CN1792715A - 无翼飞行器及其实施方法 - Google Patents

Abstract

一类无翼飞行器。包括传统飞行器机身部分的所有结构、进气口(1)、出气口(5)、隔板(3)、导槽(4)和导槽(7)。其中进气口(1)设在飞行器机头的前端，进气口(1)后面左右两侧各有一个出气口(5)，出气口(5)的后方也就是飞行器左右两侧的上方各设有一条导槽(4)，飞行器两侧的下方各设有一条导槽(7)，进气口(1)与出气口(5)之间的内腔设有隔板(3)。本发明的特点在于结构简单，技术难度和成本低，重量轻，无须机翼也可以起飞，而滑翔性能好，安全性高，并容易实现低速飞行和原地起飞。

Description

无翼飞行器及其实施方法

技术领域：

本发明涉及一类飞行器，尤其是涉及一类无翼飞行器。

背景技术：

1、现有的飞行器大多都是由机身两侧伸出的机翼或者机身上方的旋翼(螺旋桨)来产生升力，而机翼或旋翼的长度一般都很长，两机翼的长度之和或者旋翼的旋转直径几乎与机身的长度相等，甚至有些飞行器两机翼的长度之和或旋翼的旋转直径比机身还长，这样的结构不仅使飞行器占有很大的空间，而且使飞行器的重量、技术难度和危险性大大增加。机身两侧的机翼或上方的旋翼不仅在陆地上的场地占很大的空间，而且在空中飞行时也占很大的空间，即两飞行器在飞行时不能太接近，当两飞行器相互靠近的时候，很容易有碰翼(机翼相互碰撞)的危险，由于机翼很长，较容易折断，所以当两飞行器碰翼时容易使机翼折断，使飞行器失去平衡而坠落。

2、目前虽然出现了一些无翼飞行器，但这些传统无翼飞行器大多都是由涡轮喷气发动机或者涡轮风扇发动机又或者是风扇直接产生升力。这样的结构使飞行器的成本和技术难度比上述的传统有翼飞行器高得多，危险性也更加高，其危险性主要表现在当飞行器在空中飞行时燃料一旦耗尽或发动机一旦出现故障失去动力，飞行器将往地面坠落，因为发动机的动力是此类飞行器的直接升力，没有了动力就没有了升力，而此类飞行器没有机翼(主翼)结构不能滑翔，所以此时飞行器将会坠落。

3、现有飞行器的头部(机头部分)大多都做成尖的即锥形的，其主要目的在于减小空气阻力，这样的形状使飞行器机头前方迎面而来的气流被锥形机头分开并沿着机头四周加速流动，这些被加速的气流继续沿着飞行器机身的四周高速往后流动，这些气流的流速比机头前方的气流流速大，使飞行器机身四周的压强(气压)减小，加之高空的气压本身就较低，所以传统飞行器在高空高速飞行时其四周的压强很低，而飞行器内部的空气相对飞行器静止，对飞行器外壁的压强很大，驾驶舱或机舱内的气压更是和地面的气压基本一样大，这样，飞行器的内外部形成很大的压强差(压力差)，所以传统飞行器的外壁要承受机身内部巨大的气压，所以对传统飞行器的外壁技术要求很高。再由于上述的飞行器的机头和机身周围的气流流速很高，当两架传统飞行器接近时，它们之间的气流流速将更加快，使两飞行器之间的气压减小，使两飞行器相互靠近而容易发生侧碰或上述的碰翼的危险。

发明内容：

本发明提供一类无翼飞行器能克服背景技术中所述的不足。

本发明采用将飞行器头部前方迎面而来的大部分气流引导到飞行器顶部或两侧的上方高速流出的方法来产生升力。

图2为本发明的原理图，图3是本发明的机头部分的结构示意图(俯视图)，本发明在飞行器的机头前端开一个较大的进气口(1)，在进气口的中间可设有隔板(3)，进气口(1)后方的两侧设有较小的出气口(5)，出气口(5)的后方设有宽度(横截面)较小的导槽(4)，两条导槽(4)之间是机舱(6)。飞行器前端迎面而来的气流大部分从进气口(1)流入飞行器内部，隔板(3)能将气流分隔成左右两部分，而机头外壁(2)的作用和漏斗的作用差不多，能将气流引导到出气口(5)处流出，然后流进导槽(4)中并沿导槽(4)往后流动，由于导槽(4)的横截面积比进气口(1)的横截面积小，所以气流流到导槽(4)时流速将加快，高速地沿导槽(4)往后流动，使飞行器产生升力。所以本发明具有如下优点：

