CN112319799A

CN112319799A - 无翼飞行器

Info

Publication number: CN112319799A
Application number: CN202011209933.3A
Authority: CN
Inventors: 谭成刚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-11-03
Filing date: 2020-11-03
Publication date: 2021-02-05

Abstract

本发明公开了一种无翼飞行器，它包括机壳和驱动机组；机壳包括外壳，外壳顶面中部设有进气口、周缘设有排气口，外壳内设能量转换舱，能量转换舱的输入端与进气口连通、输出端与排气口连通，排气口内设调节组件以调控排气量和排气方向；驱动机组设置于能量转换舱内，空气从进气口进入后经驱动机组加速加热从排气口输出产生推进力，以飞行器为中心形成散热循环风，从飞行器顶部中心向外侧下方周围递减扩散形成风幕涡旋环；同时飞行器的上方形成低压区产生吸引力让飞行器向低压区域靠拢；推进力和吸引力与飞行器的重力达到平衡时飞行器滞空悬浮，加大驱动机组输出功率提升飞行高度；通过调节排气量提升飞行速度，切换排气方位通道改变飞行方向。

Description

无翼飞行器

技术领域

本发明属于航空航天设备技术领域，特别是涉及一种无翼飞行器。

背景技术

现有直升飞机、固定翼飞机、喷气式等飞行器尾气热能直接排出都没得到利用，而且噪音大，滞空机动性能差，飞行过程中无法紧急制动，缺氧时飞行器发动机会停止工作有坠机危险。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种能够垂直起降、悬停，飞行过程可紧急制动；平飞时可任意无规则方向飞行的无翼飞行器。

本发明提供的这种飞行器，它包括机壳和驱动机组；机壳包括外壳，外壳顶面中部设有进气口、周缘设有排气口，外壳内设能量转换舱，能量转换舱的输入端与进气口连通、输出端与排气口连通，排气口内设调节组件以调控排气量和排气方向；驱动机组设置于能量转换舱内，工作时，空气从进气口进入后经驱动机组加速、加热后从排气口排出产生推力，在飞行器上方形成低压区产生吸引力使飞行器向低压区靠拢，吸引力和推力与飞行器的重力达到一种平衡时飞行器滞空悬浮。

所述外壳为环型壳体，其厚度自中心向周缘递减；其材料采用泡沫合金材料启降低自身重量、隔热和隔音降噪作用。

所述外壳内设内环隔板和外环隔板；内环隔板将其内腔分隔出密封腔；能量转换舱位于内环隔板和外环隔板之间；外环隔板上对应所述排气口位置设有对应的通孔，外环隔板将外壳内腔分隔出与排气口连通的排气中转舱，排气中转舱内设隔条将排气中转舱分隔成与所述排气口逐个对应的排气道。

所述调节组件为设置于相邻两所述隔条之间的导风板；设有上调节组件和下调节组件共八组；呈圆形按八个方位平均排列。

所述排气中转舱内设有吸音材料，上下机壳设有两道环形的隔音墙，组成宫式消音器结构。

所述能量转换舱包括进气段、处理段和中转段；进气段为上大下小的锥型段，其内设有冷却器，其顶面与所述进气口连通；处理段为L型，其水平端与进气段连通，其竖直端与中转段连通，中转段的另一端与所述排气口连通。

所述驱动机组包括主机组和副机组，根据飞行器质量和飞速对推进力的匹配需求，采用两至四个驱动机组。

所述主机组包括涡轮发动机、主发电机和余热锅炉；涡轮发动机置于处理段的水平端中，主发电机安装于内环隔板上，涡轮发动机的中心轴与发电机的主轴相连；余热锅炉设置于处理段的竖直端中，输入端与涡轮发动机的尾气出口连通，输出端与副机组连通；涡轮发动机工作，中心轴带动转轴转动驱动发电机发电，尾气经余热锅炉加热蒸汽，余热锅炉内设有电辅热蒸汽发生器产生蒸汽，蒸汽流入副机组。

