CN108507405A - 一种旋转加速抛物装置及用法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的旋转加速抛物装置，包含一个或以上可旋转运动部件，通过旋转可旋转运动部件使束缚其上的待抛物体围绕一实或虚的中轴运动，然后加速使待抛物体的线速度达到一定速度，可进一步要求抛物体接下来是作匀速圆周运动，再解除对待抛物体的束缚，还可同时开启待抛物体的特定开关，使得待抛物体依惯性继续运动而被抛出，还可明确在待抛物体的线速度未达到一定速度和/或所述待抛物体未在许可区域的位置时不能解除对所述待抛物体的束缚，这样防止抛的过近。本装置可用来抛投人、畜、食品、设备、衣服、药物、化学药剂、燃烧物、爆炸物或助燃物，通过控制好抛物速度和位置且易于控制，可实现较高的命中率；同时一般情况下没有大的噪音也不会有明显的发热，这适合一些特定的场合。

Description

一种旋转加速抛物装置及用法

技术领域

本发明涉及一种旋转加速抛物装置，还涉及到一种旋转加速抛物装置的用法。

背景技术

枪炮是战争中常用的武器。子弹和炮弹的发射原理差不多，以子弹的发射原理为例：火药被点燃后（撞针撞击弹壳后的底火点燃），剧烈的爆炸把和弹壳装在一起的弹头推了出去。这一个有很大的噪音，二是会发热，能够被发现甚至能够据此发现所在位置。子弹发射噪音相对小一些，因为装药有限，但在有效射程内，子弹近似于按直线运行，因此如果遇有遮挡，子弹是无法越过的，或者尽管可按抛物线原理越过但其落点是不可控的。弓弩的噪音极低而且不会发热，弹弓的原理与弓箭的原理相同，都是利用弹射力来进行发射，只是弹弓用的是弹丸，而弓箭用的是箭。但上述冷兵器的使用非常依赖于个人的能力，其准确性很难保证，主要是弹射力的大小很难把握，同时对于可以发射的对象的形状有要求，比如弓弩只能用于发射箭，而弹弓只能发射较小的弹丸。徒手抛投手榴弹、石头等更是依赖于臂力及相关的技能，准确度很难把握，而且距离非常有限。还有依靠弹簧弹力的投掷筒，则存在弹力大小相对固定或较难调节等问题，投掷距离有限且难以控制。

