充氢离子气的飞行器 - Google Patents

Abstract

这种充氢离子气的飞行器由多级伸缩气缸、密封容器、光源、电场和推进器构成。气缸由塑料制成，气缸通过阀门与密封容器连接；升空时，打开密封容器阀门，氢离子进入气缸，气缸膨胀，当气缸内氢离子密度小于气缸外部空气密度时，飞行器获得升力；气缸内安装有光源，降落时，利用光源照射氢离子，使气缸内氢离子产生吸引力，气缸内压力降低，外部大气压力压迫气缸的活塞，使气缸体积减少，气缸内氢离子密度增大，当气缸内氢离子密度大于气缸外部空气密度时，飞行器降落，飞行器降落后，在电场力作用下使氢离子进入密封容器，关闭阀门，收起气缸。通过控制推进器来控制飞行器的飞行速度与方向。

Description

充氢离子气的飞行器

技术领域

这种飞行器由多级伸缩多级伸缩气缸、密封容器、光源、电场和推进器构成。多级伸缩多级伸缩气缸由塑料制成，多级伸缩气缸通过阀门与密封容器连接；升空时，打开密封容器阀门，氢离子进入多级伸缩气缸，多级伸缩气缸膨胀，当多级伸缩气缸内氢离子密度小于多级伸缩气缸外部空气密度时，飞行器获得升力；多级伸缩气缸内安装有光源，降落时，利用光源照射氢离子，使多级伸缩气缸内氢离子产生吸引力，多级伸缩气缸内压力降低，外部大气压力压迫多级伸缩气缸的活塞，使多级伸缩气缸体积减少，多级伸缩气缸内氢离子密度增大，当多级伸缩气缸内氢离子密度大于多级伸缩气缸外部空气密度时，飞行器降落，飞行器降落后，在电场力作用下使氢离子进入密封容器，关闭阀门，收起多级伸缩气缸。通过控制推进器来控制飞行器的飞行速度与方向。

背景技术

我们知道，充氢气的飞行器容易爆炸，充氦气的飞行器成本太高，而且充氢气和充氦气的飞行器降落后还占据大量空间，不适宜作个人飞行器。

发明内容

本发明提供一种充氢离子气的飞行器，这种飞行器由多级伸缩多级伸缩气缸、密封容器、光源、电场和推进器构成。多级伸缩多级伸缩气缸由塑料制成，例如尼龙或凯夫拉。多级伸缩多级伸缩气缸通过阀门与密封容器连接；升空时，打开密封容器阀门，氢离子进入多级伸缩多级伸缩气缸，多级伸缩多级伸缩气缸膨胀，膨胀后多级伸缩多级伸缩气缸内压力大于或等于多级伸缩多级伸缩气缸外部大气压力，当多级伸缩多级伸缩气缸内氢离子密度小于多级伸缩多级伸缩气缸外部空气密度时，飞行器获得升力并升空；多级伸缩多级伸缩气缸内安装有光源，降落时，利用光源照射氢离子，在入射光照射下，氢离子将会作受迫振动，当入射光的电场强度方向和两个振荡氢离子的电矩在同一径向直线上且同向时，振荡氢离子之间是吸引力，吸引力使氢离子无规则的热运动平均动能减少，多级伸缩多级伸缩气缸内压力从而降低，当外部大气压力大于多级伸缩多级伸缩气缸内压力时，外部大气压力压迫多级伸缩多级伸缩气缸的活塞，使多级伸缩多级伸缩气缸体积减少，多级伸缩多级伸缩气缸内氢离子密度增大，当多级伸缩多级伸缩气缸内氢离子密度大于多级伸缩多级伸缩气缸外部空气密度时，飞行器降落；密封容器由玻璃或塑料制成，密封容器内有电场，飞行器降落后，在电场力作用下使氢离子进入密封容器，关闭阀门，收起多级伸缩多级伸缩气缸。通过控制推进器来控制飞行器的飞行速度与方向。

这种飞行器也可以充其它的离子气，例如氮离子气或氧离子气。

振荡氢离子之间产生吸引力及多级伸缩多级伸缩气缸内压力降低基于以下的原理：

氢离子带正电荷，在入射光照射下，氢离子将会作受迫振动，类似于一个振荡电偶极子，并将发射次级电磁波。

当入射光的电场强度方向和两个振荡电偶极子的电矩在同一径向直线上且同向时，两振荡电偶极子之间是相互吸引的径向作用力，也就是说，两个振荡氢离子之间是相互吸引的径向作用力。