所述副机组包括汽轮机、副发电机和凝汽器，汽轮机置于处理段的水平端中，副发电机安装于内环隔板上，汽轮机的中心轴与副发电机的主轴相连，凝汽器设置于处理段的竖直端中，输入端与汽轮机连通，输出端与余热锅炉连通；凝汽器内设有凝汽器，散热器设在L进气口的顶部和凝汽器中间设有换热循环泵，组成副驱动机组散热循环系统；汽轮机组由余热锅炉输出的高速高温蒸汽驱动；所述凝汽器与所述余热锅炉连通的管道上设有增压泵，组成水汽转换循环系统。

所述凝汽器与所述余热锅炉连通的管道上设有增压泵；所述外壳内设电池组。

本发明在投入使用后，驱动机组启动，加速压缩和燃料燃烧将化学能转变为机械动能，同时和空气产生混合气体升温加速后由排气口排出产生推进力。使空气在飞行器内、外形成热循环，飞行器的涡轮发动机组联合副机组将飞行器上方空气吸入由飞行器的排气口排除；散入周围空气热后又不断循环运行环形旋涡；同时飞行器的上方形成低压区产生吸引力，让飞行器向低压区域靠拢；这种推进力和吸引力与飞行器的重力达到一种平衡时飞行器滞空悬浮，加大驱动机组输出功率提升飞行高度；通过调节排气量提升飞行速度，切换排气方位通道改变飞行方向。

附图说明

图1为本发明一个优选实施例的主视示意图。

图2为本优选实施例中机壳的径向剖视示意图。

图3为本优选实施例中驱动机组的布置示意图。

图4为本优选实施例飞行时所产生的热循环示意图。

图5为本优选实施例上升悬浮时排气示意图。

图6为本优选实施例平飞上升时排气示意图。

图7为本优选实施例向左前转向时排气示意图。

图8为本优选实施例向右前转向时排气示意图。

图9为本优选实施例向左推进时排气示意图。

图10为本优选实施例向右推进时排气示意图。

图11为本优选实施例紧急制动向后方推进飞行时排气示意图。

图12为本优选实施例急制动向左后方推进飞行时排气示意图。

图13为本优选实施例急制动向右后方推进飞行时排气示意图。

图示序号：

1—机壳，

11—外壳、111—进气口、112—排气口，

12—内环隔板，13—外环隔板，14—能量转换舱，15—隔条，16—出风导风板，17—上隔音墙，18—下隔音墙，19—冷却器；

2—驱动机组，

21—主机组、211—涡轮发动机、212—主发电机、213—余热锅炉，

22—副机组、221—汽轮机、222—副发电机、223—凝汽器；

3—增压循环泵；4—换热循环泵；

5—驾驶舱，51—登机门。

具体实施方式

如图1所示，本实施例公开的这种无翼飞行器，它包括机壳1和设置于机壳内的驱动机组2。

如图1、图2所示，机壳1包括外壳11、内环隔板12、外环隔板13和能量转换舱14。

外壳11为泡沫金属制成的环型壳体，隔音、隔热效果好且能减轻其自重。外壳的厚度自中心向周缘递减，并在其顶面中部设有进气口111、周缘设有一圈排气口112。进气口111为环形气口，其内嵌有过滤网以防低空起飞时吸入杂物。排气口112有八个，按方向东、南、西、北、东南、西南、西北、东北均匀排列，以便更好的调整飞行方向。

内环隔板12将外壳内腔分隔出密封的驾驶舱5，并在内环隔板的下部留有安装位用以装配驱动机组的发电机，同时在密封腔的底部设有登机门51，以便驾驶人员登舱。

外环隔板13上对应排气口位置设有对应的通孔，外环隔板将外壳内腔分隔出与排气口连通的排气中转舱，排气中转舱内设隔条15将排气中转舱分隔成与排气口一一对应的排气道。各排气道内均安装对应的出风导风板16用以调整排气量和排气方向；在排气中转舱内设上消音墙17和下消音墙18，上消音墙17和下消音墙18沿周向均布，构成宫式消音器结构，并可在排气中转舱内填充吸音材料达到消音的目的。