我们平常使用的自行车和汽车，其速度都依赖于车轮做圆周运动，可以人工或采用发动机驱动，易于加速。若使其上的物体突然脱离做离心运动，根据相关计算公式，如果初速、角度一致（假设作为一个质点），那么其运动的曲线是既定的，也就是可控的。下面先介绍相关的知识：质点在以某点为圆心半径为r的圆周上运动，即质点运动时其轨迹是圆周的运动叫“圆周运动”。它是一种最常见的曲线运动。例如电动机转子、车轮、皮带轮等都作圆周运动。圆周运动分为，匀速圆周运动和变速圆周运动（如：竖直平面内绳/杆转动小球、竖直平面内的圆锥摆运动）。在圆周运动中，最常见和最简单的是匀速圆周运动（因为速度是矢量，所以匀速圆周运动实际上是指匀速率圆周运动）。圆周运动以向心力（centripetalforce）提供运动物体所需的加速度。这向心力把运动物体拉向圆形轨迹的中心点。若果没有向心力，物体会跟随牛顿第一定律惯性地进行直线运动。质点沿圆周运动，如果在任意相等的时间里通过的圆弧长度都相等，这种运动就叫做“匀速圆周运动”，亦称“匀速率圆周运动”因为物体作圆周运动时速率不变，但速度方向随时发生变化。物体作圆周运动的条件：①具有初速度；②受到一个大小不变、方向与物体运动速度方向始终垂直因而是指向圆心的力（向心力）。物体作匀速圆周运动时，速度的大小虽然不变，但速度的方向时刻改变，所以匀速圆周运动是变速运动。又由于作匀速圆周运动时，它的向心加速度的大小不变，但方向时刻改变，故匀速圆周运动是变加速运动。“匀速圆周运动”一词中的“匀速”仅是速率不变的意思。 做匀速圆周运动的物体仍然具有加速度，而且加速度不断改变,因为其加速度方向在不断改变，因为其运动轨迹是圆，所以匀速圆周运动是变加速曲线运动。匀速圆周运动加速度方向始终指向圆心。物体在作圆周运动时速度的方向相切于圆周路径。匀速圆周运动物体所受合力的方向一直指向圆心，即此来改变速度的方向。现在，向心力可以使物体不脱离轨道。一个很好的例子是重力。地面重力给人造卫星必要的力使其在沿轨道运动。现在回到物理学上来。向心力与物体速度的平方及它的质量和半径倒数成正比：F = mv^2/r,F=mω^2r(v是线速度，ω是角速度)。所以如果我们知道了力大小，质量，半径，我们可以算出对象旋转速度。 如果我们知道了速度，质量，半径，我们可以算出力大小。符号记为如下：F = ma。合外力=质量乘以加速度，所以：a = v^2/r =（2π）^2r/T^2。质量符号去除—用 F和ma 取代. 因此求加速度可以不用知道物体的质量。当一质点在一平面做圆周运动时在另一正交平面的射影是做简谐运动，与弹簧振子的运动形式一样，加速度在不断变化中。如果物体沿半径是R的圆周作匀速圆周运动，运动一周的时间为T，则线速度的大小等于角速度大小和半径R的乘积．v=ωR，使用这一公式时应注意，角度的单位一定要用弧度，只有角速度的单位是弧度/秒时，上述公式才成立。做匀速圆周运动的物体，在合外力突然消失或者合外力不足以提供所需的向心力时，将做逐渐远离圆心的运动，此种运动叫"离心运动"。物体做离心运动在的轨迹可能为直线或曲线。半径不变时物体作圆周运动所需的向心力，是与角速度的平方(或线速度的平方)成正比的，与其圆周运动的半径成正比。公式为向心力=物体质量×角速度×角速度×半径=物体质量×线速度×线速度/半径。特点：1.做圆周运动的质点，当合外力消失时，它就以这一时刻的线速度沿切线方向飞去。2.做离心运动的质点是做半径越来越大的运动或切线方向飞出的运动，它不是沿半径方向飞出。3.做离心运动的质点不存在所谓的"离心力"作用，因为没有任何物体提供这种力。本质：1. 离心现象是惯性的表现。2. 离心运动并非沿半径方向飞出去的运动，而是运动的半径变大，或沿切线方向飞出。3. 离心运动并不是受到离心力的作用，而是向心力不足。

上述圆周运动、离心运动的原理可用来抛投物体，通过控制线速度和抛射角度（不视为质点的情况下为抛射位置，包含了抛射角度），就可以将物体抛投到射程内任一个想要抛投的落点，这基本不需要依赖于个人技能及经验，同时易于加速，甚至可以不借助外来能量靠人力实现加速，非常方便。

发明内容

使用上述离心运动的原理来抛投物体，根据有关计算公式，只要初速和角度确定了，其抛投的轨迹是确定的。反过来，一旦落点确定、抛物角度确定（在一个确定的圆周上就是确定了抛投的位置），那么只要控制线速度就可以保证抛投到既定的目的地，这不需要依赖于个人技能及经验（当然实际中还要考虑风速风向等，但这些是可测量的，相应的计算公式也是确定的）。本发明的旋转加速抛物装置就是根据上述原理来实现抛投物体的，具体技术方案如下：