1、充分利用飞行器机头前端迎面而来的气流产生升力，使飞行器无须机翼也能起飞。

2、可免去机翼(主翼)结构，使飞行器的重量、技术难度和成本大大减小，而又大大节省空间，安全性也大大提升；容易实现低速飞行和原地起飞。

3、除两导槽(4)外，飞行器四周气流流速较慢，使飞行器内外压强差较小，降低了飞行器外壁所承受的压力，所以降低了飞行器外壁的技术难度和成本。

4、滑翔性能好，当飞行器在空中飞行而突然失去动力时，能像传统有翼飞行器一样可以滑翔，进一步说明了本发明更加安全。

5、飞行器两侧的气流没有被飞行器加速，两飞行器互相接近时，两飞行器之间的气流流速也没有增加，气流不会使两飞行器靠近而发生危险，并容易实现将飞行器两侧的气流速度减慢，当两飞行器靠近时，它们之间的流速会减得更慢，气流会使两飞行器自动分开，避免两飞行器发生侧碰的危险，这就再次说明了本发明的安全性得到了大大的提升。

附图说明：

图1为传统飞行器在飞行时机头部分对气流的影响情况示意图。

图2为本发明在飞行时对气流的影响情况示意图(俯视图)，也是本发明的原理图。

图3为本发明机头部分(机身前半部分)的俯视图。

图4为图3中的A-A剖面侧视图。

图5-1、图5-2、图5-3为本发明的正视(前视)图。

图6-1为图3中的B-B剖面图。

图6-2为图3中的C-C剖面图。

图6-3为图3中的D-D剖面图。

图7为飞行中的两部传统飞行器互相靠近时，机头对气流的影响情况示意图。

图8为本发明中的两部飞行器在飞行中相互靠近时，机头及机身对气流的影响情况示意图。

图9为本发明中的无翼飞行汽车的侧视图。

图10为图9的俯视图。

图11为更适合本发明的垂直尾翼与水平尾翼的结构方式示意图。

图12为图9的正视(前视)图。

图13为本发明中的无翼空中列车的侧视图。

注：上述图中所有带箭头的实线均表示气体流线。

具体实施方式：

首先讨论一下传统飞行器在飞行的过程中机头部分对气流的影响情况和利用情况，如图1所示。由于传统飞行器的头部(机头)大多是做成尖的(锥形的)，所以传统飞行器在飞行过程中，机头前方迎面而来的气流被锥形机头分开并沿着机头往后加速流动，被加速的气流仍沿着机身高速往后流动其中只有很少一部分流经机翼产生升力，这些高速气体大部分都分布在飞行器四周的表面，根据流体力学原理可知物体表面流体的流速越快，物体表面受到的压强越小，所以上述的传统飞行器在飞行的过程中其表面受到的气压减小，而飞行器内部空气相对飞行器静止对其外壁的压强大，这样使飞行器外壁形成较大的压强差，即相当于气流对飞行器的外壁有向外的拉伸张力，这些气流不但没有被充分利用起来产生积极作用，反而使飞行器高速飞行时外壁要承受着巨大的压力，对飞行器外壁的技术要求很高。

为使飞行器前端迎面而来的气流能充分利用起来产生积极的作用，本发明采用将飞行器前端迎面而来的气流引进飞行器内再引到飞行器顶部或两侧的上方高速流出的方法产生升力，从而这些气流被充分地利用起来。

具体的做法是：如图2或图3所示，在飞行器的前端设一个面积较大的进气口(1)，进气口(1)后面的两侧各设有一个面积较小的出气口(5)，在飞行器左右两侧的上方也就是两出气口(5)的后方设两条(左右各一条)宽度和出气口(5)宽度差不多的导槽(4)，可以在飞两侧下方也就是两导槽(4)的下方设两条(左右各一条)导槽(7)，导槽(7)的外侧可设置导槽外壁(9)，两导槽(4)之间是驾驶舱或机舱(6)，进气口(1)与出气口(5)之间的内腔可设有隔板(3)，将进气口(1)与出气口(5)之间的内腔分隔为左右两部分。进气口(1)与出气口(5)及其之间的结构即机头外壁(2)和隔板(3)的结构所起的作用和漏斗的作用差不多，能将流体从较大的入口流入而从较小的出口流出，流体从较小的口流出的速度比之前从较大的口流入时的速度要大很多，即本发明前端迎面而来的气流大部分从进口(1)流进飞行器内部然后从出气口(5)流出，出气口(5)流出的气体流速度比进气口(1)流入的气体流速大很多，从出气口(5)流出的高速气流又直接流进导槽(4)并沿导槽(4)往后高速流动，使飞行器产生升力，当飞行器相对气流的速度足够大而产生足够大的升力时，飞行器即可起飞，也就是说本发明无须机翼也可起飞。其中导槽(4)可以从出气口(5)处一直延伸到飞行器的末端，导槽(4)的主要作用是将出气口(5)流出的气流能更集中更顺畅地在飞行两侧的上表面高速流过，即起到引导气流的作用，使飞行器产生更大的升力(升力系数增大)，也就是说能把出气口(5)处流出的气流更充分地利用起来。本发明的大致结构可参考图2、图3、图4、图5-1、图5-2、图5-3、图6-1、图6-2和图6-3，图中流线的疏密状况显示了气流的流速状况，流线密的地方表示流速快，疏的地方表示流速慢，其中图5-2与图5-1的不同点在于图5-2显示出了两出气口(5)及其所在的位置，图5-3显示出了气流从进气口(1)流进飞行器的状况。