能量转换舱14位于内环隔板和外环隔板之间，它包括进气段、处理段和中转段。进气段为上大下小的锥型段，并在进气段内设有冷却器19，其顶面与进气口连通，当空气冷却器时预热空气，这过程既可以解决飞行器热冷却问题，同时加热从进气口进入的冷空气，可以解决高空冷空气温度低冰冻的问题，同时预热的空气也达到节能的目的。处理段为环型，其内端与进气段连通，外与中转段连通，中转段的另一端与各排气道连通。

机壳装配完成后，在机壳内外形成流道，沿气流流通方向流道依次为进气口、冷却器、处理段、中转段、排气道和排气口，从而便于驱动机组工作时，在飞行器内外形成散热循环风以提供推进力。

如图3所示，驱动机组2包括对称设置于能量转换舱内的主机组21和副机组22。可根据不同功率要求，选用二至四套驱动机组。

主机组21包括涡轮发动机211、主发电机212和余热锅炉213；涡轮发动机置于能量转换舱的处理段中，主发电机安装于内环隔板上，涡轮发动机的中心轴与发电机的主轴相连；余热锅炉设置于处理段中，输入端与涡轮发动机的尾气出口连通，输出端与副机组连通；涡轮发动机工作，中心轴带动转轴转动驱动发电机发电，尾气流入余热锅炉，经余热锅炉余热回收利用后，后流入副机组。

副机组22包括汽轮机221、副发电机222和凝汽器223，汽轮机置于处理段的水平端中，副发电机安装于内环隔板上，汽轮机的中心轴与副发电机的主轴相连，凝汽器设置于处理段的竖直端中，输入端与汽轮机连通，输出端与余热锅炉连通；凝汽器内设有冷凝器，进气口的散热器和冷凝器中间设有换热循环泵4，组成副驱动机组散热循环系统；汽轮机组由余热锅炉输出的高速高温蒸汽驱动。所述冷凝汽器与所述余热锅炉连通的管道上设有增压循环泵3，组成副驱动机组水汽转换循环系统。

驱动机组工作时，空气从进气口进入，经过冷却器预热，后进入涡轮发动机内参与燃料燃烧；燃烧时涡轮发动机会产生机械动能加速吸入空气的同时驱动主发电机发电，产生的电能一部分储存电池组中，一部分参与飞行器其他用电器工作，大部分电能输入余热锅炉产生热能辅助产生蒸汽；该过程中空气经过涡轮发动机与燃料燃烧产生膨胀、高速、高温600摄氏度以上的混合气体快速通过余热锅炉产生蒸汽驱动汽轮机产生机械动能驱动副发电机产生电能，产生的一部分电能储存在电池组，一部分参与飞行器其他用电器工作，一部分输入余热锅炉产生热能辅助产生蒸汽。高温蒸汽经过汽轮机做功后，温度下降；经过凝汽器变成冷凝水，冷凝水由循环增压泵增压后注入余热锅炉。然后高温的混合气体经过余热锅炉热传导后温度降低到50-60摄氏度左右进入排气中转舱暂存，经排气道排出，产生推进力推进飞行器。该过程中，燃料在涡轮发动机做功；排除的混合气体的余热经余热锅炉产生蒸汽驱动汽轮机；汽轮机产生机械能可以产生推进力外，还可以驱动主发电机产生50％以上的电能，电能在余热锅炉产生热能，热能产生蒸汽再经汽轮机产生机械动能产生推进力外还可以驱动副发电机发电。这种节能的能量转换方式利于提高能量利用率，增加飞行器的续航里程。整个过程充分利用涡轮发动机排出混合气体的余热，使飞行器周围空气产生散热力循环风来散热，将飞行器周围区域的空气升温，更具热空气上升的原理来提供飞行器的滞空能力；加上飞行器强劲的动力吸入空气产生吸引力；排出混合空气产生推力；这样就在飞行器四周产生如图4所示散热循环示意图，使空气在飞行器内、外形成热循环，飞行器的涡轮发动机组联合副机组将飞行器上方空气吸入由飞行器的排气口排出；散入周围空气热后又不断循环运行形成环形旋涡；这时飞行器的上方形成低压区，产生吸引力让飞行器向低压区域靠拢。这种推进力和吸引力与飞行器的重力达到一种平衡时飞行器滞空悬浮，加大驱动机组输出功率提升飞行高度；通过调节排气量提升飞行速度，切换A、B、C、D、E、F、G、H排气方向通道来改变飞行器的飞行方向。

