CN114655325A - 一种行进设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行进设备，包括机体，所述机体上安置有用于为机体提供平衡力的平衡装置、提供减速阻力的减速装置、提供改变方向或姿态作用力的姿态调控装置以及为机体提供导流作用的导流装置中的一种或者多种，且各装置各自以独立结构安装在机体上的不同部位或者同一部位，或者将其中一种或者多种装置组合成流体场综合控制装置安置在机体上，或者将其中一种或者多种装置与机体设计制造成一体化结构。所述行进设备具有更高的平衡能力、更出色的机动性能和制动性能，并进一步提高乘坐舒适度和安全性。所述行进设备设计巧妙，可以应用在陆地、水域、空中的行进设备改造升级和新建上。

Description

一种行进设备

技术领域

本发明属于动力学设备技术领域，具体涉及一种行进设备。

背景技术

现有的行进设备，如汽车、列车、飞机、轮船，其在行进过程中会受到其所处环境流体(如空气、水)的阻力，阻力随着行进速度增加而增加，阻力数值的攀升速度很快，严重制约着行进设备的速度提升效率和所能达到的最高速度。

现有的发动机，如涡扇式、涡喷式、活塞式、螺旋桨式等，其在工作时，其内部流体(气体或液体)通道内壁及通道内的扇叶、活塞、螺旋桨与流体之间存在的阻力随着通道内流体速度的增加而增加，阻力数值攀升速度很快，严重制约发动机的有效输出功率和最大输出功率。

现有的行进设备在平衡方面普遍存在显著缺陷，现有的陆地行进设备比如汽车、列车，水域行进设备如轮船，其在高速行进时，由于受到外部流体场的影响，平衡能力随着其行进速度的增加而下降，而且下降的速度很快，发生漂移或者翻车的隐患大幅提升，因高速行驶而失去平衡导致交通事故很难在高速的状态下解决，现有的解决办法只有通过条例限制行驶速度，降低速度的代价就是降低行进效率。

现有的汽车、列车、轮船主要通过增加底盘重量降低重心高度来提高平衡力，但这一方法一方面会因为增加自身重量而增加制造成本、增加能耗，另一方面该方法依然不能解决高速行进时，平衡力严重下降的问题。

现有的空中行进设备比如飞机高速行进时，由于受到外部流体场的影响，姿态会出现不稳定，现有的飞机主要通过机翼来提高机身的平稳性，该方法所提供的平稳程度依然相对有限，而且一方面在飞机行进速度较低和降落时，庞大的机翼使得机身的稳定性极差，导致降落时容易出现因机身倾斜而导致机翼折断的现象时有发生；另一方面，飞机高速飞行时，机翼会严重制约飞机改变飞行方向的灵活性，高速飞行时快速改变行进方向很容易导致机翼或者机体折断。

现有行进设备的机动性能普遍均存在性能不足和一些显著的缺陷：

现有的陆地行进设备比如汽车、列车，是通过方向盘控制车轮偏转实现左右改变行进方向的，这种改变行进方向的方式的结果是车辆改变方向的瞬间，车底的行进方向改变了，车顶因惯性并没有发生方向改变，而需要通过扭转力把改变的方向从车底传导到车顶，这种方向改变的滞后性与车速成正比，从而导致车体会产生反向倾斜的势能，行进速度越快，倾斜的势能越大，不仅容易发生翻车事故，而且每次转弯都会对车体造成一定程度的扭伤，降低车体寿命。

现有的空中行进设备比如飞机，通过改变机翼倾斜角来改变飞行姿态而实现行进方向变化的方法，效率相对较低；通过推进装置主动做工来改变行进方向的方法能耗相对较大。另外，高速飞行时过快改变飞行方向容易导致机翼折断。

现有的水中行进设备比如轮船，现有改变行进方向的手段方法的效率更低，当需要紧急避让的事件出现时，多数情况下难以避免事故发生，驾驶员只能眼睁睁事故甚至灾难发生，

现有的空中行进设备比如飞机多数采用控制机翼的角度来控制和保持机身姿态，但机翼的存在会严重制约飞机的机动性，比如小角度极快转弯会给机身和机身上的机翼带来损伤甚至损坏。

现有的行进设备在制动性能方面普遍均存在性能不足和一些显著的缺陷：

现有的行进设备比如汽车、列车、飞机、轮船的制动效率仍然普遍相对较低，较高速度行驶的行进设备紧急制动后依然会行进相对较远的距离，从而撞击到期望避开的目标物，导致事故发生。

现有的陆地行进设备比如汽车、列车，是通过制动系统抑制车轮的转速，使车轮与地面的滑动摩擦力发生变化来实现减速或刹车的，这种制动方式不仅每次制动都会损伤制动系统而消耗制动系统的使用寿命，而且在车辆制动的一瞬间，车轮虽然带动车底减速或者停止了，但车身上部却因为惯性仍然保持前进的势能，从而致使车身产生前倾，造成车体一定程度的变形以及对车前轮的挤压，不仅每次制动都会存在对轮胎和车身造成一定程度伤害，而且刹车过快还会造成车轮损伤甚至损坏、出现爆胎或翻车现象。

现有的飞机通过飞机舵面变化等借助空气阻力被动减速，其制动效率很低，采用反向推进的方式制动会增加能耗，且制动效率依然不足。

现有的行进设备依然存在噪音高、机体自身振动较大，乘坐的舒适度、安全性依然有限。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于流体动力的行进设备。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种行进设备，包括机体，所述机体上安置有用于为机体提供平衡力的平衡装置、提供减速阻力的减速装置、提供改变方向或姿态作用力的姿态调控装置以及为机体提供导流作用的导流装置中的一种或者多种，且各装置各自以独立结构安装在机体上的不同部位或者同一部位，或者将其中二种或者多种装置组合成流体场综合控制装置并安置在机体上，或者将其中一种或者多种装置与机体设计制造成一体化结构。

进一步改进在于，所述平衡装置包括中空且密封的壳体，所述壳体的相对立侧部分别开设有与壳体内部连通的第一流体进口和第一流体出口，壳体内设置有第一扇机，所述第一流体进口与第一流体出口的连线相切于所述第一扇机扇叶旋转形成的平面；当所述平衡装置随行进设备行进时，流体从所述第一流体进口进入壳体的内部，从第一流体出口排出，带动第一扇机转动，产生方向与第一扇机旋转形成的平面相平行的平衡力，从而为行进设备提供平衡力。

进一步改进在于，所述平衡装置还包括用于主动驱动第一扇机旋转的动力机构；当需要加大扇机转速或者当行进设备相对静止、无流体流经壳体内部来带动第一扇机转动时，所述动力机构驱动第一扇机转动产生平衡力。

另外，根据对平衡程度要求程度的不同，所述扇机可以为一个或多个，当为多个时，多个所述扇机的扇叶旋转形成的平面在同一个平面上或者平行且平行面的间距极小。

根据所述平衡装置需要安装在行进设备的部位不同，所述流体进口与流体出口设置在壳体的部位不同，可以设置在壳体的侧面或者中间位置，两者的连线相切于一个或者多个所述扇机扇叶旋转形成的平面。

进一步改进在于，所述减速装置包括前端引出的前进流通道、与前进流通道后端连通且连通后向前反向引出的反向排流通道、罩在前进流通道引出口的第一外罩、罩在反向排流通道引出口的第二外罩、后端引出的后进流通道及其内部的第二扇机、罩在后进流通道引出口处的第三外罩，所述后进流通道前端分出若干条分支排流通道，所述分支排流通道向前延伸汇入反向排流通道；当行进设备需要减速时，所述前进流通道的第一外罩和反向排气通道口的第二外罩打开，流体经前进流通道进入反向排流通道并排出，产生反向推力，对所述行进设备的行进产生阻力，实现减速；当所述行进设备需要提高减速作用力时，所述后进流通道的第三外罩打开，启动第二扇机转动，第二扇机带动流体进入后进流通道，经后进流通道内的第二扇机加速后，进入分支排流通道后再进入反向排流通道并排出，产生叠加反向推力，实增效减速。

进一步改进在于，所述姿态调控装置包括本体和贯穿本体的流体通道，所述流体通道的流体进口处设有调节阀，流体通道的流体出口处设有外罩，所述流体通道于本体上的走向在控制机构的控制下能够调节和控制，且所述流体进口和流体出口的倾斜角与调节后流体通道的走向相适应，所述调节阀用于调节和控制流体进口流量的大小，所述外罩用于开关流体出口。

进一步改进在于，所述导流装置包括导流体和导流槽，导流槽为内凹形凹槽，所述导流装置活动布置于机体的顶部、侧部或底部，导流槽走向与行进设备行进方向一致；当行进设备行进方向不发生变化时，所述导流装置固定不动；当所述行进设备的行进方向发生变化时，所述导流装置,发生与行进方向改变一致的动作，从而使导流槽与行进方向始终保持相同。

进一步改进在于，所述机体、流体场综合控制装置、平衡装置、减速装置、姿态调控装置、导流装置上与流体接触的表面以及通道内的扇机表面为平整光滑面或者可转动球凸表面结构。