根据光的电磁理论，光是由加速电荷产生。高速加速电荷通常只存在于电子加速器和其它高能粒子加速器或宇宙空间中，普通的实验室光源，例如紫外光，可以认为是由低速加速电荷产生的，低速加速电荷可以考虑为振荡电偶极子。

设入射光由低速加速电荷产生，设低速加速电荷带电量为Q，振幅为a，频率为ω，则这个振荡电偶极子的辐射电场为

式中ε₀是真空介电常数，c是真空光速，R是观察点到振荡电偶极子中心的距离。

令

$A=\frac{Qa}{4{\mathrm{\π\ϵ}}_0{c}^{2}R}---\left(2\right)$

则公式(1)变为

电场强度将会使氢离子作受迫振动，类似于一个振荡电偶极子，它的振荡频率等于入射光的频率ω，并发射次级电磁波。

设氢离子1的带电量为q_e，振幅为l₁，在球坐标中，振荡氢离子1的近区电场强度和磁场强度分别为：

式中r是观察点到振荡氢离子1中心的距离，r＞＞l₁，r＜＜λ，λ是入射光的波长。

设振荡氢离子2在观察点，因此振荡氢离子1和振荡氢离子2的距离是r。当电场强度沿方向时，θ＝0，公式(4)、(5)和(6)变为

振荡氢离子2在电场强度和作用下作简谐受迫振动，其振荡频率等于入射光的频率ω，并将发射次级电磁波。设其质量为m_e，带电量为q_e，振幅为l₂，则振荡氢离子2在方向上的运动方程为：

$\stackrel{\·\·}{x}+\mathrm{\γ}\stackrel{\·}{x}+{\mathrm{\ω}}_0^{2}x=q_e{\mathrm{A\ω}}^{2}cos\mathrm{\ω}t\stackrel{\→}{r}+\frac{q_e{q}_e{l}_1}{2{\mathrm{\π\ϵ}}_0{r}^3}cos\mathrm{\ω}t\stackrel{\→}{r}---\left(10\right)$

式中ω₀是振荡氢离子2的固有频率，γ是阻尼系数，

$\mathrm{\γ}=\frac{q_e^2{\mathrm{\ω}}^2}{6\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0{m}_e{c}^3}---\left(11\right)$

因为γ＜＜ω，所以

$x=\frac{q_e}{m_e}\frac{1}{\sqrt{{({\mathrm{\ω}}_0^2-{\mathrm{\ω}}^2)}^2+{\mathrm{\ω}}^2{\mathrm{\γ}}^2}}({\mathrm{A\ω}}^2+\frac{q_e{l}_1}{2{\mathrm{\π\ϵ}}_0{r}^3})cos\mathrm{\ω}t\stackrel{\→}{r}=l_{2}cos\mathrm{\ω}t\stackrel{\→}{r}---\left(12\right)$

$l_2=\frac{q_e}{m_e}\frac{1}{\sqrt{{({\mathrm{\ω}}_0^2-{\mathrm{\ω}}^2)}^2+{\mathrm{\ω}}^2{\mathrm{\γ}}^2}}({\mathrm{A\ω}}^2+\frac{q_e{l}_1}{2{\mathrm{\π\ϵ}}_0{r}^3})---\left(13\right)$

因为振荡氢离子2可以考虑为振荡电偶极子，定义振荡氢离子2的电偶极矩为并沿方向，则

$\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{P}}_2=q_e{l}_2\cos \mathrm{\ω}t\stackrel{\→}{r}\\ =\frac{q_e^2}{m_e}\frac{1}{\sqrt{{({\mathrm{\ω}}_0^2-{\mathrm{\ω}}^2)}^2+{\mathrm{\ω}}^2{\mathrm{\γ}}^2}}({\mathrm{A\ω}}^2+\frac{q_e{l}_1}{2{\mathrm{\π\ϵ}}_0{r}^3})\cos \mathrm{\ω}t\stackrel{\→}{r}\end{array}---\left(14\right)$

电场强度和距离r没有关系，因此不会给振荡氢离子2方向的力。

振荡氢离子1的近区电场强度将会给振荡氢离子2方向的力F_N，电场强度振荡氢离子1和振荡氢离子2的电矩沿连线且同向，

$F_N=q_e{l}_2\cos \mathrm{\ωt}(\stackrel{\→}{r}\·\▿\stackrel{\→}{E_r\left(t\right)}=\stackrel{\→}{P_2\·}\▿\stackrel{\→}{E_r\left(t\right)}---\left(15\right)$