如图5所示，关断A、B、C、D、E、F、G、H、通道按周围八个方向排气口上方导风板组，打开A、B、C、D、E、F、G、H、通道按周围八个方向排气口下方导风板组高速混合空气从A、B、C、D、E、F、G、H、通道按周围八个方向排气口喷出气体给飞行器产生推力，此时空气在飞行器周围会形成一个风幕涡旋环；同时飞行器上方会形成低压区产生吸引力，飞行器在这两个力的作用下会悬浮起来,加大驱动机组输出功率飞行器进入上升模式；根据需求提升飞行高度滞空悬浮。

如图6所示，当飞行器上升到合适高度时飞行器调整排气方向；在保持飞行器滞空平衡悬浮的情况下控制台开启F、E、D后方三个出风口，混合空气喷射产生推力，飞行器向前方推进。

如图7所示，在保持飞行器滞空平衡悬浮的情况下控制台开启E、D、C方位出风口，混合空气喷射产生推力，飞行器向左前方转向推进飞行。

如图8所示，在保持飞行器滞空平衡悬浮的情况下控制台开启G、E、D方位出风口，混合空气喷射产生推力，飞行器向右前方转向推进飞行。

如图9所示，在保持飞行器高速飞行滞空平衡悬浮的情况下控制台开启B、C、D方位出风口，混合空气喷射产生推力，飞行器向左方急转向推进飞行。

如图10所示；在保持飞行器高速飞行滞空平衡悬浮的情况下控制台开启H、G、F方位出风口，混合空气喷射产生推力，飞行器向右方急转向推进飞行。

如图11所示；在保持飞行器高速飞行滞空平衡悬浮的情况下控制台开启H、A、B方位出风口，混合空气喷射产生推力，飞行器紧急制动向后方推进飞行。

如图12所示，在保持飞行器高速飞行滞空平衡悬浮的情况下控制台开启A、B、C方位出风口，混合空气喷射产生推力，飞行器紧急制动向左后方推进飞行。

如图13所示，在保持飞行器高速飞行滞空平衡悬浮的情况下控制台开启A、H、G方位出风口，混合空气喷射产生推力，飞行器紧急制动向右后方推进飞行。

相较于现有的飞行器而言：这种飞行器可垂直起降，悬停，平飞时可以做任意无规则方向飞行；飞行过程可紧急制动；大大提升飞行的机动性。增加了利用余热锅炉推动汽轮机产生机械能联合驱动飞行器到达节能的目的，当飞行器达到飞行上线时氧气稀薄涡轮发动机会停止工作，本飞行器转换到副机组驱动模式；将电池组内储存的电能在余热锅炉的电辅热产生蒸汽驱动副驱动机组的汽轮机的驱动模式来提供推进力，保障飞行器持续飞行，这种驱动模式飞行器可以提升飞行高度，超越其它涡轮发动机飞行器无法到达的飞行高度限制；在空气乱流没有氧气时可以保障飞行器有持续驱动推进力。中转舱内设有吸音材料，上下机壳设有两道环形的隔音墙，组成宫式消音器结构，飞行时飞行器通过该宫式消音结构降低发动机噪音。