进一步改进在于，所述行进设备还包括推进装置，所述推进装置包括推进通道及其内部的第三扇机、进流通道口、排流通道口、排流通道口处的第五外罩；

所述推进装置上与流体接触的表面为平整光滑面或者可转动球凸表面结构。

进一步改进在于，所述可转动球凸表面结构指的是以平整平滑面为基础面，在该基础面上开设紧密相邻的球坑，所述球坑以矩阵式或梅花式布局，球坑内置放有圆球，且球坑和圆球的尺寸满足：球坑坑深大于球坑自身半径，球坑向外的开口半径小于球坑自身半径，圆球半径小于球坑半径、大于球坑向外的开口半径，圆球被球坑束缚且可自由转动，形成可转动球凸表面结构。

进一步改进在于，所述行进设备包括陆地行进设备、水域行进设备、空中行进设备或者海陆空综合行进设备，其中陆地行进设备包括有轨行进设备、无轨行进设备，水域行进设备包括水面行进设备、水下行进设备，空中行进设备包括航空飞行器、航天飞行器、星际飞行器。

本发明的有益效果在于：

(1)该行进设备采用所述平衡装置，不仅显著提高行进设备的平衡能力，而且平衡能力随着其行进速度的增加而增加，从而不仅显著降低甚至杜绝因失衡而带来的漂移或者翻车事故，可以不再过于限制车辆的行进速度而大幅提高行进效率，而且可以降低车辆的自重从而减少制造材料的消耗而降低制造成本，减少行进能耗；使飞机不管在高速飞行状态还是低速飞行状态以及降落时的平衡能力均能够满足安全和控制目的需求，从而减少因失衡带来事故的几率，而且还可以因不再依赖机翼来提供平衡而大幅提升飞机的机动性能。

(2)该行进设备采用所述姿态调控装置，不仅可以大幅度提高轮船、车辆、飞机改变行进方向的行进效率和安全性，而且显著降低车辆因改变行进方向而带来的车身损伤或损坏，降低车辆因过快改变行进方向而造成的翻车事故发生的几率，降低飞机因过快改变行进方向而造成机体损伤或损坏。

(3)该行进设备采用所述流体动力制动装置，使得所述车辆在制动时更安全，制动效率更高和更安全性，显著降低车辆因过快制动造成的车身损伤或损坏，降低因过快制动而造成的翻车事故发生的几率；大幅提高的飞机、轮船制动效率效率，安全性、制动舒适度。

(4)该行进设备采用所述推进装置，使行进设备的行进速度提升效率、可达到的最大速度得到显著提升，从而大幅提高行进效率。

(5)该行进设备的机身采用可转动球凸表面结构并结合流线形外形结构，使行进设备受到其所处环境流体(如空气、水)的阻力不仅很小甚至接近零阻力，而且不再随着行进速度增加而增加，从而大幅提高行进设备的速度提升效率和所能达到的最高速度。该行进设备的发动机的气流通道及通道内的扇机采用可转动球凸表面结构，不仅使得扇机及其扇叶与气流之间的阻力很小甚至接近零阻力，而且不再随着行进速度增加而增加，从而大幅度提升发动机的有效输出功率和最大输出功率。

(6)该行进设备还能够大幅降低行进设备行进时的噪音、减少机身的震动幅度，提高乘坐的舒适度和安全程度。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为平衡装置的结构示意图；其中，A为不带动力机构单扇机流体进出口在上部的平衡装置的结构示意图，B为带动力机构多单扇机流体进出口在中间部位的平衡装置结构示意图，C为带动力机构多单扇机流体进出口在下部位的平衡装置结构示意图；

图3为减速装置的结构示意图；

图4为姿态调控装置的结构示意图；

图5为导流装置的结构示意图；

图6为推进装置的结构示意图；

图7为实施例2的结构示意图；

图8为实施例3的结构示意图；

图9为实施例4的结构示意图；

图10为实施例5的结构示意图；

图11为可转动球凸表面结构的示意图；

图12为采用可转动球凸表面结构的物体平行面上的流体流运动状态的示意图；图中：A表示圆球外露面的前半部分，B表示圆球外露面的前半部分，C表示圆球位于球坑内的部分；

图13为采用可转动球凸表面结构的物体斜面上的流体运动状态的示意图；图中：A表示圆球外露面的前半部分，B表示圆球外露面的前半部分，C表示圆球位于球坑内的部分；

图14为可转动球凸表面结构物体运动速度较高时，物体平行面和斜面上流体的运动状态图；

图15为可转动球凸表面结构物体的前斜面所受作用力的分解示意图；

图16为可转动球凸表面结构物体的后斜面所受作用力的分解示意图；

图中：

1、机体；2、流体场综合控制装置；3、平衡装置；4、减速装置；5、姿态调控装置；6、导流装置；7、推进装置；

11、壳体；12、第一扇机；13、第一流体进口；14、第一流体出口；15、动力机构；

21、前进流通道；22、反向排流通道；23、第一外罩；24、第二外罩；25、后进流通道；26、分支排流通道；27、第二扇机；28、第三外罩；

31、本体；32、流体通道；33、第二流体进口；34、第二流体出口；35、调节阀；36、第四外罩；37、控制机构；38、附加管道；39、传动齿轮；

41、导流体；42、导流槽；

51、推进通道；52、第三扇机；53、进流通道口；54、排流通道口；55、第五外罩。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

如图1所示，一种地面单机身无轨行进设备，简称汽车。所述汽车包括带有车轮的单个机体1和流体场综合控制装置2。所述机体1呈流线形，机体1的前迎斜面的倾斜角a1≤45°，其外表面除车轮外表面以外、包括车玻璃表面在内的所有表面为可转动球凸表面结构。所述流体场综合控制装置2为流线形壳体，前迎斜面的倾斜角a2≤45°，安置于机体1的顶部，其外表面为可转动球凸表面结构，内部设置有平衡装置3、减速装置4、姿态调控装置5；机体1的两侧安置有导流装置6。

其中，

如图2所示，所述平衡装置3包括中空且密封的壳体11，壳体11的相对立侧部分别开设有与壳体11内部连通的第一流体进口13和第一流体出口14，壳体11内设置有第一扇机12，第一流体进口13与第一流体出口14的连线相切于第一扇机12扇叶旋转形成的平面；当所述平衡装置随行进设备行进时，流体从第一流体进口13进入壳体11的内部，从第一流体出口14排出，带动第一扇机12转动，产生方向与第一扇机12旋转形成的平面相平行的平衡力，从而为行进设备提供平衡力。如图2的B、C所示，所述平衡装置3还包括用于主动驱动第一扇机12旋转的动力机构15；当需要加大扇机转速或者当行进设备相对静止、无流体流经壳体11内部来带动第一扇机12转动时，动力机构15驱动第一扇机12转动产生平衡力。所述平衡装置可以采用一个扇机或者多个扇机，当采用多个扇机时，多个所述扇机12的扇叶旋转形成的平面在同一个平面上或者平行且平行面的间距极小，所述流体进口13与流体出口14的连线相切于多个所述扇机12扇叶旋转形成的平面，所述流体进口13与流体出口14可以在壳体11的上部、下部或者中间部位，如图2，A为不带动力机构单扇机流体进出口在上部的平衡装置的结构示意图，B为带动力机构多单扇机流体进出口在中间部位的平衡装置结构示意图，C为带动力机构多单扇机流体进出口在下部位的平衡装置结构示意图。

如图3所示，所述减速装置4包括前端引出的前进流通道21、与前进流通道21后端连通且连通后向前反向引出的反向排流通道22、罩在前进流通道21引出口的第一外罩23、罩在反向排流通道22引出口的第二外罩24、后端引出的后进流通道25及其内部的第二扇机27、罩在后进流通道25引出口处的第三外罩28，后进流通道25前端分出若干条分支排流通道26，分支排流通道26向前延伸汇入反向排流通道22；当行进设备需要减速时，前进流通道21的第一外罩23和反向排气通道口的第二外罩24打开，流体经前进流通道21进入反向排流通道22并排出，产生反向推力，对行进设备的行进产生阻力，实现减速；当行进设备需要提高减速作用力时，后进流通道25的第三外罩28打开，启动第二扇机27转动，第二扇机27带动流体进入后进流通道25，经后进流通道25内的第二扇机27加速后，进入分支排流通道26后再进入反向排流通道22并排出，产生叠加反向推力，实增效减速。

如图4所示，所述姿态调控装置包括本体31和流体通道32，所述流体通道32的内腔呈圆柱状，流体通道32的第二流体进口33处有调节阀35，第二流体出口34处有第四外罩36，所述流体通道32内置有附加管道38，所述附加管道38整体及外壁呈圆柱状，外径略小于流体通道32内壁的内径，其以平行于流体通道32内壁并可以以流体通道32内腔的中心轴为旋转轴转动的方式安置于流体通道32内；

所述附加管道38的内腔如图4中A为前端粗后端细形状，或者如图4中B为中间细两头粗的形状；当附加管道38的内腔采用前端粗后端细形状时，内腔前端开口的口径相等且与附加管道38的外径接近并略小于附加管道38的外径，后端开口的口径为前端开口口径的三分之一，且内腔腔壁的一侧平行于附加管道38的外壁及流体通道32的内壁，对侧为与附加管道38的外壁并流体通道32的内壁成一定夹角的斜面，所述夹角a＝40°；当附加管道38的内腔采用中间细两头粗的形状时，内腔前端、后端开口的口径相等且与附加管道38的外径接近并略小于附加管道38的外径，内腔正中间位置口径为前端、后端口经的三分之一，呈扁圆形；内腔腔壁的一侧平行于附加管道38的外壁及流体通道32的内壁，对侧为与附加管道38的外壁并流体通道32的内壁成一定夹角的斜面，所述夹角a＝40°；所述附加管道38外壁中间位置设置有传动齿轮39，所述传动齿轮39凹陷于附加管道38的外壁内并与控制机构37的外凸形齿轮咬合。