包含一个或超过一个可旋转运动部件，可旋转运动部件可为车轮式结构并通过旋转其中心轴（实体轴）使其旋转运动，也可为滚筒（中空圆柱体形状）式结构并通过旋转其一端的中轴（对于滚筒主体部分来说就不是实体轴而是虚轴）使其旋转运动，也可为一端固定于中心轴的流星锤（端与轴之间不是刚体，如绳索）式结构并通过旋转其中心轴使其旋转运动，也可为一端固定于中心轴的钟摆（端与轴之间是刚体，如钢质的辐条，可构成所在圆的半径甚至直径）式结构并通过旋转其中心轴使其旋转运动；通过采用手摇（像手摇发动机一样）、脚踩（像骑自行车一样）或发动机（发动机可为电动机、内燃机或外燃机驱动，采用发动机驱动可以实现更高的速度，其中有的电动机的噪音也不大）旋转可旋转运动部件，上述手摇、脚踩、发动机驱动旋转可以是直接驱动旋转也可是传动方式，采用传动方式时可以利用齿轮、链条、皮带等，而且可以利用滑轮原理等更好的加速。通过上述驱动可旋转运动部件旋转使束缚其上的待抛物体围绕一实或虚的中轴运动（车轮就是实体轴，而滚筒则是虚轴），束缚可以通过一个束缚子装置将待抛物体固定于上述可旋转运动部件之上，可以一个可旋转运动部件之上只束缚一个待抛物体也可束缚多个待抛物体，还可超过一个可旋转运动部件之上同时束缚一个待抛物体及同时束缚多个待抛物体。然后通过手摇、脚踩、发动机加速使所述待抛物体的线速度达到一定速度，可进一步明确在达到一定速度待抛物体接下来要作匀速圆周运动，匀速圆周运动由于线速度恒定，更好控制，所以旋转加速抛物装置还可包括能够保持所述待抛物体作匀速圆周运动的限速器，类似于汽车上的定速巡航，可进一步明确是所述待抛物体达到设定的线速度时所述限速器才起作用，未达到就使用没有意义。这时再解除对待抛物体的束缚，旋转加速抛物装置还可包括能够检测所述待抛物体线速度的速度计以便于控制，汽车自行车上都有速度计，可以根据速度计方便人工控制，也可进一步还包括与此速度计联动的解除束缚控制器，当达到设定速度时通过此联动的解除束缚控制器来使束缚子装置或使指定的束缚子装置解除对相关待抛物体的束缚，就是旋转加速抛物装置束缚待抛物体的子装置可以根据设定的线速度当达到时自动解除束缚，也可自动延时解除束缚先等速度稳定下来，一般还要求可同时设定解除束缚的位置；可以采用定位触杆、定位触点及类似的装置实现在设定位置解除束缚，比如车轮形式的旋转加速抛物装置的定位触杆的原理是这样的，一端固定在中轴外围不随中轴转动但可以按照车轮的圆周360度任意调节位置，平时离车轮外周即固定待抛物体的位置较远，使用时则可非常靠近，而束缚待抛物体的子装置有以触点暴露在此外周，当定位触杆非常靠近外周时，两者会发生碰撞从而导致解除束缚，碰撞后定位触杆可立即弹开，回到离车轮外周即固定待抛物体较远的位置，也可延时弹开（如一周后才回到离车轮外周即固定待抛物体较远的位置），也可不弹开直至人为调节；上述就是一种通过与速度计联动的解除束缚控制器将定位触杆或定位触点在不改变位置（调节到设定位置后就不变）的前提下从非触发状态改变为触发状态而能够通过接触束缚所述待抛物体的子装置方式实现解除束缚。解除束缚方式还有一种，就是旋转加速抛物装置束缚待抛物体的子装置可以根据设定的离心力当达到时自动解除束缚或自动延时解除束缚，设定一个阀值，超过阀值自动解除束缚或自动延时解除束缚，还可同时设定解除束缚的位置，可以采用上面定位触杆等来实现。在有的情况下同时还开启所述待抛物体的特定开关，比如打开保险、打开激活开关、触发点火、开启触发引信、开启延期发火以及开启倒计时等等，如在抛投手榴弹的情形，光把手榴弹抛投出去还不行，还必须打开其保险装置，开启延期发火或开启触发引信，手榴弹才会爆炸。解除待抛物体的束缚后就使得所述待抛物体依惯性继续运动而被抛出，还可明确在所述待抛物体的线速度未达到一定速度和/或所述待抛物体未在许可区域的位置时不能解除对所述待抛物体的束缚，这是为了安全起见，前面说过抛物曲线和初速和位置（位置包含角度因素，因为物体是按所在位置的切线抛出）相关，如果抛物曲线太近在抛物时可能引起安全事故，特别是在抛投有毒有害爆炸物品时。上述待抛物体可以为人、畜、食品、设备、衣服、药物、化学药剂、燃烧物、爆炸物以及助燃物等等，根据需要而定，同时在抛投是上述被抛投对象外还可设置隔热装置（如要抛射到高温区域）、防火装置（如要抛射到火场）、空气过滤装置（如要抛射到有有害气体的现场）、落地/水保护装置（如防撞击、淹水的气囊保护装置）、落点固定装置（如尖状可插入地面的固定装置）和/或整流罩（用于减少风阻）；上述待抛物体可以为特定的规格，这样便于减少风阻同时也便于计算风阻，如为子弹型、圆饼型、球体型、半球体型、圆柱体型、圆锥体型、椭球体型、长方体型、正方体型；上述待抛物体可为特定的体积和/或特定的重量，这样便于计算风阻和整个抛投所消耗能量。上述可旋转运动部件在一次抛投中可被驱动旋转不超过1周也可超过1周但不超过2周，这适应于抛投人、畜，因为一般人未经训练对于较多的旋转会导致身体不适，可超过2周但不超过5周以及超过5周但不超过10周，这适用于对于抛射初速度要求不高的情况，当然也可超过10周，这适用于对于抛射初速度要求高的情况。解除束缚控制器可以根据确定的落点相对位置自动确定解除束缚时的速度，前面提过抛物曲线是有公式可以计算的从而可以确定落点，反过来也可根据落点来确定抛物曲线，在位置确定的情况下只要确定抛物时的线速度即可，这样可方便使用；计算公式有简单的理想状态下不考虑风速风向（可统称为风阻），因此在实际应用情况中还可根据上述影响因子进行校正，这样可使抛投更加准确。