Claims

1.一种无翼飞行器，其特征在于：它包括机壳和驱动机组；

机壳包括外壳，外壳顶面中部设有进气口、周缘设有排气口，外壳内设能量转换舱，能量转换舱的输入端与进气口连通、输出端与排气口连通，排气口内设调节组件以调控排气量和排气方向；

驱动机组设置于能量转换舱内，工作时，空气从进气口进入后经驱动机组加速、加热后从排气口排出产生推力，在飞行器上方形成低压区产生吸引力使飞行器向低压区靠拢，吸引力和推力与飞行器的重力达到一种平衡时飞行器滞空悬浮。

2.如权利要求1所述的无翼飞行器，其特征在于：所述外壳为环型壳体，其厚度自中心向周缘递减；其材料采用泡沫合金材料启降低自身重量、隔热和隔音降噪作用。

3.如权利要求1所述的无翼飞行器，其特征在于：所述外壳内设内环隔板和外环隔板；内环隔板将其内腔分隔出密封腔；能量转换舱位于内环隔板和外环隔板之间；外环隔板上对应所述排气口位置设有对应的通孔，外环隔板将外壳内腔分隔出与排气口连通的排气中转舱，排气中转舱内设隔条将排气中转舱分隔成与所述排气口逐个对应的排气道。

4.如权利要求3所述的无翼飞行器，其特征在于：所述调节组件为设置于相邻两所述隔条之间的导风板；设有上调节组件和下调节组件共八组；呈圆形按八个方位平均排列。

5.如权利要求4所述的无翼飞行器，其特征在于：所述排气中转舱内设有吸音材料，上下机壳设有两道环形的隔音墙，组成宫式消音器结构。

6.如权利要求1所述的无翼飞行器，其特征在于：所述能量转换舱包括进气段、处理段和中转段；进气段为上大下小的锥型段，其内设有冷却器，其顶面与所述进气口连通；处理段为L型，其水平端与进气段连通，其竖直端与中转段连通，中转段的另一端与所述排气口连通。

7.如权利要求6所述的无翼飞行器，其特征在于：所述驱动机组包括主机组和副机组，根据飞行器质量和飞速对推进力的匹配需求，采用两至四个驱动机组。

8.如权利要求7所述的无翼飞行器，其特征在于：所述主机组包括涡轮发动机、主发电机和余热锅炉；涡轮发动机置于处理段的水平端中，主发电机安装于内环隔板上，涡轮发动机的中心轴与发电机的主轴相连；余热锅炉设置于处理段的竖直端中，输入端与涡轮发动机的尾气出口连通，输出端与副机组连通；涡轮发动机工作，中心轴带动转轴转动驱动发电机发电，尾气经余热锅炉加热蒸汽，余热锅炉内设有电辅热蒸汽发生器产生蒸汽，蒸汽流入副机组。

9.如权利要求8所述的无翼飞行器，其特征在于：所述副机组包括汽轮机、副发电机和凝汽器，汽轮机置于处理段的水平端中，副发电机安装于内环隔板上，汽轮机的中心轴与副发电机的主轴相连，凝汽器设置于处理段的竖直端中，输入端与汽轮机连通，输出端与余热锅炉连通；凝汽器内设有凝汽器，散热器设在L进气口的顶部和凝汽器中间设有换热循环泵，组成副驱动机组散热循环系统；汽轮机组由余热锅炉输出的高速高温蒸汽驱动；所述凝汽器与所述余热锅炉连通的管道上设有增压泵，组成水汽转换循环系统。

10.如权利要求9所述的无翼飞行器，其特征在于：所述外壳内设电池组、燃料箱、蓄水箱和储物舱。