控制控制机构37通过咬合的传动齿轮39带动附加管道38转动，使附加管道38内腔的斜面所处方位发生改变，流体对姿态控制装置的管壁的力发生方向上的改变，使姿态控制装置的行进方向和行进姿态对应发生趋势的改变，从而所述流体动力姿态控制装置带动所述行进设备发生行进方向和行进姿态的对应改变。

所述姿态调控装置内置的控制系统控制第二流体进口33处的所述调节阀35的阀门开口大小，使得进入流体通道32内的流体量发生变化，从而使所述姿态调控装置改变姿态和行进方向的作用力大小发生改变，行进方向或并姿态改变的速度和效率对应放生改变；当停止实施改变所述行进设备的行进方向和姿态时，第二流体进口33的调节阀35关闭，第二流体出口34处的第四外罩36关闭。

如图5所示，所述导流装置6包括导流体41和导流槽42，导流槽42为内凹形凹槽，导流装置6活动布置于机体1的顶部、侧部或底部，导流槽42走向与行进设备行进方向一致；当行进设备行进方向不发生变化时，导流装置6固定不动；当行进设备的行进方向发生变化时，导流装置6,发生与行进方向改变一致的动作，从而使导流槽42与行进方向始终保持相同。

机体1、流体场综合控制装置2、平衡装置3、减速装置4、姿态调控装置5、导流装置6上与流体接触的表面以及通道内的扇机表面为可转动球凸表面结构。如图11所示，所述可转动球凸表面结构指的是以平整平滑面为基础面，在该基础面上开设紧密相邻的球坑，所述球坑以矩阵式或梅花式布局，球坑内置放有圆球，且球坑和圆球的尺寸满足：球坑坑深大于球坑自身半径，球坑向外的开口半径小于球坑自身半径，圆球半径小于球坑半径、大于球坑向外的开口半径，圆球被球坑束缚且可自由转动，形成可转动球凸表面结构。

各个通道内壁、通道内的扇机外表面采用可转动球凸表面结构，相对于采用光滑面，可以显著降低气流与气流通道内壁的扇机的阻力，甚至阻力为零，从而显著提高各装置的做工效率、降低能耗、降低噪音和自身震动。

机体1外表面采用光滑面的所述行进设备，其在气流场中相对行进时会受到气流的阻力，而且所受阻力随着行进设备速度的增加而增加；机体1外表面采用可转动球凸表面结构的所述行进设备，其在气流场中相对行进时所受到的气流阻力比机体1外表面采用光滑面的所述行进设备所受到的气流阻力小得多甚至阻力为零，而且所受阻力随着行进设备速度的增加而减小。另外，机体1外表面采用可转动球凸表面结构，其行进时产生的噪音和机体震动更小。

现针对该实施例中各部件的结构和原理进行说明如下：

一、机体

汽车机体1表面采用可转动球凸表面结构比采用光滑面所受到的空气阻力小得多，当汽车机体1的外形为良好的流线形的结构、前迎面倾斜角≤45°、行进速度超过一定数值(此数值为120km/H左右)时，空气与汽车机体1表面之间的摩擦力及阻力开始随着行进设备速度的增加而越小，并快速趋向于零。

相关资料显示，时速为120km/H的汽车所受到的阻力，根据汽车车身外形不同，空气阻力占比大约为60％-80％，平均为70％左右，剩余30％主要为轮胎与地面的阻力；若按照本实施例把汽车表面全部(包括车玻璃、不包括车轮)改造为可转动球凸表面结构，大约可以降低70％-90％的空气阻力，按照平均降低80％空气阻力计算则对应降低总阻力的56％。这样一来，现有光滑表面汽车在速度为120㎞/H时输出的动力，用在采用可转动球凸表面结构的同一汽车上，可以使速度达到272㎞/H；表面采用可转动球凸表面结构的同一汽车以120㎞/H速度行进，能耗仅为光滑表面汽车的44％左右。

二、流体场综合控制装置

所述流体场综合控制装置2呈流线形，前迎斜面的倾斜角≤45°，其外表面为采用转动球凸表面结构，其安置于所述汽车机体1的顶部，当所述汽车行进速度大约超过120km/H时，其与空气之间的摩擦力和阻力接近零。其内部的平衡装置3、减速装置4、姿态调控装置5为汽车提供气动平衡力、气动制动力、气动减速机动力，从而相对于现有汽车可以显著提高所述汽车的平衡能力、制动能力、机动能力、安全性能的同时，还可以显著降低所述汽车的能耗、提高行进效率。

三、平衡装置

平衡装置为汽车提供气动平衡作用：如图2所示，当所述行进设备向前行进时，气流从第一流体进口13进入壳体11内部后从第一流体出口14排出，带动壳体11内的被动第一扇机12转动，被动第一扇机12旋转产生与其扇叶旋转面相平行的平衡力，达到为所述推进装置7提供平衡作用力的功能；行进设备行进速度越快，进入推进装置壳体11内的气流流速越快，被动第一扇机12旋转的速度越快，所述平衡装置3产生的平衡力越强。

当静止的所述汽车需要气动平衡装置提供气动平衡力时、或者低速行进的所述汽车需要更高的平衡力时，动力机构15启动旋转，带动或加速被动扇机的旋转，产生或提高平衡力。但在实际应用时，高速行进的汽车由于平衡力较差，更需要所述平衡装置3提供气动平衡力，而静止或低速行驶的平衡力相对要高，对平衡装置3提供的气动平衡力需求较小或很少有需求，所以，所述平衡装置3大部分情况下在汽车高速行进时使用而无需启动动力机构15。

现有的汽车主要通过增加底盘重量降低重心高度来提高平衡力，但该方法一方面会增加汽车的自重，从而增加汽车的制造成本、增加行进能耗，另一方面该方法提供的平衡力随着汽车速度的增加而迅速下降，行进速度过高时，所述汽车具有随时发生漂移或者翻车的隐患；而所述平衡装置3则恰恰相反，安装了平衡装置3的汽车行进速度越快，所述平衡装置3向汽车提供的平衡力越强。所以，安装有所述平衡装置3的汽车，不仅解决了高速行进时平衡力低、随时有漂移翻车隐患的长期难题，而且还可以显著降低自身重量，从而降低制造成本、降低能耗、提高行进效率。

壳体11内腔表面、第一扇机12的机身和扇叶表面采用可转动球凸表面结构的所述平衡装置3，气流通过壳体11内腔、推动第一扇机12旋转时不会像光滑面那样与空气产生较大的摩擦力和阻力而造成气流能量大幅损耗难以发挥出应有的平衡力，而是摩擦力和阻力极小甚至为零，气流能量损耗极小或者为零，从而使所述平衡装置3可以充分借助流体场中运动流体的动能，使第一扇机12产生较大的转动力，给汽车提供强大的平衡力。

四、减速装置

所述减速装置为所述汽车提供气动减速作用，其工作原理如下：

如图3所示，当所述汽车需要减速时，所述前进流通道21口的第一外罩23和反向排流通道22口的第二外罩24打开，气流从前进流通道21口进入、流经前进流通道21进入反向排流通道22，从位于减速装置4前方的反向排流通道22口排出，产生反向推力，使所述汽车减速；

当所述汽车需要提高减速效率或者紧急刹车时，所述后进流通道25口的第三外罩28打开并启动第二扇机27转动，气流进入后进流通道25，经后进流通道25内的第二扇机27加速后，进入分支排流通道26后再进入反向排流通道22，从位于减速装置4前方的排气口排出，产生的反向推力与前进气口进入反向排流通道22产生的反向推力叠加，达到提高反向阻力的作用。第二扇机27的转速由指令中心根据所述汽车的速度状态计算出匹配的动力输出功率而决定。

现有的汽车，是通过制动系统抑制车轮的转速，使车轮与地面的滑动摩擦力发生变化来实现减速或刹车的，这种制动方式使得汽车在刹车的一瞬间，车轮虽然带动车底减速或者停止了，但车身上部却因为惯性仍然保持前进的势能，从而致使车身产生前倾，造成车体一定程度的变形以及对车前轮的挤压，不仅每次制动都会对轮胎和车身造成一定程度伤害，而且刹车过快还会造成爆胎或翻车。车顶安装了所述减速装置4的汽车，制动时，车顶与车底可以实现同时同步同力制动，从而显著降低每次制动对轮胎和车体的伤害以及减少因刹车过快而带来的爆胎或翻车事故的几率。

前进流通道21、反向排流通道22、后进流通道25、分支排流通道26的内壁，第二扇机27的机身及扇叶表面采用可转动球凸表面结构的所述减速装置4，气流通过所述减速装置4的各通道时，并不会像采用光滑面内壁那样存在大量能量损耗而难以发挥出应有的高效且柔和的减阻作用，而是无能量损耗或者能量损耗极小，所以所述减速装置4能够充分借助流体场中运动流体的动能发挥强劲而又柔和的制动能力。