上述旋转加速抛物装置可以用于抛投人、畜、食品、设备、衣服、药物、化学药剂、燃烧物、爆炸物或助燃物，同时上述被抛投对象外还可设置隔热装置、防火装置、空气过滤装置、落地/水保护装置、落点固定装置以及整流罩实现保护和减少风阻等。具体应用场景包括：一是为了将上述被抛投对象从江、河、湖、沟壑或其它非高度障碍区的一侧抛投到另一侧，对抛投的高度没有要求；二是为了将上述被抛投对象从隔离墙、铁丝网或其它有高度障碍区的一侧抛投到另一侧，对抛投的高度有要求，必须越过有高度的障碍。三是为了将上述被抛投对象从低处抛投到高处或是从高处抛投到低处，主要是垂直运动。

本发明提供的旋转加速抛物装置，包含一个或以上可旋转运动部件，通过旋转可旋转运动部件使束缚其上的待抛物体围绕一实或虚的中轴运动，然后加速使待抛物体的线速度达到一定速度，可进一步要求抛物体接下来是作匀速圆周运动，再解除对待抛物体的束缚，还可同时开启待抛物体的特定开关，使得待抛物体依惯性继续运动而被抛出，还可明确在待抛物体的线速度未达到一定速度和/或所述待抛物体未在许可区域的位置时不能解除对所述待抛物体的束缚，这样防止抛的过近。本装置可用来抛投人、畜、食品、设备、衣服、药物、化学药剂、燃烧物、爆炸物或助燃物，通过控制好抛物速度和位置且易于控制易于加速，可实现较高的命中率；同时一般情况下没有大的噪音也不会有明显的发热，这适合一些特定的场合，不易被发现。

具体实施方式

实施例1

一种手摇式旋转加速抛物装置

一个支架上有带钢圈的轮子，摇手固定在中轴上可旋转该轮子，轮子钢圈上用一个夹子固定一个待抛投的球形物体其开关触点暴露与钢圈一侧、一碰就夹子打开解除固定，另有一个固定于中轴外圈（固定于支架上，与中轴之间有弹子黄油，可保证中轴能够在阻力较低的情况下转动，类似于自行车后轮）上的定位触杆，调整好位置后（此处钢圈的切线为仰角45度，高于中轴的高度），先保持不能触发的状态（即末端离钢圈有明显距离不能碰触夹子的开关触点），当速度达到需要的速度时，手动使其处于触发状态（即末端靠近钢圈无明显距离可以碰触夹子的开关触点）。当夹子开关触点在此位置与定位触杆相碰夹子即打开解除固定，该球形物体则以仰角45度抛出。可以设置一个速度计和解除束缚控制器，实现解除束缚控制器在速度计所测量的速度达到指定速度如达到45公里/小时时，是调整好位置后（此处钢圈的切线为仰角45度）的定位触杆从非触发状态到触发状态，将该球形物体则以仰角45度抛出。

实施例2

一种脚踩式旋转加速抛物装置

在自行车基础上进行改装，在后轮钢圈另行固定一个夹子（不影响轮子运动）容纳一个待抛投的球形物体其开关触点暴露与钢圈此侧更外侧、一碰就夹子打开解除固定，另有一个固定于后轮支架上的定位触杆，调整好位置后（此处钢圈的切线为仰角45度，不高于中轴的高度），先保持不能触发的状态（即末端离钢圈有明显距离不能碰触夹子的开关触点），当速度达到需要的速度时，手动使其处于触发状态（即末端靠近钢圈可以碰触夹子的开关触点）。当夹子开关触点在此位置与定位触杆相碰夹子即打开解除固定，该球形物体则以仰角45度抛出。可以设置一个速度计和解除束缚控制器，实现解除束缚控制器在速度计所测量的速度达到指定速度如达到75公里/小时时，是调整好位置后（此处钢圈的切线为仰角45度）的定位触杆从非触发状态到触发状态，将该球形物体则以仰角45度抛出。