进气口(1)的宽度可以和机身的宽度一样大也可以比机身宽度略大，其高度可以在不影响驾驶员视线的前提下尽量的高，使更多的气体流进飞行器内部再高速流经导槽(4)而产生更大的升力。当进气口(1)的宽度和机身宽度一样宽时，机头前方迎面而来的气流大部分从进气口(1)流进了飞行器内部而没有从飞行器的四周流走，只有进气口外周围的气流从飞行器四周流过，但这些气流没有被加速，使飞行器内外压强差较小。当进气口(1)的宽度比机身宽度大时，将有更多的气流进入飞行器内部，从飞行器两侧和底部流过的气流速度将减慢，使飞行器内外压强差更小，对飞行器外壁技术要求将大大减小，可参考图2和图3，图中流线密的地方表示气流流速快，流线疏的地方表示气流流速慢，当这两部飞行器在飞行中相互靠近时它们之间的气流流速将更慢而压强增大，如图8所示，使两飞行器自动分开，使飞行器更加安全。而传统飞行器在飞行中相互靠近时，如图7所示，它们之间的气流流速将增大，压强减小，使两飞行器自动靠近而发生危险。这样看来，本发明比传统飞行器要安全得多。

在本发明两侧下方设两条导槽(7)是为了使飞行器能产生更大的升力，导槽(7)其实就是一种凹槽，气流从飞行器下方的导槽(7)流过时，流速将会减慢，压强将增大，而上方的导槽(4)中的气流流速很大，压强很小，使飞行器两侧形成上下压强差，即两侧下面方向向上的压力大，上面方向向下的压力小，合力向上，即产生了升力，可参考图4。导槽(7)外侧的导槽外壁(9)的作用是防止飞行器两侧流速较高的气流流进导槽(7)内而使飞行器的升力(系数)减小，可参考图6-1或图6-2。导槽(7)和导槽外壁(9)可以从进气口(1)的下方一直延伸到飞行器的末端。飞行器的腹部(8)可以稍往上凹入，使气流流经这里时速度减慢压强增大，从而使升力增大，即增大飞行器的升力系数。图4显示了飞行器腹部(8)及导槽(7)下面的气流分布状况和流流速状况。

导槽(7)和导槽(4)可尽量上移，使其产生的升力和飞行器的重心重合或在重心的上方，而使飞行具有更好的平衡性(平稳性)。

本发明中的水平尾翼和垂直尾翼的结构方式可以与传统飞行器水平尾翼和垂直尾翼的结构方式一样，也可以采用如图11所示的结构方式，即在两垂直尾翼(12)之间设有两块水平尾翼，一块是设置在下方的水平尾翼(15)，另一块是设置在上方的水平尾翼(16)，水平尾翼(15)上设置有两块独立的尾舵(17)和尾舵(18)，它们既可起到调节飞行器升降的作用，也可以起到调节方向的作用，当两升降舵中一个往上翘而另一个往下翘时，气流对两升降舵的作用力使飞行器产生向左右两侧的扭矩，也就是说可以使飞行器往左右两侧偏转(滚转)，其升力也随着偏转(滚转)，此时升力会分解为竖直方向和水平方向的两个分力，而水平方向上的分力提供飞行器转弯的向心力，使飞行器实现转弯，还可以同步调节垂直尾翼(12)上的方向舵(20)，使飞行器有最佳的转弯效果。水平尾翼(16)上的升降舵(19)主要起到调节飞行器升降的作用。这样的尾翼设计较适合本发明，因为设置得较低的水平尾翼(15)在导槽(4)的后方，而导槽(4)后方的流出的气流流速比飞行器两侧的气流流速要快很多，对水平尾翼(15)的作用大，也就是说这样的尾翼结构能使尾舵(17)和(18)更容易起作用(升降或改变方向)，这样既利用了导槽(4)末端的高速气流，而又节省了空间，所以这样的尾翼结构更适合本发明。本发明还可免去所有凸出的尾翼结构，只要将两条导槽(4)的后端做得宽些，然后在此处装上舵板(尾舵)即可，导槽(4)内的高速气流容易使舵板产生作用(升降或改变方向)，这样就可使本发明成为真正的完全没有机翼结构的飞行器。