五、姿态调控装置

如图4所示，所述控制机构37转动，通过与其自身齿轮相连的传动齿轮39带动附加管道38转动，附加管道38内壁的斜面所在的方位发生改变，气流通过第二流体进口33经流体通道32进入附加管道38时，行进方向与平行于附加管道38的外壁及流体通道32内壁的一侧内壁平行，气流对该侧内壁的正面压力为零；与该侧内壁对面的前后两个斜面内壁之间存在一个40°的夹角a；

气流经过所述附加管道38的前段时，流体对前斜面压力分解可为与前斜面平行的力F1和与附加管道38外壁及流体通道32内壁垂直的力F2；其中，F1全部转化成前斜面上的可转动圆球的转动力，所以前斜面受力只剩下垂直附加管道38外壁及流体通道32内壁的力F2；F2的作用方向背向并垂直平行面一侧的内壁；

气流经过所述附加管道38的后段时，平行内壁一侧流体密度大，斜面内壁一侧密度小，且流体流速越快，斜面内壁一侧流体的密度越小，从而使斜面内壁产生朝着平行内壁方向且垂直附加管道38外壁及流体通道32内壁的作用力F3；

F2与F3的合力使得述姿态调控装置前端发生朝着斜面所在的方向偏转，使得安装有所述姿态调控装置的行进设备随的行进方向朝着斜面所在的方向发生偏转。比如附加管道38的通道斜面内壁转动至右侧，则安装有所述姿态调控装置的行进设备向右改变行进姿态和方向。

所述控制机构37为纯机械传动机构或者为电动传动机构，当为纯机械机构时，操作者通过操作杆连接所述控制机构37实现对附加管道38转动动作的控制，当为电动传动机构时，操作者通过程序实现对附加管道38的转动动作及状态的数字化精准控制。

所述姿态调控装置具有的作用包括：1、向行进设备提供平衡力的作用，2、减少行进设备行进阻力，提高行进效率的作用，3、提高制动效果的作用。

1、提供平衡力

如图4，当汽车需要向左改变行进方式时，布局于车顶的所述姿态调控装置5的流体通道32内的附加管道38的内壁倾斜面调整至左侧方位，使气流对所述姿态调控装置5对汽车产生向左的助推力，所述姿态调控装置5带动使得所述汽车的车顶向左偏转；当所述汽车需要向右改变行进方式时，所述姿态调控装置5采用同理的操作方式。

现有汽车是通过方向盘控制车轮偏转实现左右改变行进方向的，这种改变行进方向的方式的结果是车辆改变方向上的瞬间，车底的行进方向改变了，车顶因惯性并没有发生方向改变，而需要通过扭转力把改变的方向从车底传导到车顶，这种方向改变的滞后性与车速成正比，从而导致车体会产生反向倾斜的势能，行进速度越快，倾斜的势能越大，不仅容易发生翻车事故，而且每次转弯都会对车体造成一定程度的扭伤，降低车体寿命；车身上部安装了所述流体动力装姿态调控装置5，所述汽车在实施对车轮方向的变化同时，所述姿态调控装置5同步进行方向变化，使得车身上部与下部同步改变方向，不仅可以显著降低车体扭损，而且还会显著减少因快速转弯而带来的倾倒事故发生的几率。

2、降租增效

所述姿态调控装置5还具有降低所述汽车车轮与地面之间的阻力、提高行进效率的作用，具体实施方法如下：

当所述汽车从静止状态启动开始行进以及加速度行进时，把流体通道32内附加管道38的内壁倾斜面调整至上方位，使进入流体通道32的气流对安装在所述汽车顶部的所述姿态调控装置5产生上扬的升力从而带动所述汽车产生上升的力，由于气流进入内壁采用可转动球凸结构的流体通道32，零阻力排出，产生强大的提升力，带动汽车车身上升，使车底的车轮与地面的接触面减小，车轮与地面之间的摩擦力随之变小，车速越快，提升力越大。

当汽车时速达到120km时，类似于飞机机翼功能的所述姿态调控装置5具有把常规轿车汽车提升至车轮脱离地面的功能和能力，从而使车轮与地面的阻力变为零，但出于安全考虑，需要调小所述姿态调控装置5流体通道32的倾斜角和通道口的倾斜角，以使车轮与地面保持一定的接触面，从而保持一定的摩擦力。在所述姿态调控装置5把车轮与地面原阻力降低50％的情况下，结合汽车表面采用可转动球凸表面结构而降低56％总阻力进行合并计算，则总阻力降低比例合计为71％；这种情况下，现有汽车在在行进速度为120㎞/H时输出的动力对采用实施例的同一汽车做工则可以达到414㎞/H；而本实施例下的同一汽车以120㎞/H速度行进的能耗仅为传统汽车的29％。

时速414㎞的汽车在所述平衡装置3、减速装置4、姿态调控装置5、导流装置6的支撑下，理论上依然可以安全行进，但行进道路需要满足对应的线性条件、平整条件；现有道路虽然不能满足对应条件，但所述汽车仍然按照现有的常规速度行驶，可以降低三倍的能耗，从而大幅度减少数以亿计车辆的碳排放。

3、提高制动效果

所述姿态调控装置5还具有加大汽车车轮与地面阻力、提高制动效率的作用，具体工作原理如下：

当所述需要减速或者刹车时，所述流体动力调整附加管道38内壁倾斜面朝下，使气流通过所述流体通道32时产生向下的压力，对所述汽车产生向下的压力，使车轮与地面的接触面增大，车轮与地面的摩擦力变大，从而提高减速和刹车效率。

流体通道32和附加管道38的内壁采用可转动球凸表面结构的所述姿态调控装置，气流经过所述流体通道32和附加管道38时，并不会像采用光滑面内壁那样存在大量能量损耗而难以发挥出应有的作用力，而是极小阻力甚至零阻力、零能量损耗，所以所述姿态调控装置5能够充分借助流体场中运动流体的动能，发挥出出色的姿态调控能力。

六、导流装置

所述导流装置6为所述汽车提供行进时对所述流体场中的流体进行导流、分流、稳流作用，具体工作原理如下：

如图5所示，当所述汽车前行时，所述汽车所处流体场中的气流更倾向于顺着与所述汽车行进方向相同的导流槽中稳定运动，从而抑制气流扰动的倾向，使得所述汽车在流体场中不宜左右倾斜、减少车体波动、震动，使得所述汽车行进更加平稳、流畅。

综上所述，本实施例的汽车，不仅具有行进速度更高、能耗更低、平稳度更高、机动性更强、安全性更高、噪音更低、乘坐更舒适的优点，而且可既可以对传统汽车进行改造也可以生产对应新的汽车。虽然受到现有道路条件和道路环境下限制，所述汽车提升过多的行进速度，但可以极大降低汽车的能耗，减少数以亿车辆的碳排放。

实施例2

如图7所示，一种多车身陆地有轨行进设备，简称列车。

包括带有车轮的多个机体1及安装在机体1每节车身上部的流体场综合控制装置2和安装在每个车身两侧的导流装置6。

所述行进设备第一节车身的前迎面为倾斜角小于30°的斜面，最后一节车身的前面为垂直面或斜面，中间车身的前面和后面均为垂直面，所有车身的连接处采用柔性物质连接并密封处理，所有机身连接组成流线形多车厢机体；所有机身的外露面，除车轮外，包括车窗玻璃在内均采用可转动球凸表面结构。

每个车身上部的流体场综合控制装置2、流体场综合控制装置2内部的平衡装置3、减速装置4、姿态调控装置5、车身两侧导流装置6的外形、内部结构功能及工作原理与实施例1相同。

现有的高速列车具有良好的气动外形，复兴号高速列车尤为突出。相关资料显示，外表面采用光滑面的现有高速列车，在时速为350km时所受到的空气阻力占比总比例90％以上，剩余约10％阻力主要为车轮与车轨之间的摩擦力。按照本实施例把现有高速列车除车轮以外的全部外表面覆盖或者改为可转动球凸结构，至少可以降低90％以上的空气阻力；与汽车不同，高速列车在轨道上行进相对更安全，所以可以允许所述姿态调控装置把行进中的车体连带车轮提升得距离车轨更高，从而可以把车轮与轨道之间的阻力降至为零，这里按照降低90％轮轨间摩擦阻力计算，两者合计则可以降低约90％的总体阻。于是，光滑表面的现有高速列车以350km/H速度行进时所输出的动力，理论上可以使按照本实施例改造后的同一高速列车达到3500km/H的速度，而改造后的所述高速列车以350km/H的速度行进，仅需要输出10％的原现有高速列车动力，节省能耗90％。

现有的高速列车在其对应的线路上原则只能按照规定的速度行进才处于安全范围内，如350km/H的高速列车在其线路上的最高安全速度为350km/H，改造后的原350km/H的高速列车，由于加装了流体场综合控制装置2，其平衡能力、制动能力、导流能力、降噪能力、抗震能力均有大幅提升，所以其以复兴号列车五分之一的能耗在原轨道线路安全行驶的速度理论上达到600～800km/H，这个速度可以实现把国内绝大部分相邻城市之间的通勤时间缩至10分钟以内，从而显著减少数以亿计私家车的出行率，显著减少碳排放。