式中 $\▿=\stackrel{\→}{r}\frac{\∂}{\∂r}.$

$F_N=-\frac{1}{\sqrt{{({\mathrm{\ω}}_0^2-{\mathrm{\ω}}^2)}^2+{\mathrm{\ω}}^2{\mathrm{\γ}}^2}}(\frac{3{\mathrm{Aq}}_e^2{q}_e{l}_1{\mathrm{\ω}}^2{\cos }^2\mathrm{\ω}t}{4m_e{\mathrm{\π\ϵ}}_0{r}^4}+\frac{3q_e^2}{8m_e}\frac{q_e^2{l}_1^2{\cos }^2\mathrm{\ω}t}{{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\ϵ}}_0^2{r}^7})\stackrel{\→}{r}---\left(16\right)$

由公式(16)可知，在近区，振荡氢离子1和振荡氢离子2之间有方向上的吸引力。

这个方向上的吸引力F_N可在直角坐标上分解为F_Nx、F_Ny和F_Nz：

$F_{Nx}=F_N\sin \mathrm{\θ}cos\mathrm{\φ}\stackrel{\→}{x}---\left(17\right)$

$F_{Ny}=F_N\sin \mathrm{\θ}sin\mathrm{\φ}\stackrel{\→}{y}---\left(18\right)$

$F_{Nz}=F_{N}cos\mathrm{\θ}\stackrel{\→}{z}---\left(19\right)$

氢离子1和氢离子2之间有库仑斥力F_C：

$F_C=\frac{q_e^2}{4{\mathrm{\π\ϵ}}_0{r}^2}\stackrel{\→}{r}---\left(20\right)$

库仑斥力F_C可在直角坐标上分解为F_Cx，F_Cy，F_Cz：

$F_{Cx}=F_{C}sin\mathrm{\θ}cos\mathrm{\φ}\stackrel{\→}{x}---\left(21\right)$

$F_{Cy}=F_{C}sin\mathrm{\θ}sin\mathrm{\φ}\stackrel{\→}{y}---\left(22\right)$

$F_{Cz}=F_{C}cos\mathrm{\θ}\stackrel{\→}{z}---\left(23\right)$

因为氢离子的体积很少，氢离子可当作质点，除碰撞瞬间外，氢离子间的相互作用可忽略不计，碰撞前后氢离子动能守恒，因此压强P有如下关系：

$P={\mathrm{nm}}_e{V}_x^2={\mathrm{nm}}_e{V}_y^2={\mathrm{nm}}_e{V}_z^2={\mathrm{nk}}_{B}T---\left(24\right)$

$V_x^2=V_y^2=V_z^2=\frac{1}{3}{V}^2---\left(25\right)$

式中n是氢离子数密度，和是各速度分量的平方的平均值，m_e是氢离子质量，k_B是玻尔兹曼常数，T是绝对温度。

因为

$\frac{dP}{dt}={\mathrm{nm}}_{e}2V_x\frac{{\mathrm{dV}}_x}{dt}---\left(26\right)$

$\frac{{\mathrm{dV}}_x}{dt}=a=\frac{F_x}{m_e}---\left(27\right)$

$\frac{dP}{dt}=2{\mathrm{nV}}_x{F}_x---\left(28\right)$

$\begin{array}{c}{F}_x=F_{Nx}+F_{Cx}\\ =\frac{q_e^2}{4{\mathrm{\π\ϵ}}_0{r}^2}sin\mathrm{\θ}cos\mathrm{\φ}-\frac{1}{\sqrt{{({\mathrm{\ω}}_0^2-{\mathrm{\ω}}^2)}^2+{\mathrm{\ω}}^2{\mathrm{\γ}}^2}}(\frac{3{\mathrm{Aq}}_e^2{q}_e{l}_1{\mathrm{\ω}}^2}{4m_e{\mathrm{\π\ϵ}}_0{r}^4}+\frac{3q_e^2}{8m_e}\frac{q_e^2{l}_1^2}{{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\ϵ}}_0^2{r}^7}){\mathrm{sin\θcos\φcos}}^2\mathrm{\ω}t\end{array}---\left(29\right)$

由于A可以控制，所以

$\frac{3{\mathrm{Aq}}_e^2{q}_e{l}_1{\mathrm{\ω}}^2}{4m_e{\mathrm{\π\ϵ}}_0{r}^4}>>\frac{3q_e^2}{8m_e}\frac{q_e^2{l}_1^2}{{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\ϵ}}_0^2{r}^7}---\left(30\right)$