本发明可在进气口(1)或出气口(5)上或它们之间的内腔装上风扇或螺旋桨(动力装置)，其作用是在加快导槽(4)上的气流流速的同时还可以产生向前的动力；当然也可以在进气口(1)内或出气口(5)处或它们之间的内腔装上涡轮喷气发动机或涡轮风扇发动机来增加气流流速，只要将导槽(4)和相关部件用耐高温材料制造即可。这样可使飞行器的升力大大提升，可实现低速飞行，使飞行器更加安全，当进气口(1)或出气口(5)上或它们之间的内腔处所设置的动力装置(气流增速装置)的功率足够大时，使导槽(4)上的气流流速足够快，产生足够大的升力，可使飞行器实现原地斜向上起飞，也就是说本发明可实现无须跑道即可原地起飞。当然也可以在飞行器的两侧(重心的两侧)或飞行器的中部(重心上)设置能直接产生升力的动力装置，如风扇、涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机等。使飞行器能实现真正意义上的原地垂直升降。

当本发明的两侧设有主翼结构或顶部设有旋翼结构时，可使飞行器的升力大增，从而使其成为载荷能力极强的飞行器。

本发明可包括以下几种飞行器：

1、无翼飞机：其结构与现有传统飞机机身的所有结构基本相同，不同的是本无翼飞机的机头前端开有较大的进气口(1)，两侧上方设有导槽(4)下方设有导槽(7)，可免去了传统固定机翼飞机的主翼或旋翼。本无翼飞机结构简单、重量轻而又安全实用。

2、无翼飞行汽车：其结构与普通汽车的结构基本相同，不同的是本无翼飞行汽车的车头前端开有较大的进气口(1)，汽车两侧上方设有导槽(4)下方设有导槽(7)，车尾可设有垂直尾翼(12)，其结构可参考图9，为使本无翼飞行汽车更容易起飞，可在进气口(1)内设置两个或多个风扇(10)，风扇(10)可由汽车中置或后置的发动机经传动杆驱动，风扇(10)不仅可以增加导槽(4)上的气流速度使升力大大提升，而且可以产生向前的动力，使本无翼飞行汽车能低速飞行，当发动机的功率足够大，使导槽(4)上的气流速度足够快，产生足够大的升力，可使本无翼飞行汽车实现原地起飞。上述的风扇(10)可用螺旋桨代替，当然也可以用涡轮喷气发动机或涡轮风扇发动机代替。为使本无翼飞行汽车在地面高速行走时能产生较大的抓地力，而保证本无翼飞行汽车的安全性，可在导槽(7)前端的壁上开一个或多个开口，开口上设有气门(11)，使导槽(7)和进气口(1)连通，可通过控制气门(11)的开关状态来控制进气口(1)与导槽(7)的连通与不连通状态，还可以在出气口(5)的偏前方设一个气门(13)。当本无翼飞行汽车在空中飞行时可控制气门(11)关闭，而气门(13)打开；当在地面高速行走时可控制气门(11)打开，而气门(13)关闭，此时从进气口(1)流进的气流全部从导槽(7)高速流过，产生下压力即抓地力，可参考图9。本无翼飞行汽车的车头前端的隔板(3)上可设置左右两块气门(14)，可参考图10和图12。当本无翼飞行汽车在空中飞行或地面高速行走时，气门(14)打开；当它以低速行走时，可控制气门(14)关闭，这样可以防止地面的杂物飞进进气口(1)内，还可以使车头部分更加美观。本无翼飞行汽车的垂直尾翼与水平尾翼可采用如图11所示的结构方式，两水平尾翼(15)和(16)设置在两垂直尾翼(12)之间，两导槽(4)后方的高速气流对水平尾翼(15)的作用很大，使本无翼飞行汽车容易实现升降或转向。这样的尾翼结构不仅节省空间，而且十分实用，更适合本无翼飞行汽车。本无翼飞行汽车的车身宽度与普通汽车的宽度差不多，不仅可以在天空上飞行，还可以和普通汽车一样能在公路上自由行走。