如果改造后的350km/H高速列车在原有的轨道线路上仍然按照350km/H的速度行进，则理论上可以降低90％的能耗。相关资料显示，350km/H的现有高速列车，每小时耗电9600度，本实施例下改进的高速列车如果仍以350km/H的速度行进，理论上能耗可以降至960度/小时，按照满员乘坐960人计算，人均百公里耗电约0.3度，则北京至上海人均耗电约4度，按照1元/度的工业电价计算，则人均能耗成本约4元左右。

如果建造专门的铁路线，改造后的所述高速列车理论上可以跑出3000km/H的安全行进速度，从而理论上实现国内绝大部分相邻城市之间5分钟到达，而且可以大大提高所述列车的开行频次，从而实现乘坐高铁就像乘坐班车或地铁一样方便。

同样速度下的本实施例高速列车，不管是高速列车机车的制造成本和难度，还是对应铁路线的制造成本和难度及建成周期均远低于磁悬浮列车和胶囊列车，而安全性高于胶囊列车，能耗、舒适度不亚于磁悬浮列车和胶囊列车优秀。

从可开行的安全速度层面来看，高速列车可以开的比汽车快得多，但由于受到地面的轨道的限制，安全行驶的速度仍然比不上飞机，因为飞机行进空间的开放度高于高速列车。

实施例3

如图8所示，一种有翼空中行进装置，简称飞机；

所述飞机包括机体1和安装于机体1上的流体场综合控制装置2；

所述机体1呈流线形，机身两侧设置有侧翼、尾部设置有横向和竖向尾翼，机翼为固定式机翼，机体1及其机翼的外表面为可转动球凸表面结构。

所述流体场综合控制装置2及其内部的平衡装置3、减速装置4、姿态调控装置5的外形、内部结构功能及工作原理与实施例1相同。

飞机前进时机身所受到的阻力100％来自空气阻力，现有的飞机表面采用的是光滑面，高速飞行时受到的空气阻力很大，表面采用可转动球凸表面结构后，可以大幅降低甚至完全消除机身与空气的阻力，降低比例大小取决于飞机的气动外形的出色程度、可转动球凸的制造工艺及表面覆盖可转动球凸的完美程度。

民航客机的气动外形比军机要逊色一些，机身外表采用可转动球凸表面结构后，民航客机估计可以降低约90％的空气阻力，战斗机则估计可以降低99-99.9％的空气阻力；民航客机按照降低90％空气阻力计算，外表面为光滑面的民航客机以800km/H速度飞行时输出的功率对采用可转动球凸表面结构的同一民航客机做工，理论上可以实现8000km/H的航速，如果仍然按照800km/H速度飞行，则能耗仅为原先的十分之一。

外表面采用制作精致的可转动球凸表面结构、覆盖较为完美的气动外形出色的战斗机，高速飞行时所受空气阻力非常小，而且速度越快，空气阻力越小，小到在计算其飞行速度时，可以把阻力视为零来计算。那么，采用现有战斗机发动机，发动机输出功率固定的情况下，其在空气中飞行不再像现有战斗机那样，因为持续增大的空气阻力而使其速度上升一定数值时不再继续上升而保持匀速飞行，而是会始终处于持续加速状态，其速度满足V＝a_飞t，其中a_飞为飞行器(这里指的是所述战斗机)的加速度常数，不同飞行器的加速度常数不同，a_飞的大小主要取决于飞行器的气动外形和发动机性能，t为飞行时间。

以第五代战机为例，按照可转动球凸表面结构制造和覆盖较为精致但尚未达到完美状态计算，包含可视窗在内的全部外表面均覆盖可转动球凸表面结构的第五代战机比外表面采用光滑面的第五代战机，理论上可以做到降低95％的空气阻力。那么，以现有光滑表面的第五代战机在航速2.5马赫时输出的能耗对采用可转动球凸表面结构的第五代战机做工，理论上可以实现50马赫的空气中飞行速度，而且因机身外表面与空气的摩擦力接近零而几乎不产生摩擦热、激波，从而实现相对较低噪音及低共振的流畅飞行；如果仍然以现有的2.5马赫速度飞行，发动机的能耗则会降低20倍，从而增加至少20倍的滞空时间和飞行距离。

在如此高的飞行速度下，所述流体场综合控制装置2内的平衡装置3、减速装置4、姿态调控装置5不仅能够进一步提高其的动性、可控性，而且更便于数字化控制和管理。

所述平衡装置3既可以独立或者与飞机机翼共同担任导流和平衡工作，从而使得飞机机翼可以制作的更小，削弱机翼的功能担当。

本实施例的减速装置4不仅减速效率相对高，减速更柔和，可控度、安全性相对更高，而且可以在几乎任何飞行阶段采用所述减速装置4实施减速。而现有的有翼飞机采用降低飞行高度、打开减速板的方法产生的减速效率相对较低，采用发动机反向做工实施减速的方法不仅会增加能耗且效率也不高，降落伞减速的方法只能在降落时接近地面使用，不能在中途使用。所以现有飞机的减速方式均存在一定的缺陷或者局限性，

所述姿态调控装置5既可以与机翼或者机翼上的舵面板共同实施对飞机姿态的调控，来提高所述飞机姿态变化的效率，也可以独立实施对所述飞机的姿态控制，所述姿态调控装置5对所述飞机实施姿态控制时，左右改变行进方向时，所述飞机的机身无需对应倾斜，直接在水平面上既可以完成变向飞行。

本实施例不管是在原有飞机基础上进行和改进还是基于本实施例制造新的所述飞机，制造成本、制造难度及制造时间都不高，特别是应用在战机上，具有速度快、能耗低、可控性高、机动性强、安全性高的同时，还具有更低噪音的优点，显著提高战斗力和威慑力。但有翼飞机的长处是其更适合直行飞行，短处是快速改变飞行方向和姿态的机动能力相对不足，当有翼飞机高速前行过程中实施快速变换姿态或行进方向会对机体造成一定破坏，严重时会导致机身解体。所以，飞机要兼具高飞行速度和高机动性，采用无机翼外形更为适合。

实施例4

如图9所示，一种三角形无机翼飞行器，简称三角形飞行器，包括机体1、流体场综合控制装置2、推进装置7、起降装置8；

所述机体1的水平面垂直投影为等边三角形状，中间隆起，机体1上下面的形状相同且对称，机身高处与低处以极小角度过渡且总体斜面倾斜角小于30°，机体1呈流线形，机体1外表面为可转动球凸表面结构。

所述流体场综合控制装置2及其内部的平衡装置3、减速装置4、姿态调控装置5的外形、内部结构、功能及工作原理与实施例3相同。

如图6所示，所述三角形飞行器推进装置7包括推进通道51及其内部的第三扇机52、进流通道口53、排流通道口54、排流通道口54处的第五外罩55；所述第三扇机52的旋转轴轴承为非接触式轴承，扇叶侧向和纵向倾斜角≤30°，所述推进通道51内壁及推进通道51内的第三扇机52机身和扇叶表面采用可转动球凸表面结构；所述推进装置7水平安装于所述三角形飞行器机体1的内部用于所述三角形飞行器前行的功能，垂直安装于所述三角形飞行器机体1的内部形成起降装置8用于所述三角形飞行器垂直起降的功能。

由于所述三角形飞行器的三角形机身，不仅具有更强的流体场穿透能力，而且由于机身上无机翼，不会受到机翼扰动流体场的制约，使得其即使在很高飞行速度下仍可以灵活快速改变行进方向和姿态，机体不会产生损伤，所以所述三角形飞行的三角形机身兼具高速行进和高速机动的特点。

所述三角形飞行器的外表面采用可转动球凸表面结构所产生的飞行效果与实施例3相同，即：行进速度满足V_飞＝a_飞t，其中a_飞为飞行器(这里指的时所述三角形飞行器)的加速度常数，不同飞行器的加速度常数不同，a_飞的大小主要取决于飞行器的外形和发动机性能，t为飞行时间。

所述三角形飞行器的推进装置7的气流通道内壁及气流通道内的扇机机身和扇叶表面采用可转动球凸表面结构，扇叶侧向和纵向倾斜角≤30°时，扇机旋转轴的采用非接触式轴承，而且转速非常高的扇机的扇叶与气流间的相对运动速度非常大，而使得空气与气流通道内壁、扇机表面之间，扇机轴承与旋转轴之间的阻力小到可以忽略不计，推算速度时可以按照零阻力计算。在能耗燃料或电能供给固定的情况下，所述推进装置7在空气中工作，不会像光滑表面的现有发动机那样加速转动一定时间后最终进入并保持匀速转动状态，而是会始终处于持续加速转动状态，转速满足V＝a_发t，其中，a_发为推进装置的加速度常数，在这里，a_发的大小与单位时间内进入和排出推进装置发动机(这里为扇机型发动机，比如涡扇、涡喷发动机)的空气量成正比。单位时间内出入扇机型发动机的空气体积(空气量)V＝SH，其中S为发动机进气口的面积，H为飞行器单位时间内行进的距离；这里H＝1/2×a_扇t²，其中，a_扇为扇机转速的加速度，a_扇＝a_输出t，a_输出为发动机输出对扇机转速产生的加速度，于是所述三角形飞行器的加速度a_飞＝1/2×h×a_输出t³，其中，h为发动机对所述飞行器产生的加速度与扇机型发动机输出额定功率之间的比值，类同于推重比；于是V_飞＝a_飞t＝1/2×h×a_输出t⁴，由于h为常数，所以此公式可以简化为V＝at⁴，其中a为所述三角形飞行器的综合加速度。