当ω＞＞ω₀时，

$F_x\≈\frac{q_e^2}{4{\mathrm{\π\ϵ}}_0{r}^2}sin\mathrm{\θ}cos\mathrm{\φ}-\frac{3{\mathrm{Aq}}_e^2{q}_e{l}_1}{4m_e{\mathrm{\π\ϵ}}_0{r}^4}{\mathrm{sin\θcos\φcos}}^2\mathrm{\ω}t---\left(31\right)$

${\∫}_{V_{x0}}^{V_{x1}}{\mathrm{dV}}_x=\frac{1}{m_e}{\∫}_0^t{F}_{x}dt---\left(32\right)$

${\∫}_{P_0}^{P_1}dP=2\underset{i}{\Σ}{n}_i{V}_{ix}{\∫}_0^t{F}_{x}dt---\left(33\right)$

由于

${\∫}_0^t{\cos }^2\mathrm{\ω}tdt=\frac{1}{\mathrm{\ω}}(\frac{\mathrm{\ω}t}{2}+\frac{1}{4}sin2\mathrm{\ω}t)\≈\frac{t}{2}---\left(34\right)$

积分式(32)和(33)可得，

$V_{x1}-V_{x0}=\frac{1}{m_e}(\frac{q_e^{2}t}{4{\mathrm{\π\ϵ}}_0{r}^2}sin\mathrm{\θ}cos\mathrm{\φ}-\frac{3{\mathrm{Aq}}_e^2{q}_e{l}_{1}t}{8m_e{\mathrm{\π\ϵ}}_0{r}^4}sin\mathrm{\θ}cos\mathrm{\φ})---\left(35\right)$

$P_1-P_0=2\underset{i}{\Σ}{n}_i{V}_{ix}(\frac{q_e^{2}t}{4{\mathrm{\π\ϵ}}_0{r}^2}sin\mathrm{\θ}cos\mathrm{\φ}-\frac{3{\mathrm{Aq}}_e^2{q}_e{l}_{1}t}{8m_e{\mathrm{\π\ϵ}}_0{r}^4}sin\mathrm{\θ}cos\mathrm{\φ})---\left(36\right)$

由于A、l₁和r都可以控制，当

$\frac{3{\mathrm{Aq}}_e{l}_1}{2m_e{r}^2}>1---\left(37\right)$

时，

V_x1-V_x0＜0(38)

P₁-P₀＜0(39)

当

$t=V_{x0}/\frac{1}{m_e}(\frac{3{\mathrm{Aq}}_e^2{q}_e{l}_1}{8m_e{\mathrm{\π\ϵ}}_0{r}^4}sin\mathrm{\θ}cos\mathrm{\φ}-\frac{q_e^2}{4{\mathrm{\π\ϵ}}_0{r}^2}sin\mathrm{\θ}cos\mathrm{\φ})---\left(40\right)$

时，

V_x1＝0，P₁＝0(41)

因为

$V_x^2=\frac{\underset{i}{\Σ}{n}_i{V}_{ix}^2}{n}---\left(42\right)$

所以

V_x＝0(43)

同理可得

V_y＝0，V_z＝0(44)

从以上原理可知，在入射光照射下，振荡氢离子之间产生吸引力，多级伸缩多级伸缩气缸内压力降低到零。但是，由于杂质的存在，多级伸缩多级伸缩气缸内压力不能真正降低到零。

从以上原理可知，可以通过控制入射光的频率、产生入射光的加速电荷的带电量和振幅以及光源与振荡氢离子之间的距离来控制振荡氢离子之间的吸引力，从而控制飞行器的降落速度。

由于多级伸缩多级伸缩气缸内氢离子密度越小，获得的升力越大，但多级伸缩多级伸缩气缸膨胀后多级伸缩多级伸缩气缸内压力应大于或等于多级伸缩多级伸缩气缸外部大气压力，因此通过光照以及控制氢离子密度和多级伸缩多级伸缩气缸活塞的行程来控制获得的升力，飞行器升空时，通过电场力加速氢离子，使氢离子速度增大，使多级伸缩多级伸缩气缸膨胀后多级伸缩多级伸缩气缸内压力大于或等于多级伸缩多级伸缩气缸外部大气压力。

具体实施方式

下面介绍一具体实施例，具体实施方式不局限于此例。

如果多级伸缩多级伸缩气缸和密封容器内有空气，空气分子的热动能将会影响氢离子气压力降低，所以要先将多级伸缩多级伸缩气缸和密封容器抽真空，使多级伸缩气缸和密封容器内压强低于1P_a。抽真空后，再将氢离子气注入，为使振荡氢离子处于彼此的近区场，多级伸缩气缸和密封容器内氢离子间的平均距离应远小于入射光的波长，r＜＜λ。因为氢离子间的平均距离r和氢离子数密度n有如下关系：