Claims (4)

1.一种旋转加速抛物装置，其特征在于：

包含一个或超过一个可旋转运动部件，通过旋转所述可旋转运动部件使束缚其上的待抛物体围绕一实或虚的中轴运动，然后加速使所述待抛物体的线速度达到一定速度或进一步明确所述待抛物体接下来是作匀速圆周运动，再解除对所述待抛物体的束缚或同时还开启所述待抛物体的特定开关，使得所述待抛物体依惯性继续运动而被抛出，或者还明确在所述待抛物体的线速度未达到一定速度和/或所述待抛物体未在许可区域的位置时不能解除对所述待抛物体的束缚。

2.根据权利要求1所述的旋转加速抛物装置，其特征在于：

所述可旋转运动部件为车轮式结构并通过旋转其中心轴使其旋转运动，或所述可旋转运动部件为滚筒式结构并通过旋转其一端的中轴使其旋转运动，或所述可旋转运动部件为一端固定于中心轴的流星锤式结构并通过旋转其中心轴使其旋转运动，或所述可旋转运动部件为一端固定于中心轴的钟摆式结构并通过旋转其中心轴使其旋转运动；

同时/或者所述待抛物体为特定的规格或进一步明确为子弹型、圆饼型、球体型、半球体型、圆柱体型、圆锥体型、椭球体型、长方体型或正方体型；

同时/或者所述待抛物体为特定的体积和/或特定的重量；

同时/或者旋转所述可旋转运动部件在一次抛投中被驱动旋转不超过1周或超过1周但不超过2周或超过2周但不超过5周或超过5周但不超过10周或超过10周；

同时/或者所述旋转加速抛物装置还包括能够检测所述待抛物体线速度的速度计或进一步还包括与此速度计联动的解除束缚控制器；

同时/或者所述旋转加速抛物装置束缚所述待抛物体的子装置可以根据设定的线速度当达到时自动解除束缚或自动延时解除束缚或者还可同时设定解除束缚的位置；

同时/或者所述旋转加速抛物装置束缚所述待抛物体的子装置可以根据设定的离心力当达到时自动解除束缚或自动延时解除束缚或者还可同时设定解除束缚的位置；

同时/或者所述旋转加速抛物装置还包括能够保持所述待抛物体作匀速圆周运动的限速器或进一步明确是所述待抛物体达到设定的线速度时所述限速器才起作用；

同时/或者开启所述待抛物体的特定开关是打开保险、打开激活开关、触发点火、开启触发引信、开启延期发火或开启倒计时；

同时/或者所述旋转加速抛物装置采用手摇、脚踩或发动机驱动旋转。

3.根据权利要求2所述的旋转加速抛物装置，其特征在于：

所述旋转加速抛物装置采用定位触杆或定位触点实现在设定位置解除束缚，或者进一步明确是通过与速度计联动的解除束缚控制器将定位触杆或定位触点在不改变位置的前提下从非触发状态改变为触发状态而能够通过接触束缚所述待抛物体的子装置方式实现解除束缚；

同时/或者上述手摇、脚踩或发动机驱动旋转是直接驱动旋转或是传动方式驱动旋转；

同时/或者在所述发动机为电动机、内燃机或外燃机；

同时/或者所述解除束缚控制器可以根据确定的落点相对位置自动确定解除束缚时的速度或还可根据某些影响因子进行校正。

4.一种旋转加速抛物装置的用法，其特征在于：

用权利要求1、2或3所述的旋转加速抛物装置抛投人、畜、食品、设备、衣服、药物、化学药剂、燃烧物、爆炸物或助燃物或者同时上述被抛投对象外还有隔热装置、防火装置、空气过滤装置、落地/水保护装置、落点固定装置和/或整流罩；

或者进一步明确是为了将上述被抛投对象从江、河、湖、沟壑或其它非高度障碍区的一侧抛投到另一侧，

或者进一步明确是为了将上述被抛投对象从隔离墙、铁丝网或其它有高度障碍区的一侧抛投到另一侧，

或者进一步明确是为了将上述被抛投对象从低处抛投到高处或是从高处抛投到低处。