综合加速度a的值为10米/S²(约为1.1G)的情况下，机体外表面、发动机的内壁和扇机表面均可转动球凸表面结构的飞行器与只有外表采用可转动球凸结构的飞行器在空气中行进的速度变化对比如下：

而从上表可以看出，机体外表面、发动机的内壁和扇机表面均采用可转动球凸表面结构的三角形飞行器不仅比只有外表采用可转动球凸结构的所述三角形飞行器在空气中的行进速度提升得更快、能耗更低，而且其效率是现有飞行器所无法比拟的。

具有上述更高飞行速度能力的所述三角形飞行器的流体场综合控制装置2中的平衡装置3、减速装置4、姿态调控装置5发挥各自对应的功能，保障其飞行的灵活、高效、安全性。

实施例5

如图10所示，一种水域行进设备，简称轮船，包括机体1(船身)和安装在船身中上部流体场综合控制装置2和竖直安装在船身下部两侧的平衡装置3，安装在船身两侧的平衡装置3采用图2中的C结构，其壳体11的第一流体进口13、第一流体出口14在下部且淹没于水中或者壳体下部开放，壳体11内第一扇机12扇叶的四分之一沉浸在水中，所述第一扇机12为多个，所有第一扇机12处于同一平面的同一条直线上。

船身的外表面吃水线以下部为可转动球凸表面结构。

所述流体场综合控制装置2包括平衡装置3、减速装置4、姿态调控装置5，各装置的内部结构、工作原理和功能与实施例1相同。

轮船推进装置7的螺旋桨表面及桨叶表面为可转动球凸表面结构。

可转动球凸表面结构的物体与水发生相对运动时所受到的阻力同样小于光滑表面物体与水之间的阻力，所受阻力依然随着相对运动速度的增加总体呈下降趋势，但是由于水的密度大于空气的密度，所以水阻力下降速度小于空气阻力。

轮船的外表面采用可转动球凸表面结构，其前进的阻力会显著减小，从而提高行进效率，同时，其因受水浪扰动而带来的颠簸程度显著降低。轮船的螺旋桨表面及桨叶表面采用采用可转动球凸表面结构，旋转时受到水的阻力会显著下降，从而提高做工效率，降低螺旋桨的抖动。

竖直安装在船身下部两侧的平衡装置3在向轮船提供竖向平衡力的同时，还具有推进作用。

水平安装于流体场综合控制装置2的平衡装置3为轮船提供水平平衡力，水平安装于流体场综合控制装置2的平衡装置3为轮船提供水平平衡力，减速装置4提供气动减速作用，姿态调控装置5提供上下左右姿态或方向改变的作用。

总体来说，所述轮船比现有轮船具有更强的推进能力、更平稳、机动性更强、安全形更高，乘坐更舒适。

综上所述，本发明的所述行进设备比传统行进设备的做工效率更高，可行进速度更大、能耗更低、机动性更强、平稳度更高，制动能力、可控程度、安全程度、静音效果均有大幅提升，可广泛应用到陆、海、空、天各类行进设备上，且制造难度不高、既可以在现有各类行进设备基础上改造，也可以基于该发明新制造，具有很高的推广价值。

本发明的所述行进设备具有全面替代现有行进设备而成为人类新一代行进设备的条件，被人类使广泛用后，可以极大幅度提高人类的行进效率、极大降低能耗及碳排放，同时大幅提高乘坐舒适度和安全性。

另外，针对可转动球凸表面结构的原理说明如下：

(1)圆球的受力及运动状态(以气流为例)

如图12所示，向左运动的物体其外部气流相对于物体则相对向右运动，物体平行面上除了与物体斜面相接的第一个圆球外，其他圆球的外露面前部A区面由于被相邻的前一个圆球遮挡，不会受到外部气流的正面直接冲击，圆球受到的力主要为：

①位于圆球外露面上部的气流因惯性向右相对运动，与圆球上表面产生向右的静止摩擦力，导致圆球发生顺时针旋转；

②存留在圆球与圆球之间原先的气流在惯性作用下，对圆球外露面前部的A区面产生推压力，导致圆球发生顺时针转动；

③后续被前面圆球带入圆球与圆球之间的气流以及被后面圆球带出的气流均导致圆球发生顺时针转动；

由于圆球从静止到转动与气流同步，转动方向与气流的运动方向一致，所以气流对圆球外露面的作用力主要体现为推力和静止摩擦力，不体现冲击力，所以不会产生激波。推力的大部分分力和静止摩擦力导致圆球发生顺时针转动；

转动的圆球在没有涂抹润滑物质的球坑内，起初阶段会往返碰击坑壁和接触并产生摩擦，随着圆球转速的增加，碰壁的频率逐渐上升；由于角动量与圆球自身的稳定性成正比，所以圆球转速越快，圆球自身的稳定性越大；所以当圆球的碰壁频率上升到一定值时，圆球趋向稳定于一个中心点位置，碰壁频率快速下降至不再碰壁。所以，即使球坑内没有润滑物质或置放滚珠，当物体的运动速度达到一定值时，圆球也不再会与坑壁接触而发生摩擦。

球坑内涂抹润滑，具有在圆球转速不高的初阶段起到降低碰壁频率和减少摩擦的作用；在坑内放置滚珠，不仅起到在圆球转速不高的初阶段降低碰壁频率和减少摩擦的作用，还对圆球具有支撑作用，以减少因外界气流对圆球向内的压力而造成的圆球对球坑底部的压力和摩擦力。

不管球坑内有没有涂抹润滑物质或置放滚珠，当物体的相对运动速度大于一定数值并物体处于匀速运动时，旋转的圆球均会稳定居于球坑的中央位置；当物体处于相对加速度状态时，圆球会向相对的后方作一定位移，但不会与球坑壁发生碰撞和摩擦。

(2)圆球与圆球之间区域的气流状态

如图12所示，由于圆球外露于物体平行面的高度是相同的，所以气流无法直接进入圆球与圆球之间的区域；出入圆球与圆球之间区域的气流主要为：

①圆球表面吸附的气流与周围气流存在弱相互吸引力，圆球转动时把周围气流带入圆球与圆球之间的区域；

当圆球转速不高时，吸附在圆球表面的气流与外部气流之间存在相互吸引力，气流粒子与粒子之间相对运动产生摩擦力，当圆球转到最高点时，外部的气流因为气流之间的引力和摩擦力而被带入圆球与圆球之间的下部区域，致使该区域气流数量增加，涡流现象上升；圆球转速继续增加，圆球表面的气流逐渐减少，其与外部气流间的引力逐渐减弱，粒子间的摩擦力随之减弱，外部气流因弱相互吸引力而被高速转动的圆球带入该区域越来越少；当转速达到一定数值时，圆球表面会出现真空层，圆球最高点与外层的气流接触面越来越小，圆球从外界带入该区域的气流趋于零；

②当圆球转到B面区域时，吸附在圆球表面的气流因离心力被甩入圆球与圆球之间的区域；

当圆球运动速度不太高时，离心力显著小于吸附力，圆球表面只有极微少不稳定的气流被甩入该区域；随着圆球转动的增加，吸附在圆球表面的气流越来越松动，越来越多的吸附在圆球表面的气流脱离圆球表面，初期阶段，由于气流的离心力与吸附力的差值不大，所以被甩出去的气流会低头进入圆球与圆球之间区域，此阶段气流进入圆球与圆球之间区域的量呈上升状态；随着圆球转速继续增加，依附在圆球表面的气流从圆球表面脱离时的位置越来越趋近圆球的最高点，此阶段，依附在圆球表面的气流进入圆球与圆球之间区域的量呈下降状态；当圆球转速达到一定数值时，所有附在圆球表面的气流均在圆球转动最高点时甩出，甩出去的气流运动方向平行于物体表面，不再进入圆球与圆球之间的区域；

③当圆球表面进入球坑时，狭窄的球坑缝隙和球坑入口壁会把依附在圆球表面的气流从圆球表面剥离并推入圆球与圆球之间区域；

当圆球转速不高时，依附在圆球表面的气流被剥离的数量较少，随着圆球转速增加，依附在圆球表面的气流越来越松动和膨胀，从而越来越多的气流被剥离并推入在圆球与圆球之间区域，这个阶段，圆球表面气流被剥离并进入圆球与圆球之间区域的量呈上升状态；随着圆球转速进一步增加，圆球表面的气流越来越少，从圆球表面剥离掉并推送到圆球与圆球之间区域的气流量呈下降状态直至为零；

④当圆球转到A面区域时，圆球产生的上扬力把气流从圆球与圆球之间区域推出，此推出力是持续的且随着圆球转速越来越大，圆球前部A区面对圆球与圆球之间气流的上扬力越来越大，致使越来越多的气流被该上扬力推出圆球与圆球之间的区域；

综上所述，圆球与圆球之间气流的变化过程是先逐渐增加，涡流现象随之上升，然后逐渐下降直至进入亚真空状态，涡流现象下降直至消失；在此过程中，涡流仅在初期阶段出现，能量较小且被上峰的直线气流压制，传播性较小。