$r~n^{-\frac{1}{3}}---\left(45\right)$

因此氢离子数密度n和入射光的波长λ有如下关系：

$n>>{\mathrm{\λ}}^{-\frac{1}{3}}---\left(46\right)$

也就是氢离子数密度的三次方远远大于入射光波长。从入射光波长可知需要的氢离子数密度。

因为氢离子是从气体电离产生的，氢分子有2个氢离子，每摩尔氢气有6.023×10²³个氢分子，从入射光波长可知需要电离的氢气摩尔数。

因光照会导致氢离子气压力降低，多级伸缩气缸体积减少，多级伸缩气缸内氢离子密度增大，多级伸缩气缸由塑料制成，例如尼龙或凯夫拉。

因密封容器内充满氢离子气，密封容器由玻璃或塑料制成，密封管外包裹隔热材料，防止氢离子气吸热后压力升高。

升空时，打开密封容器阀门，氢离子进入多级伸缩气缸，多级伸缩气缸膨胀，膨胀后多级伸缩气缸内压力大于或等于多级伸缩气缸外部大气压力，当多级伸缩气缸内氢离子密度小于多级伸缩气缸外部空气密度时，飞行器获得升力并升空。

通过控制推进器来控制飞行器的飞行速度与方向。

多级伸缩气缸内安装有光源，降落时，利用光源照射氢离子，使振荡氢离子之间产生吸引力，吸引力使氢离子无规则的热运动平均动能减少，多级伸缩气缸内压力从而降低，当外部大气压力大于多级伸缩气缸内压力时，外部大气压力压迫多级伸缩气缸的活塞，使多级伸缩气缸体积减少，多级伸缩气缸内氢离子密度增大，当多级伸缩气缸内氢离子密度大于多级伸缩气缸外部空气密度时，飞行器降落。

通过用光照以及多级伸缩气缸活塞的运动来控制飞行器的浮力。

密封容器内有电场，飞行器降落后，在电场力作用下使氢离子进入密封容器，关闭阀门，收起多级伸缩气缸。

Claims (4)

1.充氢离子气的飞行器，其特征在于：这种充氢离子气的飞行器由多级伸缩气缸、密封容器、光源、电场和推进器构成；多级伸缩气缸由塑料制成，多级伸缩气缸通过阀门与密封容器连接；升空时，打开密封容器阀门，氢离子进入多级伸缩气缸，多级伸缩气缸膨胀，膨胀后多级伸缩气缸内压力大于或等于多级伸缩气缸外部大气压力，当多级伸缩气缸内氢离子密度小于多级伸缩气缸外部空气密度时，飞行器获得升力并升空；多级伸缩气缸内安装有光源，降落时，利用光源照射氢离子，在入射光照射下，氢离子将会作受迫振动，当入射光的电场强度方向和两个振荡氢离子的电矩在同一径向直线上且同向时，振荡氢离子之间是吸引力，吸引力使氢离子无规则的热运动平均动能减少，多级伸缩气缸内压力从而降低，当外部大气压力大于多级伸缩气缸内压力时，外部大气压力压迫多级伸缩气缸的活塞，使多级伸缩气缸体积减少，多级伸缩气缸内氢离子密度增大，当多级伸缩气缸内氢离子密度大于多级伸缩气缸外部空气密度时，飞行器降落；密封容器由玻璃或塑料制成，密封容器内有电场，飞行器降落后，在电场力作用下使氢离子进入密封容器，关闭阀门，收起多级伸缩气缸；通过控制推进器来控制飞行器的飞行速度与方向。

2.根据权利要求1所述的充氢离子气的飞行器，其特征在于：这种充氢离子气的飞行器也可以充氮离子气或氧离子气或其它的离子气。

3.根据权利要求1所述的充氢离子气的飞行器，其特征在于：通过控制入射光的频率、产生入射光的加速电荷的带电量和振幅以及光源与振荡氢离子之间的距离来控制振荡氢离子之间的吸引力，从而控制飞行器的降落速度。

4.根据权利要求1所述的充氢离子气的飞行器，其特征在于：通过光照以及控制氢离子密度和多级伸缩气缸活塞的行程来控制获得的升力，飞行器升空时，通过电场力加速氢离子，使氢离子速度增大，使多级伸缩气缸膨胀后多级伸缩气缸内压力大于或等于多级伸缩气缸外部大气压力。