3、无翼空中列车：其结构和传统列车的结构大致相同，不同的是本无翼飞行列车的每一节车厢的前端都开一个较大的进气口(1)，每一节车厢两侧都设有导槽(4)和导槽(7)，这样的结构可使列车起飞，为使每一节车厢前端的进气口(1)有更多的气体流入，可将每一节车厢末端做成尖的，如图13所示，其主要的动力装置和尾翼装置可设在第一节车厢上(车头上)，驾驶舱(5)内的驾驶员可控制第一个车厢上的发动机和尾翼装置来控制整架列车的飞行状态，当然也可以在每一节车厢的尾部设置尾翼装置，使列车更加稳定和更易控制其飞行状态，为节省空间和充分利用导槽(4)后方的高速气流，尾翼结构可采用如图11所示的结构。本无翼飞行列车比磁悬浮列车要经济得多，磁悬浮列车不仅对技术要求很高而且成本相当高，要用专门的特别的轨道还有列车要具有很高的速度才能实现列车向上升浮，而本无翼飞行列车只须在起点和终点设一小段距离较短的升降助跑轨道即可，而对轨道的要求不高，可采用横剖面为半圆形的槽状轨道；也可以采用普通飞机的跑道，只须把列车的车轮改为普通飞机的具有起降架的车轮即可。可在本无翼飞行列车的每一个进气口(1)内设置动力装置(如风扇等)加快导槽(4)内的气流速度，增加升力，使列车实现低速飞行、减低起飞速度和缩短助跑距离。本无翼飞行列车可以有多节车厢，使其载客(或载货)量大，能缓解地面运输压力。

Claims (12)

1、无翼飞行器，包括进气口(1)、出气口(5)、导槽(4)、导槽(7)和传统飞行器机身部分的所有结构或汽车的所有结构或列车车身的所有结构，其特征是飞行器的前端设有进气口(1)，进气口(1)的后方也就是飞行器两侧的上方设有出气口(5)，进气口(1)和出气口(5)之间是连通的，紧接出气口(5)的后方设有导槽(4)，飞行器两侧的下方设有导槽(7)。

2、根据权利要求1所述的无翼飞器，其特征在于进气口(1)与出气口(5)之间的内腔可设有隔板(3)。

3、根据权利要求1或2所述的无翼飞行器，其特征在于进气口(1)上或出气口(5)上或进气口(1)与出气口(5)之间的内腔可设置有动力装置。

4、根据权利要求1或2或3所述的无翼飞行器，其特征在于在飞行器重心上或重心上的两侧可设置有向下喷气的动力装置。

5、根据权利要求1或2或3或4所述的无翼飞行器，其特征在于在飞行器的尾部可设有两块垂直尾翼(12)，两垂直尾翼(12)上设有方向舵(20)，两垂直尾翼(12)之间可设有两块水平尾翼(15)和(16)，水平尾翼(15)在水平尾翼(16)的下方，水平尾翼(15)上可设有两个独立的尾舵(17)和尾舵(18)，水平尾翼(16)上可设有升降舵(19)。

6、根据权利要求1或2或3或4所述的无翼飞行器，可免去所有尾翼结构，其特征在于飞行器尾部没有尾翼结构，只在导槽(4)的后端设有舵板(尾舵)，舵板(尾舵)可控制飞行器升降或改变方向。

7、根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的无翼飞行器，其特征在于导槽(7)的外侧可设有导槽外壁(9)。

8、根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的无翼飞行器，其特征在于飞行器的两侧可可设有主翼结构，上方可设有旋翼结构。

9、根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的无翼飞行器，可包括无翼飞机，其特征在于机头设有进气口(1)，两侧的上方设有出气口(5)和导槽(4)，两侧的下方设有导槽(7)。

10、根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的无翼飞行器，可包括无翼飞行汽车，其特征在于隔板(3)上靠近进气口(1)处可设有气门(14)，出气口(5)前方可设有气门(13)，导槽(7)前端的壁上可设有开口，开口处可设有气门(11)。

11、根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的无翼飞行器，可包括无翼空中列车，其特征在于每节列车车厢的前端都开有进气口(1)，每节车厢两侧的上方都设有出气口(5)和导槽(4)两侧下方都设有导槽(7)，每节车厢的末端可做成尖状。

12、一种将飞行器头部前方迎面而来的大部分气流从进气口(1)引导到飞行器的顶部或飞行器两侧的上方流出而产生升力的方法。

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