(3)球坑内的气流状态

圆球转动，一方面会把球坑内的气流从球坑坑口的前部推出；另一方面，圆球会把一定量的气流从球坑后部入口带入球坑；当圆球转动速度不高时，进入球坑内的气流和带出球坑内的气流接近相等，球坑内的气流数量相对稳定。

随着转速越来越大，首先，由于球坑入口缝隙狭小，坑口对圆球表面的气流阻力越来越大，圆球表面的气流越来越松动和膨胀，越来越多的气流被坑口剥离掉，从而越来越少的气流进入球坑；其次随着圆球转速的增加，越来越多的依附在圆球表面的气流在未到达球坑入口之前就被甩掉，从而越来越少的气流进入球坑；而圆球转出球坑时始终会把球坑内的气流带走，这样一来，球坑内的气流持续下降，直至达到真空或亚真空状态。

(4)气流的整体状态

除了在初级阶段圆球与圆球之间区域的气流会有个上升过程，随着物体运动越来越快，圆球与圆球之间区域的气流、球坑内的气流、圆球整个表面的气流均会越来越稀少，直至接近真空，所有气流最终均处在圆球外露面距离平行面的最高点以外的区域向后直线运动，圆球与其外部气流的接触面越来越缩小至圆球表面距离物体平行面的最高处的一个点，如图14所示。此时，当速度保持匀速时，整个气流处于相对稳定状态，不产生或者极小产生纵向波以及波动带来的噪音和共振；另外，由于圆球外露面最高点与其外部气流的相对运动为滚动运动，产生的是静止摩擦力，所以不会激发气流粒子和圆球表面物质粒子而产生激波和热量。

(5)其它

如图12中，位于物体平行面最前端的圆球，在前面没有遮挡物的情况下，其会受到外部气流的正面挤压力、冲击力，从而产生激波，但实际应用当中，多数运动物体的平行面前部不做成垂直面(即立方体)，而是做成斜面，倾斜面上最后一个圆球的外露面会挡住平行面上第一个圆球的外露面，所以，平行面上的第一个圆球依然不会或者不会显著受到外部气流的正面挤压力、冲击力。

从上述分析可以看出：采用可转动球凸表面结构的物体在流体场中发生相对运动时，当速度达到一定数值时，其平行于行进方向的表面与流体之间的摩擦力为零，激波为零、无其它阻力产生。

二、物体前斜面(迎面部分)的受力状况和气流状况

物体斜面指的是物体表面与物体相对运动方向的夹角为非直角、非平角的物体表面，分为前斜面(迎面)和后斜面(背面)。

(1)圆球的受力和运动状态

如图13所示，向左做相对运动的物体，其外部气流相对向右运动，气流会挤压斜面上圆球外露部分的前部分A区面；一种情况是：圆球外露面A区面高于经过圆球球心水平面的部分大于低于经过圆球球心水平面的部分，这样，气流作用于A区面上部的力大于下部，致使圆球向后作顺时针转动；另一种情况是，气流只能冲击或挤压到A区高于经过圆球球心水平面的部分，不能冲击或挤压到A区低于经过圆球球心水平面的部分，这样，气流只对A区面上部产生作用力，气流作用于A区面上部只能使圆球发生向后的顺时针转动；在实际应用中，斜面往往被制作成较小的斜角，A区低于经过圆球球心水平面的部分会被前球挡住，气流无法触及，只能到触及到A区高于经过圆球球心水平面的部分，致使圆球就只受到顺时针一种作用力，只能作相对顺时针转动。

由于圆球从静止到转动与气流同步，转动方向与气流的运动方向一致，所以气流对圆球外露面前部分主要体现为挤压力和静止摩擦力，不体现或者极少体现冲击力，不与圆球表面发生相对运动，所以不会产生激波。

物体相对运动速度越快，气流对圆球表面的推力及摩擦力越大，推力和摩擦力在圆球球面的切向合力越大，圆球的转速越快；当物体的相对运动速度大于一定数值并匀速运动时，圆球会稳定居于球坑的中央偏后位置；当物体处于加速度状态时，物体会向相对的后方作一定位移，但不会与球坑壁发生碰撞。

(2)圆球与圆球之间区域的气流状态

斜面上圆球与圆球之间区域的气流变化与直面上圆球与圆球之间区域的气流变化类似，也是初期阶段该区域的气流逐渐增加、涡流现象上升，随着物体运动速度进一步增加，该区域的气流开始逐渐减少、涡流现象下降，直至该区域出现真空或亚真空。与物体平行面不同之处在于，斜面处的外部气流能够直接吹到物体斜面上圆球与圆球之间区域的上部，触及不到下部；因为斜面上前一个圆球的最高点高于或远高于后一个圆球的球心点；圆球转动所产生的上扬力会把吹进来气流的运动方向向上推离，随着物体相对运动速度越来越快，圆球转速越来越快，圆球对气流向上的推力越来越大，吹进斜面上圆球与圆球之间区域上部的气流向上偏离越来越大，最终气流运动方向趋于与斜面平行。

所以，直接进入圆球与圆球之间上部区域的气流对圆球与圆球之间下部区域气流的变化不造成直接影响，但会造成间接影响，间接影响是，进入到该区域上部的气流会阻碍转动的圆球从该区域带走气流，只有随着圆球转速的增加，进入该区域上部的气流被转动的圆球产生的上扬力导致的运动上扬角越来越大，大到一定程度时，斜面上圆球与圆球之间的气流才会开始被越来越多、越来越快的带出圆球之间低洼区域，从而使得该区域的气流量下降。也就是说，斜面上圆球与圆球之间的气流减少并最终变成真空的速度比平行面上圆球与圆球之间的气流减少的速度要慢。

如图13所示，多数情况下，相对运动物体各个部位相对于流体场所处的位置是固定不变的，比如汽车、飞机的前部始终处行进方向的前部，这种情况下，前斜面上最前端部位不管制作成可转动球凸表面结构，还是制作成光滑表面，外部流体对该处部位冲击均为垂直冲击并产生例子反射，所以均会产生激波，这种情况下，采用尽可能缩小该部位面积并把把该部位的高度制作成与其后面可转动球凸的相对最高点相同或者接近，可以一定程度减少激波和扰流的而产生并阻止激波和扰流向后方蔓延扩散；但是，当最前端受到显著侧向流体流的影响或者各部位的位置不断变换(比如旋转的扇机)时，前斜面最前端部位以及其它所有部位仍然采用可转动球凸结构更为合适；比如，高速旋转扇机的表面所有部位均采用可转动球凸表面结构，其在流体中旋转速度达到一定值时，可以实现扇叶所有部位与流体之间的摩擦力为零，其它阻力也为零。

(3)球坑内的气流状态

与平行面上球坑的状况和原理类似，随着物体相对运动的越来越大，球坑内的气流会越来越少，直至达到真空或亚真空状；区别之处是斜面上球坑内的气流减少速度比平行面上的球坑内气流减少的速度要慢，因为斜面上圆球与圆球之间区域的气流减少的速度比平行面上该位置区域气流减少的速度慢。

(4)气流最终的状态

相对运动的气流到达物体斜面上圆球表面时，运动方向会向着圆球球面切线的方向改变，随着圆球转速的增加，气流发生改变的位置点越来越远离圆球表面向着圆球最高点连线的位置靠近，运动方向也越来越趋于平行于物体的斜面，使得接近圆球的气流最终平行于物体斜面运动，气流沿着圆球外露面的距离斜面基面最大垂直距离的位置点运动，如图14所示；

到达斜面的流体运动方向逐渐趋于平行于斜面的初期阶段，气流时具有一定的波峰波谷，但峰谷较小且其纵向传播性被压制，不会产生传导性，所以初期阶段，气流也不会产生噪音和共振。

随着物体速度越来越大而带来圆球转速越来越大，球坑内、圆球与圆球之间的气流逐渐趋于消失，气流均集中沿着平行于物体斜面的方向运动，且均沿着圆球外露面的距离斜面基面最大垂直距离的位置点与转动的圆球相对滚动，不再有波峰波谷，无滑动摩擦，无激波产生，无共振和噪音产生；

此时，沿着圆球外露面的距离斜面基面最大垂直距离的位置点运动的气流的密度比上部气流的密度高，在物体匀速运动的情况下，状态相对稳定，加速度运动时，密度会增加，但产生的轻微纵向波被压制，所以状态相对稳定，如图14所示。

(5)其它

物体斜面上最后一个圆球也就是平行面的最前面的一个圆球，如果斜面与平行面的夹角太大，在斜面与平行面交接处会形成上扬的脱离物体表面及圆球面的气流流，如图14所示，从而会对整个气流的稳定状态造成影响；所以，在斜面与平行面的交汇区域一般采用弧面或者小角度进行过渡，以消除上扬的气流流，弧面的半径越大，消除效果越好。

从上述分析可以看出：采用可转动球凸的物体在流体场中发生相对运动并且当相对运动速度达到一定数值时，其前斜面表面与流体之间的摩擦力为零。

除摩擦力以外，流体对前斜面产生的阻力分析如图15所示：

流体对相对运动物体前斜面产生阻力F分解为平行于前斜面的力F1和垂直行进方向的力F2，其中平行于前斜面的力F1全部转化为前斜面上球坑中圆球的旋转力，不对物体产生行进阻力，垂直行进方向的力F2与物体行进方向成90°角，所以其对物体行进方向的阻力为零，其只体现为对物体行进方向造成改变的力和对物体结构的压力，前斜面与行进方向的夹角a越小、F2越小，反之越大。如图15中的物体C结构所示，当相对运动物体前斜面的上部斜面与下部斜面对称时，上斜面与下斜面的力F2相等，其合力体现为对物体结构的压力；如图15中的物体A、B结构，上部斜面与下部与行进方向的夹角a不对称时，上斜面与下斜面的力F2不相等，其合力体现为对物体行进方向造成改变的力，朝着a小的一方偏移。

三、物体后斜面的受力状况和气流状况

物体运动，其后面为会形成负压区，速度越快，负压越大。负压大小取决于物体后斜面与平行面的夹角a和物体相对运动速度的大小，90°以内的夹角a的夹角度数越大，产生的负压最大；所以，减少负压需要参照物体自身速度和物体后表面斜坡面的设置；受力分析如图16所示：

与流体发生相对运动的物体，其后斜面区域外侧流体密度大、内层密度下，从而形成压力差，使得斜面产生向外偏移的力F3，如图16中的物体C结构所示，所示当相对运动物体后斜面的上部斜面与下部斜面对称时，上斜面与下斜面向外偏移的力F3相等，其合力体现为对物体结构的拉力；如图16中的物体A、B结构，上部斜面与下部与行进方向的夹角a不对称时，上斜面与下斜面向外偏移的力F3不相等，其合力体现为对物体行进方向造成改变的力，朝着a大的一方偏移。

四、物体垂直面受力状况

指的是与运动方向成直角的面，分为前垂面和后垂面。

(1)前垂面

相对运动的物体的前垂面会受到外部气流的正面垂直挤压力和冲击力，即使采用可转动圆球的结构也毫无意义，不会影像气流对该表面作用力变化；解决的办法是尽可能缩小前垂面的面积，使之趋向于一个小点或者一条线。在尽可能缩小该部位面积的同时，把该部位的高度制作成与其后面可转动圆球的相对最高点相同或者接近，能够一定程度阻止该部位激波和扰流向后蔓延和扩散。

(2)后垂面

相对运动的物体后面的垂直面形成的负压会对物体前进造成阻力，垂面越大，速度越快，产生的负压越大，阻力越大；解决的办法同样是把后垂直面做的尽可能小，小至一个点或者一条线。

综上所述，采用可转动球凸表面结构的物体与流体发生相对运动时，当速度达到一定数值，物体各处的表面与其外部流体之间的摩擦力均为零，前迎面的表面当与行进方向成90°角时，存在阻力和冲击力；当大于或小于90°时，会存在使物体方向改变或物体表面结构挤压的力，所述使物体方向改变或物体表面结构挤压的力与行进速度成正比，斜面与行进方向的夹角在0°-90°之间时，角度越大，所述使物体方向改变或物体表面结构挤压的力越大；斜面与行进方向的夹角在90°-180°之间时，角度越大，所述使物体方向改变或物体表面结构挤压的力越小；

当行进物体的速度达到一定数值时，由于行进物体与外部流体的摩擦力为零，所以物体表面无摩擦热产生、无激波、涡流产生，不会出现因激波、涡流带来的机体震动和噪音现象产生。

可转动球凸表面结构的制造工艺会影响其整流减阻的效果，现有的制造工艺能力能够满足需求，即使中等工艺下制造出来的所述行进物体以及物体少数特殊部位覆盖不完美的情况下，覆盖了可转动球凸表面结构的物体，其整流减阻的效果依然会远高于光滑面的物体。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种行进设备，包括机体(1)，其特征在于，所述机体(1)上安置有用于为机体(1)提供平衡力的平衡装置(3)、提供减速阻力的减速装置(4)、提供改变方向或姿态作用力的姿态调控装置(5)以及为机体(1)提供导流作用的导流装置(6)中的一种或者多种，且各装置各自以独立结构安装在机体(1)上的不同部位或者同一部位，或者将其中二种或者多种装置组合成流体场综合控制装置(2)安置在机体(1)上，或者将其中一种或者多种装置与机体(1)设计制造成一体化结构。

2.根据权利要求1所述的一种行进设备，其特征在于，所述平衡装置(3)包括中空且密封的壳体(11)，所述壳体(11)的相对立侧部分别开设有与壳体(11)内部连通的第一流体进口(13)和第一流体出口(14)，壳体(11)内设置有第一扇机(12)，所述第一流体进口(13)与第一流体出口(14)的连线相切于所述第一扇机(12)扇叶旋转形成的平面；当所述平衡装置随行进设备行进时，流体从所述第一流体进口(13)进入壳体(11)的内部，从第一流体出口(14)排出，带动第一扇机(12)转动，产生方向与第一扇机(12)旋转形成的平面相平行的平衡力，从而为行进设备提供平衡力。

3.根据权利要求2所述的一种行进设备，其特征在于，所述平衡装置(3)还包括用于主动驱动第一扇机(12)旋转的动力机构(15)；当需要加大扇机转速或者当行进设备相对静止、无流体流经壳体(11)内部来带动第一扇机(12)转动时，所述动力机构(15)驱动第一扇机(12)转动产生平衡力。

4.根据权利要求1所述的一种行进设备，其特征在于，所述减速装置(4)包括前端引出的前进流通道(21)、与前进流通道(21)后端连通且连通后向前反向引出的反向排流通道(22)、罩在前进流通道(21)引出口的第一外罩(23)、罩在反向排流通道(22)引出口的第二外罩(24)、后端引出的后进流通道(25)及其内部的第二扇机(27)、罩在后进流通道(25)引出口处的第三外罩(28)，所述后进流通道(25)前端分出若干条分支排流通道(26)，所述分支排流通道(26)向前延伸汇入反向排流通道(22)；当行进设备需要减速时，所述前进流通道(21)的第一外罩(23)和反向排气通道口的第二外罩(24)打开，流体经前进流通道(21)进入反向排流通道(22)并排出，产生反向推力，对所述行进设备的行进产生阻力，实现减速；当所述行进设备需要提高减速作用力时，所述后进流通道(25)的第三外罩(28)打开，启动第二扇机(27)转动，第二扇机(27)带动流体进入后进流通道(25)，经后进流通道(25)内的第二扇机(27)加速后，进入分支排流通道(26)后再进入反向排流通道(22)并排出，产生叠加反向推力，实增效减速。

5.根据权利要求1所述的一种行进设备，其特征在于，所述姿态调控装置(5)包括本体(31)和贯穿本体(31)的流体通道(32)，所述流体通道(32)的第二流体进口(33)处设有调节阀(35)，流体通道(32)的第二流体出口(34)处设有第四外罩(36)，所述流体通道(32)于本体(31)上的走向在控制机构(37)的控制下能够调节`，且所述第二流体进口(33)和第二流体出口(34)的倾斜角与调节后流体通道(32)的走向相适应，所述调节阀(35)用于调节和控制第二流体进口(33)流量的大小，所述第四外罩(36)用于开关第二流体出口(34)。

6.根据权利要求1所述的一种行进设备，其特征在于，所述导流装置(6)包括导流体(41)和导流槽(42)，导流槽(42)为内凹形凹槽，所述导流装置(6)活动布置于机体(1)的顶部、侧部或底部，导流槽(42)走向与行进设备行进方向一致；当行进设备行进方向不发生变化时，所述导流装置(6)固定不动；当所述行进设备的行进方向发生变化时，所述导流装置(6)发生与行进方向改变一致的动作，从而使导流槽(42)与行进方向始终保持相同。

7.根据权利要求1所述的一种行进设备，其特征在于，所述机体(1)、流体场综合控制装置(2)、平衡装置(3)、减速装置(4)、姿态调控装置(5)、导流装置(6)上与流体接触的表面以及通道内的扇机表面为平整光滑面或者可转动球凸表面结构。

8.根据权利要求1所述的一种行进设备，其特征在于，所述行进设备还包括推进装置(7)，所述推进装置(7)包括推进通道(51)及其内部的第三扇机(52)、进流通道口(53)、排流通道口(54)、排流通道口(54)处的第五外罩(55)；

所述推进装置(7)上与流体接触的表面为平整光滑面或者可转动球凸表面结构。

9.根据权利要求7或8所述的一种行进设备，其特征在于，所述可转动球凸表面结构指的是以平整平滑面为基础面，在该基础面上开设紧密相邻的球坑，所述球坑以矩阵式或梅花式布局，球坑内置放有圆球，且球坑和圆球的尺寸满足：球坑坑深大于球坑自身半径，球坑向外的开口半径小于球坑自身半径，圆球半径小于球坑半径、大于球坑向外的开口半径，圆球被球坑束缚且可自由转动，形成可转动球凸表面结构。

10.根据权利要求1所述的一种行进设备，其特征在于，所述行进设备包括陆地行进设备、水域行进设备、空中行进设备或者海陆空综合行进设备，其中陆地行进设备包括有轨行进设备、无轨行进设备，水域行进设备包括水面行进设备、水下行进设备，空中行进设备包括航空飞行器、航天飞行器、星际飞行器。

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